Selektivnost zaščite z NH taljivimi vložki

Selektivnost zaščitnih naprav je ključen dejavnik pri načrtovanju nizkonapetostnih inštalacij. Cilj selektivnosti je zmanjšati vpliv okvar. Ob pojavu napake se mora izklopiti le prizadeti del inštalacije, medtem ko preostali del sistema ostane v obratovanju.

Zaščita je selektivna – bodisi pri kratkem stiku bodisi pri preobremenitvi – kadar je prekinjen le okvarjeni del električne inštalacije. V tem prispevku najprej pojasnimo razliko med preobremenitvijo in kratkim stikom, nato pa predstavimo, kako zagotoviti pravilno selektivno zaščito z uporabo NH taljivih vložkov.

Preobremenitve in kratki stiki

An preobremenitev nastane, ko tok, ki teče skozi vodnik ali kabel, preseže dovoljeno trajno tokovno obremenitev. To se običajno zgodi, ko je na isti tokokrog hkrati priključenih preveč porabnikov.

Kratki stik pa nastane, ko prideta dve točki z različno napetostjo v tokokrogu v stik prek poti z zelo nizko impedanco, kar povzroči nenaden porast toka.

Velikost kratkostičnih tokov v nizkonapetostnih omrežjih je predvsem odvisna od:

• napajalnega transformatorja, vključno z njegovimi induktivnimi in uporovnimi impedancami
• impedance kablov in vodnikov med transformatorjem in porabniki

Kratkostični tokovi so najvišji na sponkah transformatorja in z razdaljo po distribucijskem omrežju padajo. Tok na glavnem razdelilniku (RG) bo nižji kot na transformatorju, na podrazdelilniku (R) pa še nižji.

Poleg tega trifazni kratki stiki (L1–L2–L3) običajno povzročajo večje tokove kot enofazni kratki stiki (L–N).

Slika 1: kratek stik v nizkonapetostni inštalaciji

I-t karakteristika NH taljivih vložkov

I-t karakteristika (tokovno-časovna karakteristika), imenovana tudi izklopna karakteristika, določa čas izklopa glede na pričakovani tok.

Na Sliki 2 sta prikazani I-t krivulji dveh ETI NH gG taljivih vložkov:

• NH 50 A gG (modra, spodnja krivulja)
• NH 80 A gG (zelena, zgornja krivulja)

Če pride do preobremenitvenega toka 150 A, se 50 A NH taljivi vložek izklopi v približno 8 sekundah, medtem ko se 80 A NH taljivi vložek izklopi šele po približno 976 sekundah. To jasno prikazuje, da taljivi vložek z nižjim nazivnim tokom reagira bistveno hitreje.

Slika 2: I-t karakteristiki NV 50 A gG in NV 80 A gG taljivih vložkov

Selektivnost pri zaščiti pred preobremenitvijo

Selektivnost med NH taljivimi vložki pri preobremenitvah se določa na podlagi njihovih I-t karakteristik za čase delovanja nad 0,1 s.

Ker se prispevek osredotoča na zaščito kablov in vodnikov pred prevelikimi tokovi, obravnavamo NH taljive vložke tipa gG, ki so primerni za splošno uporabo.

Če sta v zaporedni vezavi dva NH taljiva vložka nazivnega toka 80 A in 50 A, pri toku 150 A:

• se 50 A NH taljivi vložek izklopi v približno 8 s,
• 80 A NH taljivi vložek pa šele po več kot 900 s.

Spodnji (50 A) NH taljivi vložek ima nižje ležečo I-t krivuljo in se zato izklopi hitreje, kar zagotavlja selektivnost pri preobremenitvah.

Selektivnost pri zaščiti pred kratkim stikom

Pri zelo velikih tokovih, kjer pride do izklopa v manj kot 0,1 s, je treba upoštevati predobločno energijo (predobločni Jouleov integral I²t) in skupno I²t energijo NH taljivih vložkov.

Pri zelo velikih kratkostičnih tokovih se lahko NH taljivi vložek izklopi v manj kot 5 ms, včasih že v prvi polperiodi toka. Energija, ki v tem času preide skozi taljivi vložek, je izražena z Jouleovim integralom (I²t).

• Predobločna I²t: energija do trenutka taljenja taljivega vložka
• Skupna I²t: energija do popolne prekinitve toka (vključno s časom gašenja obloka)

Za zagotovitev selektivnosti mora biti skupna I²t vrednost spodnjega taljivega vložka manjša od predobločne I²t vrednosti zgornjega taljivega vložka. Proizvajalci taljivih vložkov, vključno z ETI, te podatke navajajo v katalogih.

Ker je primerjava I²t vrednosti pogosto zahtevna, v praksi velja naslednje pravilo:

Za NH taljive vložke iste kategorije (npr. gG) z nazivnimi tokovi ≥ 16 A je selektivnost zagotovljena, če je razmerje nazivnih tokov vsaj 1,6 : 1.

To pomeni, da se morata nazivna toka dveh zaporedno vezanih NH taljivih vložkov razlikovati za vsaj dva standardna tokovna razreda.

Na primer:

• pri 80 A zgoraj in 50 A spodaj je razmerje 1,6, zato je selektivnost zagotovljena,
• če bi bil zgornji taljivi vložek 63 A, bi bilo razmerje manjše od 1,6 in bi bilo treba selektivnost preveriti z I²t vrednostmi.

Ključni poudarki

• Selektivnost zmanjšuje izpade in povečuje varnost sistema, saj se izklopi le okvarjeni del.
• Selektivnost pri preobremenitvah preverjamo z uporabo I-t krivulj.
• Selektivnost pri kratkih stikih temelji na primerjavi I²t energijskih vrednosti.
• Pravilo palca: razmerje ≥ 1,6 : 1 zagotavlja selektivnost.

Z razumevanjem teh načel lahko projektanti in izvajalci bistveno izboljšajo zanesljivost in varnost nizkonapetostnih inštalacij, zaščitenih z NH taljivimi vložki.

Tabela: primerjava tehničnih podatkov NV 50 A in NV 80 A taljivih vložkov