96
fi rmy, l udzi e, produkty
Zabezpieczenia zwarciowe
firmy ETI Polam
w obwodach prądu stałego
Roman Kłopocki
Bezpieczniki topikowe do zabezpiecze� obwod�w prĄdu stae"ego (DC) w ostatnim czasie szyb-
ko zyskujĄ na znaczeniu. W dziedzinach, gdzie konwencjonalne zabezpieczenia zwarciowe nie
sĄ juł wystarczajĄce, pojawiajĄ si� szczeg�lne wymagania ze strony projektant�w i ułytkow-
nik�w. W artykule opisano w skr�cie stan techniki w dziedzinie zabezpiecze� zwarciowych
w obwodach prĄdu stae"ego, na podstawie doświadcze� konstrukcyjnych firmy ETI Polam.
ezpieczniki topikowe sĄ uniwer-
salnym elementem zabezpieczajĄ-
Bcym zar�wno dla obwod�w prĄdu
przemiennego (AC), jak i prĄdu stae"ego
(DC). ZdolnośĘ wye"Ączania prĄdu zwarcio-
wego przez wke"adk� topikowĄ jest r�łna
dla AC i DC i dla r�łnych warunk�w sto-
sowania. Nie istnieje prosta zasada, dzi�ki
kt�rej mołna by bye"o określiĘ wartośĘ
maksymalnego, dopuszczalnego napi�-
cia DC na podstawie danych o dopuszczal-
nym napi�ciu AC określonej wke"adki topi-
kowej. Charakterystyki prĄdowo-czasowe
i pozostae"e we"aściwości bezpiecznik�w mo-
cy publikowane w katalogach producent�w
zazwyczaj skupiajĄ si� na wartości AC dla
cz�stotliwości 50 Hz (niekiedy 60 Hz). Do
prawide"owego zrozumienia zastosowania
bezpiecznik�w w obwodach DC naleły
przyswoiĘ kilka podstawowych informacji
o zasadzie ich dziae"ania.
Podstawy teoretyczne
Rys. 1. Bezpieczniki topikowe WT- gG na napi�cie stae"e ń 440V DC
Bezpieczniki przeznaczone do stosowa-
nia w obwodach prĄdu stae"ego bye"y juł s�w oraz pojazd�w ci�łarowych, kt�re do cyjnościĄ L) i rezystor R sĄ szeregowo po-
wykorzystywane w przesze"ości ń przede nap�du uływajĄ energi� z akumulator�w e"Ączone w obw�d, w kt�rym jest r�wnieł
wszystkim w obwodach niskiej mocy i ni- (w�zki transportowe). Przyke"ad bezpiecz- bezpiecznik topikowy.
skiego napi�cia (np. w urzĄdzeniach elek- nika do akumulatorowych w�zk�w wide"o- W przypadku wystĄpienia zwarcia, prĄd
tronicznych i jako zabezpieczenie zwarcio- wych pokazano na rys. 2. w obwodzie narasta zgodnie z krzywĄ wy-
we w instalacjach samochodowych). Moł- ke"adniczĄ, tak jak to pokazano na schema-
na wymieniĘ r�wnieł kilka przyke"ad�w Obwody prĄdu DC cie graficznym A (rys. 4). Matematycznie
stosowania bezpiecznik�w DC w innych przyrost prĄdu w obwodzie mołna zapisaĘ
dziedzinach, jak np. zabezpieczanie silni- Na rys. 3 pokazano podstawowy sche- r�wnaniem:
k�w elektrycznych pojazd�w trakcyjnych mat obwodu prĄdu stae"ego DC. Łr�de"o na-
ń lokomotyw, tramwaj�w, elektromagne- pi�cia prĄdu stae"ego (DC), cewka (z induk- i = IA � (1-e-(L/R)t)
96 czerwiec 2007
fi rmy, l udzi e, produkty
Rys. 2.
Bezpieczniki
do w�zk�w
akumulatorowych
rozwijajĄce si� dziedziny, w kt�rych moł-
WartośĘ prĄdu w obwodzie IA, (zazwy- na oczekiwaĘ zainteresowania si� wke"ad-
czaj nazywanego teł spodziewanym IP) kami topikowymi na prĄd stae"y DC sĄ na-
jest określona prawem Ohma IA = U/R, st�pujĄce:
wartośĘ L/R = T ń stae"a czasowa. Powył- systemy bezprzerwowego zasilania
�
sze r�wnanie pokazuje wpe"yw parametru (UPS),
L/R na czas przepalenia si� bezpiecznika. stacje bazowe telefonii kom�rkowej,
�
przetworniki fotonapi�ciowe (kolektory
�
di/dt = U/L = IA / T se"oneczne) ń pozyskiwanie energii elek-
trycznej,
Z tego r�wnania wynika, łe im wi�ksza samochody z nap�dem elektrycznym.
�
jest stae"a czasowa L/R, tym de"ułszy jest Wi�kszośĘ najnowszych zastosowa� ko-
czas narastania prĄdu wede"ug di/dt i de"uł- rzysta ze �r�dee" bateryjnych posiadajĄcych
sza jest faza przepalania si� bezpiecznika. ograniczone prĄdy zwarciowe w por�wna-
W schemacie graficznym B (rys. 4) z po- niu z konwencjonalnymi zasilaczami DC,
wodu niłszej indukcyjności przyrost prĄ- kt�re energi� prĄdu stae"ego przetwarzajĄ
du jest szybszy i czas przepalania si� bez- bezpośrednio z sieci AC. We"aśnie ta cecha
piecznika kr�tszy, w por�wnaniu z sytu- jest najbardziej specyficzna w doborze
acjĄ przedstawionĄ na schemacie graficz- bezpiecznik�w prĄdu stae"ego DC.
nym C (rys. 4), gdzie jest pokazany przy-
ke"ad narastania prĄdu przy dułej stae"ej cza- Analiza wye"Ączania
sowej T. prĄdu stae"ego
Zastosowania PrĄd zwarciowy
i dob�r bezpiecznik�w DC JednĄ z we"aściwości bezpiecznik�w jest
to, łe w przypadku prĄdu zwarciowego
PowstajĄce nowe technologie wymagajĄ wytwarzajĄ przepi�cie (napi�cie e"uku elek-
nowej wiedzy r�wnieł w zakresie dziae"a- trycznego), kt�re Ńprzekracza� napi�cie
nia obwod�w prĄdu stae"ego DC. Szybko wsteczne i w ten spos�b Ńzmusza� prĄd
Rys. 3.
Podstawowy
schemat
obwodu
prĄdu stae"ego
REKLAMA
98
fi rmy, l udzi e, produkty
sadĄ ń jest mniejsza od zdolności wye"Ącze-
niowej dla prĄdu AC.
Niskonapi�ciowe bezpieczniki mocy
(bezpieczniki przeznaczone ge"�wnie do za-
stosowania w przemyśle ń wede"ug normy
PN-IEC 60269-2, Ed. 3, 11/2006) majĄ
określonĄ minimalnĄ zwarciowĄ zdolnośĘ
wye"Ączania 50 kA AC i 25 kA DC.
Stae"a czasowa
WartośĘ zdolności wye"Ączeniowej bez-
piecznika DC jest określona na podstawie
stae"ej czasowej 15 ms, kt�ra odpowiada
wi�kszości przemyse"owych obwod�w kon-
trolnych i obciĄłeniowych. ZdolnośĘ wy-
e"Ączeniowa bezpiecznik�w w obwodach
z wi�kszĄ stae"Ą czasowĄ (gdzie sĄ stosowa-
ne wielkie silniki DC) jest odpowiednio
dostosowana ń zmniejszona.
Oczywiście obowiĄzuje teł i odwrotna
sytuacja: w obwodach, gdzie nie przewi-
duje si� wi�kszych indukcyjności (pro-
Rys. 4. Schematy graficzne A, B i C ń narastanie prĄdu w obwodzie zgodnie z krzywĄ wyke"adniczĄ
stowniki do e"adowania akumulator�w),
zwarciowy do zmniejszenia wartości do nia przeciĄłenia (mniejsze prĄdy przet�łe- mołna przyjĄĘ wi�kszĄ przewidywanĄ
zera, co zapobiega jego niekontrolowane- niowe) sĄ dla prĄd�w AC i DC zupee"nie zwarciowĄ zdolnośĘ wye"Ączania.
mu wzrostowi do wartości spodziewanego r�łne. Podczas gdy w przypadku prĄdu ZdolnośĘ wye"ĄczeniowĄ wke"adki topiko-
prĄdu zwarcia. przemiennego jego okresowe przechodze- wej w obwodzie DC naleły wi�c zawsze
Bezpieczniki topikowe sĄ wi�c najbar- nie przez zero pomaga wygasiĘ e"uk elek- oceniaĘ w poe"Ączeniu ze stae"Ą czasowĄ,
dziej odpowiednie do wye"Ączania prĄdu tryczny, to w przypadku wye"Ączania prĄ- kt�ra obowiĄzuje dla analizowanego w da-
przemiennego AC, jak r�wnieł stae"ego du DC wke"adka topikowa musi Ńabsorbo- nym momencie obwodu.
prĄdu DC. W momencie wye"Ączania prĄdu waĘ� cae"Ą energi� magnetycznĄ zmagazy- Typowe stae"e czasowe dla niekt�rych
zwarcia (blisko znamionowej zdolności nowanĄ w e"uku elektrycznym. W wyniku najcz�stszych zastosowa� sĄ zawarte w ta-
wye"Ączeniowej) procesy fizyczne we- tego, przy wye"Ączaniu prĄdu DC zdolnośĘ beli 1.
wnĄtrz bezpiecznika sĄ w obu przypad- wye"Ączeniowa wke"adki jest odwrotnie pro- W nast�pnym wydaniu magazynu ELEK-
kach identyczne. porcjonalna do zmagazynowanej energii TROSYSTEMY zaprezentowane zostanĄ
magnetycznej bĄd� stae"ej czasowej obwo- nowości z programu produkcyjnego bez-
PrĄd przet�łeniowy du. Im wi�ksza jest stae"a czasowa, tym piecznik�w topikowych firmy ETI Polam
Procesy fizyczne w elemencie topiko- mniejsza jest zdolnośĘ wye"Ączeniowa zaprojektowane na potrzeby obwod�w
wym bezpiecznika w momencie wye"Ącza- wke"adki dla prĄdu DC ń wi�c zgodnie z za- prĄdu stae"ego DC oraz kr�tki opis trend�w
światowych w tej dziedzinie.
inł. Roman Ke"opocki
Autor jest pracownikiem
firmy ETI Polam
Rys. 5.
Przebiegi prĄdu
i napi�cia w momencie
wye"Ączania zwarcia
przez bezpiecznik.
A ń spodziewany prĄd
zwarcia,
B ń napi�cie wsteczne
Tabela 1. Stae"e czasowe dla niekt�rych najcz�stszych zastosowa�
ETI-Polam Sp. z o.o.
bezpiecznik�w topikowych
06-100 Pue"tusk
Zastosowanie Stae"a czasowa T (ms)
ul. Jana Pawla ll 18
Przemyse"owe kontrolne i obwody mocy prĄdu stae"ego tokokrogi d" 10
tel. [phone]
Akumulatorowe �r�de"a napi�ciowe i systemy UPS d" 5
fax [phone]
Silniki prĄdu stae"ego i nap�dy 20 do 40
e-mail: [e-mail]
www.etipolam.com.pl
Magnesy i generatory Ponad 1000
98 czerwiec 2007