Az olvadóbiztosítókról

2006/12. lapszám | netadmin |  12 278 |

Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Az olvadóbiztosítókról A vezetékek, készülékek, villamos motorok és más berendezések épségét, üzemszerű működését a túlterhelési áramok hőhatásukkal (termikus igénybevételükkel), a zárlati áramok pedig erőhatásukkal (dinamikus igénybevételükkel) ...

Az olvadóbiztosítókról

A vezetékek, készülékek, villamos motorok és más berendezések épségét, üzemszerű működését a túlterhelési áramok hőhatásukkal (termikus igénybevételükkel), a zárlati áramok pedig erőhatásukkal (dinamikus igénybevételükkel) és hőhatásukkal veszélyeztetik. Ezért a felsoroltak védelméről gondoskodnunk kell. Az olvadóbiztosítók feladata - mint a legrégibb időkből ismert védelmi eszközöknek - a vezetékek, villamos motorok és más berendezések védelme a túláramok és zárlati áramok káros hatása ellen, vagy másként, az erre a célra méretezett alkatrészük kiolvadása alapján az áramkör megszakítása, ha abban az áram egy előre meghatározott értéket elegendő ideig túllép. Ezen kívül feladatuk még névleges áramerősségüknél nem nagyobb áramok üzembiztos (káros felmelegedés nélküli) vezetése. Feszültségmentesítés céljaira is alkalmasak, de - amennyiben árammentes állapotban az olvadóbetéteket eltávolítjuk - érintésvédelmi feladatot is ellátnak.

Az olvadóbiztosítók legkezdetlegesebb és legrégibb formája az Edison által 1871-ben szabadalmaztatott, szabad levegőben kifeszített ólom olvadószál volt. A villamosenergia-fogyasztói igények megnövekedésével együtt növekedett a zárlati áramok, teljesítmények nagysága is. Így alakultak ki a ma is használatos kivitelű ún. tokozott biztosítók. Ezeknél a jó villamos vezetőképességű olvadószálat olyan ívoltó anyag veszi körül, amely alkalmas az olvadószál helyén az elolvadás után keletkező villamos ív megszakítására, illetve eloltására.
A következőkben csak a kisfeszültségű olvadóbiztosítók főbb típusaival fogunk megismerkedni, amelyek a következők:
. Szakképzetlen személy által cserélhető: "D" rendszerű, MSZ EN 60269-3 szabvány szerint; csöves, MSZ EN 60129-2 szabvány szerint.
. Szakképzett személy által cserélhető: késes, MSZ EN 60269-2 szabvány szerint.
Az olvadóbiztosítók legalább két fő szerkezeti részből állnak: az olvadóbetétből és az aljzatból. A szerkezeti felépítésük a "D" (DIAZED) rendszerűeknél az 1.1., a késes rendszerűeknél az 1.2., végül a csöves rendszerűeknél az 1.3 pontokban látható.
Az olvadóbetétnek négy lényeges része van, ezek a következők:
. az olvadószál,
. a burkolat,
. az érintkezők,
. a töltet.
Az olvadószál általában kör keresztmetszetű, egy vagy több párhuzamosan kapcsolt huzal, illetve megfelelően kialakított fémszalag. Anyaga általában réz vagy nagyon ritkán ezüst. Egész hosszában vagy azonos a keresztmetszete, vagy többszörös megszakítású kialakítása esetén sűrű osztásban változó keresztmetszetű. A zárlati áramok hatására az olvadószálak hőmérséklete nagyon gyorsan emelkedik az elolvadásig. A kör keresztmetszetű olvadószál teljes hosszában történő elolvadása után az olvadószálat körülvevő töltetben, ami többnyire kvarchomok vagy levegő, folyékony halmazállapotú, hengeres oszlop keletkezik. A szétszakadt - több helyen elolvadt - szálak között villamos ívek sorozata jön létre, amelyek egy ívvé folynak össze. Homoktöltet esetén az olvadószál hirtelen elgőzölgése következtében a keletkező gőzök gyors kiterjedését a környező ívoltó anyag, a kvarchomok gátolja, miközben jelentős nyomásnövekedés jön létre. A hideg kvarchomok-szemcsék közé szoruló nagy nyomású fémgőzök lehűlnek, lecsapódnak, hőenergiájukat leadják. Ennek következtében az ív megszűnik, az áramkör megszakad. Levegőtöltetet csak kis megszakítóképességű olvadóbetéteknél alkalmaznak, ahol az ív hűtését maga a levegő végzi.
A túlterhelési áramok hatására a hosszú kiolvadási idő miatt az olvadóbetét jelentősen felmelegedhet. Amíg a zárlati áramoknál az olvadószál elolvadásához szükséges idő egy periódusnak csak tört része, addig a túlterhelésből adódó áramoknál másodperc, perc, vagy akár óra nagyságrendű is lehet.
A burkolat az olvadószálat körülvevő szigetelőanyagból készült. Feladata, hogy az ol- vadószálat megvédje a külső, mechanikai sérülésektől, az olvadószálat körülvevő ívoltó közeg (pl. kvarchomok) elhelyezésére szolgál, és zárt terével biztosítja az ívoltáshoz szükséges nyomás kialakulását. Az érintkezők feladata, hogy az olvadószál jó és biztos érintkezéssel csatlakozzon az aljzat megfelelő áramvezető részeihez.
Az aljzat szilárd szigetelőanyagból készül, melyen megfelelően kialakított fém csatlakozó szegélyek vannak. Ezekhez illeszkednek egyrészt az olvadóbetét érintkezői, másrészt pedig a külső áramkör vezetői.

1. Az olvadó-
biztosító villamos jellemzői
Az olvadóbiztosítóknak a névleges feszültség, a névleges áramerősség, a névleges teljesítménydisszipáció, a névleges megszakítóképesség, a névleges frekvencia, valamint az idő áram, a kiolvadási, az áramkorlátozási és az I2t jelleggörbéjük a legfontosabb jellemzőik.
A névleges feszültség az a legnagyobb üzemi feszültség, amelyen a biztosítót használni lehet.
A névleges áramerősség az az áramerősség, amellyel a biztosító kiolvadás nélkül, tartósan terhelhető (értékét befolyásolja a környezeti hőmérséklet). Értékének legalább akkorának kell lennie, mint a rajta átfolyó legnagyobb üzemi áram.
A névleges teljesítménydisszipáció az előírt feltételek mellett a névleges áram hatására felszabaduló teljesítmény.
A névleges megszakítóképesség az a legnagyobb áramerősség, amelyet üzemszerűen szerkezetének és környezetének veszélyeztetése nélkül meg tud szakítani. Legalább akkorának kell lennie, mint az áramkör legnagyobb zárlati árama.
A kiolvadási (idő-áram) jellegsáv a minimális kiolvadási (alsó görbe) és a maximális megszakítási időket (felső görbe) adja meg a független áramerősség függvényében (1. ábra).
A vízszintes tengelyre a független áramot mérjük fel, amely akkor alakul ki, ha a zárlatvédelmi eszközt elhanyagolható impedanciával helyettesítjük.
Az áramkorlátozási jelleggörbe az olvadóbiztosító által átengedett áram csúcsértékét tartalmazza a független áram függvényében (2. ábra). Az I2t jelleggörbe az áramkör megszakításakor az "egységnyi ellenállásra jutó hőenergiát" tartalmazza a független áram függvényében. (Az I2t [mértékegysége A2s]) a Joule-integrál, vagy az áramnégyzet-integrál értéke, mindkét elnevezés használatos.)
Ne ijedjünk meg ilyen fogalmak hallatán, képzeljük el a zárlati áram időfüggvényét, amely az olvadóbiztosítón átfolyik (3. ábra), az egyszerűség érdekében legyen tisztán szinuszos. Emeljük négyzetre az áram értékét minden időpillanatban. Most egy olyan függvényünk van, amely csak pozitív értékeket vehet fel. Az I2t a most kapott függvény és az abszcissza- tengely közötti terület (vonalkázott rész). Az I2t egyértelműen meghatározza az áram hőhatását. Mind az I2t, mind az áramkorlátozási jelleggörbét a zárlati áramok tartományában használjuk.
Az áramkorlátozási jelleggörbe alapján a zárlati áram dinamikus (erő) hatása becsülhető, míg az I2t jelleggörbe alapján a hőhatása. A zárlati áram hőhatását vezetékre a következő képlettel ellenőrizhetjük:

ahol: A a vezeték keresztmetszete mm2-ben, I2t a zárlatvédő eszköz adott zárlati áramhoz tartozó I2t értéke A2s-ban, K a vezeték és szigetelése anyagától függő állandó, pl. PVC szigetelésű réz-vezetékre K=115, ha a zárlat időtartama <5 s, és a vezeték üzemmeleg volt.

Az alkalmazási kategória szerint a különböző fogyasztókhoz más-más betűjelű kiolvadási jelleggörbe tartozik:
. igen gyors (ultragyors), gR betűjelű a késes, és a D, FF a csöves félvezetővédő,
. normál sebességű, gL betűjelű a késes, és a D, M a csöves vezetékvédő,
. késleltetett (lomha), gM betűjelű a késes, és a D, TT a csöves motorvédő,
. egyéb működésű olvadóbiztosító (világítótest-védő stb.).

Egyezményes nem kiolvasztó áram az az áramerősség, amellyel az olvadóbetétet az időhatárig terhelve az nem olvad ki. A táblázatból látható, hogy késes és "D" rendszerű olvadóbetéteknél ez az áram 1.25XIN. Ez azt jelenti, hogy az olvadóbetét gyakorlatilag 25%-os túlterhelést enged meg. Az időhatár legalább 1 óra. Egyezményes kiolvasztó áram az az áramerősség, amellyel az olvadóbetétet az időhatárig terhelve az kiolvad. Tehát az ekkora áramerősség a betétet garantáltan kiolvasztja.
A késleltetett, lomhakiolvadású biztosítóbetét olvadószálára annak olvadáspontjánál alacsonyabb hőmérsékletű fémötvözetet (ún. rátétfém) forrasztanak. A rátétfém már az olvadószál olvadáspontjánál alacsonyabb hőmérsékleten belediffundál az olvadószálba, és ott annak olvadáspontjánál alacsonyabb olvadáspontú, nagy ellenállású keresztmetszetet hoz létre. Így az olvadószál már alacsonyabb hőmérsékleten (kisebb áram hatására) elolvad. Az így kialakított olvadószálnak tehát kisebb a névleges áramerőssége. Ennek megfelelően a késleltetett kiolvadású - azonos áramerősségű - olvadóbetét olvadószála nagyobb keresztmetszetű, mint a gyors kiolvadásúé, tehát lassabban melegszik fel.
Vizsgáljuk meg az olvadóbiztosító működését. A feszültség áramkörre kapcsolásától, ha az áram egy előre meghatározott értéket meghalad, a villamos ív begyulladásáig az olvadási idő (to) telik el, amely alatt az egyre melegedő olvadószálon a hálózati feszültséghez képest elhanyagolható mértékű feszültség esik. Az ívelés alatt (tív) a betéten az ívfeszültség a hálózati feszültség fölé növekszik. A megszakítási folyamat alatt a betéten mérhető maximális feszültséget kapcsolási feszültségnek (Umax) nevezzük. Zárlati áram megszakításakor az olvadóbetéten a feszültségnek meg kell haladnia a hálózati feszültséget, azaz túlfeszültséget kell létrehoznia. Az íváram maximális értékét levágott áramnak (iL) nevezzük. A zárlati áram megindulásától az áram megszakadásáig tartó időt működési időnek (tm = to + tív) hívjuk. Az áram megszűnte után a betéten mérhető feszültséget visszatérő feszültségnek (Uvisz) nevezzük.

1.1. "D" rendszerű olvadóbiztosító szerkezeti kialakítása (szakképzetlen személy által cserélhető)
A "D" rendszerű olvadóbiztosító részei (lásd: 4. ábra) a következők.

Biztosítóaljzat, mellső vagy hátsó áramkörbe csatlakozásra alkalmas kivezetésekkel.
Illesztőgyűrű, amelyet a biztosító aljzatba kell becsavarni. Belső átmérője megegyezik az azonos névleges átmérőjű olvadóbetét csapszerűen illeszkedő betétjének átmérőjével. Így nagyobb áramerősségű betéteket nem lehet benne elhelyezni. A felcserélhetetlenséget tehát az illesztőgyűrű belső átmérője (diameter) akadályozza meg, innen származik elnevezése is: D-rendszerű.

Biztosítóbetét (olvadóbetét). A szteatitból készült biztosítóbetét belsejében elhelyezett olvadószálat és a kiolvadásjelző szálat kvarchomok veszi körül. Az olvadószál a betét két végén lévő érintkezőket köti össze, a kiolvadást jelző szál rugónyomás ellenében egy jelzőgombot tart a betét felső érintkezőjének közepén. A betéteket 1 A és 63 A névleges áramerősségű tartományban, szabványosított méretnagyságokban - gyors és késleltetett működésű betétekkel - gyártják, megfelelő aljzat-kialakításokkal. Újabban az ipari hálózatokban való alkalmazhatóság érdekében 63 A névleges áramerősségig már készülnek 50 kA megszakítóképességű "D" rendszerű biztosí- tók is.

A betétfej (A) segítségével rögzítjük a betétet a házhoz, a tetején levő kerek ablak teszi lehetővé, hogy a jelzőtárcsa megléte alapján megvizsgáljuk a betét épségét (sajnos a módszer bizonytalan).

1.2. Késes olvadóbiztosítók (csak szakképzett személy cserélheti)
A késes rendszerű olvadóbiztosítók részei a következők.

Aljzat, amelyen többnyire porcelánalapra szerelt érintkezők és az áramköri csatlakozásra szolgáló kivezetések vannak.

Olvadóbetét (5. ábra), külső burkolata kerámia anyag, üvegvázas műgyanta vagy egyéb hő- és nyomásálló műanyagtokozat alkotja a szigetelőházat, amelynek két végét nem mágnesezhető fémből vagy nagy szilárdságú műanyagból készült zárólemezek zárják le. A biztosítóbetétnek az aljzathoz való csatlakozására jó villamos és hővezető képességű profilkéses késérintkezők szolgálnak. Az olvadóbetét belső szerkezetében van a főolvadószál, amely több párhuzamosan kapcsolt rézből készült szalag, általában szűkítő kivágásokkal. A nagy ellenállású segédolvadószál egyrészt tartja a kiolvadásjelző szemet és jelzi a kiolvadás tényét, másrészt, mivel párhuzamosan van kapcsolva a fő olvadószállal, utoljára olvad el, ezzel biztosítja a zárlati áram fokozatos megszakítását, amelyet a betétet kitöltő homok is segít.

Fogantyú, amely a betétek szakszerű cseréjét teszi lehetővé.

A késes biztosítóknak nagy megszakítási képességük van, legalább 500 V névleges feszültségre, 10-1250 A névleges áramerősségre készülnek. Megszakító képességük váltakozófeszültségen legalább 100 kA. Az igen gyors működésű késes olvadóbiztosítók (3,5-6).In áramerősségnél már 10 ms-on belül működnek. Ezeket többek között félvezető egyenirányítók védelménél alkalmazzák.
Az olvadóbiztosítóknak tehát nem feladatuk az áramkörök ki- és bekapcsolása, de alkalmasak túláramok és zárlati áramok megszakítására.

1.3. Csöves (miniatűr) olvadóbiztosító
A csöves olvadóbiztosítót főleg műszerek, készülékek védelmére alkalmazzuk. A készülékek fedőlapjának leszerelése nélkül cserélhető biztosító három fő részből áll.
. Aljzat, amely a betét befogadására szolgál.
. Betét, amely különböző névleges áramra, megszakítóképességre és alkalmazási kategóriára készül. A kis megszakító képességű betét a 6. ábrán látható. Az üvegcsövet két fém zárósapka zárja le. Az olvadószál a két sapka közt helyezkedik el az üvegcsövön belül. A nagy megszakító képességű betétek homoktöltetűek, és a cső kerámiaalapú.
. Fej, amelynek segítségével a betétet az aljzathoz rögzítjük.
A csöves olvadóbiztosítóval védett eszközöket megfelelő védelemmel ellátott aljzathoz csatlakoztassuk, hogy a megszakítóképességét meghaladó zárlati áramot az ún. fedővédelemmel együtt szakítsa meg.
Végül összefoglalásképpen megadjuk a kisfeszültségű olvadóbiztosítók fő jellemzőit a mellékelt táblázatban. Kemény József

---