Temat: Podział łączników niskiego napięcia i ich parametry znamionowe Łączniki elektroenergetyczne służą do uzyskania pożądanego układu połączeń sieci i instalacji elektrycznych oraz spowodowania w pracy odbiorników pożądanych zmian, takich jak załączenie, przełączenie, zmiana poboru mocy, zmiana kierunku lub prędkości wirowania silników, hamowanie przeciwprądem, impulsowanie i innych. Ze względu na różne podstawowe parametry sieci i instalacji, a także bardzo dużą różnorodność odbiorników elektrycznych, łączniki elektroenergetyczne niskiego napięcia wytwarza się na prądy znamionowe ciągłe w granicach od części ampera do kilku tysięcy amperów, napięcia znamionowe do 1000V prądu przemiennego i 1500V prądu stałego oraz o bardzo różnych innych parametrach technicznych, określających właściwości łączników. W łącznikach o określonym przeznaczeniu uzyskuje się różne układy połączeń zestyków głównych i pomocniczych, zmieniając położenie dźwigni napędu. Łączniki mogą być klasyfikowane na podstawie różnych kryteriów podziału. Rozpowszechniony m.in. jest podział ze względu na ich przeznaczenie i zdolność łączeniową. Łączniki izolacyjne (odłączniki) przeznaczone do sporadycznego załączania i wyłączania obwodów w stanie bezprądowym lub przy prądach o niewielkiej wartości. Łączniki robocze (rozłączniki) przeznaczone do załączania i wyłączania obwodów obciążonych prądami roboczymi. Łączniki zwarciowe przeznaczone do załączania i wyłączania obwodów obciążonych prądami roboczymi i zwarciowymi. Łączniki manewrowe przeznaczone do sterowania pracą odbiorników, np. silników, charakteryzujące się dużą trwałością mechaniczną i łączeniową oraz znaczną lub bardzo dużą znamionową częstością łączeń. Bezpieczniki przeznaczone do jednokrotnego przerywania prądów zwarciowych i przeciążeniowych. W normach przedmiotowych dotyczących łączników podano wiele różnych definicji i parametrów charakteryzujących właściwości tych aparatów. Do najczęściej spotykanych parametrów łączników należą: str. 1 napięcie znamionowe (izolacji) łącznika jest to wartość skuteczna napięcia (międzyprzewodowego ), na którą izolacja aparatu została zbudowana i oznaczona, przy czym wytrzymuje ona napięcie probiercze w ustalonych warunkach przez cały czas trwania próby, prąd znamionowy ciągły to największa skuteczna wartość prądu, który może płynąć przez łącznik w dowolnie długim czasie, w określonej temperaturze otaczającego powietrza (przyjmuje się zazwyczaj 30 0 C) i określonych warunkach chłodzenia, zdolność wyłączania jest to wartość spodziewanego prądu, którą łącznik może prawidłowo przerwać określoną liczbę razy, w określonych warunkach i zgodnie z ustalonym szeregiem łączeniowym, pozostającym zdatnym do dalszej pracy (wymaganie przydatności do dalszej pracy po zadziałaniu nie dotyczy bezpieczników),
trwałość mechaniczna jest to największa liczba cykli łączeniowych, którą nie obciążony prądem łącznik może wykonać bez naprawy i wymiany części, pozostając w dalszym ciągu zdatnym do wykonywania czynności łączeniowych, znamionowa częstość łączeń jest to największa liczba cykli łączeniowych w określonym czasie (najczęściej w ciągu 1 h), przy której łącznik działa prawidłowo, a jego trwałość łączeniowa jest nie mniejsza od trwałości znamionowej, trwałość łączeniowa (znamionowa) jest to liczba cykli łączeniowych, którą można wykonać łącznikiem w określonym układzie probierczym, m.in. przy znamionowej częstości łączeń i prądzie roboczym oraz napięciu łączeniowym do 1,1 napięcia znamionowego. Trzy ostatnie z podanych parametrów nie dotyczą bezpieczników. Łączniki izolacyjne i rozłączniki mają napęd ręczny. Łączniki zwarciowe mogą być załączane ręcznie lub samoczynnie (łączniki o dużych i bardzo dużych prądach znamionowych ciągłych), zawsze jednak są przystosowane do wyłączania samoczynnego, wywołanego działaniem różnych wyzwalaczy i przekaźników. Łączniki manewrowe mogą być z napędem ręcznym lub samoczynnym (przystosowane do zdalnego sterowania, np. styczniki). Łączniki manewrowe w czasie normalnej pracy są narażone na oddziaływanie prądów złączeniowych i wyłączeniowych, niekiedy kilkakrotnie większych niż prądy znamionowe ciągłe tych łączników, np. przy sterowaniu silników, baterii kondensatorów, co może powodować szybkie zużywanie się niektórych części łączników, głównie ich zestyków. Z tych względów zdolności łączeniowe łączników manewrowych odnosi się do odpowiednich kategorii użytkowania. Klasyfikację łączników elektroenergetycznych przedstawiono w tabeli 5.1. str. 2
Tab. 5.1. Klasyfikacja łączników ze względu na zasadę działania i zakres stosowania [wg Markiewicza] Grupa Typ Zakres zastosowania Łączniki wtykowe Łączniki ręczne Łączniki samoczynnewyłączniki Łączniki samoczynnestyczniki Bezpieczniki Łączniki sterownicze gniazda wtykowe i wtyczki puszkowe warstwowe krzywkowe drążkowe walcowe instalacyjne silnikowe (sterowniki) Zwarciowe ograniczające różnicowoprądowe ochronne napięciowe styczniki instalacyjne, przemysłowe przyciskowe, dźwigienkowe, krzywkowe, warstwowe i inne łączniki izolacyjne, w niektórych przypadkach robocze łączniki w instalacjach, głownie w obwodach oświetleniowych łączniki robocze, rozdzielcze i manewrowe łączniki robocze, rozdzielcze i manewrowe łączniki izolacyjne oraz izolacyjno-robocze łączniki robocze i manewrowe łączniki rozdzielcze, zabezpieczenia przeciążeniowe w instalacjach elektrycznych zasilających i odbiorczych łączniki robocze, zabezpieczenia przeciążeniowe w obwodach odbiorczych, głównie z silnikami i inne. łączniki rozdzielcze, robocze i zwarciowe, zabezpieczenia przeciążeniowe i inne w różnych warunkach łączniki rozdzielcze, robocze i zwarciowe w warunkach występowania prądów zwarciowych o bardzo dużych wartościach łączniki robocze, zabezpieczenia przeciwporażeniowe i przeciążeniowe w instalacjach i obwodach odbiorczych ochrona przeciwporażeniowa w wyjątkowych przypadkach łączniki manewrowe, zabezpieczenia przeciążeniowe w instalacjach i obwodach odbiorczych, głównie przemysłowych zabezpieczenia przeciążeniowe w liniach zasilających w instalacjach i obwodach odbiorczych siłowych i oświetleniowych łączniki w obwodach pomocniczych sterowniczych i sygnalizacyjnych str. 3
Łączniki samoczynne- wiadomości ogólne Łączniki elektroenergetyczne powinni posiadać następujące właściwości: - duża trwałość mechaniczna i łączeniowa; - duża znamionowa częstość łączeń; - zdolność łączenia prądów o dużych wartościach, w tym również prądów zwarciowych; - samoczynne działanie w przypadku różnorodnych zakłóceń w pracy zasilanych urządzeń zagrażających ich zniszczeniem i uszkodzeniem; - selektywne działanie w układach z innymi urządzeniami zabezpieczenia nadprądowe, połączonymi szeregowo; - możliwości przystosowania do działania powodowanego zmianami wartości dowolnych wielkości fizycznych. Łączniki ręczne nie spełniają wymienionych wymagań, a łączniki samoczynne (wyłączniki i styczniki, czyli łączniki stycznikowe ) spełniają z pewnymi ograniczeniami, ponieważ niektóre warunki są sprzeczne nawzajem. Ponieważ wyłączniki i styczniki mają odmiennych zasad budowy, mają również różne właściwości: - wyłączniki charakteryzują się zdolnością łączenia prądów o dużych wartościach (zwarciowych), co wpływa na ich trwałością mechaniczną i częstością łączeń ( umiarkowana trwałość i niewielka znamionowa częstość łączeń); - styczniki charakteryzują się dużą trwałością mechaniczną, rzędu milionów cykli łączeniowych ( bez obciążenia), dużą znamionową częstotliwością łączeń oraz umiarkowanymi zdolnościami łączenia, ograniczonych do prądów roboczych. 5.2. Charakterystyczne parametry Napięcie - dla prądu przemiennego - 1000 V - dla prądu stałego - 1200 V Typowe wartości napięciowe: a) 3x380/220 V; b) 3x 500 V; c) 3x 660 V Stosowane układy NN: a) TN-C (uziemiony punkt 0 transformatora) b) IT a) b) Rys.5.1. Stosowane układy niskiego napięcia Maksymalny prąd w sieci będę ograniczony przez moc transformatorów ŚN/nN ( 630 kva 1000 kva) Wszystkie konstrukcje łączników niskiego napięcia muszą pokrywać zakres prądowy od 0 do 4000 A, ograniczony mocą transformatorów ŚN, ponieważ największa moc jednostki jest 2,5 MVA. str. 4
5.3. Budowa łącznika, podstawowe elementy konstrukcyjne a) układ zestykowy: zestyk ruchomy i nieruchomy; b) zamek: utrzymuje układ zestykowy w stanie zamkniętym bez dodatkowych sił zewnętrznych; c) napęd: ręczny silnikowy, elektromagnetyczny, pneumatyczny; d) układ gaszeniowy ( przy prądów powyżej 80 A) do gaszenia łuku elektrycznego e) układ zabezpieczeń: obejmuje szereg wyzwalaczy - wyzwalacze przeciążeniowe - element termobimetaliczny, odkształcającego się pod wpływem temperatur zbyt dużym odchyleniu wywiera nacisk na dźwignię zamka odtwarzającego łącznika. Wyzwalacz ma wejście mechaniczne ( przy załączania łącznika) i wyjście elektryczne ( przy odłączania przy zadziałaniu zabezpieczenia); - wyzwalacz elektromagnetyczny zwarciowy ( rys.5.2.) - jest to zwój (2) na torze prądowym łącznika (3), z reguły na każdej fazie; 1- część ruchoma wyzwalacza; Rys. 5.2. Zasada działania wyzwalacza - wyzwalacze podnapięciowe- ich rola jest nie pozwolić (włączenie) uruchomienie łącznika, jeżeli nie są spełnione odpowiednie warunki napięciowe w obwodzie (np. zbyt niskie napięcie w sieci); - wyzwalacze nadnapięciowe - j.w., tylko przy zbyt wysokim napięciu. f) zestaw styków pomocniczych (WDS) - człon elektroniczny, tzw. amptector, który zbiera informacje o wszystkich torach prądowych, pozwala ustawić dowolny kształt charakterystyki czasowo- prądowej. Rys.5.3. Charakterystyka czasowo- prądowa wyzwalaczy elektronicznych nadprądowych wyłączników DS: I np - Prąd znamionowy przekładnika prądowego; 1- przykład nastawienia charakterystyki czasowo-prądowej str. 5
5.4. Gaszenie łuku: w zależności od prądu znamionowego łącznika są stosowane następujące sposoby gaszenia: b) e) g) Rys. 5. 4. Gaszenie łuku elektrycznego: 1- płytki metalowe; 2- łuk elektryczny; 3- styk nieruchomy; 4- styk ruchomy; 5- bańka szklana a) szybkie rozdzielenie styków; b) wydłużenie łuku przez odpowiednie rozdzielenie - rys.5.4a; c) wydłużenie łuku przez zastosowaniem wydmuchu elektromagnetycznego - luk znajduje się dodatkowo w polu magnetycznym, co powoduje jego wydłużanie ; d) wydłużenie łuku przez zastosowaniem kilku prerw międzystykowych na biegun; e) podział łuku na łuki krótkie między płytkami metalowymi- rys.5.4; f) chłodzenie łuku ciałem o dużej przewodności pojemnej cieplnej- olejem - styczniki olejowe, czyli otworzenie się łuku w oleju; g) przerywanie łuku w próżni- rys.5.4. Wielkości charakteryzujące łączniki nn, dobór a) warunki cieplne przy pracy normalnej; b) warunki zwarciowe; c) trwałość łączeniowa. Łączniki podzielone są na kategorie dla prądu: - stałego: DC1...DC6 - przemiennego: AC1...AC8 Dla prądu przemiennego [wg Markiewicza] AC1-obciążenie nieindukcyjne, małoindukcyjne, głównie praca urządzeń grzewczych (piece); AC2- silniki pierścieniowe: rozruch i wyłączenie; AC3 - silniki klatkowe: rozruch i wyłączenie podczas pracy; AC4 - silniki klatkowe: rozruch i wyłączenie, rewersowanie impulsowe AC5a - włączanie układu sterowania lamp wyładowczych; AC5b - łączenie żarówek; AC6a - włączenie transformatora na biegu jałowym; AC6b - łączenie baterii kondensatorów; AC7a - obciążenie małoindukcyjne w gospodarstw domowych; AC7b - obciążenie silnikowe w gospodarstw domowych; AC8a - silniki hermetyczne, sprężarki załączane ręczne po zadziałaniu zabezpieczeń AC8b - silniki hermetyczne, sprężarki załączane automatyczne po zadziałaniu zabezpieczeń str. 6
Dla prądu stałego [wg Markiewicza] DC1- obciążenie rezystancyjne lub małoindukcyjne piece, oporowe; DC3- silniki bocznikowe: rozruch, rewersowanie, hamowanie; DC5- silniki szeregowe: rozruch, rewersowanie, hamowanie; DC6 - łączenie żarówek Klasa pracy - związana z trwałością łączeniową ( w zależności od ilości cykli załączenie / wyłączenie) oraz zależy od trwałości mechanicznej - podawana na milioni cykli (bez prądu, w stanie bezprądowy). Trwałość łączeniowa 5% trwałości mechanicznej. Klas pracy Trwałość (cykly/godz.) max łączeniowych cykly 0,3 15 000 30 1 50 000 120 3 150 000 300 5 250 000 600 10 500 000 1 200 30 1 500 000 3 600 Przykłady typowych łączników nn - łączniki silnikowe- największe prądy : serie M600, - do 16 A- wyzwalacze przeciążeniowe i łączeniowe; - zwarciowe typu kompakt: WIS 63-15 63 A; WIS 100-40 100 A; WIS 400-100 400 A; obecne są zastępowane łącznikami serii typu FB i LA: FB 15 150 A i typu HFB i HLA 100 230A uniwersalne typu APU: z wszechstronnym wyposażeniu APU 30- dla prądu 400 1000 A; APU 50-1000 2500 A.. Najwyższe prądy- łączniki serii DS: 1600 4000 A posiadają amptectordowane kształtowanie charakterystyki, przekładniki prądowe mierzące prąd w każdej fazie- rys.; Wyłączniki instalacyjne: do 32 A, jedno i trójfazowe Wyłączniki ochronne (różnicowoprądowe): P120, P121. str. 7