Nazivna kratkostična zmogljivost

Nazivna kratkostična zmogljivost predstavlja največjo vrednost kratkostičnega toka, ki ga lahko odklopnik ali varovalka prekine. Vsaka zaščitna naprava je zasnovana za določeno nazivno moč in s tem tudi za določen nazivni (obremenitveni) tok. Kratkostični tokovi lahko trajno poškodujejo zaščitne naprave zaradi prekomernega segrevanja in sproščene energije. V elektroenergetiki uporabljamo različne vrste električne opreme (zaščitnih naprav) z različnimi tehničnimi lastnostmi, ki vključujejo tudi kratkostično zmogljivost. Poglejmo nekaj primerov.

Primeri zaščitnih naprav

Slika 1 prikazuje inštalacijski odklopnik z nazivno kratkostično zmogljivostjo 6 kA.

Inštalacijski odklopnik (MCB) ščiti nizkonapetostne vodnike in kable v primeru kratkega stika ali preobremenitve. Na njem so različne oznake, ki opisujejo njegove ključne lastnosti: nazivni tok In (na sliki 1: 10 A), izklopna karakteristika oziroma tokovno-časovna (I–t) krivulja (v tem primeru tip B, obstajajo pa tudi C, D, K in Z) ter kratkostična izklopna zmogljivost (na sliki 1: 6000 A), o kateri bomo govorili v nadaljevanju.

Slika 2 prikazuje talilni vložek, ki prav tako ščiti nizkonapetostne vodnike in kable v primeru kratkega stika ali preobremenitve. Talilni vložek vsebuje oznake, ki opisujejo pomembne lastnosti: nazivni tok In (20 A), nazivno napetost Un (500 V), tokovno-časovno karakteristiko (v tem primeru gG, kjer »G« pomeni splošno uporabo) ter nazivno kratkostično  zmogljivost (120 kA).

Slika 3 prikazuje nizkonapetostni kompaktni odklopnik (MCCB), ki prav tako ščiti nizkonapetostne vodnike in kable v primeru kratkega stika ali preobremenitve. Odklopnik vsebuje različne oznake: nazivni tok In (32 A), nazivno obratovalno napetost Ue, nazivno izolacijsko napetost Ui (v tem primeru 800 V), nazivno impulzno vzdržljivo napetost Uimp (v tem primeru 8 kV). Z izvijačem je mogoče nastaviti kratkostično zaščito ter tudi nazivni tok Ir, s čimer prilagodimo zaščito pred preobremenitvijo. Odklopnik ima tudi označeno kategorijo selektivnosti (v tem primeru A, lahko pa tudi B).

Za namen tega besedila se bomo osredotočili na kratkostično zmogljivost, označeno z naslednjimi podatki:
Ue = 440 V, Icu = 25 kA, Ics = 25 kA. Kaj to pomeni?

Nazivna mejna kratkostična zmogljivost (Icu)

Nazivna mejna kratkostična  zmogljivost (Icu) je največja vrednost kratkostičnega toka, ki ga lahko odklopnik prekine.

Ta mora biti višja od največjega možnega kratkostičnega toka v omrežju, ki je običajno trifazni kratek stik.

V našem primeru (pri 440 V): Icu = 25 kA.
To pomeni, da mora odklopnik po preskusnem zaporedju (vklop – kratek stik – izklop) ostati nepoškodovan in še vedno zagotavljati osnovno zaščito pred preobremenitvijo.

Nazivna obratovalna kratkostična  zmogljivost (Ics)

Ker Icu predstavlja ekstremni pogoj, ki se redkeje pojavi, proizvajalci v skladu s standardi navajajo tudi tok Ics.

Želimo, da odklopnik prekine kratkostične tokove, ki se v omrežju pojavljajo pogosteje, in da pri tem ostane v dobrem stanju tudi po več prekinitvah.

Zato je uveden Ics, ki je izražen kot odstotek Icu.

Večina kompaktnih odklopnikov ima pogosto Ics = 100 % Icu, kar v našem primeru pomeni 25 kA (pri 440 V).

Po preskusnem zaporedju (vklop – kratek stik – izklop – premor – vklop – kratek stik – izklop) mora odklopnik ostati nepoškodovan tudi po treh prekinitvah pričakovanega kratkostičnega toka. Po tem preskusu mora naprava še vedno zagotavljati osnovno zaščito pred preobremenitvijo.

Kako veliki so lahko kratkostični tokovi?

Za določitev kratkostičnih tokov moramo poznati impedanco kratkostične zanke.

Danes projektanti uporabljajo računalniška orodja za izračun pričakovane impedance v katerikoli točki električne inštalacije (ali omrežja), kar omogoča določitev pričakovanih kratkostičnih tokov.

Inšpektorji lahko impedanco zanke in pričakovane kratkostične tokove tudi izmerijo s specializiranimi merilnimi instrumenti po izvedbi inštalacije ali med vzdrževanjem.

Dejavniki, ki vplivajo na kratkostični tok

• Napajalni transformator z induktivnimi in uporovnimi komponentami (kratkostična napetost in nazivna moč)
• Impedanca (upornost in reaktanca) kablov in vodnikov
• Impedanca visokonapetostnega omrežja

Impedanca omrežja

Skupna upornost do mesta okvare je:

R = Rtrf + Rk

Skupna reaktanca do mesta okvare je:

X = Xtrf + Xk

Kjer:

• Xtrf – reaktanca transformatorja
• Xk – reaktanca kabla
• Rtrf – upornost transformatorja
• Rk – upornost kabla

Impedanca nizkonapetostnega omrežja je torej:

Izračun kratkostičnega toka

Začetni simetrični trifazni kratkostični tok izračunamo po enačbi:

Pri enofaznem kratkem stiku je impedanca večja, saj je treba upoštevati tudi nevtralni vodnik.

Kjer:

• U – linijska napetost
• Uf – fazna napetost
• Z – impedanca kratkostične zanke

Če je zaščitna naprava nameščena v razdelilni omarici, bo kratkostični tok bistveno manjši zaradi večje impedance (upornost kablov). Bližje kot je inštalacija transformatorju, večji je kratkostični tok. Trifazni kratkostični tokovi so prav tako večji od enofaznih.

Zaključek

Vedno moramo razmisliti, ali je bolj smiselno uporabiti cenejšo stikalno napravo z nižjo kratkostično zmogljivostjo ali dražjo z višjo zmogljivostjo.

V mnogih primerih je dražja izbira nujna, saj mora biti kratkostična  zmogljivost vedno večja od pričakovanega kratkostičnega toka (Icu > Ik).

Poleg tega lahko naprava z višjo zmogljivostjo izboljša del električne inštalacije in podaljša življenjsko dobo opreme.