Co to jest bezpiecznik i jak działa?

Bezpieczniki to proste urządzenia, które zabezpieczają urządzenia przed skutkami długotrwałego przepływu prądu o zbyt dużym natężeniu. Zadaniem bezpiecznika nie jest ochrona samego urządzenia przed uszkodzeniem. Jego zadaniem jest odcięcie zasilania w momencie, kiedy do tej awaria już wystąpiła, aby nie doszło do dalszych zniszczeń w układzie lub do znacznie bardziej dramatycznych wydarzeń, jak np. powstania pożaru.

Podstawowe bezpieczniki - topikowe

Pokazane na zdjęciu wyżej bezpieczniki rurkowe są jednorazowe. Zawarty w nich cienki drucik przepala się po przekroczeniu dopuszczalnej wartości natężenia prądu, przerywając jego dopływ. Proste i skuteczne rozwiązanie, chociaż ma też swoje wady. Najpoważniejszą z nich jest wspomniana jednorazowość – po naprawie urządzenia, bezpiecznik trzeba wymienić na nowy, co niekiedy jest zadaniem niełatwym, jeżeli znajduje się on w trudno dostępnym miejscu.

W domach - automatyczne

W naszych domach też są bezpieczniki i też pełnią tę samą funkcję, chociaż mają inną budowę. Na ogół są to wkładki automatyczne, które rozłączają się po przepływie prądu o zbyt wysokim natężeniu, a przywrócenie zasilania po usunięciu awarii wymaga jedynie podniesienia małego hebelka. Tego typu zabezpieczenia są nazywane wyłącznikami nadprądowymi lub, potocznie, elektrycy określają je mianem „esów”.

Bezpieczniki topikowe w domowych instalacjach elektrycznych, działające na tej samej zasadzie, co pokazane wyżej bezpieczniki rurkowe, spotyka się coraz rzadziej.

Nic nie dzieje się natychmiast

Bezpiecznik ma za zadanie odciąć dopływ prądu, jeżeli przekracza wartość zadaną na jego obudowie, ale nie czyni tego natychmiast. Powiem więcej: żaden bezpiecznik nie jest w stanie zadziałać od razu. Jedynie bardzo czułe układy elektroniczne są w stanie zareagować w bardzo krótkim czasie, lecz stosuje się je tylko w wybranych przypadkach.

Powodem tego opóźnienia jest konieczność rozgrzania drucika do takiej temperatury, w której ulegnie on bezpowrotnemu spaleniu. Im silniejsze będzie przeciążenie, tym większy prąd popłynie przez bezpiecznik, silniej się on wtedy rozgrzeje i szybciej przepali. Producenci w notach katalogowych swoich wyrobów (tak, bezpieczniki też mają karty katalogowe, niekiedy obszerne!) umieszczają zazwyczaj wykresy obrazujące krotność przeciążenia i czas zadziałania. Przykładowy wykres od firmy SIBA:

Szybsi i...

Ten wykres dotyczy bezpieczników tzw. szybkich. Przyjrzyjmy się mu. Jeżeli prąd zostanie przekroczony dwukrotnie (I/Irat = 2), to bezpiecznik ma zadziałać w czasie od 1s do nawet... 15min, jak podaje tabelka zamieszczona niżej. Dla czterokrotnego przeciążenia (I/Irat = 4) wieści są bardziej optymistyczne: czas zadziałania ma się zamknąć w 2s, a minimalnie może trwać 40ms. Wynika to ze specyfiki pracy takiego bezpiecznika: ma on szybko zareagować na duże przeciążenie. Te niewiele przekraczające wartość podaną na jego obudowie mają być pomijane.

...wolniejsi

Oprócz bezpieczników szybkich, które – jak widać – niekoniecznie są szybkie, są dostępne również zwłoczne. Stosuje się je w różnych miejscach, ponieważ są specjalizowane pod kątem pracy z przeciążeniami o odmiennym charakterze. Bezpieczniki zwłoczne, z kolei, mają zadziałać (czyli przepalić się) przy niewielkim przeciążeniu, za to muszą pozostać nieczułe na krótkotrwałe skoki pobieranego prądu. Takie udary występują, przede wszystkim, na wejściu zasilacza sieciowego.

Poza nimi występują średniozwłoczne i superszybkie, nazwy mówią same za siebie.

Napięcie też ma znaczenie

Oprócz prądu (podanego w amperach [A]) i charakterystyki (T – zwłoczny, F lub brak literki - szybki), dla bezpiecznika ważne jest również maksymalne napięcie pracy. Nie może ono być wyższe od tego, które jest podane na obudowie, aby po przepaleniu się bezpiecznika łuk elektryczny pomiędzy pozostałymi fragmentami drucika został możliwie szybko wygaszony. Jeżeli tak się nie stanie, przepływ prądu będzie trwał nadal, a na dodatek to wyładowanie może spowodować pożar!

Bezpieczniki wielokrotnego użytku

Poza jednorazowymi bezpiecznikami szklanymi, istnieją również bezpieczniki polimerowe. Są w obudowach do montażu powierzchniowego (SMD) lub przewlekanego (THT). Można je znaleźć na płytkach drukowanych, w obwodzie zabezpieczeń np. gniazd wyjściowych.

Ich cechą wspólną jest fakt, że po pewnym czasie od wystąpienia przeciążenia, same wracają do normalnej pracy. Otóż przepływ zbyt wysokiego prądu podgrzewa ich strukturę na tyle, że ich rezystancja wzrasta wielokrotnie. To nie ogranicza prądu do zera, ale do niewielkiej wartości, co wystarcza, aby zabezpieczyć chroniony obwód przed dalszymi zniszczeniami.

Jeżeli przeciążenie nie ustanie, bezpiecznik ponownie włączy zasilanie, co może doprowadzić do kolejnych uszkodzeń w układzie. Dlatego trzeba stosować je z rozwagą.