Nizkonapetostni stikalni bloki
Stikalni bloki so zelo pomemben gradnik električnih sistemov, saj morajo zagotavljati funkcionalnost, varnost in obratovalno zanesljivost električnih inštalacij in naprav. Lahko se načrtujejo in gradijo individualno, po zahtevah projekta oziroma kupca, vse pogosteje pa se v praksi uporabljajo tako imenovani tipski stikalni bloki, ki so konstruirani in preskušeni skladno s standardom SIST EN 60439. V tem članku bomo na kratko predstavili omenjeni standard in nekatere konstrukcijske zahteve pri gradnji stikalnih blokov, ki izhajajo iz tega standarda in ki bistveno vplivajo na nekatere pomembne tehnične lastnosti stikalnih blokov.
Jure Božič, direktor, Elsing inženiring, d. o. o.
Uvod
Konstrukcijo in izdelavo nizkonapetostnih stikalnih blokov obravnava skupina standardov SIST EN 60439. Skupino standardov, ki se uradno imenuje Sestavi nizkonapetostnih stikalnih in krmilnih naprav, sestavlja pet standardov, in sicer:
- SIST EN 60439-1: tipsko preskušeni (TTA – Type Tested Assembly) in delno tipsko (PTTA – Partial Type Tested Assembly) preskušeni sestavi (včasih JUS N.K5.503);
- SIST EN 60439-2: posebne zahteve za zbiralčne povezovalne sisteme;
- SIST EN 60439-3: posebne zahteve za sestave nizkonapetostnih stikalnih naprav, predvidene za vgraditev na mestih do katerih imajo dostop nestrokovne osebe;
- SIST EN 60439-4: posebne zahteve za sestave na gradbiščih;
- SIST EN 60439-5: posebne zahteve za sestave, predvidene za javna elektroenergetska razdelilna omrežja.
Standard SIST EN 60439-1 v splošnem delu pojasni pomen ključnih pojmov in kriterije za izbiro sistema.
Sestav nizkonapetostnih stikalnih in krmilnih naprav je po tem standardu kombinacija ene ali več stikalnih aparatov, povezanih s krmilno, merilno, zaščitno in regulacijsko opremo, z vsemi notranjimi električnimi in mehanskimi povezavami in izdelan na odgovornost proizvajalca.
TTA je tipsko preskušen stikalni blok, izdelan po osvojenem tipu ali sistemu, brez sprememb, ki bi vplivale na spremembo karakteristik tipičnega stikalnega bloka, preskušenega po tem standardu.
PTTA je delno (parcialno) tipsko preskušen stikalni blok, ki vsebuje tipsko preskušene in delno tipsko preskušene dele, pri čemer so slednji izvedeni iz tipskih delov (npr. z računanjem) in ustrezno preskušeni. Tak stikalni blok je izdelan po zahtevah naročnika oziroma projekta, sestavljen pa je iz tipskih gradnikov (ohišje, zbiralke, nosilci zbiralk, priključki zbiralk, zbiralčni adapterji ...).
Standard SIST EN 60439-1 med ostalim obravnava tudi vrste stikalnih blokov, ki jih deli po naslednjih kriterijih:
- odprti in zaprti stikalni bloki,
- montažni in obratovalni pogoji (za vgradnjo zunaj ali znotraj, premični, nepremični …),
- stopnja mehanske zaščite,
- vrsta ohišja,
- vrste električnih priključkov,
- zaščita pred električnim udarom,
- stopnja notranje delitve (Form),
- način vgradnje stikalnih aparatov (fiksni, vtični, izvlačljivi).
V tem članku bomo predstavili samo zadnja dva kriterija, ki se nanašata na konstrukcijo stikalnih blokov in bistveno vplivata na nekatere tehnične lastnosti stikalnih blokov.
1.Stopnja notranje delitve
Stopnja notranje delitve 1
Med funkcionalnimi enotami stikalnega bloka (B -zbiralke, F- stikalni elementi, Q - priključki, kabelski del) ni ločitvenih pregrad. Širitev obloka ali požara je enostavna. Vzdrževalni posegi so mogoči samo v breznapetostnem stanju bloka.
Slika 1 - Stopnja notranje delitve 1
Slika 2 prikazuje stikalni blok z vertikalnimi varovalčnimi bremenskimi ločilniki. Posluževanje stikalnih aparatov je mogoče samo pri odprtih vratih stikalnega bloka, kar je zaradi možnosti obloka nevarno za posluževalca. Priključevanje novih porabnikov je zaradi omejenega prostora in velike nevarnosti nehotenega dotika delov pod napetostjo dovoljeno samo v breznapetostnem stanju. Oblok ali požar na enem stikalnem aparatu lahko uniči celoten stikalni blok.
Slika 2 - Stopnja notranje delitve 1 (primer)
Stopnja notranje delitve 2
Zbiralke so ločene od stikalnih enot (stopnja 2a), lahko pa tudi od priključnih sponk (stopnja 2b). Nehoten dotik zbiralk je preprečen, zato so nekateri posegi v stikalni blok mogoči tudi pod napetostjo.
Slika 3 - Stopnja notranje delitve 2a in 2b
Četrta slika prikazuje stikalni blok z odklopniki. Glavne (horizontalne) in pomožne (vertikalne) zbiralke se nahajajo za ločilno pregrado in zato pri delu v stikalnem prostoru niso dostopne. Vgrajeni odklopniki s svojimi priključnimi sponkami in dodatnimi okrovi omogočajo visoko stopnjo IP zaščite tudi pri odprtih vratih stikalnega bloka. Posluževanje stikalnih aparatov je mogoče samo pri zaprtih vratih stikalnega bloka, priključevanje novih porabnikov na rezervne odcepe pa zaradi visoke IP zaščite tudi pod napetostjo.
Slika 4 - Stopnja notranje delitve 2b (primer)
Stopnja notranje delitve 3
Zbiralke so ločene od stikalnih enot, stikalne enote pa so ločene tudi med sabo (stopnja 3a), od zbiralk pa so lahko dodatno ločene še priključne sponke (stopnja 3b). Nehoten dotik zbiralk in drugih delov pod napetostjo je preprečen, zato so nekateri posegi v stikalni blok mogoči tudi pod napetostjo. V primeru okvare je oblok ali druga napaka lokalizirana.
Slika 5 - Stopnja notranje delitve 3a in 3b
Šesta slika prikazuje del stikalnega bloka (en odvod) z odklopniki. Glavne (horizontalne) in pomožne (vertikalne) zbiralke so za ločilno pregrado in ob delu v stikalnem prostoru niso dostopne. Vgrajeni odklopniki s svojimi priključnimi sponkami in dodatnimi okrovi omogočajo visoko stopnjo IP zaščite tudi pri odprtih vratih stikalnega bloka. Stikalni prostori so ločeni med seboj in od kabelskega prostora. Vsak stikalni prostor ima svoja vrata. Posluževanje stikalnih aparatov je mogoče samo pri zaprtih vratih stikalnega prostora, priključevanje novih porabnikov pa zaradi visoke IP zaščite tudi pod napetostjo.
Slika 6 - Del stikalnega bloka notranje delitve 3b
Stopnja notranje delitve 4
Zbiralke so ločene od stikalnih enot in priključnih sponk, stikalne enote pa so ločene tudi med seboj (stopnja 4a). Priključne sponke so lahko ločene tudi od stikalnih enot in med seboj (stopnja 4b). Nehoten dotik zbiralk in drugih delov pod napetostjo je preprečen, zato so posegi v stikalni blok mogoči tudi pod napetostjo.
Slika 7 - Stopnja notranje delitve 4a in 4b
Slika 8 prikazuje del stikalnega bloka (en odvod) z odklopniki. Od rešitve na sliki 6 se razlikuje po tem, da so priključne sponke ločene od stikalnih aparatov in med seboj. V konkretnem primeru so dostopne samo z zadnje strani stikalnega bloka, kjer so ločene od glavnih (horizontalnih) in pomožnih (vertikalnih) zbiralk, ki so za ločilno pregrado in ob posegu v stikalnem prostoru ali priključnem prostoru niso dostopne. Z dodatnimi okrovi je zagotovljena visoka stopnjo IP zaščite pri odprtih sprednjih in zadnjih vratih stikalnega bloka.
Slika 8 - Stikalni blok s stopnjo notranje delitve 4b
2. Način vgradnje stikalnih aparatov
Način vgradnje stikalnih aparatov
Po načinu vgradnje stikalnih aparatov ločimo tri vrste stikalnih blokov:
- stikalni bloki s fiksno vgrajenimi stikalnimi aparati,
- stikalni bloki z vtičnimi stikalnimi aparati,
- stikalni bloki z izvlačljivimi stikalnimi aparati.
Po osnovnih funkcijah se taki stikalni bloki nič ne razlikujejo med sabo. Velika razlika pa se pokaže pri vzdrževanju oziroma obratovanju stikalnih blokov. Odraža se v različnem času, ki je potreben za servisiranje oziroma zamenjavo pokvarjenega stikalnega aparata v bloku. Pri tem govorimo o različni razpoložljivosti električne energije, ki jo lahko zaradi zagotavljajo različni stikalni bloki.
Stikalni bloki s fiksno vgrajenimi stikalnimi aparati
Stikalni aparati so v stikalni blok vgrajeni fiksno, s pomočjo zbiralk, vodnikov in ustreznih vijačnih spojev. Če je potrebno stikalni aparat zaradi okvare zamenjati, moramo običajno izklopiti napajanje celotnega stikalnega bloka. S tem napajanje izgubijo vsi porabniki stikalnega bloka. Zamenjava stikalnega aparata je zahtevno opravilo, ki zahteva strokovno usposobljeno osebo in potreben čas. Z neustreznim posegom lahko ogrozimo celoten stikalni blok. Razširitev stikalnega bloka pod napetostjo ni mogoča.
Slika 9 - Stikalni blok v fiksni izvedbi
Stikalni bloki s fiksno vgrajenimi aparati imajo najslabšo razpoložljivost in najdaljše čase za odstranjevanje napak. Za zamenjavo stikalnega aparata obvezno zahtevajo breznapetostno stanje stikalnega bloka. Taki stikalni bloki se uporabljajo za najmanj zahtevne objekte.
Stikalni bloki z vtičnimi stikalnimi aparati
Stikalni aparati so v stikalni blok povezani preko ustreznih močnostnih »podnožij« konektorjev (Steckvorrichtung, Plug-in) oziroma zbiralčnih montažnih vmesnikov kot npr. sistem SASY. Krmilni tokokrogi (pomožni kontakti, izklopilni sprožniki in motorni pogoni) pa so povezani fiksno, preko pripadajočih priključnih sponk ali preko dodatnih konektorjev. Za zamenjavo okvarjenega stikalnega aparata moramo ločiti krmilne tokokroge in izvleči aparat iz njegovega podnožja. V izpraznjeno podnožje lahko ustavimo samo ustrezen stikalni aparat, zato na bistvene lastnosti stikalnega bloka ne moremo vplivati. Razširitev stikalnega bloka pod napetostjo je možna z omejitvami, ki jih narekuje konstrukcija. Taki stikalni bloki imajo srednjo razpoložljivost električne energije in se uporabljajo v zahtevnih industrijskih okoljih.
Slika 10 - Odklopnik v vtični izvedbi
Stikalni bloki z izvlačljivimi stikalnimi aparati
Stikalni aparati so v stikalni blok vgrajeni s pomočjo ustreznih močnostnih in krmilnih konektorjev. Običajno imajo štiri delovne položaje kot to prikazuje slika 11. Položaj 1 prikazuje delovni položaj, kjer sta močnostni in krmilni konektor vključena, aparat pa je v normalni funkciji. Položaj 2 prikazuje testni položaj, kjer je močnostni konektor izključen, krmilni pa je vključen. V tem položaju se lahko testirajo vse funkcije stikalnega aparata, močnostni tokokrog pa se ne vklaplja. Položaj 3 prikazuje izvlečen položaj, kjer so močnostni in krmilni priključki ločeni od stikalnega aparata, 4 pa prikazuje položaj, kjer je stikalni aparat odstranjen iz stikalnega bloka.
Slika 11 - Položaji stikalnega aparata v izvlačljivi izvedbi
Za spreminjanje položaja stikalnega aparata se običajno uporablja mehanizem z ustrezno ročico. Mehanizem aparata mora imeti ustrezne blokade, ki preprečujejo nedovoljene stikalne manevre. V delovni položaj lahko potisnemo samo izključen stikalni aparat. Tudi izvlečemo ga lahko samo v izključenem stanju. Varnost stikalnega bloka in uporabnikov je zagotovljena tudi v primeru nestrokovne uporabe. Zamenjava stikalnih aparatov je mogoča med obratovanjem stikalnega bloka, razširitev stikalnega bloka pod napetostjo pa je možna z omejitvami, ki jih narekuje konstrukcija.
Taki stikalni bloki imajo največjo razpoložljivost električne energije in minimalne čase, ki so potrebni za servisiranje oziroma zamenjavo aparata. Običajno se uporabljajo za najzahtevnejše objekte oziroma porabnike, kjer je poudarjena zanesljivost napajanja. V praksi so to energetski, infrastrukturni, komunikacijski in zahtevni industrijski objekti.
Slika 12 - Odklopnik NZM3 v izvlačljivi izvedbi
Zaključek
V našem okolju je na področju stikalnih blokov precej anarhije. Stikalne bloke TTA in PTTA vgrajujemo redko, najpogosteje pa se še vedno uporablja individualno načrtovane in izdelane stikalne bloke. Pogosto opravičilo za tako stanje je pritisk na investicijsko ceno, kar pa po mojem mnenju ne drži v celoti. Sam med glavne razloge za tako stanje uvrščam predvsem pomanjkanje potrebnega tehničnega znanja in slabo ponudbo tipskih stikalnih naprav, s katerimi bi v praksi dvigovali strokovni nivo in prakso tega področja. Rezultat tega je, da na različne projekte velikokrat vgrajujemo stikalne bloke, ki po svojih lastnostih nikakor ne morejo zadovoljiti osnovnih zahtev, ki bi bile za konkreten objekt potrebne. Različnih okvar in izpadov napajanja je zato preveč, posluževanje in vzdrževanje teh naprav pa po nepotrebnem zahtevno in nevarno. Zaradi vsega tega smo se odločili, da slovenskemu trgu ponudimo dve Moellerjevi družini tipskih stikalnih blokov SVTL in xEnergy, ki ju bomo podrobneje predstavili v naslednjem Informatorju.
Literatura:
-Standard SIST EN 60439.1
-Tehnična dokumentacija Moeller