Gdy przez obwód elektryczny przepływa prąd, powstaje ciepło. W wielu zastosowaniach jest to zjawisko pożądane, na przykład w grzejnikach elektrycznych, tosterach czy ekspresach do kawy. W innych przypadkach nadmierna temperatura może jednak prowadzić do poważnych konsekwencji. Wystarczy wspomnieć o przegrzewających się silnikach elektrycznych, których awarie najczęściej wynikają z usterek technicznych. Przed uszkodzeniami chronią elementy zabezpieczające wrażliwe na temperaturę. Przy zbyt wysokiej wartości ciepła automatycznie rozłączają one dany obwód i odłączają urządzenie od zasilania, zanim dojdzie do szkody. Sprawdź, jak działają bezpieczniki termiczne i jakie kryteria są kluczowe przy ich doborze.
Bezpieczniki termiczne mają wiele wspólnego z klasycznymi bezpiecznikami – odłączają obciążenie od obwodu elektrycznego, gdy zostanie osiągnięta określona temperatura progowa. W przypadku wyłączników nadprądowych rozłączenie następuje na skutek nadmiernego prądu, który powoduje przepalenie bezpiecznika topikowego znajdującego się w obwodzie szeregowym.
W ten sposób zapobiega się uszkodzeniom przewodów spowodowanym przegrzaniem. Tradycyjne bezpieczniki termiczne działają na podobnej zasadzie, jednak nie reagują na wzrost temperatury przewodu spowodowany zbyt wysokim natężeniem prądu, lecz na temperaturę otoczenia. Oznacza to, że gdy wnętrze urządzenia elektrycznego nagrzeje się do poziomu stwarzającego ryzyko pożaru, bezpiecznik termiczny natychmiast przerywa obwód.
Możliwe są takie przegrzania na przykład w wyniku uszkodzenia łożysk silnika elektrycznego. Powstające przy tym tarcie może generować znaczną ilość ciepła, mimo że silnik początkowo nadal działa.
Innym przykładem są nieprawidłowo skonstruowane grzejniki elektryczne. Jeśli ciepło nie jest odpowiednio odprowadzane do otaczającego powietrza, może dojść do nadmiernego nagrzania zarówno wnętrza urządzenia, jak i jego obudowy – co w skrajnych przypadkach stwarza ryzyko pożaru.
Podobnie jak klasyczne bezpieczniki, bezpieczniki termiczne można podzielić na dwie grupy: jednorazowe bezpieczniki termiczne oparte na wkładkach topikowych oraz wielokrotnego użytku zabezpieczenia temperaturowe, czyli termowyłączniki.
Bezpieczniki termiczne z wkładką topikową są niewielkie, niedrogie i zazwyczaj wyposażone w wyprowadzenia radialne lub osiowe. Często składają się ze styków ślizgowych, sprężyny oraz termicznego granulatu, który nie przewodzi prądu. Gdy temperatura osiągnie określony punkt zadziałania, granulat ten topnieje, przez co siła sprężyny maleje. W efekcie sprężyna rozpręża się, a styk ślizgowy odsuwa się od przewodu doprowadzającego, przerywając obwód elektryczny. W innej wersji elementem reagującym na temperaturę jest połączenie metalowe, które topnieje przy określonej temperaturze, oraz izolator ceramiczny. Wzrost temperatury otoczenia powoduje stopienie tego połączenia, co trwale przerywa przepływ prądu.
Wadą tych bezpieczników termicznych jest to, że po zadziałaniu – podobnie jak tradycyjne bezpieczniki topikowe – wymagają wymiany, co oznacza, że są jednorazowego użytku. Alternatywą są przełączniki temperaturowe wielokrotnego użytku, które eliminują konieczność wymiany. Po zadziałaniu pozostają w stanie wyłączenia do momentu, aż temperatura otoczenia spadnie poniżej ustalonego progu. Wtedy styk zostaje ponownie zamknięty i przepływ prądu zostaje przywrócony.
Wyróżnia się trzy główne typy mechanicznych zabezpieczeń temperaturowych: przełączniki bimetaliczne, przełączniki temperaturowe z rozszerzalnością cieczy oraz elektroniczne zabezpieczenia temperaturowe.
Bezpieczniki bimetaliczne wykorzystują pasek z bimetalu, który pod wpływem temperatury wygina się lub prostuje, powodując zamknięcie bądź przerwanie obwodu elektrycznego. Do ich zalet należą kompaktowe rozmiary oraz niska cena. Wadami są natomiast mniejsza precyzja działania, wrażliwość na drgania i wstrząsy oraz ograniczona odporność na wysokie temperatury.
Przełączniki temperaturowe wypełnione cieczą zawierają mosiężny tłok, który wypełniony jest gazem lub cieczą. Wraz ze wzrostem temperatury medium zwiększa swoją objętość i wywiera ciśnienie na tłok, co prowadzi do zadziałania przełącznika. Ich zaletami są niewielkie wymiary, niższy koszt oraz większa precyzja w porównaniu z bimetalami. Minusem jest stosunkowo długi czas reakcji oraz ryzyko wystąpienia nieszczelności.
Elektroniczne przełączniki temperaturowe składają się zazwyczaj ze źródła zasilania, czujnika temperatury oraz układu elektronicznego. Urządzenie mierzy temperaturę, przekształcając zmianę temperatury czujnika w sygnał sterujący. Sygnał ten zmienia się proporcjonalnie do temperatury, co pozwala na precyzyjne sterowanie. Elektroniczne bezpieczniki temperaturowe stosowane są wszędzie tam, gdzie wymagana jest wysoka dokładność.
Prawie wszystkie standardowe bezpieczniki termiczne są przeznaczone do stosowania w urządzeniach zasilanych napięciem sieciowym. Napięcie znamionowe wynosi zazwyczaj 230 lub 250 woltów, a prąd znamionowy mieści się w zakresie od 1 do 16 amperów. Poniżej znajduje się przegląd wszystkich istotnych kryteriów wyboru:
Temperatura znamionowego zadziałania
Temperatura, przy której bezpiecznik termiczny się otwiera i odcina dopływ prądu. Zwykle mieści się w zakresie od 60 do 318 stopni Celsjusza.
Temperatura znamionowa pracy – Tf
Ocena temperatury pracy na podstawie norm bezpieczeństwa zgodnych z DIN EN 60691. Oznacza temperaturę, przy której dopływ prądu zostaje bezpiecznie przerwany.
Temperatura utrzymania – Th
Maksymalna temperatura, przy której bezpiecznik termiczny nie przerywa obwodu podczas przepływu prądu znamionowego przez 168 godzin.
Maksymalna graniczna temperatura – Tm
Najwyższa temperatura bezpiecznika, przy której w ciągu 10 minut po zadziałaniu nie następuje przewodzenie prądu.
Maksymalna temperatura pracy
Najwyższa temperatura, przy której bezpiecznik termiczny nie ulega zadziałaniu ani temperatura działania nie wzrasta zauważalnie po określonym czasie.
Prąd znamionowy – Ir
Dopuszczalny maksymalny prąd, jaki bezpiecznik termiczny może przewodzić.
Napięcie znamionowe – Ur lub Vr
Maksymalne dopuszczalne napięcie, które można przyłożyć do bezpiecznika termicznego.
Większość bezpieczników termicznych wyposażona jest w przewody przyłączeniowe ułożone promieniowo lub osiowo. Połączenie elektryczne zazwyczaj realizuje się za pomocą zacisków śrubowych w pobliżu źródła ciepła – na przykład silnika elektrycznego lub transformatora. Dostępne są również bezpieczniki z końcówkami przystosowanymi do wtyków płaskich lub połączeń śrubowych. Tego rodzaju rozwiązania montażowe stosuje się głównie w modelach wielokrotnego użytku.