W przemysłowych instalacjach elektroenergetycznych istotną rolę odgrywa odpowiednie zabezpieczenie przed skutkami zwarć i przeciążeń. Stąd też nieodzownymi elementami niemal każdej instalacji elektrycznej są bezpieczniki topikowe oraz wyłączniki nadprądowe. Przekroczona wartość prądu znamionowego może spowodować nadmierne rozgrzanie przewodów, a w konsekwencji uszkodzenie izolacji, a nawet źródło pożaru.
Budowa wkładek topikowych
Budowa typowej wkładki topikowej jest prosta. Dla zapewnienia dobrego przewodzenia prądu styki nożowe wykonuje się z miedzi i mosiądzu. Dodatkowo pokryte są one warstwą srebra i niklu. Korpusy wykonywane są z pełnowartościowego steatytu (zbitego talku). Materiał ten cechuje się bardzo dobrą odpornością na obciążenia termiczne. Wewnątrz korpusu umieszczony jest element topikowy z miedzi. Jest on przymocowany do wewnętrznej części styku. Oprócz tego wnętrze korpusu ceramicznego wypełnione jest piaskiem kwarcowym. Pokrywy produkuje się z aluminium. W przypadku wkładek, które są stosowane w górnictwie, materiał na pokrywy stanowi stal.
Co na rynku
Przydatne rozwiązania w dostępnych na rynku wkładkach topikowych stanowią wskaźniki zadziałania, które umiejscowione są w przedniej części korpusu wkładki.
Wkładki bezpiecznikowe, które produkowane są z myślą o ochronie silników (charakterystyka aM), instaluje się w obwodach zasilających napędów elektrycznych. Warto zwrócić uwagę na fakt, że wkładki tego typu cechują się charakterystyką niepełnozakresową. Tym sposobem zyskuje się ochronę przed zwarciem. Istotne pozostaje zatem zastosowanie dodatkowego zabezpieczenia nadmiarowo-prądowego. Wkładki bezpiecznikowe do silników elektrycznych pozwalają na pełne wykorzystanie urządzeń rozdzielczych w zakresie prądów rozruchowych. Nie bez znaczenia pozostaje zapewnienie ochrony styków stycznika przed zniszczeniem, które może być spowodowane prądem zwarciowym. Pamiętać należy, że wkładki topikowe do zabezpieczania silników elektrycznych są produkowane we wszystkich standardowych wielkościach i prądach znamionowych.
Na rynku dostępne są też bezpieczniki topikowe z wybijakiem. Przeznaczone są one do mocowania w rozłącznikach bezpiecznikowych, które wyposażone są mikrowyłącznik pozwalający na zdalne sygnalizowanie stanu pracy bezpiecznika. W momencie gdy bezpiecznik zadziała, zostaje wyzwolony wybijak, który powoduje zadziałanie mikrowyłącznika.
Wkładki topikowe o charakterystyce gTr pozwalają na ochronę transformatora. Do jego mocy dobierany jest konkretny typ wkładki. Poszczególne modele różnią się napięciem znamionowym oraz zdolnością zwarciową wyłączania.
Wyłączniki nadprądowe
Wyłącznik nadprądowy w sposób samoczynny odłącza chroniony obwód. Jego zadziałanie następuje w momencie, gdy prąd płynący w przewodach przekroczy ustaloną wartość bezpieczną lub gdy nastąpi zwarcie. Po zadziałaniu bezpiecznik wymaga ręcznego włączenia.
Wyłączniki nadprądowe oferowane są w kilku wykonaniach. Wyłączniki, które oznaczone są literą A, cechują się działaniem natychmiastowym. W przypadku wystąpienia zwarcia następuje bezzwłoczne rozłączenie obwodu. Na rynku dostępne są także modele wyłączników nadprądowych oznaczone jako B, C oraz D. Cechują się one opóźnionym działaniem. Poszczególne modele odróżnia proporcja prądu zadziałania do prądu znamionowego. Wyłączniki nadprądowe w zależności od wykonania dzieli się na grupy. Są to:
- grupa A – z gniazdem przyłączeniowym,
- grupa B – do odbiorników niewrażliwych na przeciążenia termiczne, o małych prądach rozruchowych,
- grupa C – do zasilania silników o niewielkich mocach (do kilku kilowatów),
- grupa D – przewidziana do silników o dużych mocach.
Wyłączniki nadprądowe dostępne są także z modułami różnicowoprądowymi. Tym sposobem dodatkowo zyskuje się ochronę przed porażeniem prądem elektrycznym. Istotna cecha modułów różnicowoprądowych to reagowanie na przepływ prądów o niewielkiej wartości, w momencie gdy prąd ten przepływa przez ciało człowieka do ziemi.
Kilka przykładów
Wyłączniki nadprądowe S 320 firmy Legrand mają wysoką zdolność zwarciową – do 25 000 A – wykonane jako 1-, 2-, 3- i 4-biegunowe. Dźwignia załączająca ma dwa stany stabilne. Zaletą jest prosty montaż wyposażenia dodatkowego.
Oferta wkładek topikowych jest bardzo obszerna. Poniżej podstawowe parametry wkładek topikowych z oferty firmy JEAN MUELLER POLSKA:
- typ: NH,
- charakterystyka: gL/gG,
- selektywność: wkładki na 400 i 500 V AC w sieci 400 V AC – 1:1,25, pozostałe 1:1,45,
- prąd znamionowy: 2–1600 A,
- napięcie znamionowe: 400, 500 i 690 V AC oraz 220/440 V DC (można stosować do 110% Un),
- zwarciowa zdolność wyłączania: 400 V AC – 100 kA, 500 V AC – 120 kA, 690 V AC – 80 kA; 220/440 V DC – 25 kA,
- zastosowanie: ochrona kabli, przewodów, oświetlenia, urządzeń.
Krzysztof Ćwidak, SIBA Polska
Straty mocy wkładek topikowych
Parametrem bezpieczników, na który użytkownicy najczęściej nie zwracają uwagi, są straty mocy wkładek topikowych. Mniejsze straty mocy prowadzą nie tylko do oszczędności energii w czasie eksploatacji wkładek topikowych, ale również do niższych przyrostów temperatury w miejscach ich zainstalowania. Jest to szczególnie ważne w przypadku wielopolowych, kompaktowych rozdzielnic o obudowach z tworzyw sztucznych, a więc o utrudnionym chłodzeniu. Mniejsze przyrosty temperatur wewnątrz rozdzielnicy przyczyniają się do zwiększenia niezawodności instalacji, gdyż oznaczają mniejsze prawdopodobieństwo wystąpienia awarii spowodowanej przegrzewaniem się aparatów i połączeń elektrycznych wewnątrz rozdzielnicy. Dlatego warto kupować i stosować wkładki topikowe o jak najniższych stratach mocy, nawet jeżeli są droższe niż najtańsze dostępne w sprzedaży, gdyż jest to inwestycja, która z pewnością się zwróci bezpośrednio w postaci mniejszych kwot płaconych za energię elektryczną i pośrednio w postaci mniejszych strat spowodowanych awariami instalacji elektrycznych.
Andrzej Białas, Legrand
W instalacjach elektrycznych występują sytuacje awaryjne, które mogą doprowadzić do:
- zagrożenia bezpieczeństwa ludzi (porażenie prądem elektrycznym, poparzenie)
- uszkodzenia odbiorników (maszyn, urządzeń, aparatury kontrolnej i pomiarowej) do nich przyłączonych,
- uszkodzenia przewodów instalacji elektrycznej (przepalenie żył, zniszczenie izolacji).
Przyczyną awarii może być wystąpienie zwarcia lub przeciążenia.
Ze zwarciami w instalacjach elektrycznych mamy do czynienia wtedy, gdy wystąpi metaliczny zestyk pomiędzy żyłami przewodu fazowego i neutralnego, pomiędzy żyłami przewodu fazowego i ochronnego lub pomiędzy żyłami przewodów fazowych. Skutkiem wystąpienia zwarcia jest na ogół gwałtowny przepływ prądu o bardzo dużym natężeniu. Jego wartość może osiągnąć, zależnie od miejsca, w którym powstanie, nawet kilkadziesiąt tysięcy amperów. Zwarcia te mogą powstać:
- na skutek pomyłki w wykonaniu połączeń,
- z powodu utraty izolacji pomiędzy żyłami przewodów, np. wskutek jej zestarzenia, uszkodzeń mechanicznych (np. uszkodzenie kabla ziemnego łyżką koparki),
- z powodu nieprawidłowej eksploatacji instalacji,
- z powodu utraty izolacji pomiędzy biegunami w odbiornikach.
Przeciążenia w instalacjach elektrycznych najczęściej występują, gdy:
- nastąpi niekontrolowany wzrost mocy odbiornika na skutek jego awarii (przeciążenie silnika, częściowe zwarcie uzwojeń grzejnika),
- nastąpi wzrost mocy odbiornika na skutek błędu w jego przyłączeniu (niewłaściwy dobór mocy odbiornika, niewłaściwie zastosowane napięcie znamionowe odbiornika).
Wymagania dla instalacji elektrycznych dotyczące ochrony przed skutkami przepływu prądu przeciążeniowego i zwarciowego są zawarte w normie PN-IEC 60364-4-43. Natomiast środki ochrony przed skutkami przepływu tych prądów podane są w PN-IEC 60364 –4-473.
Roman Kłopocki, ETI POLAM
Bezpieczniki topikowe mocy i wyłączniki nadprądowe
Ważnym czynnikiem bezpiecznego użytkowania energii elektrycznej jest stosowanie nowoczesnych, o wysokich parametrach technicznych aparatów zabezpieczających instalacje elektryczne. Takimi urządzeniami mogą być: bezpieczniki topikowe mocy WT i modułowe wyłączniki nadprądowe ETIMAT.
Bezpieczniki topikowe mocy należą do systemu bezpieczników przeznaczonych do obsługi przez osoby upoważnione, tzn. nie wymaga się niezamienności parametrów elektrycznych wkładek w zależności od ich wielkości. Doskonale zabezpieczają przewody instalacji przed zwarciem, natomiast ich przydatność jako zabezpieczenie przeciążeniowe jest ograniczona. W tej roli lepiej zachowują się wyłączniki nadprądowe o charakterystykach B, C, D. Prądy znamionowe bezpieczników mocy zwykle występują od 2 A do1600 A, co konstrukcyjnie odpowiada wielkościom wymiarowym – 00C, 00, 1, 1C, 2, 2C, 3, 3C, 4 i 4a. Obecnie na rynku występują nowoczesne rozwiązania bezpieczników, tzw. KOMBI. Ten typ bezpieczników ma podwójny wskaźnik zadziałania – standardowy w postaci blaszki na górnej pokrywie bezpiecznika i dodatkowy w postaci czerwonego oczka, które po zadziałaniu wkładki wysuwa się z ceramicznego korpusu, sygnalizując jej przepalenie. Niezwykle ważnym parametrem bezpiecznika jest jego charakterystyka czasowo-prądowa t_I przedstawiająca czas jego przepalenia w funkcji prądu I obciążenia. W zależności od przeznaczenia bezpiecznika wyróżnia się m.in. charakterystyki: gG – pełnozakresowa do zabezpieczenia przewodów, gF – szybka pełnozakresowa do zabezpieczenia długich linii, aM – niepełnozakresowa do zabezpieczania obwodów zasilających silniki elektryczne, gR – ultraszybka, do zabezpieczania elementów półprzewodnikowych (diody, tyrystory itp.). Nowością w dziedzinie bezpieczników jest coraz szersza oferta bezpieczników DC przeznaczonych do zabezpieczania obwodów prądu stałego (DC) w zakresie napięć od 80 V do 1000 V. Jest to związane z rozwijającym się rynkiem odnawialnych źródeł energii – energetyki wiatrowej lub fotowoltaicznej.
Autor: Piotr Mielnicki
