Materiały do przewodników bezpieczników

Charakterystyka i materiały elementów bezpieczników

Materiały wybrane do produkcji elementów bezpieczników muszą posiadać określony zestaw właściwości. Powinny one mieć niski punkt topnienia, co zapewnia, że bezpiecznik stopi się szybko, gdy przez niego przepłynie nadmierna ilość prądu, przerwawszy tym samym obwód i zabezpieczywszy system elektryczny. Ponadto te materiały powinny cechować się niskimi stratami ohmicznymi, aby minimalizować zużycie energii w normalnych warunkach pracy. Wysoka przewodność elektryczna (równoważna z niską opornością) jest niezbędna do skutecznego przepływu prądu bez powodowania znaczących spadków napięcia. Koszty są kolejnym kluczowym czynnikiem, ponieważ bezpieczniki są używane w dużych ilościach w różnych aplikacjach elektrycznych. Ponadto materiał powinien być wolny od właściwości, które mogłyby prowadzić do degradacji lub awarii w czasie, zapewniając niezawodne działanie.

Zwykle elementy bezpieczników są wykonane z materiałów o niskim punkcie topnienia, takich jak cyna, ołów lub cynk. Choć te metale są znane z ich niskiego punktu topnienia, ważne jest, aby zauważyć, że niektóre metale o wysokiej oporności właściwej mogą również oferować niski punkt topnienia, jak pokazano w poniższej tabeli. Te materiały zapewniają równowagę między zdolnością do szybkiego topnienia w warunkach uszkodzenia a potrzebą utrzymania akceptowalnej wydajności elektrycznej podczas normalnej pracy.

Materiały do elementów bezpieczników: właściwości, zastosowania i kompromisy

Materiały często stosowane do produkcji elementów bezpieczników to cyna, ołów, srebro, miedź, cynk, aluminium oraz stop ołowiu i cyny. Każdy materiał ma unikalne właściwości, które sprawiają, że jest odpowiedni do określonych zastosowań w obwodach elektrycznych.

Stop ołowiu i cyny jest zwykle stosowany w bezpiecznikach o małych nominalnych prądach. Jednakże, gdy prąd przekracza 15A, ten stop staje się mniej praktyczny. Dla zastosowań o większych prądach użycie stopu ołowiu i cyny wymagałoby bezpieczników z większym średnicą. W konsekwencji, gdy bezpiecznik topi się, jest wydzielana nadmierne ilości roztopionego metalu, co może stanowić zagrożenie bezpieczeństwa i prowadzić do większych uszkodzeń otaczających elementów.

Dla obwodów o prądach powyżej 15A, bezpieczniki z drutu miedzianego są często preferowanym wyborem. Mimo szerokiego zastosowania, miedź ma pewne istotne wady. Aby osiągnąć stosunkowo niski współczynnik topnienia (stosunek minimalnego prądu topnienia do nominalnego prądu), bezpieczniki z drutu miedzianego działają przy stosunkowo wysokich temperaturach. Ta wysoka temperatura pracy może prowadzić do przegrzewania się drutu w czasie. W rezultacie przekrój poprzeczny drutu stopniowo maleje, a prąd topnienia również spada. Ten fenomen zwiększa prawdopodobieństwo przedwczesnego topnienia, co potencjalnie prowadzi do niepotrzebnych przerw w obwodzie i zakłóceń w dostawie energii elektrycznej.

Srebro, z drugiej strony, oferuje kilka zalet jako materiał do elementów bezpieczników. Jedną z jego kluczowych korzyści jest odporność na utlenianie; srebro nie tworzy łatwo stabilnych tlenków. Nawet jeśli formuje się cienka warstwa tlenku, jest ona niestabilna i łatwo się rozkłada. Ta właściwość zapewnia, że przewodność elektryczna srebra pozostaje niewzmocniona przez utlenianie, utrzymując stałą wydajność elektryczną przez cały okres użytkowania. Dodatkowo, dzięki wysokiej przewodności elektrycznej, ilość roztopionego metalu generowana podczas działania bezpiecznika jest minimalna. Ta redukcja masy roztopionego metalu umożliwia szybsze działanie bezpiecznika, pozwalając mu przerwać obwód szybciej w przypadku nadmiernego prądu. Jednakże, wysoki koszt srebra w porównaniu do innych metali, takich jak miedź lub stop ołowiu i cyny, ogranicza jego szerokie zastosowanie. W większości praktycznych zastosowań, gdzie koszt jest istotnym czynnikiem, częściej stosowane są bezpieczniki z miedzi lub stopu ołowiu i cyny.

Cynk, kiedy jest używany jako materiał do elementów bezpieczników, jest zwykle w formie taśmy. Jest to spowodowane faktem, że cynk nie topi się szybko w warunkach małych przeciążeń. Jego względnie wolniejsze topienie zapewnia pewną tolerancję dla przejściowych lub małych przeciążeń, zapobiegając niepotrzebnemu działaniu bezpiecznika i zmniejszając prawdopodobieństwo fałszywych uruchomień w obwodach elektrycznych.