Anoni Klajn ZABEZPECZENA NADPRĄDOWE W NSTALACJACH ELEKTRYCZNYCH ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNENEM SELEKTYWNOŚC 1. nformacje wsępne Jednym z podsawowych warunków poprawnej pracy insalacji elekrycznych jes prawidłowe zabezpieczenie odbiorników, przewodów insalacyjnych i innych elemenów obwodów od skuków nienormalnych sanów pracy. Jednym z akich sanów są przeężenia, czyli syuacje, w kórych nasępuje wzros prądu w obwodzie ponad warość dopuszczalną długorwale. Przeężenia dzieli się z kolei na przeciążenia i zwarcia [1, 2]. Przeciążeniem nazywa się wzros prądu ponad warość dopuszczalną długorwale w obwodzie nieuszkodzonym, przy czym przyczyną ego wzrosu jes najczęściej nadmierny pobór energii przez zasilane odbiorniki, wynikający z ich warunków eksploaacji. Naomias wzros warości prądu podczas zwarcia wynika z uszkodzenia obwodu, zwykle uszkodzenia izolacji przewodów zasilających, aparaury łączeniowej bądź samego odbiornika. Do ochrony obwodów niskiego napięcia od przeężeń sosowane są nasępujące urządzenia: bezpieczniki niskiego napięcia [3, 4, 5], wyłączniki niskiego napięcia [6, 7, 8], przekaźniki ermobimealowe, przysosowane zwykle do współpracy ze sycznikami, zabezpieczenia ermiczne wbudowane do urządzeń, głównie silników [9]. Wymienione urządzenia cechują się różnymi właściwościami w zakresie ochrony obwodów insalacyjnych przed skukami prądów przeciążeniowych i zwarciowych, a ich dobór jes dokonywany według nasępującej kolejności posępowania: a) dobór zabezpieczenia do ochrony zasilanego odbiornika bądź grupy odbiorników, b) sprawdzenie, czy dobrane zabezpieczenie spełnia warunki ochrony przewodów insalacyjnych i łączników roboczych worzących obwód na drodze od zabezpieczenia do zacisków odbiornika, c) sprawdzenie selekywności (wybiórczości) działania dobranego zabezpieczenia z innymi zabezpieczeniami przeężeniowymi znajdującymi się od srony źródła zasilania. 3
Dobór zabezpieczenia przeężeniowego w insalacjach elekrycznych wymaga znajomości nasępujących, podsawowych paramerów prądowych: zasępczy prąd obciążenia B (rys. 1) grupy odbiorników zasilanych w danym obwodzie lub w przypadku zasilania pojedynczego odbiornika, jego prąd znamionowy ( B = N ), prąd dopuszczalny długorwale przewodów Z (rys. 1), z uwzględnieniem warunków ich ułożenia, prąd zwarciowy maksymalny Kmax i minimalny Kmin analizowanego obwodu. Paramery zabezpieczenia dobrane w punkcie a) nie powinny być zasadniczo zmieniane, z wyjąkiem syuacji, gdy projekan decyduje się na inny rodzaj zabezpieczenia, przykładowo zmiana zabezpieczenia złożonego z bezpiecznika i przekaźnika ermobimealowego na wyłącznik. Negaywny wynik sprawdzenia w punkcie b) oznacza naomias, że należy zmienić paramery przewodów (zwykle zwiększyć ich przekrój) lub paramery chronionego łącznika roboczego. Osani punk sprawdzania c) polega na analizie charakerysyk działania zabezpieczeń i może się wiązać ze zmianą paramerów zabezpieczeń znajdujących się od srony źródła zasilania. Większość obwodów w insalacjach niskiego napięcia o obwody promieniowe, w kórych kolejne sopnie zabezpieczeń nadprądowych worzą srukurę kaskadową parząc w sronę źródła zasilania. Należy jednak pamięać o ym, że zmiana paramerów zabezpieczenia przeężeniowego na kórymkolwiek sopniu ej kaskady wymaga ponownego sprawdzenia warunków ochrony odcinka przewodów insalacyjnych, objęego działaniem ego zabezpieczenia. a) b) c) F ( NF ) F ( NF ) P ( Nr ) W ( NW, Nr, G ) ( Z ) ( Z ) ( Z ) Odbiornik ( B ) Odbiornik ( B ) Odbiornik ( B ) Rys. 1. Typowe sposoby zabezpieczenia obwodów insalacji niskiego napięcia od przeężeń: a) bezpiecznikiem (F), b) bezpiecznikiem i przekaźnikiem ermobimealowym (P), c) wyłącznikiem W z wyzwalaczami: ermobimealowym i elekromagneycznym (opis w abeli 1); NF prąd znamionowy bezpiecznika, Nr znamionowy prąd nasawy przekaźnika (wyzwalacza) ermobimealowego, NW prąd znamionowy wyłącznika, G prąd nasawy progu wyzwolenia wyzwalacza elekromagneycznego; Z, B wyjaśnione w ekście 4
Do podsawowych kryeriów uzyskania selekywnego działania zabezpieczeń nadprądowych zalicza się: sopniowanie prądów zadziałania, sopniowanie czasu działania, równoczesne sosowanie kombinacji zarówno prądów, jak i czasów zadziałania. Selekywne działanie zabezpieczeń nadprądowych jes jednym z warunków poprawnego wykonania insalacji elekrycznej, wymaganym m.in. w rozporządzeniu [10]. W arykule omówiono podsawowe zagadnienia doyczące doboru zabezpieczeń nadprądowych w insalacjach elekrycznych oraz skupiono się bliżej na problemayce sprawdzania warunków ich selekywnego działania. 1.1 Podsawowe charakerysyki i właściwości zabezpieczeń nadprądowych w insalacjach niskiego napięcia Zabezpieczenie obwodów insalacji niskiego napięcia może być zrealizowane na rzy zasadnicze sposoby zilusrowane na rys.1. Tabela 1. Symbole wyzwalaczy w orach prądowych wyłączników niskiego napięcia Symbole graficzne Lp. Nazwa wyzwalacza Funkcja w obwodzie w schemacie elekrycznym w schemacie blokowym 1 Wyzwalacz (przekaźnik) ermobimealowy (przeciążeniowy) Ochrona od przeciążeń 2 Wyzwalacz elekromagneyczny (zwarciowy) Ochrona od prądów zwarciowych > 3 Wyzwalacz elekromagneyczny z nasawialną zwłoką czasową Selekywna ochrona od prądów zwarciowych > 4 Wyzwalacz różnicowoprądowy Wykrywanie prądów upływnościowych / doziemnych i ochrona przed ich skukami Wyposażenie wyłączników niskiego napięcia w wyzwalacze w orze prądowym jes w zasadzie opcjonalne, choć zdecydowana większość wyłączników niskiego napięcia jes wyposażona zarówno w wyzwalacz ermobimealowy, jak i elekromagneyczny. Paramery ych wyzwalaczy różnią się zasadniczo dla wyłączników: a) do zasosowań przemysłowych (wyłączniki silnikowe, wyłączniki przemysłowe o budowie owarej i kompakowej) [6, 7]; aparay e mają zwykle nasawialne wyzwalacze ermobimealowe i elekromagneyczne, sąd powinny być obsługiwane przez personel wykwalifikowany, b) do zasosowań domowych i podobnych [8], kóre są wyposażone w wyzwalacze bez możliwości dokonywania zmiany nasaw; obsługa ych wyłączników 5
może być dokonywana zarówno przez personel wykwalifikowany, jak i przez osoby nie posiadające kwalifikacji. Wyzwalacze ermobimealowe (przeciążeniowe) do wyłączników przemysłowych (rys. 2) mają zakres nasaw prądu Nr od ok. 0,6 do 1 swego prądu znamionowego ( Nrmin i Nrmax, rys. 2a). Największa warość prądu nasawy ( Nrmax ) jes równocześnie prądem znamionowym wyzwalacza. Prąd znamionowy wyzwalacza odpowiada zwykle prądowi znamionowemu wyłącznika ( Nrmax = NW ). Czas próby p wynosi 1 h dla wyłączników o NW 63 A i 2 h dla wyłączników o NW > 63 A. Prąd niezadziałania wyzwalacza N (największa warość prądu, przy kórym wyzwalacz nie zadziała przed upływem czasu próby p ) wynosi 1,05 Nr, naomias prąd zadziałania wyzwalacza (najmniejsza warość prądu, przy kórej wyzwalacz zadziała przed upływem czasu próby p ) wynosi 1,3 Nr [7]. Przy doborze wyzwalaczy ermobimealowych należy wziąć po uwagę również o, że kaalogi podają najczęściej charakerysykę pradowo-czasową dla sanu zimnego. Charakerysyka a dla sanu nagrzanego prądem roboczym zbliżonym do prądu znamionowego wyzwalacza ulega przesunięciu ak, jak o zilusrowano na rysunku 2b, przy czym skrócenie czasów zadziałania charakerysyki nagrzanej w sosunku do charakerysyki zimnej szacuje się na ok. 25% [2]. Omówione paramery wyzwalaczy ermobimealowych sosowanych w wyłącznikach przemysłowych odnoszą się analogicznie do akich samych paramerów przekaźników ermobimealowych, sosowanych zwykle do współpracy ze sycznikami. a) p N = 1,05 Nr = 1,3 Nr b) p N = 1,05 Nr = 1,3 Nr Zakres regulacji prądu nasawienia Nr wyzwalacza Charakerysyka wyzwalacza zimnego (kaalogowa) Charakerysyka wyzwalacza nagrzanego (robocza) ok. 25% 1,3 Nr max 1,3 Nr max Nr min Nr max 1,05 Nr max Nr max 1,05 Nr max Rys. 2. Charakerysyka wyzwalaczy ermobimealowych wyłączników przemysłowych [7]; a) ilusracja zakresu prądu nasawianego Nr i prądów: niezadziałania N oraz zadziałania ; b) ilusracja przesunięcia charakerysyki wyzwalacza nagrzanego w sosunku do wyzwalacza zimnego; p czas próby; pozosałe wyjaśnienia oznaczeń w ekście Wyzwalacze ermobimealowe w wyłącznikach do zasosowań domowych i podobnych nie mają możliwości zmiany nasawień prądu Nr. Prąd en jes usawiony fabrycznie jako równy prądowi znamionowemu wyłącznika ( Nr = NW ). nne są naomias (w porównaniu z wyzwalaczami do wyłączników przemysłowych) prądy [8]: niezadziałania N = 1,13 NW, zadziałania = 1,45 NW. 6
Tak usalona warość prądu zadziałania pozwala w sposób opymalny spełnić warunek ochrony przewodów insalacyjnych od przeciążeń [1, 2, 11]. Norma [8] wymaga ponado, aby przy prądzie równym 2,55 Nr nasąpiło zadziałanie w czasie 1, przy czym: 1s < 1 < 60 s dla wyłączników o NW 32 A, 1s < 1 < 120 s dla wyłączników o NW > 32 A. W wyłącznikach do zasosowań przemysłowych dość powszechnie sosuje się obecnie zinegrowane wyzwalacze przeężeniowe, zawierające człon przeciążeniowy i człon zwarciowy. Wyzwalacze e są urządzeniami elekronicznymi, zasilanymi zwykle z uzwojeń wórnych przekładników prądowych umieszczonych w głównych orach prądowych wyłącznika. Do zale wyzwalaczy elekronicznych zalicza się: brak efeku przesunięcia charakerysyki wskuek nagrzania wyzwalacza, co ma miejsce w wyzwalaczach ermobimealowych (rys. 2b), możliwość zasosowania ujednoliconego wyzwalacza dla całej serii wyłączników o różnych prądach znamionowych, dzięki zróżnicowaniu przekładni przekładnika prądowego o jednakowej warości znamionowego prądu wórnego. Przebieg ypowej charakerysyki wyzwalacza przeciążeniowego elekronicznego (w osiach o skali logarymicznej) przedsawiono na rysunku 3. Na rysunku ym zilusrowano również możliwości zmian nasaw charakerysyki (srzałki 1, 2 i 3). p 1 zakres regulacji prądu nasawienia Nr 2 3 nw nn min Nr N Rys. 3. Przebieg ypowej charakerysyki elekronicznego wyzwalacza przeciążeniowego; oznaczenia jak na rysunku 2 oraz wyjaśnione w ekście Wyzwalacze zwarciowe wyłączników przemysłowych wykonywane są zarówno jako wyzwalacze elekromagneyczne, jak i mogą sanowić człon zwarciowy wyzwalacza elekronicznego. Zgodnie z wymaganiami normy [7] rozrzu prądu zadziałania wyzwalacza elekromagneycznego wynosi ±20% ( Gmin = 0,8 G, Gmax = 1,2 G, rys. 4a), naomias dla wyzwalaczy elekronicznych rozrzu en wynosi ±15%, czyli ( Gmin = 0,85 G, Gmax = 1,15 G, rys. 4b). Czas zwłoki w wyzwalaczach zwłocznych (poz. 3, ab. 1) zawiera się w zakresie (0,1 0,6)s. 7
a) wyzw. bezzwłoczny wyzw. zwłoczny b) 1 2 człon krókozwłoczny w2 w2 w2 człon bezzwłoczny w w w G G1 G2 G min G w G max G1 G2 w Rys. 4. Charakerysyki wyzwalacza zwarciowego elekromagneycznego (a) i elekronicznego dwusopniowego (b); G, G1, G2 prądy nasawienia odpowiednich progów zadziałania wyzwalacza W prąd wyłączalny wyłącznika, w czas własny wyzwalacza, 2 nasawienie zwłoki czasowej, 1 wyzwalacz bez włączonej funkcji 2, 2 wyzwalacz z włączoną funkcją 2 ; wyjaśnienie pozosałych oznaczeń w ekście Przykładową charakerysykę wyzwalacza elekronicznego wyłącznika ypu DS przedsawiono na rysunku 5. Widoczne są na niej zakresy nasaw opóźnień czasowych oraz prądów zadziałania członu przeciążeniowego i zwarciowego. Linia oznaczona krzyżykami o przykładowe nasawienie charakerysyki prądowo-czasowej. (0,5-1,25) / n (4-10) / n 5000 [s] 2000 L 1000 500 200 100 50 8 20 10 5 2 1 0,5 0,35 0,2 0,1 0,05 S 0,5 1 1,25 2 3 4 5 6 7 8 10 12 20 / n 0,2-0,5 s 4-36 s czas własny wyłącznika Rys. 5. Przykładowa charakerysyka prądowo-czasowa wyłącznika ypu DS; L człon przeciążeniowy, S człon zwarciowy krókozwłoczny, człon zwarciowy bezzwłoczny 0,05 s
Wyzwalacze zwarciowe wyłączników do insalacji domowych i podobnych [8] mają charakerysyki nienasawialne, lecz próg prądowy ich zadziałania G jes określony w sosunku do warości prądu znamionowego wyłącznika W (rys. 6). Najczęściej spoykane są rzy nasawienia o nasępujących oznaczeniach lierowych i zakresach działania: B zakres G = (3 5) NW, C zakres G = (5 10) NW, D zakres G = (10 20) NW. Przykładowo symbol C 20 na wyłączniku insalacyjnym oznacza, że jes o wyłącznik o prądzie znamionowym NW = 20 A i charakerysyce wyzwalacza elekromagneycznego ypu C, czyli o progu zadziałania G zawierającym się w zakresie (5 10) NW, czyli od 100 A do 200 A. Wyłącznik en będzie skuecznie wyłączał prądy zwarciowe, jeśli minimalny prąd zwarciowy w obwodzie Kmin będzie większy od 200 A. p Charakerysyka wyzwalacza ermobimealowego Charakerysyka wyzwalacza elekromagneycznego w B C D 1 1,45 1,13 3 5 10 20 w / NW Rys. 6. Charakerysyki prądowo-czasowe wyłącznika do insalacji domowych i podobnych; oznaczenia jak na poprzednich rysunkach lub wyjaśnione w ekście Charakerysyki prądowo-czasowe bezpieczników (rys. 7), podobnie jak charakerysyki wyzwalaczy, są charakerysykami pasmowymi. Są one podawane w osiach log/log, przy czym na skali czasu jes o zakres od ok. 5 ms, (¼ okresu prądu o częsoliwości 50 Hz), czyli najkrószego czasu, dla kórego można określić warość skueczną prądu sinusoidalnego, do czasu próby p. Czas próby p mieści się w zakresie [1]: od 1 h do 4 h w zależności od prądu znamionowego bezpiecznika, dla bezpieczników o charakerysykach pełnozakresowych (oznaczenie g na pierwszym miejscu, np. gl, gtr, gb, gg, bezpieczniki odpowiednio do zabezpieczania linii, ransformaorów, urządzeń górniczych i ogólnego przeznaczenia), od 30 s do 120 s dla bezpieczników o charakerysykach niepełnozakresowych, (oznaczenie a na pierwszym miejscu, np. am, ar odpowiednio bezpieczniki do zabezpieczania silników elekrycznych i półprzewodnikowych elemenów mocy). 9
Dolna obwiednia charakerysyki bezpiecznika jes nazywana charakerysyką minimalnych czasów przedłukowych i od góry kończy się na warości prądu nazywanego prądem probierczym dolnym nf. Warości ego prądu dla najbardziej rozpowszechnionych bezpieczników ypu gl i gg zawierają się w zakresie (1,25 1,5) NF ( NF prąd znamionowy bezpiecznika). Górna obwiednia charakerysyki jes nazywana charakerysyką najdłuższych czasów wyłączenia i kończy się od góry prądem probierczym górnym f. Warości ego prądu dla bezpieczników ypu gl i gg zawierają się w zakresie (1,6 2,1) NF. Znaczenie i definicje prądów nf i f są idenyczne jak prądów: niezadziałania N i zadziałania w wyzwalaczach przeciążeniowych (rys. 2). Rys. 7. Charakerysyki prądowo-czasowe bezpieczników ypu gl [1]; K spodziewany prąd zwarciowy począkowy Ważną pozyywną właściwością bezpieczników jes możliwość ograniczania prądów zwarciowych, polegająca na zapocząkowaniu procesu przepalania opika przed 10
osiągnięciem pierwszej ampliudy przez prąd zwarciowy i ograniczenie najwyższej warości prądu zwarciowego poniżej spodziewanej warości prądu udarowego. Z właściwością ą jes związana sałość warości całki Joule a 2 dla spodziewanych prądów zwarciowych mieszczących się w zakresie, w kórym dochodzi do ich ograniczenia [1, 2]. Przykładowy wykres całki Joule a dla bezpieczników ypu gl przedsawiono na rysunku 8. Sała warość ej całki (zakres, w kórym charakerysyka ma przebieg poziomy do osi prądu) oznacza, że w ym zakresie bezpiecznik ogranicza prąd zwarciowy. Zakres, w kórym charakerysyka ulega zakrzywieniu przybierając rosnące warości całki Joule a odpowiada akim wyłączeniom prądu zwarciowego, gdy czas przedłukowy przekracza czas jednego półokresu prądu zwarciowego i nie dochodzi do ograniczenia prądu. 2 10 5 A 2 s 6 4 3 W 32 W 16 NF 2 10 4 8 6 4 3 100 A 80 A 63 A 50 A 25 A - obwiednia najdłuższych czasów wyłączenia 35 A 2 10 3 0,4 0,6 0,8 1 2 3 4 5 6 ka 10 K 25 A Rys. 8. Przykładowe charakerysyki przedłukowe (linie ciągłe) całki Joule a bezpieczników ypu gl oraz wyłączania wyłączników insalacyjnych o prądach znamionowych 16 A i 32 A [12]; linią przerywaną oznaczono górną obwiednię pasma bezpiecznika o prądzie znamionowym 25 A, a polem zakreskowanym całą charakerysykę pasmową ego bezpiecznika Charakerysyki całki Joule a są, podobnie jak charakerysyki prądowo-czasowe, również charakerysykami pasmowymi. Na rysunku 8 przedsawiono jedynie dolne obwiednie charakerysyk całki Joule a w celu przejrzysości rysunku. Jedynie dla bezpiecznika o prądzie znamionowym NF = 25 A przedsawiono również górną obwiednię charakerysyki pasmowej, czyli charakerysykę najdłuższych czasów wyłączenia, a polem zakreskowanym oznaczono całe pasmo charakerysyki. Zarówno z rysunku 7, jak i 8 wynika, że charakerysyki pasmowe bezpieczników o kolej- 11
nych prądach znamionowych zachodzą na siebie i mają części wspólne. Wspólnych części nie mają naomias charakerysyki o co drugim prądzie w szeregu prądów znamionowych danego ypu bezpiecznika. Doyczy o jednak bezpieczników określonego ypu. Przykładowo nie oznacza o, że bezpiecznik ypu gl o prądzie znamionowym 16 A nie ma części wspólnych pasma z bezpiecznikiem ypu gg o prądzie znamionowym 25 A. 2. Selekywność działania zabezpieczeń w obwodach promieniowych Układy zasilania w insalacjach niskiego napięcia są w przeważającej części układami promieniowymi, w kórych kolejne sopnie zabezpieczenia nadprądowego są połączone szeregowo, począwszy od zabezpieczenia ransformaora SN/nn, a skończywszy na zabezpieczeniu rozparywanego obwodu odbiorczego. Przedsawione na rysunku 1 różne sposoby zabezpieczenia obwodów niskiego napięcia doyczą obwodu odbiorczego, czyli osaniego w rozparywanym ciągu zasilania. Przez selekywność (wybiórczość) działania zabezpieczeń nadprądowych rozumie się akie działanie kolejnych sopni zabezpieczenia w en sposób (rys. 9), że w przypadku przeężenia w kórymkolwiek miejscu obwodu, w szczególności w obwodzie odbiorczym, wyłączenie zasilania ogranicza się do jak najmniejszej części insalacji. Warunek spełnienia selekywności oznacza, że zadziała jedynie zabezpieczenie najbliższe miejsca zakłócenia, parząc w sronę źródła zasilania. Wymóg selekywnego działania zabezpieczeń nadprądowych jes zawary m.in. w rozporządzeniu [10]. Jes o jeden z podsawowych warunków zapewnienia odpowiedniej jakości zasilania energią elekryczną. Zasadniczo rozróżnia się selekywność zabezpieczeń przy przeciążeniach i przy zwarciach. W arykule omówiono ę problemaykę łącznie, przy czym główny nacisk położono na selekywność działania zabezpieczeń w przypadkach zwarć. Wynika o z faku, że spełnienie warunku selekywności zabezpieczeń przeciążeniowych w prakyce nie swarza problemów. Zabezpieczenia e są nasawiane odpowiednio do prądów roboczych B (rys. 1): 1,05 1, (1) r = ( ) B N 1 i obciążalności długorwałej przewodów Z [11]: B Nr 2 1, 45 Z Z (2a) (2b) gdzie: 2 prąd zadziałania zabezpieczenia chroniącego przewody od przeciążeń; prąd 2 jes prądem zadziałania wyzwalacza przeciążeniowego w rozwiązaniu z rysunku 1c, lub prądem zadziałania przekaźnika ermobimealowego w rozwiązaniu z rysunku 1b lub prądem probierczym górnym bezpiecznika f, w przypadku gdy funkcję zabezpieczenia od przeciążeń (a zarazem i od zwarć) pełni bezpiecznik (rys. 1a). 12
Sopniowanie warości prądu roboczego oraz przekrojów przewodów na poszczególnych sopniach kaskady zabezpieczeń przciążeniowych (rys. 9) jes w prakyce na yle duże, że charakerysyki są dosaecznie daleko odsunięe od siebie. Analiza selekywności zabezpieczeń nadprądowych jes przeprowadzana w oparciu o charakerysyki prądowo-czasowe (charakerysyka ) poszczególnych sopni zabezpieczenia. Rozważa się przy ym zarówno selekywność prądową, jak i czasową, co w prakyce sprowadza się do ogólnej zasady braku wspólnych obszarów działania charakerysyk - poszczególnych sopni zabezpieczenia. W zależności od zasosowanych zabezpieczeń, z punku widzenia selekywności ich działania, rozróżnia się czery zasadnicze kombinacje współpracujących ze sobą zabezpieczeń: a) wyłącznik wyłącznik, b) wyłącznik bezpiecznik, c) bezpiecznik wyłącznik, d) bezpiecznik bezpiecznik. Układy e zosaną kolejno omówione. 2.1 Selekywność w układzie wyłącznik wyłącznik W układzie wyłącznik wyłącznik najczęściej sosowanym sposobem uzyskania selekywności jes selekywność czasowa, co zilusrowano na rysunkach 9 i 10. Wyłącznik W1, sanowiący zabezpieczenie najdalszego obwodu może nie być wyposażony w wyzwalacz zwarciowy zwłoczny, naomias wyłączniki w pozosałych srefach zabezpieczenia (W2 i W3) powinny być wyposażone w wyzwalacze z możliwością nasawiania opóźnień czasowych. Czas własny wyłącznika w niezbędny do przerwania prądu jes sumą rzech czasów (rys. 9): czasu zadziałania wyzwalacza z, czasu poruszenia mechanizmu zamka i owarcie syków s oraz czasu łukowego a. Czas opóźnienia zadziałania wyzwalacza d opóźnia zadziałanie mechanizmu zamka, i powinien być ak dobrany, aby uwzględniał czasy s i a wyłącznika z niższej srefy oraz pewien margines bezpieczeńswa. W en sposób należy określić czasy opóźnień kolejnych sref s, przy czym czas opóźnień d wyłączników kolejnych sref jes sumą kolejnych czasów s. W prakyce czas opóźnienia srefy s dobiera się nasępująco: s 70 ms dla wyłączników wyposażonych w wyzwalacze elekroniczne, s 150 ms dla wyłączników wyposażonych w wyzwalacze elekromagneyczne (mechanizmowe). lusracje wzajemnego położenia charakerysyk prądowo-czasowych wyłączników przy zasosowaniu selekywności czasowej przedsawiono na rysunku 10. Wyłącznik W1 jes wyłącznikiem bez opóźnienia czasowego, z progiem zadziałania G1, naomias wyłącznik W2 jes wyposażony w wyzwalacz z z członem krókozwłocznym (próg zadziałania G2(1) ) i członem bezzwłocznym (próg zadziałania G2(2) ). Zakres prądowy członu krókozwłocznego powinien być w miarę możliwości ak dobrany, aby prąd zwarciowy K1 za wyłącznikiem W1 znajdował się w ej srefie, naomias prąd zwarciowy K2 w srefie pomiędzy wyłącznikami W1 i W2 mieścił się w srefie członu bezzwłocznego wyzwalacza wyłącznika W2. 13
w3 o3 z3 d3 = s2 + s3 s3 a3 W3 o2 w2 s3 z2 d2 = s2 s2 a2 W2 w1 z1 o1 s1 a1 margines bezpieczeńswa srefy 3 W1 margines bezpieczeńswa srefy 2 M Chwila wysąpienia zwarcia Rys. 9. Zasada selekywności czasowej zabezpieczeń nadprądowych w układzie szeregowym; z czas pobudzenia i zadziałania wyzwalacza, s czas uzyskania mealicznej przerwy syków, o czas owarcia syków wyłącznika, a czas łukowy, w czas własny wyłącznika, od chwili powsania zakłócenia do chwili wyłączenia prądu, d zwłoka czasowa wyzwalacza, s opóźnienie czasowe dla danej srefy; cyfry doyczą czasów w kolejnych sopniach zabezpieczenia W2 W1 W2 K2 wyzwalacz zimny W1 wyzwalacz nagrzany d2 K1 W2 M W1 G1 G2(1) G2(2) K1 K2 K Rys. 10. lusracja zasady selekywności czasowej wyłączników W1 i W2; opis oznaczeń w ekście 14
10 4 W3 NW3 = 800A W2 NW2 = 200A W1 NW1 = 80A M K max 3 = 22 ka K min 3 = 17 ka K max 2 = 20,5 ka K min 2 = 4,5 ka K max 1 = 6,5 ka K min 1 = 750A 10 3 10 2 10 1 10 0 10-1 10-2 10-3 W1 (80 A) W2 (200 A) W3 (800 A) selekywność niepełna selekywność pełna d = s 10 2 2 4 6 810 3 2 4 6 8 10 4 2 4 A 10 4 750A 4,5 ka 6,5 ka 22 ka 20,5 ka 17 ka K Rys. 11. lusracja selekywności prądowej wyłączników W1 i W2 oraz selekywności czasowej wyłączników W2 i W3 W układzie wyłącznik wyłącznik możliwe jes również zasosowanie selekywności prądowej, co zilusrowano na rysunku 11. W przykładzie ym zosały policzone minimalne i maksymalne warości prądów zwarciowych, odpowiadające końcowej i począkowej części danej srefy. Próg zadziałania wyłącznika W1 należy usawić poniżej minimalnego prądu zwarciowego srefy 1, czyli Kmin1 = 750 A. Próg zadziałania wyłącznika W2 usawiony na poziomie minimalnego prądu zwarciowego srefy 2, Kmin2 = 4,5 ka zapewnia zw. selekywność niepełną. Prąd en może bowiem wysąpić zarówno przy zwarciu uż przed wyłącznikiem W1 parząc od srony źródła zasilania, jak i uż za ym wyłącznikiem. W obydwu przypadkach wyłącznik W2 zadziała, w pierwszym prawidłowo, naomias w drugim wyłączą obydwa wyłączniki: W1 i W2, czyli układ będzie nie w pełni selekywny. Syuacja aka będzie miała miejsce dla wszyskich zwarć o prądach zwarciowych w zakresie pomiędzy Kmin2 = 4,5 ka a Kmax1 = 6,5 ka. Jeśli naomias próg zadziałania usawiony będzie nieco powyżej prądu Kmax1 = 6,5 ka (linia przerywana na rysunku 11), o wówczas uzyskuje się zw. selekywność pełną, w kórej wyzwalacz zwarciowy wyłącznika W2 nie będzie reagował na prądy zawierające się w zakresie pomiędzy Kmin2 = 4,5 ka a Kmax1 = 6,5 ka, kóre mogą być prądami przy zwarciu za wyłącznikiem W1 parząc od srony źródła zasilania. Jeśli jednak zwarcie o jes przed wyłącznikiem W1, o zosanie ono osaecznie wyłączone przez wyłącznik W2, lecz dopiero po zadziałaniu jego wyzwalacza przeciążeniowego, w odpowiednio dłuższym czasie (ok. 1 s, rys. 11). Przy akim nasawieniu wyzwalacza W2 należy sprawdzić, czy ak długi czas przepływu prądu zwarciowego K jes dopuszczalny ze względu na cieplną wyrzymałość zwarciową przewodów, korzysając z zależności [1, 11]: 15
ks (3) K Kmax = K gdzie: Kmax dopuszczalny czas rwania zwarcia, k dopuszczalna 1-sekundowa gęsość prądu zwarciowego, zależnie od maeriału żyły i izolacji przewodu [1, 11], s przekrój przewodu, K spodziewany prąd zwarciowy. Znacznie bardziej jednoznacznym rozwiązaniem jes zasosowanie selekywności czasowej, co przedsawiono na rys. 11 dla wyłączników W2 i W3. Próg zadziałania wyłącznika W3 jes usawiony nieco poniżej prądu Kmin3 = 17 ka. Wszyskie zwarcia w zakresie prądów Kmin3 = 17 ka a Kmax2 = 20,5 ka, kóre wysąpią za wyłącznikiem W2 parząc od srony źródła zasilania, wyłączy wyłącznik W2. Wyłącznik W3 nie zadziała, gdyż ma usawioną zwłokę czasową. Naomias jeśli e zwarcia wysąpią przed wyłącznikiem W2 i wyłącznik en nie zareaguje, wówczas wyłączy je wyłącznik W3 ze zwłoką czasową ok. 0,1 s. Podsumowując przykład zilusrowany na rysunku 11 należy swierdzić, że selekywność prądowa w przypadku układu dwóch wyłączników insalacyjnych jes rozwiązaniem znacznie mniej doskonałym echnicznie od selekywności czasowej. W insalacjach budynkowych, zwłaszcza w budynkach mieszkalnych przy sosunkowo niewielkich różnicach w sopniowaniu prądów znamionowych wyłączników insalacyjnych jes ona w prakyce bardzo rudna czy wręcz niemożliwa do zasosowania. Dodakową rudnością jes w akiej syuacji brak możliwości nasaw wyzwalaczy wyłączników insalacyjnych do insalacji domowych [8]. Zalecane są w ej syuacji dwa rozwiązania: zasosowanie bezpiecznika jako zabezpieczenia przed wyłącznikiem parząc od srony źródła zasilania, zasosowanie wyłącznika insalacyjnego selekywnego (rys. 12). Wyłącznik insalacyjny selekywny jes przeznaczony zasadniczo do sosowania jako zabezpieczenie przedlicznikowe w insalacjach domowych i podobnych (rys. 13). Tor prądowy główny wyłącznika (rys. 12) jes zbocznikowany orem równoległym, w kórym znajdują się szeregowo połączone: szybki wyzwalacz bimealowy B 2, rezysor R ograniczający warość prądu zwarciowego i zesyk K 2. W przypadku powsania zwarcia w jednym z obwodów insalacji odbiorczej (rys. 13) wyzwalacz elekromagneyczny M owiera zesyk K 1 przerywając przepływ prądu w obwodzie głównym. Prąd zwarciowy płynie jednak nadal przez równoległy or prądowy B 2 R K 2, przy czym rezysor R ogranicza znacznie jego warość. Jes o czas wysarczający na selekywne wyłączenie zwarcia przez wyłącznik w doknięym zwarciem obwodzie odbiorczym. Po wyłączeniu zwarcia na przekaźniku S pojawia się pełne napięcie fazowe i przekaźnik en zamyka owary wcześniej zesyk K 1, przywracając prawidłowe zasilanie pozosałym obwodom insalacji odbiorczej. 16 2
Rys. 12. Schema układu połączeń jednego bieguna wyłącznika insalacyjnego selekywnego ypu S90 [1]; wyjaśnienie oznaczeń w ekście 5 3 3 5 5 3 3 5 Wewnęrzna linia zasilająca 1 (WLZ 1) Wyłącznik insalacyjny selekywny jako zabezpieczenie przedlicznikowe 5 Szafka licznikowa WS WS 3 3 5 Rozdzielnica mieszkaniowa 5 3 nsalacja odbiorcza Obwody 5 WLZ 2 WLZ 3 5 3 kwh 5 3 WS 3 WS 3 3 5 R kwh 3 5 5 3 3 Obwody adminisracyjne Rozdzielnica główna budynku 5 (4) 3 Złącze 4 Sieć rozdzielcza nn Rys. 13. Przykładowe miejsce umieszczenia wyłączników insalacyjnych selekywnych WS, jako zabezpieczeń przedlicznikowych w wielorodzinnym budynku mieszkalnym Jeśli jednak w ciągu krókiego czasu podrzymania prądu w równoległym orze prądowym B2 R K2 (rząd od ułamka sekundy do kilku sekund) prąd zwarciowy nie zosanie wyłączony przez wyłącznik insalacyjny w insalacji odbiorczej, np. 17
wskuek jego uszkodzenia, o wyzwalacz B 2 spowoduje owarcie zesyku K 2 i osaeczne przerwanie obwodu. Podobnie wyłącznik selekywny wyłączy obwód w przypadku zwarcia na odcinku pomiędzy miejscem jego zainsalowania a rozdzielnicą mieszkaniową. Sosowanie w miejscu zainsalowania wyłączników WS (rys. 13) zwykłych wyłączników insalacyjnych, lecz o większym prądzie znamionowym, w prakyce nie zapewnia selekywności, gdyż jak już wyjaśniono warunek selekywności prądowej w ym przypadku jes niezwykle rudny do spełnienia. Niesey, można się sosunkowo częso spokać z akimi rozwiązaniami, co może jedynie świadczyć o ewidennych błędach popełnianych przez projekanów. 2.2 Selekywność w układzie wyłącznik bezpiecznik nnym częso sosowanym rozwiązaniem układu zabezpieczeń w insalacjach mieszkaniowych jes sosowanie bezpiecznika jako zabezpieczenia przedlicznikowego, jak o widać na dwóch górnych odpływach do insalacji odbiorczych na rys. 13. Układ en jes układem o selekywności względnej, zależnej od warości maksymalnego spodziewanego prądu zwarciowego. Problem polega na ym, że charakerysyka wyłącznika W w każdej syuacji będzie miała obszar wspólny z charakerysyką bezpiecznika F (rys. 14), gdyż czas wyłączenia wyłącznika w ma w przybliżeniu sałą warość, naomias czasy wyłączenia dla wyłącznika maleją sukcesywnie wraz ze wzrosem warości prądu zwarciowego. F W F wyzwalacz zimny A 1s W F wyzwalacz nagrzany wspólny obszar działania W i F K W G Kmax1 gr Kmax2 K Rys. 14. Charakerysyki prądowo-czasowe układu zabezpieczeń wyłącznik (W) bezpiecznik (F); gr graniczny prąd selekywności układu, Kmax1 przykładowy maksymalny prąd zwarciowy dla kórego układ jes selekywny, Kmax2 przykładowy maksymalny prąd zwarciowy, dla kórego układ nie jes selekywny; pozosałe oznaczenia jak na poprzednich rysunkach bądź wyjaśnione w ekście 18
Jeśli przykładowo w jednym z obwodów insalacji odbiorczej maksymalny spodziewany prąd zwarciowy będzie miał warość Kmax1 (rys. 14), o w ym przypadku układ będzie działał selekywnie. Jeśli naomias prąd en przekroczy graniczną warość prądu gr na przecięciu się obydwu charakerysyk, jak o jes przykładowo w przypadku prądu Kmax2, o układ nie będzie układem selekywnym. W ej syuacji jes o jedynie kwesią przypadku jak przy konkrenych prądach zwarciowych, kóre mogą być równe maksymalnemu Kmax2 bądź od niego znacznie mniejsze, czy układ zadziała selekywnie czy eż nie. Ponado charakerysyki prądowo-czasowe wyłącznika i bezpiecznika powinny być rozsunięe na określoną warość czasu A (margines bezpieczeńswa), jak o uwidoczniono na rysunku 14. Większość producenów wyłączników insalacyjnych podaje obecnie warości prądu granicznego gr (rys. 14) z punku widzenia selekywnego działania układu wyłącznik insalacyjny bezpiecznik, dla określonych ypów bezpieczników, zwykle gl lub gg. Przykładowe warości akich prądów granicznych podano w abeli 2. Przykładowo dla wyłącznika o prądzie znamionowym NW = 16 A i bezpiecznika o prądzie znamionowym NF = 25 A układ zabezpieczenia jes selekywny dla prądów zwarciowych do 0,68 ka. Dla prądów przekraczających ę warość układ nie zapewnia selekywności. Tabela 2. Graniczne warości prądów zwarciowych ( gr, rys. 14) w ka, przy kórych spełnione są jeszcze warunki selekywnego działania zabezpieczeń zwarciowych o układzie bezpiecznik wyłącznik insalacyjny ypu S190B [12] NW NF [A] [A] 25 35 50 63 80 100 125 160 Układ połączeń 6 1,0 1,7 3,0 3,5 6 6 6 6 10 0,78 1,4 2,7 3,3 6 6 6 6 13 0,74 1,4 2,2 3,1 5,5 6 6 6 16 0,68 1,4 2,2 3,1 4,5 6 6 6 NF 20 0,65 1,28 2,1 2,9 3,8 6 6 6 25 1,23 1,9 2,9 3,2 6 6 6 32 1,84 2,85 2,8 5 6 6 40 2,7 2,4 4 6 6 K 50 4 6 6 63 Prąd zwarcia w ka 4 6 6 NW prąd znamionowy ciągły wyłącznika NF prąd znamionowy bezpiecznika ypu gg Problem akiego rozwiązania układu zabezpieczenia jes szczególnie rudny w krajowych realiach zasilania budynków mieszkalnych i użyeczności publicznej, gdy dosawca energii określa warość bezpiecznika przedlicznikowego w oparciu o moc zamówioną przez odbiorcę. W akiej syuacji projekan saje niejednokronie przed rudnym dylemaem zapewnienia selekywności układu, nie mogąc zwiększyć prądu znamionowego bezpiecznika ponad warość wskazaną przez spółkę dysrybucyjną. Pożądane byłoby, aby paramery zabezpieczeń nadprądowych w insalacji wynikały z wymogów echnicznych jej wymiarowania, do kórych należy m.in. 19
warunek selekywnego działania zabezpieczeń [10]. Przykładowo w Niemczech jes powszechnie przyjęe, że bezpiecznik przedlicznikowy nie powinien mieć warości mniejszej niż 63 A, przez co zapewnia się selekywne działanie zabezpieczeń dla ypowych układów zasilania. 2.3 Selekywność w układzie bezpiecznik wyłącznik Warunki selekywności czasowo-prądowej w układzie bezpiecznik wyłącznik przedsawiono na rysunku 15. Taki zesaw zabezpieczeń spoykany jes najczęściej w insalacjach przemysłowych, gdzie po sronie niskiego napięcia ransformaora jes wyłącznik, naomias wiele pól odpływowych jes zabezpieczone bezpiecznikami. Brak części wspólnych charakerysyk prądowo-czasowych oraz zasosowanie odpowiedniego marginesu bezpieczeńswa (czas A, rys. 15), jes podsawowym warunkiem selekywności w ym przypadku. Graniczne warości czasu A podano na rysunku 15. Należy ponado zwrócić uwagę na o, że kaalogi wyłączników podają zwykle charakerysykę wyzwalacza ermobimealowego dla sanu zimnego. Przy porównaniu ej charakerysyki (W, rys. 15) z charakerysyką bezpiecznika (F, rys. 15) należy wziąć pod uwagę charakerysykę wyzwalacza nagrzanego, a więc dla czasów zadziałania krószych o ok. 25% [2] w sosunku do charakerysyki wyzwalacza zimnego (rys. 15). W F W wyzwalacz zimny wyzwalacz nagrzany F A A 0,1 s dla wyzw. elekronicznych 0,15 s dla wyzw. elekromagneycznych K1 odbiorniki W F G1 K1 G2 K Rys. 15. Charakerysyki prądowo-czasowe zabezpieczeń układu bezpiecznik wyłącznik, ilusrujące warunek selekywnego działania; objaśnienie oznaczeń jak na poprzednich rysunkach Jeżeli za wyłącznikiem znajduje się większa liczba pól odpływowych zabezpieczonych bezpiecznikami (rys. 16), o spełnienie warunku selekywności należy rozpocząć od bezpiecznika o największym prądzie znamionowym. W syuacji z rysunku 16 jes o bezpiecznik 63 A. Spełnienie warunku selekywności dla ego pola odpływowego oznacza, że bezpieczniki we wszyskich pozosałych polach odpływowych, o prądach znamionowych mniejszych od 63 A, będą również działały selekywnie. 20
W N = 630A F1a 35A F1b 63A F1c 25A K1 odb. 1 odb. 2 odb. 3 Rys. 16. Przykład układu, w kórym większa liczba pól zabezpieczonych bezpiecznikami (F1a, F1b, F1c) powinna spełnić warunek selekywności z poprzedzającym je wyłącznikiem W W niekórych przypadkach, gdy spodziewany prąd zwarciowy K ma warość bliską prądowi zadziałania wyzwalacza zwarciowego ( G ) wyłącznika W lub ją przekracza i warość prądu K wykracza poza zakres określony charakerysyką prądowo--czasową bezpiecznika (rys. 17), należy dokonać sprawdzenia selekywności układu bezpiecznik wyłącznik w oparciu o charakerysykę prądu ograniczonego bezpiecznika. Syuację aką zilusrowano na rysunkach 17 i 18, w odniesieniu do układu z rysunku 16. Jeśli warość prądu zwarciowego K jes równa lub przekracza prąd zadziałania wyzwalacza G = 6000 A, o charakerysyka prądowo-czasowa nie pozwala na jednoznaczną ocenę selekywności, gdyż warość prądu zwarciowego wykracza poza zakres charakerysyki bezpiecznika, kórej górna obwiednia jes określona dla maksymalnych prądów ok. 3200 A (rys. 17). Korzysając z charakerysyki prądu ograniczonego (rys. 18) należy odczyać warość prądu ograniczonego i ogr bezpiecznika (w ym przypadku o prądzie znamionowym NF1b = 63 A) odpowiadającą progowi wyzwolenia G = 6 ka (niebieska linia na rysunku 18). Prąd en wynosi i ogr = 4,2 A, co jes warością mniejszą od 6 ka. Oznacza o, że bezpiecznik ograniczy prąd zwarciowy na poziomie 4,2 ka i nie dojdzie do wyzwolenia wyzwalacza wyłącznika, czyli selekywność układu zosanie zachowana. Warunek: i ogr < G jes konieczny do uzyskania selekywności w omawianym przypadku. Dodakowo na rysunku 18 szarą linią oznaczono graniczną, z punku widzenia selekywności, warość spodziewanego prądu zwarciowego w przypadku, gdyby prąd ograniczony rozparywanego bezpiecznika był na poziomie i ogr = 6 ka. Oznacza o, że w akiej syuacji selekywność omawianego układu byłaby zachowana do warości spodziewanego prądu zwarciowego równego ok. 20 ka. 21
10 4 F1b (63 A) 10 3 10 2 W (630 A) 10 1 10 0 10-1 10-2 10-3 10 2 2 4 6 810 3 2 4 6 8 10 4 2 4 A 10 5 G = 6 ka Rys. 17. Charakerysyki prądowo-czasowe do sprawdzenia selekywności układu z rys. 16 K 400 [ka] 200 100 i p, i ogr 80 60 40 20 i ogr = 4,2 ka 10 8 6 4 50 A 63 A 100 A 80 A 2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 22 0,1 0,1 0,2 0,4 1 2 4 10 20 40 [ka] 100 K = 6 ka Rys. 18. Charakerysyka prądu ograniczonego wybranych bezpieczników, ilusrująca warunek selekywnego działania zabezpieczeń w układzie z rysunku 16, przy uwarunkowaniach przedsawionych na rysunku 17
2.4 Selekywność w układzie bezpiecznik bezpiecznik nsalacje elekryczne Podsawowym warunkiem selekywnego działania zabezpieczenia bezpiecznik (F1) bezpiecznik (F2) (rys. 19) jes brak części wspólnych charakerysyk prądowo-czasowych obydwu połączonych szeregowo bezpieczników. Z przedsawionych na rysunku 7 charakerysyk bezpieczników widać, że pasma charakerysyk bezpieczników o sąsiadujących ze sobą warościach prądów znamionowych zachodzą na siebie. Wynika sąd, że zasosowane jako F1 i F2 (rys. 19) dwa bezpieczniki o kolejnych prądach znamionowych nie zapewniają selekywności. Dopiero bezpieczniki o co drugim prądzie znamionowym, ak jak o zesawiono na górnej i dolnej części rysunku 7, zapewniają selekywne działanie układu F1 F2. W prakyce sprowadza się o do spełnienia warunku [1, 2]: NF2 1,6 (4) NF1 gdzie: NF1, NF2 prądy znamionowe bezpieczników F1 i F2. Zależność (4) jes słuszna, jeśli porównujemy ze sobą bezpieczniki ego samego ypu. Porównanie prądów znamionowych bezpieczników różnych ypów, np. gl i gg może prowadzić do błędnych wniosków co do selekywności układu. Jeżeli prąd zwarciowy w zabezpieczanym obwodzie jes na yle duży, że dochodzi do ograniczenia prądu zwarciowego przez bezpiecznik, o czasy wyłączenia są krósze od jednego okresu częsoliwości sieciowej, czyli krósze od 10 ms, a ym samym rudno jes w ym zakresie oceniać selekywność na podsawie charakerysyki prądowo-czasowej, gdyż jes o zakres czasu na jej obrzeżu. Dlaego w akich syuacjach należy posługiwać się charakerysykami całek Joule a 2 bezpieczników (rys. 8) lub bezpośrednio porównaniem warości całek Joule a: 2 2 (F2) > (F1) (5) Charakerysyki pasmowe całek Joule a bezpieczników o sąsiednich warościach prądów znamionowych zwykle mają pola wspólne (rys. 8), sąd dobór aki sprowadza się zwykle do uwzględnienia bezpieczników o co najmniej drugim z kolei prądzie znamionowym. Przykładowo z charakerysyk przedsawionych na rysunku 8 wynika, że bezpiecznik o NF = 25 A nie jes selekywny z bezpiecznikiem o NF = 35 A, naomias jes selekywny z bezpiecznikiem o NF = 50 A. Charakerysyki całek Joule a są określone również dla wyłączników, przy czym są o charakerysyki rosnące liniowo w osiach log/log. Na rysunku 8 przedsawiono charakerysyki całki Joule a wyłączania wyłączników insalacyjnych. Punk przecięcia się ych charakerysyk z charakerysykami przedłukowymi bezpieczników oznacza maksymalną warość prądu zwarciowego, dla kórego układ wyłącznik bezpiecznik (podobnie jak na rysunku 14) jes selekywny. Przykładowo wyłącznik W16 jes selekywny z bezpiecznikiem o NF = 35 A dla prądów zwarciowych nie przekraczających warości ok. 1,5 ka. 23
F1 F2 F2 F1 K1 odbiorniki F2 F1 K1 K Rys. 19. Charakerysyki prądowo-czasowe zabezpieczeń układu bezpiecznik (F1) bezpiecznik (F2), ilusrujące warunek selekywnego działania; F1, F2 zakres czasów wyłączenia prądu zwarciowego K1 odpowiednio dla bezpieczników F1 i F2 2.5 Selekywność działania zabezpieczeń w obwodach rozgałęzionych, wielosronnie zasilanych Obwody wielosronnie zasilane są rzadko spoykane w insalacjach niskiego napięcia, niemniej jednak sporadycznie można się spokać z zagadnieniem sprawdzenia w nich selekywności. Analizę aką przeprowadza się zwykle rozparując kilka linii zasilających jeden węzeł sieci, z kórego zasilany jes rozparywany fragmen insalacji (rys. 20). Warunek selekywnego działania zabezpieczeń polega w ym przypadku na przepaleniu się bezpieczników F4 i F7 (rys. 20), znajdujących się najbliżej miejsca zwarcia, przy pozosałych bezpiecznikach sprawnych. Spełniona jes przy ym relacja: K4 = K1 + K2 + K3 oraz K7 = K5 + K6 (6) Selekywność będzie zachowana, jeśli spełniony będzie nasępujący warunek [2]: K1 K2 K3,, < 0,8 (7a) K4 K4 K4 dla prądu K4, oraz dla prądu K7. 24 K5 K6, < 0,8 K7 K7 (7b)
F1 F6 K1 K6 F2 K2 F4 K4 K7 F7 K3 K5 F3 F5 Rys. 20. Układ ilusrujący zasadę selekywności w obwodach rozgałęzionych, wielosronnie zasilanych W przypadku zabezpieczenia układów wielosronnie zasilanych wyłącznikami, selekywność uzyskuje się przez zasosowanie zasad selekywności czasowej oraz z wykorzysaniem kierunku przepływu prądu zwarciowego. 2.6 Wybrane aspeky selekywności działania zabezpieczeń nadprądowych po sronie niskiego (nn) i średniego napięcia (SN) w sacji ransformaorowej W sacjach ransformaorowych SN/nn częso sosowanym rozwiązaniem, głównie w komunalnych sieciach rozdzielczych, jes zabezpieczenie ransformaora po sronie średniego napięcia bezpiecznikami współpracującymi z rozłącznikiem (rys. 21), naomias po sronie niskiego napięcia wyłącznikiem, poniżej kórego znajdują się pola odpływowe zabezpieczone bezpiecznikami. Zagadnienie o zosanie omówione na przykładzie przedsawionym na rys. 21, w kórym należy dokonać sprawdzenia selekywności układu bezpiecznik F1 wyłącznik W po sronie niskiego napięcia oraz selekywności zabezpieczeń wyłącznika W z bezpiecznikiem wysokiego napięcia F2. Sprawdzenie selekywności F1 W zosało omówione we wcześniejszej części arykułu, naomias w ym miejscu skupiono się na zagadnieniu selekywności układu W F2 (rys. 21). Powszechnie sosowane bezpieczniki wysokiego napięcia mają charakerysyki niepełnozakresowe (rys. 22), j. część charakerysyki oznaczona linią ciągłą oznacza zakres działania bezpiecznika przy wyłączaniu prądów zwarciowych, naomias część oznaczona linią przerywaną oznacza zakres prądów przeciążeniowych, w kórym producen nie gwaranuje poprawnego działania bezpiecznika. Należy unikać pracy bezpiecznika w zakresie prądów przeciążeniowych, gdyż długo palący się łuk przy niewielu miejscach przeopienia opika może doprowadzić do eksplozji bezpiecznika. Obydwa zakresy są rozgraniczone prądem Amin, kóry jes najmniejszym 25
prądem jaki przez bezpiecznik powinien być wyłączany. Selekywne działanie układu W-F2 wymaga w ym przypadku, aby: punk przecięcia się obydwu charakerysyk prądowo-czasowych znajdował się w zakresie prądów większych od Amin, maksymalny prąd zwarciowy nie przekraczał punku przecięcia się charakerysyki bezpiecznika F2 i wyłącznika W, w skali, w kórej prąd jednej srony ransformaora jes przeliczony przez jego przekładnię na sronę drugą. U N = 20 kv Srefa ochrony zabezpieczenia bezpiecznikiem SN (F2) W NW = 630 A F2 NF2 = 63 A S NT = 400 kva 20/0,4 kv u K = 4% NT = 580 A K min = 13,5 ka NF = 160 A NF = 250 A F1 NF1 = 400 A Selekywność sprawdzamy dla bezpiecznika o największym prądzie znamionowym Rys. 21. Schema przykładowego rozwiązania zabezpieczeń w sacji ransformaorowej SN/nn w sieci komunalnej 26
[s] 10 1 A min 10 0 UN NF = 63 A =20 kv 10-1 10-2 230 A Rys. 22. Szkic przykładowej charakerysyki bezpiecznika wysokiego napięcia (objaśnienia oznaczeń w ekście) Na rysunku 23 przedsawiono charakerysykę prądowo-czasową ilusrującą analizę selekywności działania zabezpieczeń w układzie z rysunku 21. Selekywność układu bezpiecznik F1 wyłącznik W jes zapewniona przez odsęp czasu 100 ms pomiędzy obydwiema charakerysykami. Prąd Amin przeliczony na sronę niskiego napięcia ransformaora wynosi: 20 kv A ka (8) Amin( nn) = 230 = 11, 5 0,4 kv Spodziewana warość maksymalnego prądu zwarciowego po sronie niskiego napięcia: NT 580 A ka (9) K = 100% = 100% 14, 5 max u 4% = gdzie: NT jes prądem znamionowym ransformaora, a u K% jes napięciem zwarcia ransformaora. Ze względu na rozrzu charakerysyki bezpiecznika wysokiego napięcia, spodziewany maksymalny prąd zwarciowy Kmax powinien być większy od powiększonego o 25% prądu Amin : k% A 25% = 11,5 ka 25% 14, 38 ka (10) min = Amin (11) kmax Warunek en jes spełniony. Przecięcie się charakerysyki bezpiecznika F2 z charakerysyką wyłącznika W leży poniżej punku B, w kórym nasępuje przecięcie się warości maksymalnego prądu zwarciowego Kmax = 14,5 ka z charakerysyką wyłącznika. Oznacza o, że w omawianym przykładzie selekywność zabezpieczeń nadprądowych jes zachowana. 27
10 4 F1 (400 A) W (630 A) 10 3 10 2 10 1 Kmax = 14,5 ka 10 0 10-1 10-2 = 100 ms B 10-3 10 2 2 4 6 810 3 2 4 6 8 10 4 2 4 A 10 5 G = 6,3 ka Amin = 230 A K 28 2 4 8 12 20 40 80 120 200 400 800 (skala dla U N = 20 kv) K [A] 1200 1400 2000 Rys. 23. lusracja sprawdzenia selekywności działania zabezpieczeń srony niskiego i średniego napięcia w sacji ransformaorowej z rysunku 21 3. Podsumowanie Selekywne działanie zabezpieczeń nadprądowych w insalacjach elekrycznych jes jednym z warunków ich prawidłowego zaprojekowania i funkcjonowania. W arykule omówiono wybraną grupę podsawowych kryeriów wymiarowania insalacji doyczącą spełnienia ych warunków. 4. Lieraura 1. Markiewicz H. nsalacje elekryczne. WNT, Warszawa 2008. 2. Seip G.G. Elecrical insallaions handbook. John Wiley & Sons, Publics MCD Verlag, Third Ediion 2000. 3. PN-EN 60269-1:2008 Bezpieczniki opikowe niskonapięciowe Część 1: Wymagania ogólne. 4. PN-EN 60269-2:2003 Bezpieczniki opikowe niskonapięciowe Część 2: Wymagania dodakowe doyczące bezpieczników przeznaczonych do wymiany przez osoby wykwalifikowane (bezpieczniki głównie do sosowania w przemyśle).
5. PN-EN 60269-3:1997 Bezpieczniki opikowe niskonapięciowe Część 3: Wymagania dodakowe doyczące bezpieczników insalacyjnych przeznaczonych do sosowania przez osoby niewykwalifikowane (bezpieczniki głównie dla gospodarsw domowych i podobnych zasosowań). 6. PN-EN 60947-1:2006 Aparaura rozdzielcza i serownicza niskonapięciowa Część 1: Posanowienia ogólne. 7. PN-EN 60947-2:2006 Aparaura rozdzielcza i serownicza niskonapięciowa Część2: Wyłączniki. 8. PN-EN 60898-1:2007 Sprzę elekroinsalacyjny Wyłączniki do zabezpieczeń przeężeniowych insalacji domowych i podobnych Część 1: Wyłączniki do obwodów prądu przemiennego. 9. PN-EN 60947-8:2005 Aparaura rozdzielcza i serownicza niskonapięciowa Część 8: Urządzenia serujące zabezpieczeń ermicznych (PTC) wbudowanych w maszyny wirujące. 10. Rozporządzenie Minisra nfrasrukury z dnia 12 kwienia 2002 w sprawie warunków echnicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usyuowanie, Dz. U. Nr 75, poz. 690, z późniejszymi zmianami: z 2003 r.: Dz. U. Nr 33, poz. 270, z 2004 r.: Dz. U. Nr 109, poz. 1156 oraz z 2008 r.: Dz. U. Nr 201, poz. 1238. 11. PN-EC 60364-4-43:1999 nsalacje elekryczne w obiekach budowlanych Ochrona dla zapewnienia bezpieczeńswa Ochrona przed prądem przeężeniowym. 12. N SEP-E- 002 nsalacje elekryczne w obiekach budowlanych. nsalacje elekryczne w obiekach mieszkalnych. Podsawy planowania. Wyyczne i komenarz. COSiW SEP 2003. 29