DOBÓR ZABEZPIECZEŃ KABLI I PRZEWODÓW ELEKTRYCZNYCH

mgr inż. 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 obciążenia oraz zasady wstępnego doboru zabezpieczeń do ochrony obwodów
zasilających różne 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 różnych aparatów oraz wyłączników
instalacyjnych nadprądowych, które w praktyce nie zapewniają żadnej selektywności bez względu na typ
charakterystyki.

Zabezpieczenia urządzeń oraz przewodów lub kabli stosuje się w celu ich ochrony przed
prądami przeciążeniowymi 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.
Przeciążeniem nazywamy stan, w którym urządzenie, sieć lub instalacja elektryczna pobiera
ze źródła zasilającego prąd o wartości wyższej niż prąd znamionowy, na który została
zaprojektowana.
Przeciążenie może wystąpić długo- lub krótkotrwale. Przepływ prądu powstający w wyniku
bezoporowego połączenia dwóch lub większej ilości przewodów o różnych potencjałach
nazywa się zwarciem.

Zasady zabezpieczania przetężeniowego

Zabezpieczenia przetężeniowe należy 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 tuż za miejscem zainstalowania zabezpieczenia.
Urządzenia zabezpieczające przewody powinny być zainstalowane na początku każdej linii
oraz każdego odcinka linii, w którym obciążenie przewodu jest mniejsze od obciążenia
poprzedniego odcinka linii.
Nie stosuje się zabezpieczeń przed prądem przetężeniowym w przypadkach gdy:
1. Przewody są chronione przez inne urządzenia zabezpieczające zainstalowane od strony
zasilania.
2. W przewodach nie może wystąpić prąd przeciążeniowy, 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 możliwość powstania przeciążeń i zwarć,
c) przewody nie są ułożone w pobliżu materiałów wybuchowych lub łatwozapalnych.

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

W przypadku umieszczenia przewodów w miejscu trudno dostępnym odległość ta może
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 przeciążeniowych nie jest wymagane, gdy maksymalny prąd nie
może przekroczyć dopuszczalnej obciążalności przewodów lub urządzeń (np.:
transformatory spawalnicze, transformatory dzwonkowe o mocy rzędu kilku [W] itp.
urządzenia).

Zabezpieczenia przewodów

Należy wyróżnić trzy rodzaje zabezpieczeń:

a) zabezpieczenie przeciążeniowe - zabezpiecza tylko przed skutkami prądu

przeciążeniowego, które może być realizowane przez:
- wyłączniki wyposażone 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 wyposażone w wyzwalacze zwarciowe elektromagnetyczne,
- bezpieczniki

topikowe

ogólnego

przeznaczenia

z

pełnozakresową

charakterystyką wyłączenia,
- bezpieczniki z niepełnozakresową charakterystyką wyłączenia,

c) zabezpieczenia przeciążeniowo-zwarciowe, chroniące jednocześnie przed

przeciążeniami oraz zwarciami. Rolę tych zabezpieczeń mogą pełnić:

- wyłączniki wyposażone w wyzwalacze przeciążeniowe i wyzwalacze zwarciowe,
- wyłączniki współpracujące z bezpiecznikami topikowymi,
- wyłączniki wyposażone w wyzwalacze przeciążeniowe 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 przeciążeniach są znacznie słabsze.
Poszczególne rodzaje bezpieczników topikowych określane są przez podanie klasy
oraz kategorii użytkowania.
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:
g

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

a

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

n

min

c

I

4

I

⋅

≤

a znamionowym prądem

wyłączalnym

cn

I

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

charakterystyki

czasowo-prądowe

wkładek

bezpiecznikowych

pełnozakresowych i niepełnozakresowych zostały przedstawione na rysunku 1.

Druga litera symbolu oznacza kategorię użytkowania:
G

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

F

wkładka

o

charakterystyce

szybkiej

(wycofane

z

normalizacji

międzynarodowej)

M

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 zbliżonej do bezpiecznika
gG, lecz o znacznie mniejszym rozrzucie parametrów (charakterystyka
pasmowa t=f(I), znacznie węższa jak charakterystyka t=f(I) bezpiecznika
typu gG) - w Polsce nie produkowana,

R

wkładka do zabezpieczania urządzeń półprzewodnikowych

B

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 użytkowania gG[ 4]

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

Zestawienie podstawowych oznaczeń bezpieczników topikowych przedstawiono w tabeli 1.

Tab. 1 Barwy cechowania bezpieczników różnych 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 obciążenia elektrodynamiczne,

- całkę Joule’a określającą obciążenie cieplne.
Wkładka topikowa stanowi aparat jednorazowego użytku. Zadziałanie jej podczas zwarć lub
przeciążeń powoduje konieczność wymiany na nową.
Do zalet bezpiecznika topikowego należy jego ograniczające działanie podczas przepływu
dużych prądów zwarciowych.
Znacznie bardziej uniwersalnymi aparatami zabezpieczającymi są wyłączniki:
- do zabezpieczania pojedynczych odbiorników małej mocy,
- do zabezpieczania obwodów rozdzielczych wyposażone w nastawialne lub nie nastawialne
wyzwalacze zwarciowe i przeciążeniowe, a niekiedy w wyzwalacze różnicowoprądowe.

Wyłączniki dzieli się na dwie kategorie:
A - wyposażone tylko w wyzwalacze bezzwłoczne (nie są one przystosowane do współpracy
z zabezpieczeniami zwarciowymi zainstalowanymi bliżej odbiorników)
B - wyposażone w wyzwalacze zwłoczne dzięki czemu możliwa jest ich współpraca z
zabezpieczeniami zwarciowymi zainstalowanymi bliżej odbiornika.
Wyłączniki są produkowane jako ograniczające i nieograniczające.
Wyłącznik ograniczający ogranicza prąd zwarciowy do wartości mniejszych niż spodziewany
prąd udarowy i

p

i reaguje w bardzo krótkim czasie poniżej 10 ms.

Natomiast wyłącznik nieograniczający przepuszcza cały prąd zwarciowy i

p

oraz reaguje

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

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 niż 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 przetężeniowe chroniące przed skutkami przeciążeń i zwarć wykonane są z
zastosowaniem:
- jednego aparatu (wyłącznika nadprądowego lub bezpiecznika topikowego), który
zabezpiecza przed skutkami przeciążeń i zwarć)
- dwóch różnych aparatów, z których jeden zabezpiecza przed skutkami przeciążeń 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 niż 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 zależności od typu charakterystyki mają różne przeznaczenie

1

:

B -

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

n

(gdzie: I

n

– prąd znamionowy

wyłacznika)

C -

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

n

D -

zabezpieczanie przed skutkami zwarć i przeciążeń 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 przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączenie zasilania należy przyjmować wartość prądu I

5

, czyli I

a

=I

5

(patrz tabela 7.)

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

Rys. 5 Różne sposoby wykonania zabezpieczeń[1]

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

Urządzenie zabezpieczające

Zastosowanie

od przeciążeń

od zwarć

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

Tak

Nie

Tak
Tak

Wyłącznik z wyzwalaczami:
-

przeciążeniowymi

-

zwarciowymi bezzwłocznymi

-

zwaciowymi o krótkiej zwłoce czasowej

Tak

Nie
Nie

Nie

Tak
Tak

Połączenie kaskadowe:
-

bezpiecznik

-

stycznik lub sterownik silnikowy z przekaźnikiem przeciążeniowym

Nie

Tak

Tak

Nie

Połączenie kaskadowe:
-

bezpiecznik

-

wyłącznik z wyzwalaczami:

- przeciążeniowym
- zwarciowym bezzwłocznym

Nie

Tak

Nie

Tak

Nie

Tak

Połączenie kaskadowe:
-

wyłącznik z wyzwalaczami:
- przeciążeniowym
- zwarciowym

-

stycznik lub sterownik silnikowy z przekaźnikiem przeciążeniowym

Tak

Nie

Tak

Nie

Tak

Nie

Parametry wyłączników:
- napięcie znamionowe bezpiecznika U

n

– napięcie przy którym aparat może pracować

- prąd znamionowy ciągły I

n

– maksymalna wartość prądu, który może płynąć przez aparat

w sposób ciągły
-

znamionowy prąd załączalny zwarciowy I

cm

– największy prąd, który bezpiecznik

może wytrzymać przy napięciu znamionowym

- prąd wyłączalny zwarciowy graniczny I

cu

– największa wartość prądu (wartość skuteczna

składowej okresowej prądu spodziewanego), który wyłącznik może wyłączyć w cyklu
łączeniowym: wył. – t- zał. – wył. po czym może 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

(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

r

- prąd nastawczy wyzwalacza lub przekaźnika zwarciowego I

i

,

- prąd znamionowy krótkotrwały wytrzymywany I

cw

– wartość prądu zwarciowego, którą

wyłącznik kategorii B może wytrzymać w określonym przedziale czasowym bez obniżania
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 narażenie cieplne.

Miarą narażeń 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 obciążalnością zwarciową cieplną. Warunek ten należy sprawdzić za pomocą
następującej zależności:

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.
Każde 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.)

gdzie:
cos

ϕ

k

– współczynnik mocy charakteryzujący obwód zwarciowy,

cos

ϕ

dop

– współczynnik mocy określony przez producenta zabezpieczeń (wyraża 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 również warunki:

gdzie:

I

B

– spodziewany prąd obciążenia, 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 narażenie 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

B

≤I

n

(4.)

Selektywność (wybiórczość) zadziałania zabezpieczeń

Selektywność (wybiórczość) działania przy kaskadowym połączenia bezpieczników topikowych

W każdej sieci lub instalacji elektrycznej występują wspólne tory zasilające poszczególne
odbiorniki.
Końcowe zabezpieczenie odbiorników podczas wystąpienia w nim przetężenia (przeciążenie
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 może 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 należy
zapewnić właściwe działanie kolejno po sobie występujących zabezpieczeń przez
sprawdzenie wybiórczego ich działania.
Wybiórczość zadziałania zabezpieczeń nazywaną popularnie selektywnością należy oceniać
dla prądów zwarciowych (przy czasie trwania przetężenia umownie ≤ 0,1 s) oraz dla prądów
przeciążeniowych (przy czasie trwania przeciążenia umownie > 0,1 s).
Selektywność kolejno następujących po sobie zabezpieczeń dla przeciążeń należy ocenić
przez zestawienie ich charakterystyk prądowo-czasowych (t=f(I)) – rys.6b. Należy jednak
przy tym pamiętać, że 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 przetężeń krótszych niż 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.

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

2

t = f(I); gdzie: I

d

– suma prądów obciążenia szczytowego pozostałych

odbiorników (w przypadku braku informacji można posłużyć się sumą prądów znamionowych zabezpieczeń).

Przyjmuje się, że rozpatrywane bezpieczniki zachowują selektywność :

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

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

d

, płynących

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

- w zakresie prądów zwarciowych jeżeli pasmowe charakterystyki I

2

t = f(I) nie

przecinają się przy dowolnym prądzie zwarciowym jaki może 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 niż 1,6. Wynika z
tego, że wystarczającym jest by kolejno następujące po sobie bezpieczniki różniły się między
sobą o dwa stopnie. Porównanie wartości całek przedłukowych (I

2

t

p

) oraz całek wyłączenia

(I

2

t

w

) tych bezpieczników dowodzi, że dla takiego założenia powstaje niejednoznaczność z

uwagi na to, że 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, że pełna selektywność nie zostanie zachowana).

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

w

[A

2

s]

2

0,013

0,67

0,064

16,4

nie jest

określony

4

0,035

4,90

0,130

67,6

6

0,064

16,40

0,220

193,6

8

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

czyli:

co w praktyce sprowadza się do zachowania różnicy 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)

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 żądana wybiórczości całkowitej należy porównać całki Joule’a kolejno następujących po sobie

bezpieczników. Jeżeli 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
można uzasadnić tym, że 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 nałożonych 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 zależności 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 niż I

k1

,

przy prądzie zwarciowym większym lub równym I

k1

selektywność jest nie zachowana)

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

6

0,48

0,75

1,6

3

4,5

6

6

6

6

8

0,44

0,65

1,4

2,7

3,9

6

6

6

6

10

0,44

0,6

1,4

2,5

3,9

6

6

6

6

13

0,4

0,6

1,15

2,5

3,4

6

6

6

6

16

0,4

0,6

1,15

2

3

6

6

6

6

20

0,55

1,15

1,6

2,7

6

6

6

6

25

1,15

1,6

2,5

4,1

6

6

6

32

1,6

2

3,6

6

6

6

40

1,6

2

3

4,6

6

6

50

1,8

2,5

4

6

6

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

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

0,5

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

1

1,4

5,2

6

6

6

6

6

6

6

2

0,65

0,9

1,8

6

6

6

6

6

6

3

0,55

0,8

1,8

3

6

6

6

6

6

4

0,52

0,65

1,8

3

5,2

6

6

6

6

6

0,48

0,6

1,4

3

3,9

6

6

6

6

8

0,44

0,6

1,15

1,8

3,7

6

6

6

6

10

0,44

0,6

1,15

1,8

3,4

6

6

6

6

13

0,38

0,55

0,9

1,8

2,7

6

6

6

6

16

0,38

0,55

0,9

1,8

2,7

6

6

6

6

20

0,52

0,9

1,8

2,7

3,8

6

6

6

25

0,9

1,8

2,5

3,8

6

6

6

32

1,4

1,8

3,4

4,6

6

6

40

1,4

1,8

3

4

6

6

50

1,4

1,6

2

6

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

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

0,5

5,5

6

6

6

6

6

6

6

6

6

1

1,0

4,8

5,5

6

6

6

6

6

6

2

0,60

0,80

1,5

5,5

6

6

6

6

6

3

0,50

0,70

1,7

2,9

5,5

6

6

6

6

4

0,48

0,60

1,7

2,9

5,5

6

6

6

6

6

0,42

0,60

1,3

2,8

3,8

6

6

6

6

8

0,40

0,60

1,1

1,7

3,3

5,5

6

6

6

10

0,40

0,60

1,1

1,7

3,2

5,5

6

6

6

13

0,32

0,55

0,8

1,7

3,0

5,2

6

6

6

16

0,55

0,8

1,7

2,7

5,2

6

6

6

20

0,52

0,8

1,7

2,8

5,2

6

6

6

25

0,75

1,6

2,4

3,5

6

6

6

32

1,2

1,7

3,3

4,2

6

6

40

1,2

1,7

3,1

4,2

6

6

50

1,2

1,5

2,1

5,5

6

63

5,3

5,5

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 wyposażone są w wyzwalacze magnetyczne dwuczłonowe (bezzwłoczne i zwłoczne) lub tylko zwłoczne, o
krótkiej nastawialnej zwłoce czasowej wynoszącej co najmniej ∆t = 100 ms – (wyłączniki instalacyjne wyposażone 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 różnych charakterystykach.

Rys.10: Porównane charakterystyk prądowo-czasowych dwóch
wyłączników

instalacyjnych

nadprądowych:

x

–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 przeciążeniowy termobimetalowy

Wyzwalacz przeciążeniowy elektromagnetyczny

Prąd I

1

Prąd I

2

Czas

zadziałania

Prąd I

4

Prąd I

5

Czas

zadziałania

B

1,13*I

n

1,45*I

n

≥ 1h

<1h

3*I

n

5*I

n

≥ 0,1 s
< 0,1 s

C

1,13*I

n

1,45*I

n

≥ 1h

<1h

5*I

n

10*I

n

≥ 0,1 s
< 0,1 s

D

1,13*I

n

1,45*I

n

≥ 1h

<1h

10*I

n

20*I

n

≥ 0,1 s
< 0,1 s

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

Porównanie charakterystyk czasowo-prądowych różnych wyłączników przedstawia rysunek
12.

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

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

n

D– zabezpieczanie przed skutkami zwarć i przeciążeń 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 niż 125 A może

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
niż 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 też w praktycznych rozważaniach należy
przyjmować, że 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

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 różnych 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 niż 100 ms)

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

a) układ połączeń, b) pożądany 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) może 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 należy
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 różnicowoprądowych

Przy kaskadowym połączeniu wyłączników różnicowoprądowych selektywność

zostaje zachowana jeżeli:

a) ich zestawione pasmowe charakterystyki I=f(I

∆

) nie przecinają się, a pozioma

odległość jest większa niż wartość różnicy prądów różnicowych przez nie
płynących (rys.15),

b) każdy poprzedzający wyłącznik posiada odpowiednią zwłokę zadziałania w

stosunku do następnego (za wyjątkiem ostatniego)

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

W obwodzie, w którym ustalony prąd różnicowy posiada wartość I

∆max

, należy dobrać

wyłącznik różnicowoprądowy prądzie zadziałania spełniającym następujący warunek:

gdzie:
k

b

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

max

∆

I

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

Wyłącznik W

1

powinien być wyłącznikiem selektywnym o właściwej zwłoce czasowej oraz

spełniać następujący warunek w stosunku do każdego wyłącznika W

2

połączonego z nim w

kaskadzie:

gdzie:
I

∆x

– największy ustalony prąd różnicowy oddziałujący na wyłącznik W

2

(największy

spodziewany prąd różnicowy stanowiący sumę prądów różnicowych wszystkich
rozpatrywanych obwodów), w [mA].

Częstym błędem popełnianym przez projektantów jest zabezpieczanie wyłącznikami
różnicowoprądowymi tylko wybranych obwodów co zostało zilustrowane na rysunku 16.

Rys.16: Przykład zasilania przy niepełnym wyposażeniu obwodów w wyłączniki różnicowoprądowe[195]

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

w

tych

obwodach

spowoduje

zadziałanie

głównego

wyłącznika

różnicowoprądowego 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)

przypadku należy 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 należy 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 obciążenia w polach odpływowych przyjęte zostały moce szczytowe,
w celu obliczenia prądu obciążenia szczytowego w polu dopływowym należy uwzględnić
współczynnik jednoczesności (w przypadku braku informacji o jego wartości można
przyjmować wartość 0,7):

∑

=

=

+

+

+

⋅

=

∗

=

4

1

i

nzi

j

sz

kW

50

,

38

)

25

15

10

5

(

7

,

0

P

k

P

Zatem obciążenie szczytowe:

A

49

,

58

95

,

0

400

3

38500

cos

U

3

P

I

n

sz

Bsz

=

∗

∗

=

ϕ

∗

∗

=

Na tej podstawie należy 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;

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.

Należy 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 przeciążalność należy 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

Należy zatem uznać, że warunek selektywności zostanie również spełniony dla przeciążeń
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.
Należy jednak zwrócić uwagę, że 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

=

=

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

Każdy silnik powinien posiadać indywidualne zabezpieczenie zwarciowe, a w przypadku
zasilania grupy silników należy również zastosować zabezpieczenie grupowe.
W niektórych przypadkach (np. małe wentylatory wyciągowe) dopuszczalne jest zastosowanie
tylko zabezpieczenia grupowego.
W przypadku zastosowania tylko zabezpieczenia grupowego należy 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 należy tak dobrać, aby był on możliwie bliski wartości
prądu znamionowego silnika, a jednocześnie umożliwiał jego rozruch (zabezpieczenie nie
może 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 obciążenia 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)

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

ciężki

1 .5 - 1 .8

1.8-2.0

Wartości mniejsze współczynnika a dotyczą rozruchów o większej częstości (więcej niż 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 obciążenia 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 możliwość 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 wyposażonymi 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)

I

4

- dolna granica zadziałania wyzwalacza przeciążeniowego elektromagnetycznego

(patrz tab. 7)
I

r

– prąd rozruchowy silnika.

b) nie zabezpiecza się grupy silników wyłącznikami nadprądowymi.

c)

Przy zastosowaniu wyłącznika silnikowego:

Zabezpieczenie przeciążeniowe

Prąd nastawiony na zabezpieczeniu przeciążeniowym powinien spełniać warunek:

gdzie:
I

wp

- prąd nastawiony na wyzwalaczu przeciążeniowym, 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 przeciążeniowego, w przypadku pojawiających
się w sieci lub w instalacji przepięć może powodować niekontrolowane zadziałanie
zabezpieczenia.
Jako zabezpieczenie przeciążeniowe stosuje się łączniki wyposażone w przekaźniki
termobimetalowe (w przypadku zastosowania wyłączników silnikowych przekaźnik
temobimetalowy jest zbędny, ponieważ stanowi wyposażenie 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 niepożądanych
następstw, takich jak np. zagrożenie życia 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 użytku.

ns

wp

I

I

≥

(15)

ns

wp

I

1

,

1

I

⋅

=

(16)

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

n

[%]

cos

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

n

I

r

/I

n

M

r

/M

n

M

max

/M

n

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

Każdy silnik trójfazowy jest wrażliwy na pracę niepełnofazową. W celu uniknięcia skutków
powodowanych brakiem (zanikiem) napięcia w jednej fazie, zabezpieczenie zanikowe silnika
może zostać uzupełnione zabezpieczeniem od pracy niepełnofazowej, którym może być
detektor zaniku faz.
Detektor zaniku faz należy 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 przeciążeniowe włącza się w
szereg z uzwojeniami fazowymi silnika i nastawia na prąd określony poniższym wzorem:

Po załączeniu zasilania uzwojenia silnika połączone są w gwiazdę. Po uzyskaniu dużej
prędkości obrotowej silnika układ przełącznika gwiazda/trójkąt przełączy uzwojenia w układ
połączeń trójkąta.
Operacji przełączenia może 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 może być stosowany do rozruchu silników

nieobciążonych lub przy obciążeniu momentem oporowym

n

o

M

M

3

1

≤

.

n

n

wp

I

*

58

,

0

3

I

I

≅

=

(17)

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

4.

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