Kompaktni odklopniki – Razumevanje izklopnih karakteristik

Nizkonapetostni odklopniki se uporabljajo za zaščito nizkonapetostnih inštalacij, kabelskih vodov in priključenih naprav pred preobremenitvami in kratkimi stiki. Na trgu srečamo dva različna tipa kompaktnih odklopnikov: tiste s termomagnetnim (elektromehanskim) sprožilnikom in tiste z elektronskim sprožilnikom.

Termomagnetni kompaktni odklopniki delujejo na osnovi bimetalnega elementa in elektromagnetnega izklopnega mehanizma. V primeru preobremenitvenega toka se zaradi fizikalnih lastnosti bimetala ta postopoma upogne, dokler odklopnik ne izklopi. V primeru kratkega stika se ustvari močna magnetna sila, ki sproži elektromagnetni izklopni mehanizem.

Preobremenitev in kratek stik

Spodaj je z enostavnim primerom razložena razlika med preobremenitvijo in kratkim stikom.

Preobremenitev vodnika ali kabla je stanje, pri katerem električni tok, ki teče skozenj, presega dovoljeni tok tega kabla. Glede na pričakovano obremenitev vsakega tokokroga projektant izbere ustrezen preseka kabla, temu pa je nato prilagojena izbira odklopnika (ključna je izbira nastavitev nazivne vrednosti toka v amperih).

Če tok preseže dovoljeni tok kabla, mora odklopnik tokokrog izklopiti.
Na primer: odklopnik je nastavljen na 63 A, izbrani kabel pa je NYY 4 × 25 mm². V nekem trenutku teče tok 100 A, kar je za izbrani kabel previsoko. To lahko skrajša življenjsko dobo izolacije, v neugodnih primerih pa lahko preobremenjen kabel celo povzroči požar.

V primeru kratkega stika, bodisi med vsemi tremi fazami (tropolni kratek stik) ali med fazo in nevtralnim vodnikom (enopolni kratek stik), zaradi zelo majhne impedance steče kratkostični tok več tisoč amperov. V takem primeru odklopnik izklopi trenutno (v nekaj milisekundah).

Osnovne nastavitve NN odklopnikov

Elektromehanski sprožilniki se še vedno pogosto uporabljajo v odklopnikih z nižjimi nazivnimi tokovi (do 250 A) zaradi nižje cene. Glavna slabost teh sprožilnikov je omejen nastavitveni razpon, kar pomeni, da mora biti odklopnik skrbno izbran glede na lastnosti zaščitene naprave.

Nastavitveni razpon preobremenitvenega izklopa (Ir) je običajno (0,63 do 1) × In (nazivni tok).
Nastavitveni razpon kratkostičnega izklopa (Ii) je navadno (6 do 10) × In (slika 3).

Obstajajo tudi manjši in cenovno ugodnejši odklopniki brez nastavljive kratkostične zaščite, pri katerih je ta funkcija tovarniško nastavljena (glej sliko 4).

Nastavitveni razpon elektronskih sprožilnikov je bistveno širši:

• Preobremenitveni izklop (Ir): običajno (0,4 do 1) × In

• Kratkostični izklop (Ii): običajno (2 do 12) × In

Na I–t karakteristični krivulji na sliki 2 sta prikazana preobremenitveno območje (63–100 A) in kratkostično območje (6–10 × In).
Slika 3 prikazuje nastavitve z uporabo programske opreme ETI Curve.

Če opazujemo sliki 1 (naš odklopnik) in 2, so značilne vrednosti za osnovne nastavitve odklopnika naslednje:

• In – nazivni tok odklopnika (v našem primeru 100 A)

• Ir – preobremenitveni izklop, nastavljiv od (0,6 do 1) × In (v našem primeru 63 A do 100 A)

• Ii – kratkostični izklop, nastavljiv od (6 do 10) × In (v našem primeru 600 A do 1000 A)

Standardizirana I–t izklopna karakteristika NN odklopnika (In = 100 A)

Primer nastavitev NN odklopnika

Naslednja slika prikazuje primer odklopnika brez nastavljive kratkostične zaščite (Ii), saj je ta tovarniško nastavljena.

Primer NN odklopnika s tovarniško nastavljeno kratkostično zaščito

Čas izklopa pri preobremenitvi

Pogosto vprašanje je: Pri katerem času deluje bimetalni izklop v primeru preobremenitve?

Če predpostavimo, da je preobremenitveni izklop nastavljen na 63 A, skozi odklopnik pa teče preobremenitveni tok 100 A, je čas izklopa približno 350 sekund.
V primeru kratkega stika bi se izklop izvršil takoj, približno 10 ms, kot prikazuje spodnja slika.

Diagram, ki prikazuje odvisnost časa izklopa od preobremenitvenega toka

Ali je možno nastavitev povečati na 100 A?

Pogosto se pojavi vprašanje, ali je možno nastavitev toka povečati na 100 A.
Odgovor je ne.

Če je projektant določil obratovalni tok 63 A ali manj, sta bila tako nastavitev odklopnika kot preseka kabla izbrana temu ustrezno. Vsaka sprememba nastavitve toka mora biti odobrena s strani projektanta, ki mora ponovno preveriti ustreznost zaščite s preračunom razmerja med nastavitvijo odklopnika in presekom kabla.

Napredne nastavitve NN odklopnikov

V praksi se pojavljajo bolj zahtevni zaščitni izzivi, kot so:

• Težki zagoni motorjev,

• Težave s selektivnostjo,

• Zaščita kablov v posebnih pogojih.

V takih primerih uporabljamo NN odklopnike, ki poleg osnovnih nastavitev ponujajo dodatne nastavljive zaščitne funkcije, ki nam omogočajo reševanje težav, kot je selektivnost.

Slika prikazuje tipično I–t karakteristično krivuljo, ki vključuje tako osnovne kot napredne nastavitve. Ti napredni zaščitni koncepti bodo razloženi v enem izmed naslednjih člankov.