Odkąd w 1880 r. Thomas Edison opatentował pierwszą w Stanach Zjednoczonych wkładkę bezpiecznikową, znaną jako „safety wire” (drut bezpieczeństwa), urządzenie to stało się bardziej skomplikowane, niż mogłoby się wydawać. Obecnie w typowym magazynie fabrycznym znajdują się tysiące różnych wkładek mających wiele zastosowań.
Wkładka bezpiecznikowa jest termicznym łącznikiem przewodzącym prąd i zaprojektowanym tak, aby się stopić pod wpływem przepływu określonego prądu. Ciepło wydzielane przez nadmierny prąd powoduje stopienie się elementu termicznego, a tym samym odłączenie zasilania.
Podczas doboru wkładki należy sprawdzić poziom napięcia, prąd znamionowy oraz prąd zadziałania wymagany do danej aplikacji. Należy też upewnić się, że została przetestowana i wpisana na listę przez niezależną certyfikowaną agencję oraz że wkładka spełnia kryteria instalacji i wymiarów określonych przez NEC (National Electric Code).
Zastosowanie wkładek bezpiecznikowych
Wkładki bezpiecznikowe pełnią istotną rolę w zapobieganiu pożarom oraz ochronie ludzi, urządzeń i systemów elektrycznych. Typowe zastosowania zaczynają się od przemysłowych systemów sterowania, włączając ogrzewanie, wentylację, klimatyzację, obróbkę materiałów i automatykę; jakość energii, włączając ochronę przeciwprzepięciową, poprawę współczynnika mocy oraz zasilanie rezerwowe, dystrybucję energii (włączając tablice rozdzielcze, rozdzielnice i szynoprzewody), przetwarzanie energii, włączając różnorodne napędy częstotliwościowe, prostowniki i nagrzewanie indukcyjne.
Jednak jak prawidłowo dobrać wkładkę bezpiecznikową do poszczególnych zastosowań? Podczas doboru wkładek należy wziąć pod uwagę następujące parametry: napięcie znamionowe, prąd znamionowy, znamionowy prąd wyłączeniowy, zwłokę czasową, charakterystykę czasowo-prądową oraz oznaczenie i normy.
Napięcie znamionowe – jest to maksymalne napięcie, na jakie została zaprojektowana wkładka, aby pracować bezpiecznie. Typowe napięcia znamionowe dla wkładek niskonapięciowych to ?250 V i ?600 V. Dobierając wkładkę, należy upewnić się, czy napięcie znamionowe jest równe lub większe od napięcia w miejscu zastosowania.
Prąd znamionowy – prąd znamionowy wkładki bezpiecznikowej jest to prąd ciągły przenoszący dane obciążenie przetestowane w określonych warunkach laboratoryjnych. Typowe zakresy prądowe są dostępne w zakresie od 0,1 A do 6000 A. Norma National Electric Code (NEC) wymaga od zabezpieczeń nadprądowych – włączając wkładki bezpiecznikowe – aby były dobrane na 125% prądu ciągłego płynącego w danym systemie. Należy korzystać z poniższego równania podczas określania prądu znamionowego wkładki.
Współczynniki obniżające mogą być stosowane, gdy temperatura otoczenia jest inna niż 25°C. Jeżeli temperatura otoczenia przekracza 32°C, wówczas współczynniki obniżające należy skonsultować z producentem wkładek.
Znamionowy prąd wyłączający –jest to maksymalny prąd, jaki może bezpiecznie wyłączyć wkładka, nie ulegając przy tym zniszczeniu. Norma NEC wymaga od zabezpieczeń nadprądowych, aby znamionowy prąd wyłączeniowy był większy niż prąd zwarciowy systemu. Wkładki bezpiecznikowe z atestem UL (Underwriters Laboratories) klasa L, J, RK1, RK5, T lub CC (normy amerykańskie) mają prądy znamionowe do 200 kA i mogą być stosowane w 99,9% dzisiejszych aplikacji. Należy unikać wkładek UL klasy H i K, które mają niski prąd znamionowy wyłączalny 10 kA i kolejno 50 kA.
Charakterystyka zwłoczna czy szybka – bezpiecznik zwłoczny jest zdolny do przewodzenia prądu przetężeniowego o określonej wielkości przez określony czas bez zadziałania. Wkładka zwłoczna musi wytrzymać przepływ 5-krotnej wartości prądu znamionowego przez minimum 10 s. Wkładki ze zwłoką czasową zostały pierwotnie zaprojektowane tak, aby współgrać z charakterystykami rozruchowymi silników. Są zalecane do stosowania w aplikacjach z transformatorami i silnikami, czyli tam, gdzie często występuje prąd rozruchowy. Bezpieczniki szybkie nie spełniają wymagań czasowych dla wymienionych urządzeń i są typowo stosowane przy obciążeniach bezindukcyjnych, takich jak tablice świetlne i pulpity pomiarowe.
Charakterystyki czasowo-prądowe – krzywa czasowo-prądowa jest graficznym przedstawieniem warunków topienia się wkładki bezpiecznikowej. Krzywe czasowo-prądowe są wykorzystywane do oceny charakterystyki zadziałania bezpiecznika. Im większy prąd przepływa przez wkładkę, tym szybciej zadziała bezpiecznik. Wszyscy producenci przedstawiają charakterystyki czasowo-prądowe dla średniego czasu topnienia, minimalnego czasu topnienia i całkowitego czasu odcięcia prądu przetężeniowego.
Kody i normy – wkładki do zastosowań przemysłowych muszą spełniać pewne normy i kody instalacji. Organizacje specjalizujące się w testowaniu i certyfikowaniu, takie jak Underwriters Laboratories oraz Canadian Standards Association, rozwijają normy w celu zapewnienia bezpieczeństwa podczas instalowania aparatów w urządzeniach i systemach elektrycznych. Normy UL 248i CSA C22.2, „Low Voltage Fuses” definiują wymagania dla charakterystyk elektrycznych, wymiarów i oznakowania wyrobów, które muszą spełniać producenci w celu otrzymania certyfikatów z tych agencji. Do zastosowań przemysłowych należy korzystać z wkładek o klasach L, J, RK1, RK5, T lub CC.
Robert Lyons Jr. jest dyrektorem produktu w firmie Ferraz Shawmut LLC. Jest także członkiem IEEE oraz NFPA.
Artykuł pod redakcją Marka Olszewika
Autor: Robert Lyons Jr
