background image

DOBÓR ZABEZPIECZEŃ KABLI I PRZEWODÓW ELEKTRYCZNYCH 

mgr inŜ. Julian Wiatr 

Wojskowe Biuro Studiów Projektów Budowlanych i Lotniskowych 

w Warszawie

 

 
W  artykule  zamieszczonym  w  nr  5,  którego  druga  część  została  opublikowana  w  nr  9/09  elektro.info  zostały 
opisane  podstawowe  zasady  doboru  przewodów.  W  cytowanym  artykule  zostały  podane  zasady  obliczania 
spodziewanego  prądu  obciąŜenia  oraz  zasady  wstępnego  doboru  zabezpieczeń  do  ochrony  obwodów 
zasilających róŜne odbiorniki energii elektrycznej. Niniejszy artykuł stanowi kontynuację w/w tematyki i określa 
zasady  doboru  zabezpieczeń  oraz  projektowania  właściwej  selektywności  działania  poszczególnych  stopni 
zabezpieczeń. W treści jednoznacznie została wyjaśniona kwestia wybiórczości działania podczas zwarć kolejno 
po  sobie  występujących  zabezpieczeń  realizowanych  z  wykorzystaniem  róŜnych  aparatów  oraz    wyłączników 
instalacyjnych  nadprądowych,  które  w  praktyce  nie  zapewniają  Ŝadnej  selektywności  bez  względu  na  typ 
charakterystyki. 

 

       Zabezpieczenia urządzeń oraz przewodów lub kabli stosuje się w celu ich ochrony przed 
prądami  przeciąŜeniowymi  lub  zwarciowymi.  Niektóre  urządzenia,  jak  np.  silniki  w 
niektórych  przypadkach,  wymagają  zabezpieczeń  zanikowych,  których  zadaniem  jest 
ochrona  tych  urządzeń  przed  niekontrolowanym  powrotem  napięcia  zasilającego  po  jego 
wcześniejszym zaniku. 
PrzeciąŜeniem nazywamy stan, w którym urządzenie, sieć lub instalacja elektryczna pobiera 
ze  źródła  zasilającego  prąd  o  wartości  wyŜszej  niŜ  prąd  znamionowy,  na  który  została 
zaprojektowana. 
PrzeciąŜenie moŜe wystąpić długo- lub krótkotrwale. Przepływ prądu powstający w wyniku 
bezoporowego  połączenia  dwóch  lub  większej  ilości  przewodów  o  róŜnych  potencjałach 
nazywa się zwarciem. 
 

Zasady zabezpieczania przetęŜeniowego 

Zabezpieczenia  przetęŜeniowe  naleŜy  instalować  przed  urządzeniami,  a  w  przypadku 
przewodów, na początku. 
Kategorycznie  zabrania  się  instalowania  zabezpieczeń  w  przewodach  instalacji 
piorunochronnej oraz w przewodach uziemiających. 
Urządzenia  zabezpieczające  muszą  mieć  zdolność  przerywania  prądu  zwarciowego 

"
k

I

mogącego wystąpić tuŜ za miejscem zainstalowania zabezpieczenia. 
Urządzenia  zabezpieczające  przewody  powinny  być  zainstalowane  na  początku  kaŜdej  linii 
oraz  kaŜdego  odcinka  linii,  w  którym  obciąŜenie  przewodu  jest  mniejsze  od  obciąŜenia 
poprzedniego odcinka linii. 
Nie stosuje się zabezpieczeń przed prądem przetęŜeniowym w przypadkach gdy: 
1.  Przewody są chronione przez inne urządzenia zabezpieczające zainstalowane od strony 
zasilania. 
2.  W przewodach nie moŜe wystąpić prąd przeciąŜeniowy, a zastosowane zabezpieczenie 
stanowi skuteczną ochronę od zwarć. 
3.  Spełnione są jednocześnie następujące warunki: 

a)  długość nie zabezpieczonego przewodu nie przekracza 3 m, 
b)  do minimum ograniczona jest moŜliwość powstania przeciąŜeń i zwarć, 
c)  przewody nie są ułoŜone w pobliŜu materiałów wybuchowych lub łatwozapalnych. 

Odległość od punktu odgałęzienia do zabezpieczenia nie powinna przekraczać 1 m. 

background image

W  przypadku  umieszczenia  przewodów  w  miejscu  trudno  dostępnym  odległość  ta  moŜe 
zostać  zwiększona  do  6  m  dla  przewodów  zasilających  urządzenia  oświetleniowe  lub 
mieszane, a w przypadku urządzeń siłowych do 30 m. 
Urządzenie zabezpieczające powinno być tak dobrane, by nie reagowało na krótkotrwały prąd 
rozruchowy. 
Stosowanie  zabezpieczeń  przeciąŜeniowych  nie  jest  wymagane,  gdy  maksymalny  prąd  nie 
moŜe  przekroczyć  dopuszczalnej  obciąŜalności  przewodów  lub  urządzeń  (np.: 
transformatory  spawalnicze,  transformatory  dzwonkowe  o  mocy  rzędu  kilku  [W]  itp. 
urządzenia). 

 
Zabezpieczenia przewodów 

NaleŜy wyróŜnić trzy rodzaje zabezpieczeń: 

a)  zabezpieczenie  przeciąŜeniowe  -  zabezpiecza  tylko  przed  skutkami  prądu 

przeciąŜeniowego, które moŜe być realizowane przez: 
-  wyłączniki wyposaŜone w wyzwalacze termobimetalowe, 
-  bezpieczniki  topikowe  ogólnego  przeznaczenia  z  pełnozakresową  charakterystyką 
wyłączenia; 

b)  zabezpieczenia zwarciowe, które chronią przewód tylko od prądów zwarciowych 

i są realizowane przez: 
-  wyłączniki wyposaŜone w wyzwalacze zwarciowe elektromagnetyczne, 
-  bezpieczniki 

topikowe 

ogólnego 

przeznaczenia 

pełnozakresową 

charakterystyką wyłączenia, 
-  bezpieczniki z niepełnozakresową charakterystyką wyłączenia, 

c)  zabezpieczenia  przeciąŜeniowo-zwarciowe,  chroniące  jednocześnie  przed 

przeciąŜeniami oraz zwarciami. Rolę tych zabezpieczeń mogą pełnić: 

-  wyłączniki wyposaŜone w wyzwalacze przeciąŜeniowe i wyzwalacze zwarciowe, 
-  wyłączniki współpracujące z bezpiecznikami topikowymi, 
-  wyłączniki  wyposaŜone  w  wyzwalacze  przeciąŜeniowe  i  dobezpieczeniowe 
wkładki topikowe, 
-  bezpieczniki topikowe ogólnego stosowania z pełnozakresową charakterystyką 
wyłączenia. 

Najbardziej  rozpowszechnionymi  urządzeniami  zabezpieczającymi  są  bezpieczniki 
topikowe. Stanowią one doskonałe zabezpieczenie zwarciowe. Natomiast ich walory 
eksploatacyjne przy przeciąŜeniach są znacznie słabsze. 
Poszczególne  rodzaje  bezpieczników  topikowych  określane  są  przez  podanie  klasy 
oraz kategorii uŜytkowania. 
Klasa  bezpiecznika  oznacza  typ  charakterystyki  czasowo-prądowej  wkładki 
bezpiecznikowej  i  jest  podawana  jako  dwu-  lub  trzyliterowy  symbol  (trzyliterowy 
symbol dotyczy wkładek bezpiecznikowych produkowanych w kraju np. Wtz lub Wts, 
które nie zostały objęte normalizacją międzynarodową; normalizacja międzynarodowa 
przewiduje oznaczenie dwuliterowe). 
Pierwsza litera symbolu oznacza zdolność wyłączania: 

wkładka  ogólnego  przeznaczenia  pełnozakresową  przeznaczona  do  wyłączania 
kaŜdego prądu, który jest w stanie przetopić topik, 

wkładka  niepełnozakresową,  która  poprawnie  wyłącza  prądy  zwarciowe  zawarte 
pomiędzy  najmniejszym  prądem  wyłączalnym 

n

min

c

I

4

I

  a  znamionowym  prądem 

wyłączalnym 

cn

I

 

 
 

background image

Wkładka  ta  nie  gwarantuje  wyłączenia  małych  prądów  przeciąŜeniowych  przez  co 
zabezpieczany obwód wymaga dodatkowego zabezpieczenia przeciąŜeniowego. 
Przykładowe 

charakterystyki 

czasowo-prądowe 

wkładek 

bezpiecznikowych 

pełnozakresowych i niepełnozakresowych zostały przedstawione na rysunku 1. 

Druga litera symbolu oznacza kategorię uŜytkowania: 

wkładka  ogólnego  przeznaczenia,  do  zabezpieczania  przewodów  o 
charakterystyce  t  =  f(I)  zbliŜonej  do  charakterystyki  t=f(I),  wkładki 
topikowej zwłocznej 

wkładka 

charakterystyce 

szybkiej 

(wycofane 

normalizacji 

międzynarodowej) 

wkładka do zabezpieczania silników i urządzeń rozdzielczych 

Tr 

wkładka  do  zabezpieczania  transformatorów  po  stronie  dolnego  napięcia 
(na  wkładce  tej  nie  podaje  się  prądu  znamionowego  a  tylko  moc 
znamionową  transformatora)  o  charakterystyce  zbliŜonej  do  bezpiecznika 
gG,  lecz  o  znacznie  mniejszym  rozrzucie  parametrów  (charakterystyka 
pasmowa  t=f(I),  znacznie  węŜsza  jak  charakterystyka  t=f(I)  bezpiecznika 
typu gG) - w Polsce nie produkowana, 

wkładka do zabezpieczania urządzeń półprzewodnikowych 

wkładka  topikowa  przeznaczona  do  zabezpieczania  urządzeń  w 
podziemiach kopalń 

 

 

a) 

  b) 

Rys. 1. Charakterystyki czasowo – prądowe t =f(I), wkładek topikowych A – pełnozakresowej, B – niepełnozakresowej[3] 

 
Przykładowe  charakterystyki  czasowo-prądowe  bezpieczników  o  charakterystyce  gG 
przedstawia rysunek 2. 
 

 

 

Rys. 10.2.2. Charakterystyki pasmowe bezpieczników topikowych kategorii uŜytkowania gG[ 4] 

W  celu  łatwego  odróŜnienia  bezpieczników  na  wkładkach  topikowych  zamieszczane  są  kolorowe  napisy  podające  klasę, 
kategorię uŜytkowania oraz prąd znamionowy. 

background image

Zestawienie podstawowych oznaczeń bezpieczników topikowych przedstawiono w tabeli 1. 
 
 
 

 Tab. 1 Barwy cechowania bezpieczników róŜnych klas[3] 

 

Kod bezpiecznika 

Barwa cechowania 

gG(gL); gF 

Czarna 

aM 

Zielona 

aR; gR 

Niebieska 

gTr 

Brązowa 

gB 

Czerwona 

 
Wkładki topikowe oprócz klasy bezpiecznika posiadają następujące parametry: 
-  napięcie znamionowe bezpiecznika U

n

-  prąd znamionowy ciągły I

n

-  prąd znamionowy wyłączalny wkładki topikowej I

cn

-  znamionowy prąd załączalny I

cm

-  prąd ograniczony I

o

 określający obciąŜenia elektrodynamiczne, 

-  całkę Joule’a określającą obciąŜenie cieplne. 
Wkładka topikowa stanowi aparat jednorazowego uŜytku. Zadziałanie jej podczas zwarć lub 
przeciąŜeń powoduje konieczność wymiany na nową. 
Do  zalet  bezpiecznika  topikowego  naleŜy  jego  ograniczające  działanie  podczas  przepływu 
duŜych prądów zwarciowych.  
Znacznie bardziej uniwersalnymi aparatami zabezpieczającymi są wyłączniki: 
-  do zabezpieczania pojedynczych odbiorników małej mocy, 
-  do zabezpieczania obwodów rozdzielczych wyposaŜone w nastawialne lub nie nastawialne 
wyzwalacze zwarciowe i przeciąŜeniowe, a niekiedy w wyzwalacze róŜnicowoprądowe. 
 
Wyłączniki dzieli się na dwie kategorie: 
A - wyposaŜone tylko w wyzwalacze bezzwłoczne (nie są one przystosowane do współpracy 
z zabezpieczeniami zwarciowymi zainstalowanymi bliŜej odbiorników) 
B  -  wyposaŜone  w  wyzwalacze  zwłoczne  dzięki  czemu  moŜliwa  jest  ich  współpraca  z 
zabezpieczeniami zwarciowymi zainstalowanymi bliŜej odbiornika. 
Wyłączniki są produkowane jako ograniczające i nieograniczające. 
Wyłącznik ograniczający ogranicza prąd zwarciowy do wartości mniejszych niŜ spodziewany 
prąd udarowy i

i reaguje w bardzo krótkim czasie poniŜej 10 ms. 

Natomiast  wyłącznik  nieograniczający  przepuszcza  cały  prąd  zwarciowy  i

p

  oraz  reaguje 

dopiero przy pierwszym naturalnym przejściu prądu zwarciowego przez zero (rysunek 13) 
 

 

background image

 

Rys. 3: Przebieg prądu zwarciowego[1] 
a) w wyłącznikach nieograniczających (1), ograniczających klasycznych (2), ograniczających szybkich (3) 
b) charakterystyka czasowo-prądowa wyłącznika ograniczającego 

 
Poziom  ograniczenia  prądów  zwarciowych  przez  wyłączniki  ograniczające  jest  jednak 
mniejszy  niŜ  bezpieczników  topikowych.  Porównanie  charakterystyk  prądów  ograniczonych 
obydwu aparatów przedstawia rysunek 4.  
 

 

 

Rys. 4 Porównane charakterystyk prądów ograniczonych bezpiecznika (1) i wyłącznika ograniczającego (2) o takim samym prądzie znamionowym[2]] 

 
 
Zabezpieczenia  przetęŜeniowe  chroniące  przed  skutkami  przeciąŜeń  i  zwarć  wykonane  są  z 
zastosowaniem: 
-  jednego  aparatu  (wyłącznika  nadprądowego  lub  bezpiecznika  topikowego),  który 
zabezpiecza przed skutkami przeciąŜeń i zwarć) 
-  dwóch róŜnych aparatów, z których jeden zabezpiecza przed skutkami przeciąŜeń a drugi 
od zwarć. W takim przypadku są one instalowane w zestawach np. bezpiecznik topikowy lub 
wyłącznik nadprądowy, stycznik z przekaźnikiem termobimetalicznym. 
 
W instalacjach elektrycznych stosuje się wyłączniki nadprądowe o charakterystykach B;C;D i 
prądzie  znamionowym  nie  większym  niŜ  63A  (sporadycznie  spotykane  są  wyłączniki  o 
prądzie  znamionowym  80  A).  Wyłączniki  o  charakterystyce  A  są  przeznaczone  do 
zabezpieczania  urządzeń  elektronicznych.  Porównanie  charakterystyk  czasowo-prądowych 
wyłączników przedstawia rysunek 5. 
 
Wyłączniki w zaleŜności od typu charakterystyki mają róŜne przeznaczenie

1

B -  

zabezpieczanie  przewodów  i  odbiorników  w  obwodach  oświetleniowych,  gniazd 
wtyczkowych i sterowania jeŜeli przyłączane do instalacji urządzenia charakteryzują 
się  prądem  rozruchowym  nie  większym  niŜ  3*  I

n

  (gdzie:  I

n

  –  prąd  znamionowy 

wyłacznika) 

C -  

zabezpieczanie przed skutkami zwarć i przeciąŜeń w instalacji, w której zastosowano 
urządzenia o prądzie rozruchowym do 5* I

n

 

D -  

zabezpieczanie przed skutkami zwarć i przeciąŜeń w instalacji, w której zastosowano 
urządzenia o prądzie rozruchowym do 10* I

n

 

 
Właściwości wyłączników nadprądowych instalacyjnych zostały przedstawione w tabeli 7. 
Oznaczenia  poszczególnych  prądów  przedstawionych  w  tabeli  7  zostały  przedstawione  na 
rysunku 11.  
 

                                                 

1

 Przy wyznaczaniu prądu I

a

 dla celów ochrony przeciwporaŜeniowej przez samoczynne wyłączenie zasilania naleŜy przyjmować wartość prądu I

5

, czyli I

a

=I

5

 

(patrz tabela 7.) 

background image

Przykłady róŜnych zabezpieczeń przedstawia rysunek 5 natomiast w tabeli 2 przedstawiono 
podstawowe  zestawy  urządzeń  słuŜących  do  zabezpieczana  przewodów  urządzeń 
elektrycznych. 

 

 

Rys. 5 RóŜne sposoby wykonania zabezpieczeń[1] 

 
 
 

 Tab. 2 Zestawy urządzeń zabezpieczających przed skutkami zwarć i przeciąŜeń przewodów[1] 

 

Urządzenie zabezpieczające 

Zastosowanie 

 

od przeciąŜeń 

od zwarć 

Bezpiecznik klasy: 
g - o pełnozakresowej zdolności wyłączania 
a - o niepełnozakresowej zdolności wyłączania 

 

Tak 

Nie 

 

Tak 
Tak 

Wyłącznik z wyzwalaczami: 

przeciąŜeniowymi 

zwarciowymi bezzwłocznymi 

zwaciowymi o krótkiej zwłoce czasowej 

 

Tak 

Nie 
Nie 

 

Nie 

Tak 
Tak 

Połączenie kaskadowe: 

bezpiecznik 

stycznik lub sterownik silnikowy z przekaźnikiem przeciąŜeniowym 

 

Nie 

Tak 

 

Tak 

Nie 

Połączenie kaskadowe: 

bezpiecznik 

wyłącznik z wyzwalaczami: 

- przeciąŜeniowym 
- zwarciowym bezzwłocznym 

 

Nie 

 

Tak 

Nie 

 

Tak 

 

Nie 

Tak 

Połączenie kaskadowe: 

wyłącznik z wyzwalaczami: 
-  przeciąŜeniowym 
-  zwarciowym 

stycznik lub sterownik silnikowy z przekaźnikiem przeciąŜeniowym 

 
 

Tak 

Nie 

Tak 

 

 
 

Nie 

Tak 

Nie 

 

 
Parametry wyłączników: 
- napięcie znamionowe bezpiecznika U

n

 – napięcie przy którym aparat moŜe pracować 

- prąd znamionowy ciągły I

n

 – maksymalna wartość prądu, który moŜe płynąć przez    aparat 

w sposób ciągły 

znamionowy  prąd  załączalny  zwarciowy  I

cm

  –  największy  prąd,  który  bezpiecznik 

moŜe wytrzymać przy napięciu znamionowym 

-  prąd  wyłączalny  zwarciowy  graniczny  I

cu

  –  największa  wartość  prądu  (wartość  skuteczna 

składowej  okresowej  prądu  spodziewanego),  który  wyłącznik  moŜe  wyłączyć  w  cyklu  
łączeniowym: wył. – t- zał. – wył. po czym moŜe być nie zdolny do dalszej pracy 

- znamionowy prąd wyłączalny zwarciowy eksploatacyjny I

cs

 - prąd określany w % wartości 

prądu znamionowego wyłączalnego granicznego I

cu

 tj. prąd jaki wyłącznik potrafi wyłączyć 

w  cyklu  wył.  –  t  –  zał.  –  wył.  –  t  –zał.  –  wył,,  pozostają  zdolnym  do  dalszej  pracy 

background image

(znamionowe  wartości 

cu

cs

I

I /

 sa następujące: 0,25; 0,50; 0,75;1,00 lub 25%; 50%; 75 %; 

100%) 

- prąd nastawczy wyzwalacza lub przekaźnika I

- prąd nastawczy wyzwalacza lub przekaźnika zwarciowego I

i

-  prąd  znamionowy  krótkotrwały  wytrzymywany  I

cw

  –  wartość  prądu  zwarciowego,  którą 

wyłącznik  kategorii  B  moŜe  wytrzymać  w  określonym  przedziale  czasowym  bez  obniŜania 
swoich parametrów znamionowych (wartość tego prądu jest  podawana dla czasu 0,05, 0,10, 
0,25; 1,0 lub 3,0 s). 
- całka Joule’a I

2

T

k

 określająca naraŜenie cieplne. 

 
Miarą naraŜeń elektrodynamicznych i cieplnych za wyłącznikiem są: 

prąd  zwarciowy  udarowy  i

p

  (dla  wyłącznika  nieograniczającego)  lub  prąd  ograniczony 

(dla wyłącznika ograniczającego), 

skutek  cieplny  prądu  zwarciowego  (całka  Joule’a)  I

2

th

*T

k

,  wyznaczona  dla  prądu 

zwarciowego zastępczego cieplnego I

th

 oraz czasu trwania zwarcia T

k

 

Wymagania zwarciowe stawiane zabezpieczeniom 

Wszystkie  aparaty  elektryczne  a  w  tym  zabezpieczenia  powinny  charakteryzować  się 
dostateczną  obciąŜalnością  zwarciową  cieplną.  Warunek  ten  naleŜy  sprawdzić  za  pomocą 
następującej zaleŜności: 
 

 

gdzie:  
T

n

  –  czas  przepływu  krótkotrwałego  prądu  n-sekundowego  wytrzymywanego  przez 

urządzenie, podawanego przez producenta [T

n

 = (0,05; 0,1; 0,25; 1; 3) s] 

cw

I  – znamionowy prąd krótkotrwały wytrzymywany w czasie T

n

 podanym przez producenta 

zabezpieczeń odniesiony do czasu T

n

T

k

 – czas trwania zwarcia, w [s] 

Urządzenia  zabezpieczające  powinny  być  tak  dobrane,  aby  nie  dopuścić  do  termicznego 
uszkodzenia w zabezpieczanym obwodzie lub odbiorniku. 
KaŜde urządzenie zabezpieczające przed zwarciami powinno spełnić następujące warunki: 
 
a) 

dla bezpieczników topikowych: 

-

  znamionowy  prąd  wyłączalny  zwarciowy 

"
k

cn

I

I

  przy  napięciu  określony  warunkiem  (3) 

oraz cosϕ

k

 ≥ cosϕ

dop

*)

 

-  znamionowy prąd szczytowy i znamionowy prąd załączalny I

cm

 ≥ i

p

 

-  znamionowy prąd ograniczony wytrzymywany 

"
k

ogrcw

I

I

 

b) 

dla wyłączników: 

-  znamionowy  prąd  wyłączalny  zwarciowy  (eksploatacyjny) 

"
k

cn

I

I

  przy  napięciu  określony 

warunkiem (3) oraz współczynnikiem mocy cosϕ

k

 ≥ cosϕ

dop

*) 

- znamionowy prąd szczytowy i znamionowy prąd załączalny zwarciowy I

cm

 > i

p

 

- znamionowy prąd krótkotrwały wytrzymywany (zgodnie z warunkiem 1 oraz 2): 

"
k

cw

I

I

 

dla T

k

 < T

n

 :

cw

th

I

I ≤

  

(1.) 

dla T

k

 

≥ T

n

 :

n

k

th

cw

T

T

I

I

  

 

(2.) 

background image

 
gdzie: 
cos

ϕ

k

 – współczynnik mocy charakteryzujący obwód zwarciowy, 

cos

ϕ

dop

  –  współczynnik  mocy  określony  przez  producenta  zabezpieczeń  (wyraŜa  on  udział 

składowej  nieokresowej  prądów  zwarciowych  i  odnosi  się  do  parametrów  obwodów 
zwarciowych, w jakich producent prowadził badania odporności zwarciowej zabezpieczeń). 

 

Dobrane zabezpieczenia muszą spełniać równieŜ warunki: 

 

 

gdzie: 

I

B

 – spodziewany prąd obciąŜenia, w [A]  

l

n

 - prąd znamionowy zabezpieczenia, w [A] 

U

e

  –  napięcie  znamionowe  łączeniowe,  czyli  napięcie  dla  którego  została  określona 

znamionowa zwarciowa zdolność wyłączeniowa aparatu zabezpieczającego. 

c) dla przekładników prądowych 

-  znamionowy prąd dynamiczny

**)

  

p

dyn

i

I

 

-  znamionowy krótkotrwały prąd cieplny (1 – sekundowy) 
 

 

* dla przekładników instalowanych za bezpiecznikami topikowymi: 

1

2

1

w

thT

t

I

I

 

 
 

*)

Zgodnie  z  normą  PN-EN  60947  –  2:2001  naraŜenie  wyłączników/bezpieczników  charakteryzuje  się  wartością  skuteczną  składowej 

okresowej  prądu  zwarciowego.  Informacja  o  wartości  składowej  nieokresowej  jest  ukryta  w  wartości  współczynnika  mocy  obwodu 
zwarciowego. Udział tej składowej ma większe znaczenie w przypadku bezpieczników i wyłączników ograniczających.

 

**)

 W przypadku stosowania bezpieczników lub wyłączników ograniczających warunek (5) przyjmuje postać 

o

dyn

i

I

 
 
 

* dla przekładników instalowanych za wyłącznikami 

                                         

1

2

1

k

th

thT

T

I

I

 

 

gdzie: 

th

I - prąd zwarciowy zastępczy cieplny 

1

thT

I

- jednosekundowy znamionowy krótkotrwały prąd cieplny przekładnika 

w

t

I

2

całka Joule’a zabezpieczenia podawana w katalogach producenta 

n

e

U

U ≥

 

(3.) 

I

≤I

n

   

(4.) 

background image

Selektywność (wybiórczość) zadziałania zabezpieczeń 

Selektywność (wybiórczość) działania przy kaskadowym połączenia bezpieczników topikowych 
 

W  kaŜdej  sieci  lub  instalacji  elektrycznej  występują  wspólne  tory  zasilające  poszczególne 
odbiorniki. 
Końcowe zabezpieczenie odbiorników podczas wystąpienia w nim przetęŜenia (przeciąŜenie 
lub  zwarcie)  powinno  przerwać  dopływ  prądu  do  uszkodzonego  obwodu  nie  powodując 
przerwy w dostawie energii do pozostałych odbiorników zasilanych z tej samej rozdzielnicy.  
Prąd  powodujący  zadziałanie  tego  zabezpieczenia  nie  moŜe  powodować  działania 
zabezpieczeń poprzedzających. Przykład takiego układu przedstawia rysunek 6a, na którym 
zabezpieczenie  „B

1

”  stanowi  zabezpieczenie  główne  rozdzielnicy,    zabezpieczenie  „B

2

”  jest 

zabezpieczeniem  końcowym  chroniącym  zasilany  odbiornik.    Projektując  zasilanie 
poszczególnych  odbiorników  przyłączanych  do  sieci  lub  instalacji  elektrycznej  naleŜy 
zapewnić  właściwe  działanie  kolejno  po  sobie  występujących  zabezpieczeń  przez 
sprawdzenie wybiórczego ich działania. 
Wybiórczość  zadziałania  zabezpieczeń  nazywaną  popularnie  selektywnością  naleŜy  oceniać 
dla prądów zwarciowych (przy czasie trwania przetęŜenia umownie ≤ 0,1 s) oraz dla prądów 
przeciąŜeniowych (przy czasie trwania przeciąŜenia umownie > 0,1 s). 
Selektywność  kolejno  następujących  po  sobie  zabezpieczeń  dla  przeciąŜeń  naleŜy  ocenić 
przez  zestawienie  ich  charakterystyk  prądowo-czasowych  (t=f(I))  –  rys.6b.  NaleŜy  jednak 
przy  tym  pamiętać,  Ŝe  charakterystyki  prądowo-czasowe  podawane  w  katalogach 
producentów  przedstawiane  są  w  postaci  charakterystyk  pasmowych.  Nakładane  na  siebie 
charakterystyki powinny być wykreślone w jednakowej skali. 
Dla  czasów  trwania  przetęŜeń  krótszych  niŜ  0,1s  jedynym  skutecznym  sposobem  oceny 
selektywności  jest  porównanie  całek  Joule’a  (skutku  cieplnego)  dwóch  kolejno  po  sobie 
występujących  zabezpieczeń.  Producent  wkładek  bezpieczników  topikowych  podaje  dwie 
wartości tych całek (patrz tabela 3): 

-  całkę  przed  łukową  I

2

t

p

  (określa  ona  skutek  cieplny  wywołany  przepływem  prądu 

zwarciowego  od  chwili  powstania  zwarcia  do  chwili  rozpoczęcia  rozwierania  się 
styków wyłącznika nadprądowego lub przepalenia wkładki topikowej), 

-  całkę  wyłączenia  I

2

t

w

  będącą  największą  wartością  jaką  jest  w  stanie  przepuścić 

bezpiecznik  podczas  zwarcia  przy  określonym  prądzie  zwarciowym  oraz  określonej 
wartości cos

ϕ

k

 charakteryzującej obwód zwarciowy. 

 

background image

 

1.  Rys 6: Zasady oceny selektywności  działania bezpieczników na kolejnych stopniach[195] 
a)wzajemne usytuowanie bezpieczników; b) sprawdzanie wybiórczości przeciąŜeniowej na charakterystyce prądowo czasowej t = f(I); 
c)sprawdzanie wybiórczości zwarciowej na charakterystyce I

2

t = f(I); gdzie: I

d

 – suma prądów obciąŜenia szczytowego pozostałych 

odbiorników (w przypadku braku informacji moŜna posłuŜyć się sumą prądów znamionowych zabezpieczeń).  
 

Przyjmuje się, Ŝe rozpatrywane bezpieczniki zachowują selektywność : 

-  w  zakresie  prądów  przeciąŜeniowych  gdy  ich  pasmowe  charakterystyki  t  =  f(I)  nie 

przecinają  się,  a  pozioma  odległość  jest  większa  jak  róŜnica  prądów  I

d

,  płynących 

przez nie w rozpatrywanym czasie (rys.6a oraz 6b)). 

-  w  zakresie  prądów  zwarciowych  jeŜeli  pasmowe  charakterystyki  I

2

t  =  f(I)  nie 

przecinają się przy dowolnym prądzie zwarciowym jaki moŜe wystąpić (rys. 6c).  

Producenci  bezpieczników  topikowych  podają  stosunek  prądów  znamionowych  dwóch 
kolejno  następujących  po  sobie  bezpieczników,  przy  którym  zostaje  zachowana  ich 
selektywność. 
W przypadku bezpieczników topikowych typu gG, według katalogów producentów  stosunek 
wartości  prądów  znamionowych  bezpiecznika  poprzedzającego  („B

1

”)  i  następnego  („B

2

”), 

która  zapewnia    selektywność  podczas  zwarć  powinna  być  nie  mniejsza  niŜ  1,6.  Wynika  z 
tego, Ŝe wystarczającym jest by kolejno następujące po sobie bezpieczniki róŜniły się między 
sobą  o  dwa  stopnie.  Porównanie  wartości  całek  przedłukowych  (I

2

t

p

)  oraz  całek  wyłączenia 

(I

2

t

w

)  tych  bezpieczników  dowodzi,  Ŝe  dla  takiego  załoŜenia  powstaje  niejednoznaczność  z 

uwagi na to, Ŝe I

2

pB1

=I

2

wB2

 (patrz tabela 3, np. bezpieczniki o prądach znamionowych 16A i 

25A    charakterystyce  gG  posiadają  stosunek  prądów  równy  1,6;  ich  całki  Joule’a  spełniają 
równanie: I

2

t

pB1

 = I

2

t

wB2

 co powoduje, Ŝe pełna selektywność nie zostanie zachowana). 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

Tabela 3: Prądy probiercze i wartości graniczne I

2

t wkładki bezpiecznikowewj gG i gM w próbie wybiórczości (IEC 60269-2-1) 

 

Prąd 

znamionowy 

[A] 

 

Minimalne I

2

t przedłukowe 

Maksymalne I

2

t wyłączania 

 

Stosunek 

wybiórczości 

Prąd 

spodziewany [kA] 

 

I

2

t

P

 

[A

2

s] 

Prąd 

spodziewany [kA] 

 

I

2

t

[A

2

s] 

 

0,013 

 

0,67 

 

0,064 

 

16,4 

 

 
 

nie jest 

określony 

 
 
 

0,035 

4,90 

0,130 

67,6 

0,064 

16,40 

0,220 

193,6 

0,100 

40,00 

0,310 

390,0 

10 

0,130 

67,60 

0,400 

640,0 

12 

 

0,180 

 

130,00 

 

0,450 

 

820,0 

 

16 

 

0,270 

 

291,00 

 

0,550 

 

1210,0 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 : 1,6 

 

20 

0,400 

640,00 

0,790 

2500,0 

25 

0,550 

1210,00 

1,000 

4000,0 

32 

0,790 

2500,00 

1,200 

5750,0 

40 

1,000 

4000,00 

1,500 

9000,0 

50 

1,200 

5750,00 

1,850 

13700,0 

63 

1,500 

9000,00 

2,300 

21200,0 

80 

1,850 

13700,00 

3,000 

36000,0 

100 

2,300 

21200,00 

4,000 

64000,0 

125 

3,000 

36000,00 

5,100 

104000,0 

160 

4,000 

64000,00 

6,800 

185000,0 

200 

5,100 

104000,00 

8,700 

302000,0 

250 

6,800 

185000,00 

11,800 

557000,0 

315 

8,700 

302000,00 

15,000 

900000,0 

400 

11,800 

557000,00 

20,000 

1600000,0 

500 

15,000 

900000,00 

26,000 

2700000,0 

630 

20,000 

1600000,00 

37,000 

5470000,0 

800 

26,000 

2700000,00 

50,000 

10000000,0 

1000 

37,000 

5470000,00 

66,000 

17400000,0 

1250 

50,000 

10000000,00 

90,000 

33100000,0 

 
Takie załoŜenie pozwala na uzyskanie niepełnej selektywności gdzie świadomie rezygnuje się 
z selektywności przy zakłóceniach o małym prawdopodobieństwie wystąpienia. 
W celu zachowania pełnej selektywności naleŜy spełnić warunek: 
 

czyli:  

 
co w praktyce sprowadza się do zachowania róŜnicy pomiędzy nimi o trzy stopnie a nie jak 
podają  producenci  o  dwa  stopnie  (bezpieczniki  o  prądach  znamionowych  16A  oraz  32A 
posiadają stosunek prądów znamionowych równy 2, a ich całki Joule’a spełniają warunek 6, 
dzięki czemu uzyskuje się ich pełną selektywność. 
Zgodnie  z  katalogami  producentów  zachowanie  selektywności  dla  pozostałych  typów 
bezpieczników  topikowych  będzie  zachowana  gdy  zostanie  spełniony  warunek  podany  w 
tabeli 4. 
 
 
 
 
 
 

I

nB1

/I

nB2

 > 1,6 

(5) 

I

2

t

pB1

 ≥ 1,4* I

2

t

wB2

 

(6) 

background image

Tab.4 :stosunek prądów znamionowych kolejnych wkładek bezpiecznikowych zapewniających wybiórczość zwarciową wg danych wytwórcy (APENA)

*)

 

 

Wkładka bezpiecznikowa 

wyłączająca zwarcie o prądzie 

znamionowym I

nB2 

Wkładka bezpiecznikowa 

przetrzymująca zwarcie o prądzie 

znamionowym I

nB1

 

Stosunek prądów znamionowych 

I

nB1

/I

nB2 

gF 

gG 

1:1 

gF 

gF 

1:1,6 

gG 

gG 

1:1,6 

gG 

gF 

1:2,5 

aM 

gG 

1:3 

*)

 W przypadku Ŝądana wybiórczości całkowitej naleŜy porównać całki Joule’a kolejno następujących po sobie 

bezpieczników. JeŜeli spełniony jest warunek I

2

t

pInB1

 ≥ 1,4* I

2

t

wInB2

 , całkowita selektywność zostanie zachowana. 

 
Przedstawione w tabeli 4 wartości I

nB1

/I

nB2

 w praktyce projektowej mogą być uznane za 

wystarczające pod warunkiem świadomej rezygnacji z pełnej selektywności. 
Przyjęcie tych wartości gwarantuje zachowanie selektywności w sytuacjach typowych co 
moŜna uzasadnić tym, Ŝe np. zwarcie trójfazowe w obwodach zachodzi bardzo rzadko. 
 

Selektywność  (wybiórczość)  działania  przy  kaskadowym  połączenia  bezpiecznika  topikowego  z  wyłącznikiem 

nadprądowym 

W układzie bezpiecznik – wyłącznik (rys.7 oraz 8) selektywność jest zapewniona dla prądów 
I

k

  nie  przekraczających  wartość  I

k1

  wynikającej  z  przecięcia  nałoŜonych  na  siebie 

charakterystyk  prądowo-czasowych.  Gdy  prąd  zwarciowy  obliczony  dla  zwarcia  w 
zabezpieczanym  odbiorniku  nie  przekracza  wartości  podanej  w  tabelach  5,  6  oraz  7, 
selektywność  dla  zestawionych  tam  wartości  znamionowych  prądów  bezpiecznika 
topikowego o charakterystyce gG oraz wyłącznika nadprądowego, zostanie zachowana. 

 

 

Rys.  7:  Przykład  porównania  selektywności  zadziałania  zabezpieczeń  -  układu  bezpiecznik  z  wyłącznikiem  instalacyjnym  typu  S300  o  charakterystyce  B 
produkcji Legrand; a) uproszczony schemat połączeń b) porównanie charakterystyk I

2

t=f(I

k

) zabezpieczeń 

 

Uwaga! W zaleŜności od prądu znamionowego bezpiecznika topikowego, przy kaskadowym 
połączeniu wyłącznika nadprądowego (rys. 7) S301B16 selektywność jest zachowana dla 
prądów zwarć nie przekraczających wartości: 

a)  WTNgG63 – 

kA

0

,

3

I

1

k

b)  WTNgG50 - 

kA

0

,

2

I

1

k

c)  WTNgG35 - 

kA

15

,

1

I

1

k

 

 

Rys.8: Selektywność pomiędzy bezpiecznikiem topikowym a wyłącznikiem nadprądowym przy spodziewanym prądzie zwarciowym I

k

 

a) schemat połączenia; b) charakterystyka czasowo-prądowa t =f(I

k

) (selektywność jest zapewniona dla wartości prądów mniejszych niŜ I

k1

przy prądzie zwarciowym większym lub równym I

k1

 selektywność jest nie zachowana) 

background image

Tab.5:  Największa  wartość  spodziewanego  prądu  zwarcia  I

k

  w  [kA],  przy  której  zapewniona  jest  selektywność  działania  wyłącznika  S  300  B  z 

poprzedzającym bezpiecznikiem gG – dane zaczerpnięto z katalogu firmy Legrand-Fael  

Prąd znamionowy 

wyłącznika [A] 

wyłączającego zwarcie 

Największy spodziewany prąd zwarcia w [kA] przy bezpieczniku o prądzie znamionowym 

20 A 

25 A 

35 A 

50 A 

63 A 

80 A 

100 A 

125 A 

160 A 

0,48 

0,75 

1,6 

4,5 

0,44 

0,65 

1,4 

2,7 

3,9 

10 

0,44 

0,6 

1,4 

2,5 

3,9 

13 

0,4 

0,6 

1,15 

2,5 

3,4 

16 

0,4 

0,6 

1,15 

20 

 

0,55 

1,15 

1,6 

2,7 

25 

 

1,15 

1,6 

2,5 

4,1 

32 

 

1,6 

3,6 

40 

1,6 

4,6 

50 

 

1,8 

2,5 

63 

 

 

2,5 

5,5 

5,5 

Tab.6: Największa wartość spodziewanego prądu zwarcia I

k

 w [kA], przy której zapewniona jest selektywność działania wyłącznika S 300 C z poprzedzającym 

bezpiecznikiem gG – dane zaczerpnięto z katalogu firmy Legrand-Fael  

Prąd znamionowy 

wyłącznika [A] 

wyłączającego zwarcie 

Największy spodziewany prąd zwarcia w [kA] przy bezpieczniku o prądzie znamionowym 

6 A 

10 A 

16 A 

20 A 

25 A 

35 A 

50 A 

63 A 

80 A 

100 A 

125 A 

160 A 

0,3 

0,5 

 

 

1,4 

5,2 

0,65 

0,9 

1,8 

0,55 

0,8 

1,8 

0,52 

0,65 

1,8 

5,2 

0,48 

0,6 

1,4 

3,9 

0,44 

0,6 

1,15 

1,8 

3,7 

10 

0,44 

0,6 

1,15 

1,8 

3,4 

13 

0,38 

0,55 

0,9 

1,8 

2,7 

16 

0,38 

0,55 

0,9 

1,8 

2,7 

20 

 

0,52 

0,9 

1,8 

2,7 

3,8 

25 

 

0,9 

1,8 

2,5 

3,8 

32 

 

1,4 

1,8 

3,4 

4,6 

40 

1,4 

1,8 

50 

 

1,4 

1,6 

63 

 

5,5 

5,5 

Tab.7: Największa wartość spodziewanego prądu zwarcia I

k

 w [kA], przy której zapewniona jest selektywność działania wyłącznika S 300 D z poprzedzającym 

bezpiecznikiem gG – dane zaczerpnięto z katalogu firmy Legrand-Fael 

Prąd znamionowy 

wyłącznika [A] 

wyłączającego zwarcie 

Największy spodziewany prąd zwarcia w [kA] przy bezpieczniku o prądzie znamionowym 

6 A 

10 A 

16 A 

20 A 

25 A 

35 A 

50 A 

63 A 

80 A 

100 A 

125 A 

160 A 

0,3 

5,5 

0,5 

 

5,5 

 

1,0 

4,8 

5,5 

0,60 

0,80 

1,5 

5,5 

0,50 

0,70 

1,7 

2,9 

5,5 

0,48 

0,60 

1,7 

2,9 

5,5 

0,42 

0,60 

1,3 

2,8 

3,8 

0,40 

0,60 

1,1 

1,7 

3,3 

5,5 

10 

0,40 

0,60 

1,1 

1,7 

3,2 

5,5 

13 

0,32 

0,55 

0,8 

1,7 

3,0 

5,2 

16 

 

0,55 

0,8 

1,7 

2,7 

5,2 

20 

0,52 

0,8 

1,7 

2,8 

5,2 

25 

 

0,75 

1,6 

2,4 

3,5 

32 

 

1,2 

1,7 

3,3 

4,2 

40 

1,2 

1,7 

3,1 

4,2 

50 

 

1,2 

1,5 

2,1 

5,5 

63 

 

5,3 

5,5 

 

background image

Selektywność (wybiórczość) działania przy kaskadowym połączeniu dwóch wyłączników nadprądowych 

W układzie  wyłącznik – wyłącznik (rys.9) selektywność jest  zachowana praktycznie tylko wtedy, gdy wszystkie wyłączniki 
poza  ostatnim  wyposaŜone  są  w  wyzwalacze  magnetyczne  dwuczłonowe  (bezzwłoczne  i  zwłoczne)  lub  tylko  zwłoczne,  o 
krótkiej nastawialnej zwłoce czasowej wynoszącej co najmniej ∆t = 100 ms  – (wyłączniki instalacyjne wyposaŜone tylko w 
wyzwalacze bezzwłoczne, bez względu na typ charakterystyki w praktyce nie zapewniają selektywności). 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.  Rys.9: Układ wyłącznik – wyłącznik [195] 

 

Przy  kaskadowym  połączeniu  dwóch  wyłączników  nadprądowych  instalacyjnych 
wybiórczość zostaje zachowana przy zwarciu za  wyłącznikiem  „B

2

” dla prądów  mniejszych 

od dolnej granicy jego zadziałania wyłącznika „B

1

”. Po przekroczeniu tej wartości zadziałają 

obydwa wyłączniki. Na rysunku 10 zostały przedstawione strefy zachowania selektywności, 
niejednoznaczności  (x)  oraz  braku  selektywności  dla  zwarcia  w  układzie  zawierającym 
kaskadowo połączone wyłączniki nadprądowe. 
 
W tabeli 8 zamieszczone zostały charakterystyczne wartości prądów dolnej i górnej granicy 
zadziałania dla wyłączników instalacyjnych nadprądowych o róŜnych charakterystykach. 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
Rys.10:  Porównane  charakterystyk  prądowo-czasowych  dwóch 
wyłączników 

instalacyjnych 

nadprądowych: 

–obszar 

niejednoznaczności, a) schemat zasilania, b) zestawienie charakterystyk 
t=f(I) wyłączników nadprądowych B

1

 oraz B

2

 

 

Tab.8: Właściwości wyłączników instalacyjnych nadprądowych  

 

charakterystyka 

 
 
 

Wyzwalacz przeciąŜeniowy termobimetalowy 

Wyzwalacz przeciąŜeniowy elektromagnetyczny 

Prąd I

Prąd I

2

 

Czas 

zadziałania 

Prąd I

4

 

Prąd I

5

 

Czas 

zadziałania 

1,13*I

 

1,45*I

n

 

≥ 1h 

<1h 

3*I

n

 

 

5*I

n

 

≥ 0,1 s 
< 0,1 s 

1,13*I

n

 

 

1,45*I

n

 

≥ 1h 

<1h 

5*I

n

 

 

10*I

n

 

≥ 0,1 s 
< 0,1 s 

1,13*I

n

 

 

1,45*I

n

 

≥ 1h 

<1h 

10*I

n

 

 

20*I

n

 

≥ 0,1 s 
< 0,1 s 

 

background image

 

Rys.11 Charakterystyki wyłączników nadprądowych zawierające oznaczenia charakterystycznych prądów (ilustracja tabeli 8)  

 

Porównanie charakterystyk czasowo-prądowych róŜnych wyłączników przedstawia rysunek 
12. 
 

 

3.  Rys.12: Wzajemne usytuowanie charakterystyk czasowo-prądowych wyłączników nadprądowych instalacyjnych o róŜnych charakterystykach [1] 

 
Wyłączniki w zaleŜności od typu charakterystyki mają róŜne przeznaczenie: 
B – zabezpieczanie przewodów i odbiorników w obwodach oświetleniowych, gniazd 
wtyczkowych i sterowania, 
C – zabezpieczanie przed skutkami zwarć i przeciąŜeń w instalacji, w której zastosowano 
urządzenia o prądzie rozruchowym do 5* I

n

  

D– zabezpieczanie przed skutkami zwarć i przeciąŜeń w instalacji, w której zastosowano 
urządzenia o prądzie rozruchowym do 10*I

n

 

Przykład 1 
Wyłącznik „B

1

”: S301C25; wyłącznik „B

2

”: S301B16. 

Granica niejednoznaczności równa jest prądowi dolnej granicy zadziałania wyłącznika 
S301C25 i wynosi: 

A

125

25

5

=

, prąd zwarciowy o wartości większej niŜ 125 A moŜe 

spowodować zadziałanie obydwu wyłączników, natomiast prąd zwarciowy równy górnej 
granicy zadziałania tego wyłącznika wynoszącej: 

A

250

25

10

=

 spowoduje zadziałanie obydwu 

wyłączników. Selektywność zostanie zachowana jedynie dla prądów o wartości nie większej 
niŜ 125A (górna granica zadziałania wyłącznika nadprądowego typu S301B16 wynosi 

A

80

16

5

=

.

 

 
Tak małe prądy zwarciowe jak w przedstawionym przykładzie mogą wystąpić jedynie 

w  odległej od źródła instalacji odbiorczej. Dlatego teŜ  w praktycznych rozwaŜaniach naleŜy 
przyjmować,  Ŝe  dwa  wyłączniki  instalacyjne  nadprądowe  połączone  kaskadowo  nie  będą 
selektywne  pomimo  zachowania  właściwego  stosunku  ich  prądów  znamionowych  bez 
względu na typ charakterystyki zastosowanego wyłącznika. 

Komentarz [E1]: To się powtarza 

background image

W  celu  zachowana  selektywności  w  układzie  wyłącznik  -  wyłącznik  powinien  być 

zachowany  pewien  margines  czasowy  pomiędzy  charakterystykami  prądowymi  kolejnych 
zabezpieczeń  wynoszący  co  najmniej  ∆t =  100 ms  (rys.13).Z  tego  względu  wyłącznik  „B

1

” 

powinien  posiadać  wyzwalacz  zwłoczny  z  regulowaną  nastawą  czasową,  a  wyłącznik  „B

2

” 

wyzwalacz bezzwłoczny. 
 

 

 

Na 

rysunku 

14 

przedstawiono 

zasadę 

projektowania zabezpieczeń nadprądowych w sieci 
promieniowej 

spełniających 

warunek 

selektywności. 
 

 

 

Rys.13:  Selektywność  działania  wyłączników  o  róŜnych  prądach 
znamionowych,  z  których  jeden  (1)  ma  wyzwalacz  ze  zwłoką 
czasowa  a)  schemat  połączenia,  b)  charakterystyka  czasowo 
prądowa,  ∆t  –  czas  opóźnienia  działania  wyzwalacza  zwarciowe 
(niemniej niŜ 100 ms)  

 

 

Rys.14:  Selektywność  w  układzie  sieci  promieniowej  wielostopniowej  z 
wyłącznikami  

a) układ połączeń, b) poŜądany przebieg charakterystyk I=f(t) pozwalający 
za zachowanie selektywności podczas zwarcia. I

k

 – prąd zwarciowy, I

wz

 – 

prąd działania wyzwalaczy zwarciowych bezzwłocznych, I

wzs

 – prądy 

wyzwalaczy zwarciowych z krótką zwłoką czasową

 

Takich  przypadkach  jedynie  ostatni  wyłącznik  (B3)  moŜe  być  pozbawiony  wyzwalaczy 
zwłocznych. 
Podobna  sytuacja  występuje  przypadku  gdy  zabezpieczenie  główne  wykonane  jest  z 
wykorzystaniem  wyłącznika  nadprądowego  a  zabezpieczenia  obwodowe  wykonano  z 
wykorzystaniem  bezpieczników  topikowych.  W  celu  zachowania  selektywności  naleŜy 
zapewnić odpowiednią zwłokę czasową zabezpieczeniu głównym. Posługiwanie się w takim 
przypadku całkami Joule’a nie prowadzi do właściwych wyników. 
 
Selektywność przy kaskadowym połączeniu dwóch wyłączników róŜnicowoprądowych 

Przy  kaskadowym  połączeniu  wyłączników  róŜnicowoprądowych  selektywność 

zostaje zachowana jeŜeli: 

a)  ich zestawione pasmowe charakterystyki I=f(I

) nie przecinają się, a pozioma 

odległość  jest  większa  niŜ  wartość  róŜnicy  prądów  róŜnicowych  przez  nie 
płynących (rys.15), 

b)  kaŜdy  poprzedzający  wyłącznik  posiada  odpowiednią  zwłokę  zadziałania  w 

stosunku do następnego (za wyjątkiem ostatniego) 

background image

 

Rys.15: Zasady doboru znamionowego róŜnicowego prądu zadziałania wyłączników róŜnicowoprądowych 
a) schemat zasilania b) zestawienie charakterystyk wyłączników 

 
 
W  obwodzie,  w  którym  ustalony  prąd  róŜnicowy  posiada  wartość  I

∆max

,  naleŜy  dobrać 

wyłącznik róŜnicowoprądowy prądzie zadziałania spełniającym następujący warunek: 

gdzie:  
k

b

 –współczynnik bezpieczeństwa przyjmowany z przedziału (1,2 -1,5), w [-] 

max

I

 - największy spodziewany prąd róŜnicowy zabezpieczanego obwodu, w [mA]. 

 
Wyłącznik W

1

 powinien  być  wyłącznikiem selektywnym o właściwej zwłoce czasowej oraz 

spełniać  następujący  warunek  w  stosunku  do  kaŜdego  wyłącznika  W

połączonego z  nim  w 

kaskadzie: 

gdzie: 
I

∆x

  –  największy  ustalony  prąd  róŜnicowy  oddziałujący  na  wyłącznik  W

2

  (największy 

spodziewany  prąd  róŜnicowy  stanowiący  sumę  prądów  róŜnicowych  wszystkich 
rozpatrywanych obwodów), w [mA]. 
 
Częstym  błędem  popełnianym  przez  projektantów  jest  zabezpieczanie  wyłącznikami 
róŜnicowoprądowymi tylko wybranych obwodów co zostało zilustrowane na rysunku 16. 

 

Rys.16: Przykład zasilania przy niepełnym wyposaŜeniu obwodów w wyłączniki róŜnicowoprądowe[195] 

 
 W przypadku zasilania obwodów w sposób przedstawiony na rysunku 16, naleŜy  
być  świadomy,  Ŝe  obwody  nr  4  –  6  nie  spełniają  warunku  selektywności  w  odniesieniu  do 
poprzedzającego  go  wyłącznika  róŜnicowoprądowego.  Nadmierna  wartość  prądów 
doziemnych 

tych 

obwodach 

spowoduje 

zadziałanie 

głównego 

wyłącznika 

róŜnicowoprądowego  co  spowoduje  przerwę  w  dostawie  energii  elektrycznej  do  wszystkich 
obwodów rozpatrywanego układu zasilania. 
Praktyce  projektowej  niejednokrotnie  zdarzają  się  przypadki,  w  których    zabezpieczenia 
obwodów  odbiorczych  zaprojektowane  w  sposób  określony  na  rysunku  16.  W  takim 

max

b

n

I

k

2

I

 

(7) 

)

I

I

(

k

2

I

x

2

nW

b

1

nW

+

 

(8) 

background image

przypadku  naleŜy  przeprowadzić  szczegółową  analizę  projektowanego  układu  zasilania  pod 
katem niezawodności. 
Ostateczną  decyzję  podejmuje  projektant,  który  musi  być  jednak  świadomy  skutków 
opisanych wcześej. 

Przykład 2 

Dobrać zabezpieczenia dla układu zasilania przedstawionego na rysunku P2  

 

Rys.P2: Schemat układu zasilania 

 

A

60

,

7

95

,

0

400

3

5000

cos

U

3

P

I

n

1

z

21

B

=

=

ϕ

=

 

A

79

,

22

95

,

0

400

3

15000

cos

U

3

P

I

n

2

z

21

B

=

=

ϕ

=

 

A

19

,

15

95

,

0

400

3

10000

cos

U

3

P

I

n

3

z

21

B

=

=

ϕ

=

 

A

98

,

37

95

,

0

400

3

25000

cos

U

3

P

I

n

4

z

21

B

=

=

ϕ

=

 

 
Na podstawie wyznaczonych poszczególnych obwodów naleŜy przyjąć następujące 
zabezpieczenia: 

A

10

I

10

WTNgG

21

n

=

 

A

25

I

25

WTNgG

22

n

=

 

A

16

I

16

WTNgG

23

n

=

 

A

40

I

40

WTNgG

24

n

=

 

 
Przy obliczaniu prądów obciąŜenia w polach odpływowych przyjęte zostały moce szczytowe, 
w celu obliczenia prądu obciąŜenia szczytowego w polu dopływowym naleŜy uwzględnić 
współczynnik jednoczesności (w przypadku braku informacji o jego wartości moŜna 
przyjmować wartość 0,7): 

=

=

+

+

+

=

=

4

1

i

nzi

j

sz

kW

50

,

38

)

25

15

10

5

(

7

,

0

P

k

P

 

Zatem obciąŜenie szczytowe: 

A

49

,

58

95

,

0

400

3

38500

cos

U

3

P

I

n

sz

Bsz

=

=

ϕ

=

 

Na tej podstawie naleŜy przyjąć główne zabezpieczenie o prądzie znamionowym I

n1 

= 63 A. 

Sprawdzenie dobranych zabezpieczeń pod względem selektywności zadziałania: 

6

,

1

3

,

6

10

63

I

I

21

n

1

n

>

=

=

 - warunek selektywności podczas zwarć będzie zachowany; 

6

,

1

52

,

2

25

63

I

I

22

n

1

n

>

=

=

 - warunek selektywności podczas zwarć będzie zachowany; 

background image

6

,

1

94

,

3

16

63

I

I

23

n

1

n

>

=

=

 - warunek selektywności podczas zwarć będzie zachowany; 

6

,

1

57

,

1

40

63

I

I

24

n

1

n

<

=

=

 - warunek selektywności podczas zwarć nie będzie zachowany. 

 
NaleŜy zatem zwiększyć wartość prądu znamionowego zabezpieczenia głównego I

n1 

do 

wartości 80 A i ponownie sprawdzić warunek: 

 

6

,

1

2

40

80

I

I

24

n

1

n

>

=

=

 

Przy zabezpieczeniu głównym o wartości prądu znamionowego I

n1

 = 80 A, będzie 

zapewniona pełna selektywność dla zwarć we wszystkich obwodach odbiorczych. 
 
Selektywność ze względu na przeciąŜalność naleŜy sprawdzić w odniesieniu do 
zabezpieczenia o największym prądzie znamionowym: 
I

x

 = I

n1

 - (I

n21

 + I

n22

 + I

n23

) = 80 – (10 + 25 + 16) = 29 A  

I

n1

 – I

n24

 = 80 – 40 = 40 A > I

x

 = 29 A 

NaleŜy zatem uznać, Ŝe warunek selektywności zostanie równieŜ spełniony dla przeciąŜeń 
zachodzących w dowolnym obwodzie odbiorczym.  
 

Przykład 3  

Sprawdzić selektywność zadziałania zabezpieczeń podczas zwarć przy kaskadowym 
połączeniu dwóch bezpieczników topikowych o następujących prądach znamionowych: 
B

1

: I

n1

 = 40 A 

B

2

: I

n2

  = 25 A 

6

,

1

25

40

I

I

2

n

1

n

=

=

 

 

 

Rys.P3Schemat do przykładu P3 

 
Zgodnie z zaleceniami podawanymi w katalogach producentów bezpieczników topikowych, 
selektywność ich zadziałania podczas zwarć będzie zachowana. 
NaleŜy jednak zwrócić uwagę, Ŝe nie do końca jest to prawdziwe twierdzenie. 
Cała przedłukowa Joule’a I

2

t

p

 bezpiecznika o prądzie znamionowym 40 A ma taką samą 

wartość jak całka Joule’a wyłączenia bezpiecznika o prądzie znamionowym 25A: 
I

2

t

pA

 =I

2

t

WB

 = 4000 A

2

 s. 

czyli: 

00

,

1

4000

4000

t

I

t

I

wB

2

pA

2

=

=

 

 

background image

Charakterystyki bezpieczników stykają się co powoduje powstanie niejednoznaczności w 
ocenie selektywności. Sytuacja zmienia się diametralnie w przypadku zwiększenia o wartości 
zabezpieczenia B

1

 o jeden stopień, tj. do wartości 50 A. Wówczas: 

 

6

,

1

2

25

50

I

I

2

n

1

n

>

=

=

 

I

2

t

pB1

 = 5750 A

2

 s > I

2

t

wB2 

= 4000 A

2

 s. 

43

,

1

4000

5570

t

I

t

I

2

wB

2

1

pB

2

=

=

 

Zatem przy tak dobranych wartościach bezpieczników spełniony zostaje warunek:I

2

t

pB1

 

≥1,4 * 

I

2

t

wB2

 

Zabezpieczanie silników  

Zabezpieczenie zwarciowe 

KaŜdy  silnik  powinien  posiadać  indywidualne  zabezpieczenie  zwarciowe,  a  w  przypadku 
zasilania grupy silników naleŜy równieŜ zastosować zabezpieczenie grupowe. 
W niektórych przypadkach (np. małe wentylatory wyciągowe) dopuszczalne jest zastosowanie 
tylko zabezpieczenia grupowego. 
W  przypadku  zastosowania  tylko  zabezpieczenia  grupowego  naleŜy  je  dobierać  w  taki 
sposób, by zwarcie w dowolnym silniku powodowało jego zadziałanie. 
Zastosowany  aparat  zabezpieczający  musi  posiadać  zdolność  wyłączania  prądów 
zwarciowych.  
Prąd  znamionowy  zabezpieczenia  naleŜy  tak  dobrać,  aby  był  on  moŜliwie  bliski  wartości 
prądu  znamionowego  silnika,  a  jednocześnie  umoŜliwiał  jego  rozruch  (zabezpieczenie  nie 
moŜe  spowodować  przerwy  w  dopływie  prądu  do  silnika  podczas  trwania  rozruchu  w 
normalnych warunkach). 

 

Zabezpieczenie bezpiecznikiem topikowym   

Zastosowana  do  zabezpieczenia  silnika  wkładka  topikowa  musi  spełnić  następujący 
warunek: 

 

gdzie:  
I

Br

   - prąd obciąŜenia przyjmowany dla celów doboru zabezpieczanego silnika będącego 

podczas rozruchu, w [A] 

max

r

I

  -  maksymalna  wartość  skuteczna  prądu  rozruchowego  silnika,  w  [A]  -  podawana  w 

katalogach producentów silników 
α - współczynnik częstości rozruchu (tabela 9), w [-] 
I

n

 - prąd znamionowy przyjętego bezpiecznika, w [A] 

ns

r

r

I

k

I

=

 - prąd rozruchowy silnika, w [A] 

s

s

n

ns

ns

cos

U

3

P

I

η

ϕ

=

 - prąd znamionowy zabezpieczanego silnika, w [A] 

P

ns

 - moc znamionowa zabezpieczanego silnika, w [kW] 

U

n

 - znamionowe napięcie zasilające zabezpieczanego silnika, w [V] 

α

=

max

r

Br

I

I

 

(9) 

n

Br

I

I

 

(10) 

background image

cosϕ

s

 - współczynnik mocy zabezpieczanego silnika, w [-] 

η

s

 - sprawność zabezpieczanego silnika, w [-] 

ns

r

r

I

I

k

=

 - współczynnik rozruchu zabezpieczanego silnika, w [-] 

 

 Tab.9:Wartość współczynnika częstości rozruchu silników 

α

α

α

α

 [20] 

Rodzaj rozruchu silnika 

Wkładka topikowa bezpiecznika o działaniu 
szybkim 

zwłocznym 

lekki 

2.0 - 2.5 

2.5 - 3.0 

średni 

1 .8 - 2.0 

2.0 - 2.5 

cięŜki 

1 .5 - 1 .8 

1.8-2.0 

Wartości mniejsze współczynnika a dotyczą rozruchów o większej częstości (więcej niŜ kilka na dobę). 

 

W przypadku zabezpieczenia topikowego dobieranego dla grupy silników, uruchamianych pojedynczo 
po zaniku napięcia, prąd znamionowy I

n

 bezpiecznika topikowego musi spełniać następujący warunek: 

gdzie: 
I

0

 - prąd  obciąŜenia grupy silników (suma  prądów znamionowych  wszystkich  silników w grupie), 

w [A] 

max

ns

I

-  prąd  znamionowy  silnika  zainstalowanego  w  grupie,  który  posiada  największy  prąd  rozruchowy 

max

r

I

, w [A]. 

 
Uwaga! 
W  przypadku  gdy  występuje  moŜliwość  samorozruchu  silników  po  zaniku  i  powtórnym 
powrocie  napięcia,  prąd  znamionowy  bezpiecznika  topikowego  musi  spełniać  następujący 
warunek: 

gdzie: 

max

ri

I

  -  maksymalna  wartość  prądu  rozruchowego  i-tego  silnika  w  zabezpieczanej  grupie,  w 

[A] 
m - liczba silników, w [-]. 
Uwaga! 
W  przypadku  zabezpieczenia  silników  wyłącznikami  wyposaŜonymi  w  wyzwalacz 
elektromagnesowy działający bezzwłocznie, prąd nastawy powinien spełniać warunek: 

gdzie: 
I

we

 - prąd nastawczy wyzwalacza lub przekaźnika elektromagnesowego, w [A], 

I

r

 – prąd rozruchowy silnika. 

 
Uwaga! 
a.  W  przypadku  stosowania  wyłączników  nadprądowych  o  charakterystyce  C  lub  D 

prąd znamionowy zabezpieczenia musi spełniać następujące warunki: 

a)  pojedynczy silnik: 

gdzie: 

(

)

α

+

max

max

r

ns

0

n

0

I

I

I

I

I

 

(11) 

α

=

m

1

i

ri

n

max

I

I

 

(12) 

r

we

I

2

,

1

I

 

(13) 

r

4

ns

n

I

I

I

I

 

(14) 

background image

I

4

  -  dolna  granica  zadziałania  wyzwalacza  przeciąŜeniowego  elektromagnetycznego 

(patrz tab. 7) 
I

r

 – prąd rozruchowy silnika. 

 

b)  nie zabezpiecza się grupy silników wyłącznikami nadprądowymi. 
 

c) 

Przy zastosowaniu wyłącznika silnikowego: 

 

Zabezpieczenie przeciąŜeniowe 

Prąd nastawiony na zabezpieczeniu przeciąŜeniowym powinien spełniać warunek: 

 

gdzie: 
I

wp

 - prąd nastawiony na wyzwalaczu przeciąŜeniowym, w [A] 

I

ns

 - prąd znamionowy zabezpieczanego silnika, w [A]. 

 

Uwaga! 
Niektóre  źródła  podają: 

(

)

ns

wp

I

05

,

1

1

I

÷

=

.  Autorzy  zalecają  stosowanie  nastawy 

ns

wp

I

1

,

1

I

=

,  która 

została wielokrotnie sprawdzona w praktyce. 
Stosowanie mniejszej nastawy dla zabezpieczenia przeciąŜeniowego, w przypadku pojawiających 
się  w  sieci  lub  w  instalacji  przepięć  moŜe  powodować  niekontrolowane  zadziałanie 
zabezpieczenia. 
Jako  zabezpieczenie  przeciąŜeniowe  stosuje  się  łączniki  wyposaŜone  w  przekaźniki 
termobimetalowe  (w  przypadku  zastosowania  wyłączników  silnikowych  przekaźnik 
temobimetalowy jest zbędny, poniewaŜ stanowi wyposaŜenie zastosowanego zabezpieczenia). 
 

Zabezpieczenie zanikowe 

Zabezpieczenia  te  stosowane  są  w  przypadku,  gdy  samorozruch  silnika  (silników)  po 
uprzednim  zaniku  napięcia  i  po  jego  powrocie  mógłby  być  przyczyną  niepoŜądanych 
następstw, takich jak np. zagroŜenie Ŝycia ludzi, zakłócenie procesu technologicznego itp. 
Zabezpieczenie takie stanowi najczęściej cewka sterująca w łącznikach stycznikowych. 
 
Uwaga! 
 

W celu zapoznania czytelnika z parametrami silników, w tabeli 10 zostały zamieszczone przykładowe parametry techniczne 
silników indukcyjnych klatkowych serii Sf powszechnego uŜytku. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ns

wp

I

I

 

(15) 

ns

wp

I

1

,

1

I

=

 

(16) 

background image

Tabela 10: Dane znamionowe trójfazowych silników indukcyjnych klatkowych powszechnego zastosowania [20] 

 

Typ silnika 

P

n

 

[kW] 

n

n

 

[obr/min] 

I

n

 [A] 

η

η

η

η

[%] 

cos 

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

I

r

/I

M

r

/M

M

max

/M

Sf 90S-2-K 

Sf 90L-2-K 

Sf 100L-2-K 

Sf 112M-2-K 

Sf 132S-2A-K 
Sf 132S-2B-K 

 

Sf 90S-4-K 

Sf 90L-4-K 

Sf 100L-4A-K 
Sf 100L-4B-K 

Sf 112M-4-K 

Sf 132-4-K 

Sf 132M-4-K 

 

Sf 90S-6-K 

Sf 90L-6-K 

Sf 100L-6-K 

Sf 112M-6-K 

Sf 132S-6-K 

Sf 132M-6A-K 
Sf 132M-6B-K 

 

Sf 90S-8-K 

Sf 90L-8-K 

Sf 100L-8A-K 
Sf 100L-8B-K 

Sf 112M-8-K 

Sf 132S-8-K 

Sf 132M-8-K 

1,5 
2,2 
3,0 
4,0 
5,5 
7,5 

 

1,1 
1,5 
2,2 
3,0 
4,0 
5,5 
7,5 

 

0,75 

1,1 
1,5 
2,2 
3,0 
4,0 
5,5 

 

0,37 
0,55 
0,75 

1,1 
1,5 
2,2 
3,0 

2845 
2860 
2880 
2800 
2900 
2900 

 

1415 
1415 
1420 
1420 
1440 
1458 
1450 

 

905 
905 
930 
950 
940 
940 
950 

 

670 
670 
695 
695 
705 
710 
710 

3,5 
4,8 
6,4 
8,4 

11,2 
14,8 

 

2,9 
3,7 
5,2 
7,0 
8,9 

12,1 
15,3 

 

2,3 
3,1 
4,0 
5,3 
6,5 
8,6 

11,9 

 

1,4 
1,9 
2,4 
3,4 
4,3 
5,6 
7,3 

78 
82 
82 
85 
86 

87,5 

 

74 
77 
80 
81 

83,5 
85,5 
87,5 

 

70 
73 
76 
78 

82,5 

84 
85 

 

62 
65 
70 
72 
73 
80 
81 

0,84 
0,85 
0,87 
0,87 
0,87 
0,88 

 

0,79 
0,79 
0,80 
0,80 
0,82 
0,81 
0,85 

 

0,72 
0,74 
0,75 
0,74 
0,85 
0,84 
0,84 

 

0,65 
0,66 
0,67 
0,69 
0,73 
0,75 
0,77 

5,8 
6,5 
7,0 
7,0 
5,3 
5,5 

 

4,7 
5,3 
5,7 
6,0 
6,7 
6,7 
7,0 

 

3,4 
3,7 
4,5 
4,9 
5,5 
5,8 
6,5 

 

3,0 
3,0 
3,3 
3,6 
3,9 
5,0 
5,0 

2,5 
2,9 
2,5 
2,4 
1,9 
2,0 

 

2,0 
2,4 
2,3 
2,7 
2,3 
2,2 
2,3 

 

1,8 
1,9 
2,1 
2,0 
2,0 
2,1 
2,1 

 

1,6 
1,6 
1,8 
1,9 
1,7 
1,8 
1,8 

2,6 
2,9 
2,5 
2,5 
2,3 
2,4 

 

2,2 
2,7 
2,5 
3,0 
2,5 
2,9 
2,7 

 

1,9 
2,1 
2,4 
2,4 
2,7 
2,8 
2,8 

 

1,8 
1,8 
1,9 
2,0 
2,0 
2,5 
2,5 

 
KaŜdy silnik trójfazowy  jest wraŜliwy na pracę niepełnofazową. W celu uniknięcia skutków 
powodowanych brakiem (zanikiem) napięcia w jednej fazie, zabezpieczenie zanikowe silnika 
moŜe  zostać  uzupełnione  zabezpieczeniem  od  pracy  niepełnofazowej,  którym  moŜe  być 
detektor zaniku faz. 
Detektor  zaniku  faz  naleŜy  instalować  w  układzie  sterowania  stycznikiem,  który  stanowi 
zabezpieczenie  zanikowe.  Przykład  pełnego  układu  zabezpieczenia  zasilania  wraz  układem 
automatycznego przełącznika gwiazda/trójkąt przedstawia rys.6.5.1. 
 
Przy  stosowaniu  przełącznika  gwiazda/trójkąt,  zabezpieczenie  przeciąŜeniowe  włącza  się  w 
szereg z uzwojeniami fazowymi silnika i nastawia na prąd określony poniŜszym wzorem: 
 

 
Po  załączeniu  zasilania  uzwojenia  silnika  połączone  są  w  gwiazdę.  Po  uzyskaniu  duŜej 
prędkości obrotowej silnika układ przełącznika gwiazda/trójkąt przełączy uzwojenia w układ 
połączeń trójkąta. 
Operacji przełączenia moŜe towarzyszyć krótkotrwały ale znaczny wzrost prądu (rys. 17), co 
stanowi wadę tego sposobu rozruchu. Inna wadą rozruchu silnika w układzie gwiazda/trójkąt 
jest  3-krotne  zmniejszenie  momentu  rozruchowego  silnika  przy  połączeniu  uzwojeń  w 
gwiazdę.  Przełącznik  gwiazda/trójkąt  moŜe  być  stosowany  do  rozruchu  silników 

nieobciąŜonych lub przy obciąŜeniu momentem oporowym 

n

o

M

M

3

1

n

n

wp

I

*

58

,

0

3

I

I

=

 

(17) 

background image

  
 

 

Rys. 17: Przykład kompletnego zabezpieczenia silnika indukcyjnego zwartego z automatycznym układem rozruchowym gwiazda/trójkąt; E1 –detektor zaniku 
faz 

 
 

background image

 
 

 

4. 

Rys. 6.5.2 Przebiegi czasowe prądu rozruchowego silnika przy rozruchu z wykorzystaniem przełącznika gwiazda/trójkąt