Zdjęcie: SIBA Polska

Zabezpieczenia nadprądowe obejmują różnego typu bezpieczniki z wkładkami topikowymi oraz wyłączniki nadprądowe. Kluczowe miejsce zajmuje odpowiednie usytuowanie zabezpieczenia w instalacji. Jak zatem prawidłowo wybrać i usytuować zabezpieczenia nadprądowe?

Zabezpieczenia nadprądowe powinny być zawsze umiejscowione tam, gdzie występuje zmiana przekroju, rodzaju czy też sposobu ułożenia przewodów lub budowy, przy czym zmiany te powodują zmniejszenie obciążalności prądowej przewodów. Zdarzają się przypadki, gdy montaż zabezpieczenia następuje powyżej punktu zmiany. Chodzi przede wszystkim o sytuacje, gdy na odcinku pomiędzy miejscem modyfikacji a urządzeniem zabezpieczającym nie ma rozgałęzień i gniazd, a oprzewodowanie zabezpieczono przed prądami przeciążeniowymi. Zabezpieczenie montowane jest powyżej punktu zmiany również w instalacji gdzie odcinek przewodu nie przekracza trzech metrów.

Nie brakuje przy tym instalacji, gdzie należy pominąć urządzenia przeciwprzeciążeniowe. Są to przede wszystkim obwody zasilające odbiorniki, których wyłączenie może spowodować zagrożenie.

Pamiętać należy, że zabezpieczenia nie muszą być instalowane w systemach sygnalizacyjnych, telekomunikacyjnych oraz sterujących. Zabezpieczeń nie wymagają obwody rozdzielcze bazujące na liniach napowietrznych lub kablach ułożonych w ziemi. Oprócz tego urządzenia zabezpieczające nie są wymagane, kiedy zmiany w instalacji zabezpieczono od strony zasilania lub w przewodach nie wystąpią prądy przeciążeniowe.

Nie tylko parametry, ale również sposób instalowania zabezpieczeń musi uwzględniać rozpływ prądów. Jeżeli w obwodzie elektrycznym rozpływ prądów jest nierównomierny, zabezpieczenia instaluje się w każdym przewodzie. Z kolei obciążalność długotrwała przewodów jest sumą obciążeń w poszczególnych przewodach instalacji gdy prądy rozchodzą się równomiernie. Ważny jest wtedy montaż zabezpieczenia ograniczający niebezpieczeństwo zwarcia.

Zdjęcie: GE

Wyłączniki nadprądowe

Za pomocą wyłączników nadprądowych o charakterystyce D chronione są silniki o dużych mocach. Wyłączniki z charakterystyką D, wyzwalają się, gdy natężenie prądu osiągnie wartość wynoszącą 10–20-krotności prądu znamionowego. Z kolei wyłączniki z grupy C uwzględnia się w obwodach zasilających o mocach rzędu kilku kilowatów. W tym przypadku obwód jest rozłączany, gdy prąd zwarciowy osiągnie wartość 5–10-krotności prądu znamionowego. Warto zwrócić uwagę na wyłączniki z grupy B przeznaczone do pracy z odbiornikami o małych prądach rozruchowych i niewrażliwych na przeciążenia termiczne. W tym przypadku wyzwalacz przeciążeniowy nastawiany jest na 1,13–1,45-krotności prądu znamionowego, a zwarciowy na 3–5-krotności prądu znamionowego. Wyłączniki z grupy A zapewniają ochronę urządzeń elektroniki.

Na rynku nie brakuje wyłączników nadprądowych w wykonaniu specjalnym. Np. wyłączniki o charakterystyce Z cechuje prąd zwarciowy 2–3 x In. Tym sposobem urządzenie zapewnia szybką reakcję na przeciążenia pojawiające się w obwodzie. Szereg wyłączników oferuje się z myślą o przemysłowych instalacjach elektrycznych, szczególnie w kontekście obecności prądów gładkich, wyprostowanych pulsacyjnych oraz sinusoidalnych.

 Zdjęcie: GE

Bezpieczniki z wkładkami topikowymi

Istotnym parametrem wkładek topikowych są charakterystyki czasowo-prądowe oznaczane dwiema literami. Pierwsza litera mówi o klasie działania a druga o chronionym obiekcie. Warto pamiętać, że klasy działania określają, jaki zakres prądowy jest wyłączony przez zabezpieczenie. I tak też charakterystyka czasowo-prądowa t-I „g” stanowi zabezpieczenie o charakterze pełnozakresowym. Tym sposobem wkładki tego typu przenoszą prądy ciągłe co najmniej do wartości prądu nominalnego obwodu. Z kolei prądy o mniejszej wartości zadziałania mogą rozłączyć obwód do wartości nominalnego prądu wyłączania.

W przypadku kategorii działania „a” zyskuje się zabezpieczenia niepełnozakresowe. Zastosowanie znajdują więc wkładki bezpiecznikowe przenoszące ciągłe prądy do wartości prądu nominalnego obwodu. Z kolei prądy przekraczające określoną krotność prądu nominalnego obwodu mogą wyłączyć do wartości nominalnego prądu wyłączenia.

Ważne jest, aby prawidłowo określić obiekty chronione. Tym sposobem bezpieczniki oznaczone jako „G” to zabezpieczenia o charakterze ogólnym a zabezpieczenia przeznaczone do przewodów i kabli oznacza się jako „L”. Warto również zwrócić uwagę na zabezpieczenia obwodów zasilających silniki, które są oznaczane za pomocą symbolu „M”. Transformatory zabezpiecza się za pomocą wkładek „Tr”. Niemałym uznaniem cieszą się zabezpieczenia górniczych urządzeń elektroenergetycznych B oraz wkładki przeznaczone do elementów energoelektronicznych.

Zdjęcie: GE

Na etapie wyboru bezpiecznika z wkładką topikową należy wziąć pod uwagę termiczny prąd zwarciowy. Wyposażenie techniczne i szyny zbiorcze podczas zwarcia są bowiem poddawane działaniu termicznemu. Istotne jest, że oddziaływanie w tym zakresie jest zależne od wielkości przebiegu czasowego oraz czasu trwania prądu zwarciowego, którego wartość skuteczna generuje taką samą ilość ciepła jak podczas trwania zwarcia w swojej składowej stałej i zmiennej przemiennego prądu zwarciowego.

Ważnym parametrem bezpieczników topikowych jest zwarciowa zdolność wyłączania. Jest to maksymalna możliwa wartość chwilowa oczekiwanego prądu zwarciowego. Wielkość udarowego prądu zwarciowego zależy od chwili, w której występuje zwarcie. Obliczenie zwarciowego prądu udarowego przy zwarciu trójfazowym dotyczy przewodu i momentu, kiedy to wartość prądu jest największa. Na etapie wyboru bezpiecznika z wkładką topikową należy uwzględnić ciągły prąd zwarciowy stanowiący wartość skuteczną prądu zwarciowego powstającą na stałe wraz z wygaśnięciem przebiegu nieustalonego.

Ochrona instalacji fotowoltaicznych

Szereg zabezpieczeń elektrycznych nabyć można z myślą o ochronie instalacji fotowoltaicznych. W systemach tego typu np. za pomocą bezpieczników z wkładkami topikowymi przewiduje się dwa poziomy zabezpieczeń. I tak też na poziomie II zapewniona jest ochrona główna instalacji fotowoltaicznej. Elementy zabezpieczające instalowane są w pobliżu zacisków wejściowych przekształtnika. Ważne jest przy tym, aby uwzględnić połączenie z rozłącznikami zastosowanymi na pierwszym poziomie. Bezpieczniki montowane są za pomocą podstaw bezpiecznikowych. Jeżeli przewidziano uziemienie przekształtnika to bezpiecznik instaluje się wyłącznie na jednym biegunie.

Kluczową rolę odgrywa poziom I ochrony instalacji fotowoltaicznej. Jego zadaniem jest wyłączanie prądów zwarciowych DC w obszarze paneli w miejscu, które znajduje się możliwie najbliżej paneli fotowoltaicznych. Na tym poziomie ochrony niejednokrotnie zastosowanie znajdują odpowiednie bezpieczniki cylindryczne montowane w rozłączniku. Poziom I gwarantuje zarówno elektryczne jak i fizyczne odłączanie każdego pojedynczego panelu. Rozłącznik jest montowany w biegunie „+” i „–” obwodu łańcucha paneli.

Zdjęcie: ETI Polam

Dobór zabezpieczenia

Jeżeli w instalacji przewidziano urządzenia, które mają za zadanie zapewnienie ochrony tylko przed prądem zwarciowym to muszą mieć one możliwość przerywania prądu zwarciowego do wartości nie niższej od wartości spodziewanego prądu zwarciowego mogącego wystąpić w miejscu zainstalowania danego urządzenia. Chodzi w tym przypadku o bezpieczniki wyposażone w wyzwalacze zwarciowe lub bezpieczniki topikowe. Ważne jest, aby zabezpieczenia przed prądem zwarciowym były dobrane w sposób zapewniający przerwanie przepływu prądu w obwodzie elektrycznym zanim dojdzie do niebezpieczeństwa uszkodzeń cieplnych oraz mechanicznych w przewodach i połączeniach.

Kluczową rolę odgrywa określenie przewidywanych wartości prądów zwarciowych w miejscach, w odniesieniu do których znajomość tych wartości jest niezbędna. Wartości te określane są metodą obliczeniową lub przy użyciu pomiarów. Czas przerywania prądu zwarciowego, który powstaje podczas zwarcia w dowolnym miejscu obwodu elektrycznego, nie może przekraczać wartości doprowadzającej temperaturę przewodów do dopuszczalnej granicznej wartości.

Dobór urządzeń przed prądem przeciążeniowym powinien powodować przerwanie przepływu prądu przeciążeniowego o danej wartości zanim dojdzie do niebezpieczeństwa uszkodzenia izolacji, połączeń, zacisków oraz otoczenia przewodów w efekcie nadmiernego wzrostu temperatury. Odpowiednie urządzenia zabezpieczające muszą mieć możliwość przerywania przepływu prądu przetężeniowego o wartości nie mniejszej od wartości spodziewanego prądu zwarciowego.

Urządzenia, które zabezpieczają wyłącznie przed prądem przeciążeniowym, cechują się charakterystyką czasowo-prądową odwrotnie proporcjonalną, tj. mają zwłokę czasową, która jest odwrotnie proporcjonalna do wartości prądu. Oprócz tego kluczowe miejsce zajmuje zdolność przerywania prądu tylko o wartości mniejszej niż przewidywana wartość prądu zwarciowego w miejscu zainstalowania danego urządzenia.

 Zdjęcie: ETI Polam

Co na rynku?

Wyłączniki nadprądowe ETIMAT 10 DC oferowane przez ETI Polam są stosowane w celu ochrony instalacji prądu stałego. Dla napięcia do 220 V stosuje się wyłącznik 1-biegunowy a dla wyższych napięć (do 440 V) – wyłącznik 2-biegunowy ale z połączonymi szeregowo biegunami. Przy połączeniach wyłączników ETIMAT 10 DC należy zwracać uwagę na ich biegunowość.

Firma Hager oferuje między innymi bezpieczniki nożowe NH o charakterystyce gG ze wskaźnikiem pojedynczym, górnym. Napięcie znamionowe bezpiecznika wynosi 500 V AC.

DPX³ 160 firmy Legrand to nowa oferta wyłączników i rozłączników mocy o prądach znamionowych od 16 do 160 A, która zastępuje dotychczasową ofertę DPX 125 i DPX 160 Zdolność zwarciowa Icu (przy 400 V AC) wynosi 16–25–36–50 kA. Urządzenia dostępne są w wykonaniu stacjonarnym lub wtykowym.

Firma Siba oferuje między innymi bezpieczniki miniaturowe począwszy od tradycyjnych w korpusach szklanych lub ceramicznych o średnicy 5 mm i długości 20 mm oraz wersje SMD. Wersje miniaturowe mogą mieć różne charakterystyki czasowo-prądowe: bardzo szybką (FF), szybką (F), średniozwłoczną (M), zwłoczną (T) i bardzo zwłoczną (TT) oraz różne zdolności wyłączania, od małej wynoszącej 35 lub 50 A aż do wielu kA w przypadku wykonań specjalnych.

 Zdjęcie: ETI Polam

Bezpiecznik a straty mocy

Na etapie wyboru bezpieczników nieco rzadziej zwraca się uwagę na straty mocy wkładek topikowych. Jak wiadomo mniejsze straty mocy prowadzą nie tylko do oszczędności energii podczas eksploatacji wkładek topikowych ale również do niższych przyrostów temperatury w miejscach ich zainstalowania. Kwestia w tym zakresie jest szczególnie istotna w kontekście wielopolowych, kompaktowych rozdzielnic o obudowach z tworzyw sztucznych, gdzie chłodzenie jest utrudnione. Mniejsze przyrosty temperatury, które występują we wnętrzu rozdzielnicy, mogą zwiększyć niezawodność instalacji, bowiem zmniejsza się prawdopodobieństwo wystąpienia awarii. Usterki w tym zakresie bardzo często wynikają z przegrzewania się aparatów i połączeń elektrycznych we wnętrzu rozdzielnicy.

Podsumowując można powiedzieć, że na etapie wyboru bezpiecznika czy też wkładki topikowej warto zadbać o produkt o możliwie najniższych stratach mocy.

Wszelkie zabezpieczenia w instalacjach elektrycznych powinny być dobrane w taki sposób aby przerwanie prądu zwarciowego w obwodzie poprzedzało niebezpieczeństwo uszkodzeń cieplnych i mechanicznych w przewodach. Nie bez znaczenia są odpowiednie zabezpieczenia w miejscach rozgałęzień i przyłączeń. Ważne jest, aby czas od momentu powstania zwarcia do przerwania prądu zwarciowego był odpowiednio krótki. Kluczową rolę odgrywa przy tym zapobieganie przekroczeniu wartości granicznej żył przewodów do wartości dopuszczalnej przy zwarciu. Zabezpieczenia zwarciowe opierają się na wyłącznikach samoczynnych z wyzwalaczami zwarciowymi lub na bezpiecznikach.

Autor: Mariusz Kozłowski