Nastavitve nizkonapetostnih odklopnikov
Nizkonapetostni odklopniki v praksi pogosto ne izpolnjujejo vseh svojih funkcij, ker njihovi zaščitni sprožniki in drugi parametri niso pravilno nastavljeni. Problem se odraža v nepravilni zaščiti priključenih kablov in naprav ali v nezanesljivem napajalnem sistemu zaradi nepotrebnih izpadov odklopnika. V prispevku se zato posvečamo izklopnim karakteristikam in smernicam za pravilno nastavitev odklopnikov.
Jure Božič, direktor, Elsing Inženiring, d. o. o.
Izklopna karakteristika
Slika 1 prikazuje osnovno standardizirano izklopno karakteristiko nizkonapetostnega odklopnika, ki je sestavljena iz preobremenitvenega in kratkostičnega področja. Prikazano karakteristiko lahko dosežemo z elektromehanskimi (bimetalnimi, elektromagnetnimi) ali elektronskimi sprožniki. Elektromehanski sprožniki so zaradi manjše cene še vedno uporabljeni pri odklopnikih nižjih nazivnih tokov (do 250 A, izjemoma tudi višje). Glavna slabost teh sprožnikov je omejeno območje nastavitve proženja, zato mora biti odklopnik z elektromehanskim sprožnikom pravilno izbran glede na lastnosti ščitene naprave. Območje nastavitve preobremenitvenega sprožnika (Ir) je na primer pri odklopniku NZM1 ali NZM2 med (0,8 do 1) x In (nazivni tok). Območje nastavitve kratkostičnega sprožnika (Ii) je (6 do 10) x In za splošne porabnike (kabli, stikalni bloki) in (8 do 14) x In za motorje.
Območje nastavitev elektronskih sprožnikov ima širši razpon. Območje nastavitve preobremenitvenega sprožnika je običajno med (0,5 do 1) x In, kratkostičnega pa (2 do 12) x In.
Na karakteristiki na sliki 1 je prikazan snop preobremenitvenega (200–400 A) in kratkostičnega (6–11 x In) področja izklopne karakteristike odklopnika z elektronskim zaščitnim modulom In=250 A.
Slika 1 – Izklopna karakteristika I/t (osnovna)
Slika 2 prikazuje univerzalno izklopno karakteristiko nizkonapetostnega odklopnika, ki ima poleg osnovnih nastavitev še nekaj dodatnih, ki so potrebne za realizacijo zahtevnejših problemov zaščite (težki zagoni, selektivnost, …). Tako lahko izberemo razred proženja v območju (tr = 2–20s). Razred proženja je podatek, ki nam pove, v kakšnem času odklopnik izklopi pri nadtoku 6 x Ir. Standardni razred odklopnikov z osnovno karakteristiko je 10. Nadalje lahko izberemo zakasnitev kratkostičnega sprožnika tsd, kar nam omogoča izvedbo časovno selektivnega delovanja zaščite. Reševanju problemov selektivnosti med odklopnikom in odvodno talilno varovalko je namenjena funkcija I2 x t, ki vključena (ON) povzroči spremembo oblike karakteristike v kratkostičnem področju in jo prilagodi karakteristiki talilne varovalke (glej sliko 5).
Slika 2 – Izklopna karakteristika I/t (univerzalna)
Nastavitve odklopnika z osnovno karakteristiko – NZM1...NZM4
Preobremenitiveni sprožnik – Ir
Ta nastavitev je enostavna. Sprožnik Ir nastavimo na nazivni tok ščitene naprave IB oziroma trajni zdržni tok kabla IZ. Za pravilno zaščito morata biti izpolnjeni spodnji neenačbi.
IB bremenski tok
Ir nastavljeni tok preobremenitvenega sprožnika
IZ trajni zdržni tok kabla
I2 tok, ki zagotavlja zanesljivo delovanje zaščitnega aparata, za odklopnike ( I2 = 1,2 x Ir )
Več o varovanju kablov pred preobremenitvijo je opisano v Informatorju št. 6.
Kratkostični sprožnik – Ii
Ta nastavitev je zahtevnejša in zahteva izračune oziroma meritve minimalnih kratkostičnih tokov. Minimalni kratkostični tok varovanega tokokroga mora biti večji od nastavljenega kratkostičnega sprožnika. Izpolnjeni morata biti spodnji neenačbi.
Ii nastavljeni tok kratkostičnega sprožnika
T toleranca karakteristike sprožnika, standardno +/- 20 %, Moeller +/- 10 %
Ikmin minimalni kratkostični tok okvarne zanke
Zs impedanca minimalnega kratkega stika okvarne zanke
Če kratkostično varujemo kabel, moramo ustreznost tako izvedene zaščite preveriti s spodnjo neenačbo.
I efektivna vrednost dejanskega kratkostičnega toka
t trajanje kratkega stika
S presek vodnika
K faktor vodnika
Kako v praksi ugotavljamo ustreznost kratkostične zaščite je opisano v Informatorju št.7.
Primer nastavitve sprožnikov odklopnika NZM..1/A... do NZM..3/A...
Slika 3 prikazuje nastavitev kompaktnega odklopnika NZMN2– A200. Nazivni tok odklopnika In je 200 A, preobremenitveni sprožnik Ir se lahko nastavi 160...200 A, kratkostični Ii pa na 6...10x In - 1200...2000 A.
Slika 3 – Nastavitev sprožnikov Ir in Ii
Nastavitve odklopnika z univerzalno karakteristiko - NZM..2/VE... do NZM..4/VE...
Nastavitev osnovnih sprožnikov Ir in Ii je opisana v predhodnem poglavju, dodatne lastnosti pa so opisane v nadaljevanju.
Razred proženja – tr
Že pri opisu univerzalne karakteristike smo razložili pojem »razred proženja« in povedali, da ima običajna karakteristika razred proženja 10 (tr =10 s). Razred proženja lahko po potrebi spreminjamo in ga prilagodimo lastnostim bremena. Običajno so časi tr med (2–20 s ), oziroma OFF (izključeno). Z izbiro vrednosti OFF preobrementiveni sprožnik izključimo. Odklopnik v tem primeru lahko opravlja samo kratkostično zaščito.
Funkcija I2 x t
Kadar rešujemo problem selektivnosti med dovodnim odklopnikom in odvodno talilno varovalko, lahko na nekaterih odklopnikih (NZM3, NZM4, IZM) vključimo funkcijo I2 x t, s katero prilagodimo ostro obliko karakteristike odklopnika v kratkostičnem področju - obliki talilne varovalke (slika 4).
Slika 4 – Funkcija I2 x t
Zakasnjen kratkostični sprožnik – Isd
Kratkostični sprožnik z zakasnitvijo Isd se nastavlja po istih kriterijih kot običajni kratkostični sprožnik Ii, s tem da mu lahko nastavimo tudi časovno zakasnitev tsd, ki je opisana v nadaljevanju. Kratkostični sprožnik Ii mora biti nastavljen na višjo vrednost kot sprožnik z zakasnitvijo, sicer bo odklopnik deloval trenutno in ne zakasnjeno.
Časovna zakasnitev kratkostičnega sprožnika – tsd
Časi zakasnitev kratkostičnih sprožnikov tsd so tovarniško prednastavljeni in omejeni s trajno kratkostično trdnostjo odklopnika (Icw).
Izbiramo lahko med (0–1000) ms.
V praksi je potrjeno, da so pogoji selektivnosti izpolnjeni, kadar sta izklopni karakteristiki dveh zaporedno vezanih zaščitnih aparatov pri kratkostičnem toku proženja razmaknjeni minimalno 100 ms.
Problem selektivnosti si bomo ogledali na praktičnem primeru.
Slika 5 prikazuje enopolno shemo napajanja 90 kW bremena in izračunani minimalni in maksimalni tok kratkega stika v okvarni zanki.
Slika 5 – Enopolna shema napajanja
Slika 6 prikazuje izklopne karakteristike vgrajenih zaščitnih elementov brez nastavitev zakasnjenih kratkostičnih sprožnikov. Iz slike lahko vidimo, da sistem zaščite ni selektiven, saj bodo v primeru kratkostičnih tokov izklopili vsi trije zaščitni aparati. Slika 7 prikazuje izklopne karakteristike istih zaščitnih aparatov, s tem da so časovno zakasnjeni sprožniki in časi zakasnitev ustrezno nastavljeni. Odklopnik 400 A smo zakasnili za 300 ms, odklopnik 630 A pa za 500 ms. V tem primeru enaka konfiguracija elementov omogoča selektivno delovanje. Taka rešitev je mogoča samo takrat, kadar nam izbrani odklopniki omogočajo take nastavitve.
Slika 6 – Izklopne karakteristike, ni selektivnosti
Slika 7 – Izklopne karakteristike, selektivnost
Zaključek
Odklopniki so pomembni in dragi elementi v naših elektro napravah, zato jim moramo v fazah projektiranja, vgradnje, zagona in vzdrževanja, nameniti primerno pozornost. Samo pravilno izbran in nastavljen odklopnik bo izpolnjeval svojo funkcijo in tako zagotavljal zanesljiv in varen sistem napajanja. Nastavitve odklopnikov in probleme selektivnosti je potrebno analizirati že v času projektiranja. Izračunati moramo vse minimalne in maksimalne kratke stike, definirati nastavitve zaščitnih sprožnikov in kontrolirati pogoje selektivnosti. Klasične in zamudne metode primerjanja izklopnih karakteristik pogosto lahko nadomestimo s tabelami selektivnosti, v katerih proizvajalci podajajo meje selektivnosti za posamezne vrste zaporedno povezanih aparatov. Še lažje pa probleme nastavitve odklopnikov in selektivnosti rešujemo z ustrezno programsko opremo. Podatki o nastavitvah odklopnikov morajo biti navedeni v ustrezni projektni dokumentaciji in služijo izvajalcem (merilcem) kot osnova za fizično nastavitev zaščitnih sprožnikov. Pravilno nastavljeni zaščitni sprožniki morajo biti zapečateni, o končnih nastavitvah pa mora biti narejeno ustrezno poročilo.
Literatura:
- SIST EN 60947-1 Nizkonapetostni stikalni aparati - splošna navodila
- SIST EN 60947-2 Nizkonapetostni stikalni aparati - odklopniki
- Informator, št.6 Varovanje kablov in vodnikov - preobremenitev
- Informator, št.7 Varovanje kablov in vodnikov - kratek stik
- Informator, št.15 Kratkostična stikalna zmogljivost
- Informator, št.19 Vzdrževanje in preizkušanje nizkonapetostnih odklopnikov
- Tehnična dokumentacija Moeller in drugih proizvajalcev
- Program CurveSelectV1.10