Jakie są typy i rodzaje bezpieczników?

Bezpieczniki spotykane w elektronice można zaliczyć do grona zabezpieczeń nadprądowych. Ich zadaniem jest ochrona wybranego fragmentu obwodu przed zgubnymi skutkami poboru prądu o zbyt dużym natężeniu. Taka sytuacja może wystąpić po awarii któregoś z elementów albo po wystąpieniu zwarcia – również spowodowanego usterką, albo wywołanego zwarciem przez użytkownika.

Po co stosujemy bezpieczniki?

Bezpieczniki nie chronią układu przed wystąpieniem w nim przeciążenia. Ich zadaniem jest jedynie ograniczenie strat nim spowodowanych. Urządzenie, które tylko lekko się „zadymiło”, można spróbować naprawić. Natomiast jeżeli wewnątrz obudowy wybuchnie pożar, może być już ono niezdatne do jakiejkolwiek naprawy. Wywołany pożar może rozprzestrzenić się na pozostałą część pomieszczenia, w którym felerny układ się znajduje.

Rodzaje bezpieczników

Bezpieczniki można podzielić na trzy główne grupy:

  • jednorazowe (topikowe)
  • wielorazowe (polimerowe)
  • wielorazowe (elektroniczne)

Bezpieczniki jednorazowe (topikowe)

Bezpieczniki jednorazowe najczęściej zawierają drucik z odpowiedniego metalu, o dokładnie dobranej średnicy. Przepływający przez niego prąd powoduje nagrzewanie go. Jeżeli natężenie tego prądu zacznie przekraczać wartość znamionową, podaną na obudowie tegoż elementu, nagrzewanie stanie się zbyt silne i drucik ulegnie przepaleniu.

Jednak nie stanie się to natychmiast. Im silniejsze jest przeciążenie, tym większa moc wydzieli się w druciku i jego temperatura wzrośnie bardziej. Proces przepalania, na który składa się również utlenianie metalu, z którego jest wykonany drucik, będzie zachodził szybciej. Dlatego bezpieczniki topikowe mogą przewodzić prąd o natężeniu większym od znamionowego przez długi czas, nawet przez wiele godzin. Taki rodzaj bezpiecznika nazywamy również topikowym – po jego zadziałaniu, należy go wyjąć i włożyć nowy.

Bezpieczniki wielorazowe (polimerowe)

Bezpieczniki polimerowe są wykonane inaczej niż topikowe. W ich wnętrzu znajduje się struktura z krystalicznego polimeru, która utrzymuje drobiny węgla. Kiedy przez bezpiecznik płynie prąd, część tej polimerowej struktury, na skutek wydzielanego ciepła, przechodzi do stanu amorficznego (bezpostaciowego). Węglowe połączenia ulegają przerwaniu. Dopiero po przerwaniu przepływu prądu i ostudzeniu bezpiecznika, możliwy jest jego powrót do poprzedniego stanu.

Bezpieczniki tego typu (polimerowe) są wielorazowego użytku, ale nie mogą działać w nieskończoność. Ich trwałość liczy się w dziesiątkach, ewentualnie setkach cykli rozłączeń/połączeń. Po tym czasie polimerowa struktura degraduje się na tyle, że nie jest w stanie przywrócić pierwotnego układu łańcuchów węgla. Wtedy należy wymienić taki bezpiecznik na nowy. Ich wadą jest relatywnie wysoka rezystancja podczas prawidłowej pracy, znacznie większa niż bezpieczników topikowych.

Bezpieczniki wielorazowe (elektroniczne)

Elektroniczne układy ograniczające prąd mogą działać wielokrotnie bez żadnych objawów zużycia, o ile są prawidłowo zaprojektowane i eksploatowane. Istnieje wiele różnych wariantów ich wykonania, od bardzo prostych obwodów na dwóch tranzystorach, po bardziej złożone struktury, zawierające wzmacniacze operacyjne i przerzutniki. Taki „bezpiecznik” może być czuły nawet na najmniejsze przekroczenie natężenia prądu ponad dopuszczalną wartość, a czas jego reakcji może być rzędy wielkości mniejszy od najszybszego bezpiecznika topikowego.

Ich wadą jest wysoka złożoność (zawierają wiele elementów elektronicznych) oraz podatność na różnego rodzaju przepięcia, jakie mogą wystąpić w zabezpieczonym obwodzie. Dlatego spotyka się je sporadycznie, na przykład w formie regulacji dopuszczalnego prądu wyjściowego zasilacza laboratoryjnego.

Czas zadziałania bezpieczników topikowych

Wróćmy jeszcze na chwilę do bezpieczników topikowych. W produkcji są różne ich odmiany: zwłoczne, szybkie, superszybkie. Różnią się czasem zadziałania na różnego rodzaju przeciążenia.

Bezpiecznik zwłoczny

Bezpiecznik zwłoczny stosuje się tam, gdzie mogą występować krótkotrwałe impulsy prądu o dużym natężeniu, na przykład włączone szeregowo z uzwojeniem pierwotnym transformatorów sieciowych. Taki transformator pobiera znaczny prąd w chwili włączenia go do sieci, lecz po chwili jego natężenie spada do nominalnej wartości. Natomiast przy przeciążeniu o relatywnie niewielką wartość, rzędu 200% prądu nominalnego, taki bezpiecznik zadziała szybciej niż jego „szybki” odpowiednik.

Bezpiecznik szybki

Zadaniem bezpiecznika szybkiego (oraz jego odmian, np. superszybkiego) jest ochrona delikatnych modułów elektronicznych. Dlatego można je spotkać tam, gdzie naturalnie nie występują krótkotrwałe impulsy prądu o wysokim natężeniu, na przykład na wyjściu zasilacza sieciowego wzmacniacza audio. Wtedy chronionym obwodem jest końcówka mocy tegoż wzmacniacza, która nie zawiera kondensatorów elektrolitycznych o wysokich pojemnościach.

Prąd stały czy przemienny?

Dla bezpiecznika istotny jest również rodzaj płynącego przezeń prądu: stały lub przemienny. Bezpieczniki polimerowe zazwyczaj (ale nie jest to reguła – szczegółów trzeba szukać w nocie katalogowej) mogą działać zarówno przy prądzie stałym, jak i przemiennym.

Bezpieczniki jednorazowe (topikowe) częściej spotyka się w wykonaniu dla prądu przemiennego, choć są również dostępne wersje na prąd stały. Charakteryzują się wyższą ceną, ponieważ prąd stały jest trudniejszy w wyłączeniu. Po przerwaniu ciągłości drucika, między jego końcami może ciągnąć się łuk elektryczny, który podtrzymuje przepływ prądu. Ponadto, wysoka temperatura zapalonego łuku elektrycznego może być przyczyną pożaru. Dlatego nie należy stosować zwykłych bezpieczników rurkowych, przystosowanych do prądu przemiennego, w obwodach prądu stałego.

Zabezpieczenia elektroniczne działają, w przeważającej większości, przy prądzie stałym.