Villanyszerelők Lapja

Szakmatörténet

Amit az olvadóbiztosítókról tudni érdemes...

2015. május 13. | Dr. Papp Gusztáv |  5841 | |

Az olvadóbiztosító az elektrotechnika kezdete óta jelen van a védelmi eszközök táborában. Nincs villamos szakember, aki ne találkozott volna vele, ne ismerné jól ezt a hihetetlenül egyszerű, igénytelen, de hasznos és megbízható jó barátot. Vajon lehe...

Az olvadóbiztosító az elektrotechnika kezdete óta jelen van a védelmi eszközök táborában. Nincs villamos szakember, aki ne találkozott volna vele, ne ismerné jól ezt a hihetetlenül egyszerű, igénytelen, de hasznos és megbízható jó barátot. Vajon lehet-e még újat mondani róla?

Azt feltételezem, hogy a kedves olvasó épp oly jól ismeri az olvadóbiztosítókkal kapcsolatos alapvető információt, mint én, de talán tudok sok olyan részletet hozzátenni a tudásához, ami hasznos, és akár még érdekes is. Tekintsen hát úgy erre az írásra, mint egy találkozóra egy régi kedves ismerőssel! Egy olyan ismerőssel, akivel jó átbeszélni a régi dolgokat, mert mindig merülnek fel elfeledett vagy új részletek, amik némileg más megvilágításba helyezik az addigiakat. És persze a világ nem állt meg, bizony a legutóbbi találkozás óta is történt egy s más, amiről jó hallani. Kicsit elferdítve egy régi, nagy sikerű film címét: beszéljünk át mindent, „amit tudni érdemes az olvadóbiztosítókról, de elmulasztottunk megkérdezni…"

1. ábra D-rendszerű (Diazed) olvadóbiztosító fő részei

Induljunk a kályhától!

Az olvadóbiztosítók a villamos védelem fontos eszközei, a túláramok (túlterhelések, illetve zárlati áramok) hárítása a feladatuk, azon őrködnek nagy megbízhatósággal, hogy a névlegesnél nagyobb áramok ne, pontosabban csak korlátozott ideig és korlátozott mértékben léphessenek fel. Ezzel óvják villamos hálózataink és berendezéseink épségét, de tágabb értelemben egyéb javainkat és testi épségünket is, megelőzve villamos tüzek kialakulását, vagy kikapcsolva a villamos áramot áramütéskor.

Minek nevezzelek?

Az olvadóbiztosítókat a hétköznapi emberek – de sokszor még szakmabeliek is – amúgy póriasan „biztosítéknak" hívják. Tanáraim belém sulykolták, hogy biztosítékról a gumimatrac-kölcsönzőben beszélhetünk, de a villamosságban nehogy a szájunkra vegyük – ott szigorúan csak biztosítóról eshet szó. A szabványok is e névvel illetik ezt a hasznos és fontos eszközt. Ha nem is okoz félreértést vagy jóvátehetetlen kárt a fenti névferdítés, javaslom, hogy legalább mi, szakemberek beszéljünk szabatosan, és nevezzünk mindent a maga igazi nevén. A jó szaki, azt gondolom, rendet tart a munkájában, beleértve az eszközeit, a dokumentumait, de a szavait és a gondolatait illetően is.

2. ábra Edward Nairne, angol optikus és műszaki szakember, az elektrosztatikus villamosság kutatója, aki az olvadóbiztosító működési elvét megtapasztalta és már 1774-ben feljegyezte.

Ha már az elnevezésnél tartunk, járjuk egy kicsit alaposabban körül a témát, és vegyük sorra a fontosabb elnevezéseket! Tulajdonképpen már ott is kis zavar szokott lenni, hogy amikor biztosítóról beszélünk, akkor arra a komplex eszközre gondolunk-e, ami egy áramkör soros elemeként ellátja mondjuk egy villamos berendezés zárlatvédelmét, vagy csak arra a cserélhető elemre, amit működése után kidobunk (Nem a szemétbe, hanem a villamos hulladékok szelektív gyűjtőjébe.) Helyesen az utóbbi az olvadóbetét vagy biztosítóbetét, míg a biztosítóba már beleértjük a biztosítótartót is. Maga a biztosítótartó ugyancsak több részből tevődik össze. Például egy csavaros, D-rendszerű biztosítótartóban van betétfej, aljzat, de lehet szűkítő (vagy közdarab) is (1. ábra). Persze előfordul, hogy a betétet egy komplexebb, többfunkciós eszközbe helyezzük, biztosítós szakaszolókapcsolóba – de most ebbe a témába ne merüljünk el mélyebben. Majd egy más alkalommal, ha már az olvadóbetétet alaposabban kitárgyaltuk, akkor térjünk vissza rá!

Ki a jobb?

„Ki a jobb?" zúg az aréna, és mindjárt jön is a felelet: a lelkes szurkolók skandálják kedvenc csapatuk nevét válaszul. Talán nem ekkora vehemenciával, de azért érzelmektől is vezérelve vannak hasonló véleménynyilvánítások szakmai körökben is. Tudhatjuk, hogy ugyanarra a feladatra – jelen esetben a túláram-védelemre –, többféle eszköz is kínálkozik. Melyiket válasszuk? Melyik a megfelelőbb? Az olvadóbetét vagy a megszakító? Érdemes meghallgatni mindkét párt véleményét. Így az előnyöket és a hátrányokat számba véve már könnyebb jól dönteni.

4. ábra: S.P. Thompson, angol egyetemi professzor tökéletesíti 1879-ben az addig használatos, de nem eléggé hatékony olvadóbiztosítókat saját ötlete alapján: a könnyen olvadó fémötvözetből készített gömbnél nem csak megszakad az áramkör, de a súlyánál fogva leszakadó golyó eltávolítja a fémszálakat, ami a kialakuló (egyenáramú!) ív kioltását segíti.

Hajrá, megszakító!

A megszakítók legnyilvánvalóbb előnye az olvadóbiztosítókkal szemben, hogy nem csak ki-, hanem bekapcsolásra is alkalmasak. Ebből fakadóan kipróbálhatók – ami az olvadóbiztosítóknál persze nem megy. Védelmi megszakítás mellett az üzemi kapcsolásokat is el lehet végezni velük. Tudnak távjelzést adni, és képesek parancsokat is fogadni, így kiválóan illeszthetők távfelügyeleti rendszerekbe.

A visszakapcsolás megtörténhet távkezeléssel is, nem szükséges ehhez az esetleg messze levő felügyeleti központból kiszállni. De helyi működtetés esetén is egyszerűbben, kényelmesebben, gyorsabban állítható vissza az üzemi állapot, mint egy biztosítócsere esetén. És persze nincs mindig szükség kéznél levő cseredarabra. Sokféle kiegészítővel felszerelhetők, ennek megfelelően összetett védelmi feladatot lehet velük megoldani: például kikapcsolást a hálózati feszültség veszélyes mértékű csökkenése vagy megnövekedése, avagy fáziskimaradás esetén.

A megszakítók a kapcsolóberendezések „csúcsragadozói", a legtöbb innováció bennük testesül meg. Napjainkig intenzíven fejlesztik őket, hogy minél nagyobb áramok megszakítására legyenek képesek, minél gyorsabban, ugyanakkor minél kíméletesebb módon. Azaz működésük során ne generáljanak veszélyes túlfeszültségeket, például áramlevágással. Cél a minél hosszabb élettartam elérése, persze lehetőleg karbantartásmentesen, vagy legalább a lehető legritkább felújítás (érintkezőcsere) révén.

5. ábra: C.V. Boys és társa megoldásánál két, nyitó irányba előfeszített laprugót forrasztás tart össze. A forrasztás az átfolyó túláram hatására megolvasztja a forraszanyagot, a rugók pedig elpattannak egymástól, a gyors nyitás révén az (egyenáramú) ív kialszik.

A gyártók igyekeznek minél kompaktabb, minél kisebb méretű megszakítókat, minél gazdaságosabban (olcsóbban) előállítani. Ez utóbbi törekvésnek természetesen ellene hat a minél nagyobb megbízhatóságra való igény. Védelmi készülékről lévén szó sosem szabad feláldozni a készülékben rejlő tartalékokat a látszólagos haszonért cserébe, mert egy meghiúsult védelmi működés során annak sokszorosa mehet veszendőbe!

Hajrá, biztosító!

Az olvadóbiztosítók minden bizonnyal a legrégebbi védelmi eszközök – a következőkben erre részletesen kitérünk –, de tévedés lenne azt hinni, hogy már végnapjait élő, idejétmúlt eszközökről lenne szó. Ahogy a műszaki élet változik, fejlődik, egyre újabb igények, illetve fenyegetések jelennek meg, úgy az olvadóbiztosítók ezt követik – világszerte fejlesztő mérnökök sokasága dolgozik rajta.

Az olvadóbiztosítók fő erényei között egyszerűségüket, megbízhatóságukat, kis méretüket, nagy megszakítóképességüket és alacsony árukat emelhetjük ki. Biztos, hogy mind megszakítóképesség/méret, mind megszakítóképes-ség/ár mutatójuk magasan veri a megszakítókéit. Ugyancsak igen jó tulajdonságuk a zárlatkorlátozó képességük.

Nem meglepő módon utolsó láncszemként nagyon gyakran olvadóbiztosító látja el a zárlatvédelmi feladatot – amit az olvadóbetétek nem tudnak hárítani, azt már más sem képes. De említsük meg gyorsaságukat is! Ez utóbbi két jó tulajdonságuk miatt a termikusan (is) érzékeny félvezetőeszközök védelmének szinte egyedüli bajnokai a speciális, gyorsműködésű olvadóbetétek.

Fontos szempont, hogy a biztosítócsere „nyűgösebb" volta egyben az előnyükre is válik: a kényszerű csere miatt triviális, hogy az új betét behelyezésével gyakorlatilag 100%-ban viszszaállítjuk az eredeti védettségi állapotot. Nem úgy a megszakítóknál, amelyek érintkezői megsínylenek minden (főleg zárlati) kapcsolást, és így villamos képességeik folyamatosan romlanak az üzemük során. A mai gyártástechnika mellett a sorozatban készített betétek karakterisztikája nagy pontossággal és kicsi szórással megfelel a szabvány által előírtnak, illetve a gyártói katalógusban megadottnak. Ezért nem jelent igazán hátrányt, hogy nem lehet őket méréssel ellenőrizni a beépítéskor – ezt egyébként a megszakítók esetében sem szokták megtenni. Természetesen visszakapcsolásra nem alkalmasak, a normál üzem helyreállításához – egyelőre – emberi beavatkozás szükséges. Ez akkor nem jelent hátrányt, amikor amúgy is szükséges a hibael- hárítás, vagy legalább a helyszíni ellenőrzés a visszakapcsolás előtt.

6. ábra: Thomas Alva Edison Amerikában 1890-ben szabadalmaztatott megoldása a „villámlevezetők új és hasznos fejlesztésére”, azaz „olvadóképes biztosító, avagy villám-védelmi eszköz telefonokhoz, távírókhoz és más hasonló áramkörökhöz”. A szigetelő csőben – vagy lezárt hornyú hengeres szigetelőben – (a) elhelyezkedő fólia, vagy egyéb olvadásra hajlamos fémszalag (b) található a két lezáró sapkához (d) forrasztva. A betét az áramköri vezetőkhöz (f) csatlakoztatott és alkalmas tartóra szilárdan rögzített rugózó terminálok (e) közé illeszthető: íme egy csöves olvadóbiztosító-betét és -tartó!

A (h)őskor

Az olvadóbiztosító működési elvét már valamikor 1774-ben megtapasztalta és leírta az angol Edward Nairne (2. ábra). Ez még az elektro- sztatika kora. Nairne maga is épített elektrosztatikus generátorokat. Leideni palackok (korai kondenzátorok) kisütése során figyelte meg, hogy ha a kisütő áram túl nagy, akkor a vezeték kis fémgolyócskákká olvad. Ez még nem tekinthető szándékosan megépített olvadóbiztosítónak, de a vékony vezetékszálak kétségtelenül akként viselkedtek, mintha olvadóbetétek lennének.

Annál inkább tudatosan alkalmazták a mai olvadóbiztosítók ősét a villamos távírók villámcsapás nyomán előforduló károsodása ellen. Funkciójukat tekintve tehát ezek sokkal inkább túlfeszültségvédelmi eszközök voltak, de felépítésüket és működési elvüket tekintve egyértelműen olvadóbiztosítók. Louis François Clément Breguet (3. ábra), egy francia fizikus és órásmester, aki a francia vasúttársaságnál bevezetésre kerülő villamos távírók fejlesztésén dolgozott, már 1847-ben rájött, hogy a távírókészülékek elé beillesztett, kellően vékony huzaldarab azokat hatásosan megvédi a villámcsapás károsító hatásától kiolvadása által.

Néhány évtizeddel később korabeli tudományos cikkek számolnak be róla, hogy már 1864 óta a tenger alatti távíró kábelek védelmére alkalmazták ezt az elvet (egyszerű, vékony platinaszálat). Bátran tekinthetjük hát ezt a megoldást a túlfeszültségvédelem és a túláramvédelem közös ősének. Napjainkra a két terület és védelmi eszközcsalád szignifikánsan kettévált: a túlfeszültségvédelmi eszközök a feszültségnövekedést okozó káros töltésmennyiséget (áramhullámot) egy sönt-ágon levezetik a védendő hálózatrész előtt, míg a túláramvédelmi eszközök soros elemként a védendő hálózatrész előtt kikapcsolást hajtanak végre. Lényegében tehát mindkét esetben arról van szó, hogy a károsodást okozó töltésmennyiségnek a védendő eszközön való átáramlását akadályozzuk meg, illetve korlátozzuk elviselhető szintre.

7. ábra: W.M. Morday találmányát követi a legtöbb ma használatban levő olvadóbiztosító is: a réz olvadószálat homok vagy más alkalmas közeg veszi körül, az egész pedig szigetelő kapszulába épül: ez a kompakt, biztonságos eszköz illeszthető a befogadására alkalmas foglalatba.

1879-ben az akkor 28 éves angol Silvanus Philip Thompson készít a korábbiaknál hatásosabb olvadóbiztosítót. A két vas vezetőszálhoz alacsony olvadáspontú fémötvözetből (például ólomból és ónból) készített fémgolyó csatlakozik a 4. ábra szerint. A nagy áram hatására a fémgömb olvadásnak indul, és ezzel egy időben leszakad a súlyánál fogva, így gyorsan eltávolítja a két vezetékvéget egymástól. Ez különösen fontos a hatékony ívoltás szempontjából, hiszen most még egyenáramú körökről van szó, márpedig tudjuk, az egyenáramú ív sokkal makacsabb, hajlamos stabilan fennmaradni az elektródák között.

Thompson professzor megoldásának egy másik változatát szabadalmaztatta Sir Charles Vernon Boys és társa 1883-ban (5. ábra). Ők nem súlyerővel, hanem rugóerővel oldották meg az elváló vezetékek gyors távolítását. Náluk is két vezetőszál van összeforrasztva, amelyek rugóacélból készültek, úgy, hogy nyitó irányba elő vannak feszítve. Ha a rajtuk átfolyó áram elég hosszú ideig nagyobb egy bizonyos értéknél, akkor a forrasztás elenged, a rugók hirtelen eltávolodnak egymástól, és a köztük keletkező ív kialszik. 1890-ben Thomas Alva Edison az amerikai New Jersey állambeli Menlo Parkból megkapta szabadalmát „villámlevezetők új és hasznos fejlesztésére”, olyan olvadóképes biztosítóra, avagy villámvédelmi eszközre, amely telefonok, távírók és más hasonló eszközök áramköreinek védelmére szolgál (6. ábra). Ez már kísértetiesen hajaz a ma használatos hengeres betétekre. Bár még kvarchomok töltésről nincs szó, de az olvadóképes fólia vagy fémszalag már szigetelő csőben helyezkedik el, nem pedig védelem nélkül a szabad levegőn. A szigetelő csőben – vagy lezárt hornyú hengeres szigetelőben – (a) elhelyezkedő fólia, vagy egyéb olvadásra hajlamos fémszalag (b) található a két lezáró sapkához (d) forrasztva. A betét az áramköri vezetőkhöz (f) csatlakoztatott és alkalmas tartóra szilárdan rögzített rugózó terminálok (e) közé illeszthető: íme egy csöves olvadóbiztosító-betét és -tartó!

Joseph Wilson Swan hasonló céllal hasonló eszközt készített Edisonnal nagyjából egy időben – megjegyzendő, hogy nem csak az olvadóbiztosítót, hanem az annál sokkal nagyobb publicitással bíró villamos izzólámpát is gyakorlatilag párhuzamosan fejlesztették az Atlanti óceán két partján. Mindazonáltal, mint annyi más műszaki találmánynál, nehéz igazán eldönteni, kit tisztelhetünk az ősatya szerepében. Amikor egy probléma vagy lehetőség (vagy mind a kettő egyidejűleg) a „levegőben van”, akkor sok nagy elme töpreng a megoldáson, és ezek – nem csak a szólás-mondás szerint, de – valóban találkozni szoktak, tehát egymástól függetlenül többé-kevésbé egy időben nagyon hasonló válaszok és megoldások születnek. Nem szerepünk igazságot tenni efféle kérdésben, és talán nincs is sok értelme. Korabeli levelekből tanulságos részleteket publikált könyvében néhány évtizeddel később egy angol villamosmérnök, Henry William Clothier, akinek érdemes megjegyeznünk a nevét, mert munkássága egyébként nagyban hozzájárult a mai értelemben vett villamos elosztóberendezések, tokozott készülékek és általánosságban a villamos védelmek gyakorlati alkalmazásához és elterjedéséhez. Idézzünk egy erről szóló rövid részletet (30. oldal). Ahogy fentebb láttuk, az olvadó szálat valamilyen tokba (Swanék fából, majd kerámiából készítettbe, Edisonék üvegbe) helyezték, nem annyira az olvadóelem, mint inkább a környezete védelmére.

Nagy lépéssel vitte közelebb a kor technikáját a mai olvadóbiztosítókhoz William Morris Morday 1890-es találmánya: ő réz olvadóelemet (akár fóliát, akár vékony huzalt) zárt üvegcsőbe vagy hasonló szigetelő tartályba, amely részben vagy egészben félvezető vagy szigetelő anyaggal volt töltve, lehetőleg éghetetlen vagy lángálló fajtájúval (7. ábra). Krétapor, márványpor, téglapor, homok, csillámpala, kőpor és azbeszt szerepel lehetséges töltelékként a szabadalmi leírásában.

Ezzel el is jutottunk a XX. századhoz, és a következőkben itt folytatjuk. Mint látni fogjuk, a 900-as évek elején megalkotott olvadóbiztosító konstrukciók olyannyira sikeresek voltak, hogy napjainkig elkísértek minket. Persze ne gondolja senki, hogy 100 éve megállt az élet: a külsőre változatlan vagy alig-alig változó biztosítóbetétek legalább annyit fejlődtek az idők folyamán, mint az ember a Neandervölgy óta. Mit tudnak a mai bajnokok? Legközelebb legyen erről szó!


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem