Bezpiecznik topikowy

Bezpiecznik topikowy (F) to jednorazowe zabezpieczenie, w którym cienki topik wewnątrz wkładki przetapia się przy zbyt dużym prądzie i przerywa obwód. Chroni przewody oraz odbiorniki przed przeciążeniem i zwarciem, a po zadziałaniu wymienia się całą wkładkę.

---

Co jest w środku wkładki topikowej i dlaczego topik się przepala?

Wkładka topikowa wykonuje całą pracę zabezpieczenia. W jej ceramicznym korpusie rozciągnięty jest topik – taśma albo drucik z miedzi, srebra lub miedzi posrebrzanej. Taśma ma celowe przewężenia i nacięcia, bo w tych miejscach ciepło zbiera się najszybciej.

Dopóki obciążenie mieści się w granicach prądu znamionowego, ciepło z topika odpływa do styków i obudowy. Gdy prąd rośnie, przewężenie dochodzi do temperatury topnienia i taśma pęka – ten etap nazywa się czasem przedłukowym.

Pęknięcie topika nie kończy jeszcze przepływu prądu. W szczelinie zapala się łuk elektryczny, który przewodzi dalej. Wnętrze wkładki wypełnia piasek kwarcowy: rozprasza i chłodzi łuk, a stopiony metal wiąże w szklistą bryłkę. Czas przedłukowy razem z czasem palenia łuku daje pełny czas zadziałania.

Sama wkładka to jednak nie całe zabezpieczenie. W rozdzielnicy osadzone jest gniazdo bezpiecznikowe, a w nim wstawka kalibrowa – pierścień dobrany do prądu znamionowego obwodu, który blokuje wkręcenie wkładki o zbyt dużym prądzie. Wkładkę dociska główka bezpiecznikowa wkręcana w gniazdo. Po zadziałaniu wymieniasz tylko wkładkę, bo gniazdo, wstawka i główka nie zużywają się.

Zasadę tego zabezpieczenia opisał Edward Nairne w 1773 roku, a patent uzyskał Thomas Edison w 1880 – to konstrukcja starsza niż większość aparatów, które dziś siedzą obok niej na szynie.

Co oznaczają litery gG i gL na wkładce topikowej?

Pierwsza, mała litera oznaczenia opisuje zakres prądów, które wkładka potrafi wyłączyć. Litera g oznacza zabezpieczenie pełnozakresowe: przerywa i niewielkie przeciążenie, i prąd zwarciowy. Litera a oznacza zabezpieczenie niepełnozakresowe: poradzi sobie ze zwarciem, ale nie z długotrwałym przeciążeniem, więc musi jej towarzyszyć inny aparat.

Druga, wielka litera wskazuje chroniony obiekt: G to zastosowanie ogólne, L – kable i przewody, M – silniki, Tr – transformatory, R – elementy energoelektroniczne, B – urządzenia w podziemiach kopalń.

gG i gL to ta sama wkładka pod dwiema nazwami. gL było starszym oznaczeniem niemieckim, gG weszło razem z normami PN-EN 60269-1 i PN-HD 60269-2, a producenci do dziś drukują na korpusach zapis gG/gL. Katalogi opisują tę charakterystykę jako zwłoczną, w odróżnieniu od szybkiej gF.

Oznaczenie	Zakres działania	Chroniony obiekt	Gdzie ją spotkasz
gG (dawniej gL)	pełnozakresowe: przeciążenie i zwarcie	przewody i odbiorniki ogólnego przeznaczenia	obwody instalacyjne i rozdzielnice
gF	pełnozakresowe, krótszy czas zadziałania	przewody	obwody wymagające szybkiego wyłączenia
aM	niepełnozakresowe: tylko zwarcie	silniki	obwody silnikowe
gTr	pełnozakresowe	transformatory	strona niskiego napięcia transformatora
gR, aR	pełno- i niepełnozakresowe, bardzo szybkie	elementy półprzewodnikowe	falowniki i prostowniki

Jaki prąd znamionowy dobrać i jak czytać charakterystykę czasowo-prądową?

Prąd znamionowy wkładki I_n, podawany w amperach (A), to prąd, który topik przenosi dowolnie długo bez przetopienia. Powyżej tej wartości rozstrzyga charakterystyka czasowo-prądowa, czyli zależność odwrotna: im większa krotność prądu znamionowego, tym krócej wkładka wytrzyma. Kilkukrotne przeciążenie wyłącza wkładkę w sekundach, zwarcie w milisekundach.

Normy opisują tę zależność dwiema wartościami probierczymi. Prąd probierczy dolny, dla wkładek gG powyżej 16 A równy 1,25 · I_n, wkładka musi wytrzymać przez umowny czas, przy prądach instalacyjnych równy godzinie. Prąd probierczy górny, równy 1,6 · I_n, w tym samym czasie musi ją przetopić i właśnie ta wartość trafia do doboru zabezpieczenia przewodu.

I₂ = k · I_n ≤ 1,45 · I_z

dla wkładek gG: k = 1,6, więc I_n ≤ 0,9 · I_z

• I₂ – prąd zadziałania w umownym czasie [A]
• k – współczynnik zadziałania; dla wkładek gG wynosi 1,6
• I_n – prąd znamionowy wkładki [A]
• I_z – obciążalność długotrwała przewodu [A]

Wychodzi z tego reguła, którą policzysz w pamięci: prąd znamionowy wkładki gG nie może przekroczyć 0,9 obciążalności przewodu. Wkładka 20 A wymaga więc przewodu o obciążalności co najmniej 22,3 A, a nie równej 20 A.

Typoszereg wkładek instalacyjnych rozpoznasz po gwincie: korki typu D wkręca się na E16 (DI) i E27 (DII) dla prądów 2–25 A oraz E33 (DIII) dla 35–63 A, a mniejsze wkładki D0 na E14 (D01, do 16 A) i E18 (D02, 20–63 A). Kolor wskaźnika zadziałania podaje wartość: szary to 16 A, niebieski 20 A, żółty 25 A. Wkładki nożowe NH sięgają od NH000 po NH4a i 1600 A.

Czym bezpiecznik topikowy różni się od wyłącznika nadprądowego?

Najkrótsza odpowiedź: bezpiecznik topikowy zużywa się w chwili zadziałania, a wyłącznik nadprądowy tylko się otwiera. Wkładkę wymieniasz, wyłącznik podnosisz dźwignią. Mechanizmy wyzwalające, charakterystyki B, C i D oraz zdolność zwarciową aparatów modułowych opisuje osobne hasło: wyłącznik nadprądowy.

Ta różnica dzieli zadania w rozdzielnicy: wkładka topikowa siedzi zwykle wyżej w układzie, jako zabezpieczenie poprzedzające, którego nie powinno ruszyć zwarcie w jednym obwodzie odbiorczym.

Cecha	Bezpiecznik topikowy	Wyłącznik nadprądowy
Po zadziałaniu	wymiana wkładki na nową	ponowne załączenie dźwigni
Liczba zadziałań	jednorazowa	wielokrotna
Koszt	niski, rośnie z każdą wymianą	wyższy, bez kosztu zadziałań
Zdolność wyłączania	wysoka, wkładki NH przekraczają 100 kA	typowo 6 lub 10 kA w wykonaniach mieszkaniowych
Rola w rozdzielnicy	zabezpieczenie główne i przedlicznikowe, łatwe do plombowania	zabezpieczenie obwodów odbiorczych
Selektywność	dobra w roli zabezpieczenia poprzedzającego	wymaga dobrania kolejnych stopni
Kto wymienia lub załącza	korek – użytkownik, wkładkę NH – osoba z uprawnieniami	użytkownik

Korki nie zniknęły więc z instalacji: tam, gdzie liczy się plombowanie i wysoka zdolność wyłączania, wkładka wygrywa parametrami.

Gdzie spotkasz wkładki topikowe w polskiej instalacji?

Nawet przy rozdzielnicy pełnej aparatów modułowych wkładki topikowe pracują wcześniej, po stronie zasilania. W złączu kablowym budynku i w zabezpieczeniu przedlicznikowym instalacji 230/400 V siedzą korki albo wkładki D0, bo łatwo je zaplombować. W rozdzielnicach przemysłowych wkładki NH zabezpieczają odpływy o prądach rzędu setek amperów.

Warunki, jakie musi spełnić dobrane zabezpieczenie przetężeniowe, opisuje norma PN-HD 60364-4-43, a samą wkładkę bada się według PN-EN 60269-1. Napięcie znamionowe wkładki nie może być niższe od napięcia obwodu, dlatego w instalacji 400 V stosuje się wkładki na 500 V. Wkładka do prądu przemiennego nie nadaje się do obwodu prądu stałego, bo tam łuk gaśnie znacznie trudniej – fotowoltaika ma własne wkładki gPV.

Na egzaminie SEP grupy 1 wraca pytanie, kto wkładkę wymienia. Korek typu D i wkładkę D0 zaprojektowano do obsługi przez osobę bez kwalifikacji. Wkładkę nożową NH wyjmuje się uchwytem izolacyjnym z rozdzielnicy, w której obok pozostaje napięcie, i robi to wyłącznie osoba ze świadectwem kwalifikacyjnym.

Jest jeszcze zwyczaj, który regularnie kończy się pożarem: watowanie, czyli bocznikowanie przepalonej wkładki drutem albo monetą. Taki mostek nie ma żadnej charakterystyki czasowo-prądowej, więc przy zwarciu energia zostaje w przewodach zamiast w topiku. Gdy korek przepala się kilka razy pod rząd, przyczyną jest przeciążony obwód albo uszkodzony odbiornik, a nie za mała wkładka.

Najczęściej zadawane pytania