URZĄDZENIA ZABEZPIECZAJĄCE

STOSOWANE W INSTALACJACH ELEKTRYCZNYCH

NISKIEGO NAPIĘCIA

Instytut Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej

Wrocław 2012

Instalacje elektryczne

– wykład

Bezpieczniki topikowe

Przeznaczenie

: do samoczynnego

wyłączania obwodów przy przepływie prądów

przetężeniowych

Rodzaj konstrukcji

:

- instalacyjne
-

przemysłowe (stacyjne, mocy).

Podstawowe parametry

:

bezpieczników instalacyjnych:



napięcia znamionowe: 380/500/660/750/1000 V



prądy znamionowe ciągłe: 2/4/6/10/16/20/25/35/50/63/80/100/125/160/200 A



prądy znamionowe gniazd: 25/63/100/200 A



prądy wyłączalne: 50 (100) kA

bezpieczników stacyjnych:



prądy znamionowe wkładek: 6/10/16/20/25/35/50/63/80/100/125/160/200/

250/315/400/500/(630



1250) A



prądy wyłączalne:



100 kA

Bezpieczniki topikowe

Rys. Przekrój bezpiecznika instalacyjnego:

1



korpus gniazda; 2



pokrywa gniazda;

3



wstawka kalibrowa; 4



główka;

5



wskaźnik główki; 6



szyna gniazda;

7



zacisk wejściowy; 8



zestyk gwintowy;

9



zacisk wyjściowy; 10



topik;

Tor prądowy: 7



6



3



10



8



9.

Bezpieczniki topikowe

Wkładka topikowa



składa się z ceramicznej rury (stanowiącej obudowę) z

topikiem i

wskaźnika zadziałania. Obudowa z obu stron jest zakończona

stykami, a

wewnątrz wypełniona gasiwem (piasek kwarcowy).

Wkładka kalibrowa (wstawka redukcyjna)



porcelanowy

pierścień o określonej

średnicy wewnętrznej, tym większej im większy jest prąd znamionowy wkładki.

Podstawa bezpiecznika (gniazdo)



służy do włączenia wkładki topikowej w

obwód elektryczny.

Bezpieczniki instalacyjne

T

ABLICA

.

Barwne oznaczenia wkładek bezpiecznikowych instalacyjnych oraz

właściwy rozmiar gniazd zależny od prądu znamionowego wkładki.

Wkładka bezpiecznikowa

Gniazdo bezpiecznikowe

barwa oczka

wskaźnikowego

I

N

[A]

I

N

[A]

Wielkość

gwintu

zielona

6

25

E 27

czerwona

10

szara

16

niebieska

20

żółta

25

jasnozielona

32

63

E33

czerwona

40

białą

50

miedziana

63

srebrna

80

100

R1 1/4”

czerwona

100

żółta

125

200

R2”

miedziana

160

niebieska

200

Bezpieczniki topikowe

gL, aM, aR, gR, gB, gTr, gG

Oznaczenia

wkładek:

określają zdolność bezpieczników do ochrony przewodów i

urządzeń przed skutkami przetężeń są oznaczane dwoma literami, np:

Wielka litera

- przeznaczenie

bezpieczników:

L



przewody i kable

M



silniki

R



elementy energoelektroniczne (diody, tyrystory, prostowniki)

B



urządzenia elektroenergetyczne górnicze

Tr



transformatory

G



ogólnego przeznaczenia.

Mała litera

-

zdolność wyłączania:

g



pełnozakresowa - od prądów minimalnych powodujących przetopienie topika, do
prądów równych znamionowej zdolności wyłączania

a



niepełnozakresowa - od wartości większej niż najmniejsza wartość prądu

wyłączeniowego (równej k

2

.

I

N

) do znamionowej

zdolności wyłączania

Dawne oznaczenia

wkładek:

• Bi-Wts - o działaniu szybkim
• Bi-Wtz - o działaniu zwłocznym

Bezpieczniki topikowe

Pojęcia związane z bezpiecznikami

:

Zdolność wyłączalna (prąd wyłączalny)



największa wartość skuteczna prądu,

którą wkładka może przerwać przy określonym napięciu i układzie probierczym. Po
zadziałaniu wkładka ani podstawa bezpiecznikowa nie powinny być uszkodzone w
stopniu

utrudniającym wymianę wkładki.

Charakterystyka czasowo-

prądowa



krzywa

przedstawiająca średnie czasy

przedłukowe lub czasy wyłączania w zależności od prądu spodziewanego w
określonych warunkach wyłączania. Przy czasach dłuższych niż 0,1 s pomija się
różnice między czasem przedłukowym i czasem wyłączania.

Charakterystyka czasowo-

prądowa pasmowa



obszar zawarty

pomiędzy

charakterystyką najkrótszych czasów przedłukowych, a charakterystyką najdłuższych
czadów wyłączania.

Bezpieczniki topikowe

Rys. Przykładowe charakterystyki czasowo-prądowe pasmowe bezpieczników typu gG

Bezpieczniki topikowe

Bezpieczniki topikowe

Rys. Przykładowa charakterystyka czasowo-prądowa wkładki topikowej (BiWts, I

n

=20 A)

0,005

0,01

0,02

0,04

0,1

1

10

1000

100

0,2

0,4

2

4

20

40

200

400

2000

4000

10

20

50

100

200

500

1000

35

62

130

3600 s

[A]

[s]

10000

I

t

Prąd probierczy dolny (I

nf

)



największa wartość skuteczna
prądu, który przepływając przez
wkładkę

nie

powoduje

jej

zadziałania (przetopienia topika)
przed

upływem czasu umownego.

Prąd probierczy górny (I

f

)



najmniejsza

wartość skuteczna

prądu, który przepływając przez
wkładkę

bezpiecznikową

spowoduje

jej

zadziałanie

(przetopienia

topika)

przed

upływem czasu umownego.

Bezpieczniki topikowe

Typ

wkładki

Prąd znamionowy

wkładki, A

Czas

próby, h

Prąd probierczy
(krotność prądu

znamionowego)

I

nf

I

f

4

l

1,5

2,1

6÷16

l

1,5

1,9

20÷63

80÷160

l

2

1,25
1,25

1,6
1,6

200÷400

3

1,25

1,6

gG

> 400

4

1,25

1.6

4

l

1,5

2,1

6÷10

l

1,5

1,9

16÷25

l

1,4

1,75

32÷63

l

1,3

1,6

80÷160

2

1,3

1,6

200÷400

3

1,3

1,6

gL

400

4

1,3

1,6

aM

wszystkie wartości prądu

60 s

4,0

6,3

63

1

1,1

-

80÷100

2

1,1

-

125÷250

3

1,1

-

315÷630

4

1,1

-

100

30 s

1,8

2,7

125÷250

30 s

2,0

3,0

aR

315÷630

30 s

2,2

3,3

Pojęcia związane z bezpiecznikami – c.d.:





t

t

2

0

dt

i

Charakterystyka I

2.

t



krzywa

przedstawiająca zależność od prądu

spodziewanego. Charakterystyki

mogą dotyczyć prądu i czasu przedłukowego oraz

wyłączania.

Prąd ograniczony



największa chwilowa wartość, jaką osiąga prąd wyłączeniowy

wkładki bezpiecznikowej.

Rys. Przykładowa charakterystyka

prądu ograniczonego

bezpieczników topikowych

Bezpieczniki topikowe

Pojęcia związane z bezpiecznikami – c.d.:

W bezpiecznikach

przemysłowych wkładki bezpiecznikowe są wykonane w

postaci ceramicznych

prostopadłościanów, zakończonych z obu stron stykami

nożowymi srebrzonymi, umocowanymi w podstawie bezpiecznikowej ze stykami
szczękowymi.
Wewnątrz wkładki topikowej znajduje się topik. Wnętrze wkładki wypełnione jest
drobnoziarnistym piaskiem kwarcowym.

Wkładki topikowe stacyjne pracują w

położeniu pionowym, więc sprężynowy wskaźnik zadziałania wkładki znajduje się
w ich

górnej pokrywie.

Bezpieczniki topikowe

Bezpieczniki przemysłowe

Rys. Wkładka topikowa bezpiecznika stacyjnego:

1



styk nożowy; 2



pokrywa gniazda; 3



topik główny;

4



topik wskaźnikowy; 5



wskaźnik zadziałania;

6



zaczep do izolacyjnego

chwytaka do wymiany wkładek.



Przy sprawdzaniu

poprawności działania

zabezpieczeń zwarciowych w czasach

krótszych od 0,1 potrzebne jest
korzystanie z charakterystyk I

2

t



Dla tak

krótkich czasów wyłączania tylko

charakterystyki

I

2

t

pozwalają na

dokładne ustalenie tego warunku



Producenci

bezpieczników

coraz

częściej

określają

przebieg

charakterystyk czasowo-

prądowych tylko

do

czasów nie mniejszych niż 0,1 s

Tablica. Przedłukowe wartości minimalne i

maksymalne I

2

t przy czasie 0,01 s

dla wkładek typu gG i gM

wg PN-EN 60269-1:2010

I

n

dla gG

I

ch

dla gM

[A]

I

2

t

min

10

3

x [A

2

s]

I

2

t

max

10

3

x [A

2

s]

16
20
25

0,3
0,5
1,0

1,0
1,8
3,0

32
40
50
63
80

1,8
3,0
5,0
9,0

16,0

5,0
9,0

16,0
27,0
46,0

100
125

27,0
46,0

86,0

140,0

160
200
250

86,0

140,0
250,0

250,0
400,0
760,0

315
400
500
630
800

400,0
760,0

1300,0
2250,0
3800,0

1300,0
2250,0
3800,0
7500,0

13600,0

Rys. Charakterystyki I

2

t = f (I

P

) wkładek topikowych typu gG

produkowanych przez firmę ETI Polam

Wyłączniki instalacyjne (nadprądowe)

Rys. Szkic budowy wyłącznika instalacyjnego:

1



zacisk przyłączeniowy, 2, 3



styki: stały, ruchomy,

4



komora gaszeniowa, 5



wyzwalacz nadprądowy

elektromagnetyczny, 6



wyzwalacz cieplny, 8



zamek,

9



dźwignia napędu, 10



obudowa

Przeznaczenie:

sterowanie i zabezpieczanie przed skutkami

przetężeń obwodów odbiorczych

instalacji oraz

urządzeń elektrycznych w instalacjach domowych i innych.

Podstawowe parametry charakterystyczne:
• I

N

: do 125 A (najbardziej rozpowszechnione: do 63 A)

• U

N

: do 440 V

• prądy wyłączalne: do 25 kA (najpowszechniejsze: 6 lub 10 kA)
• umowny prąd niezadziałania I

nt

-

największa wartość skuteczna prądu, który

może przepływać przez wyłącznik w określonym (umownym) czasie, nie
powodując jego zadziałania (I

nt

=1,13

.

I

N

),

• umowny prąd zadziałania I

t

- najmniejsza

wartość prądu, który przepływając

przez

wyłącznik spowoduje jego zadziałanie przed upływem określonego

(umownego) czasu (I

t

=1,45

.

I

N

),

• prąd zadziałania bezzwłocznego - wartość prądu, który powoduje

bezzwłoczne zadziałanie wyłącznika.

Wyłączniki instalacyjne (nadprądowe)

Wyłączniki instalacyjne (nadprądowe)

•

B - zabezpieczenia

obwodów oświetleniowych, gniazd wtyczkowych i

obwodów

sterowniczych,

szczególnie

przydatne

w

instalacjach

mieszkaniowych

•

C - zabezpieczenia

obwodów o dużych prądach rozruchowych (silniki i

transformatory, obwody

oświetleniowe z dużą liczbą opraw ze źródłami

wyładowczymi)

•

D - zabezpieczania

obwodów, w których występują bardzo duże prądy w

chwili

załączania (obwody z silnikami o ciężkim rozruchu, z grupami lamp

wyładowczych lub z transformatorami)

Typy charakterystyk wyłączników instalacyjnych:

Typ

ch-ki

Termobimetal

Elektromagnes

Prąd I

1

Prąd I

2

Czas

Prąd I

4

Prąd I

5

Czas

B

1,13 I

n

1,45 I

n

> 1 h

≤ 1h

3 I

n

5 I

n

≥ 0,1 s

< 0,1 s

C

1,13 I

n

1,45 I

n

> 1 h

≤ 1h

5 I

n

10 I

n

≥ 0,1 s

< 0,1 s

D

1,13 I

n

1,45 I

n

> 1 h

≤ 1h

10 I

n

20 I

n

≥ 0,1 s

< 0,1 s

Tabela. Prądy i czasy zadziałania wyzwalaczy wyłączników instalacyjnych

Rys. Charakterystyki czasowo-

prądowe

wyłączników instalacyjnych

Wyłączniki instalacyjne (nadprądowe)

Rys. Charakterystyki I

2

t wyłączników

instalacyjnych

Rys. Jednobiegunowy wyłącznik instalacyjny wkrętny

1



wyzwalacz przeciążeniowy termobimetalowy

2



zestyk, 3



wyzwalacz zwarciowy

4



listwa wyzwalająca; 5



zapadka

6



sprężyna powrotna; 7



przycisk wyłączający;

8



przycisk załączający;

Wyłączniki instalacyjne (nadprądowe)

Tabela. Współczynniki „k” wyłączników

instalacyjnych starszego typu

Wyłączniki różnicowoprądowe

A -

człon pomiarowy

B -

człon wzmacniacza-komparatora

C -

człon wyłączający

D -

człon kontrolny

R

t

- rezystor kontrolny

Rys. Schemat blokowy wyłącznika różnicowoprądowego

K

TEST

R

t

2 4 6 N

L1 L2 L3 N

D

A

C

B

1 3 5 N

L1 L2 L3 N

zasilanie

odbiór

Podstawowe parametry:



napięcie znamionowe U

N



znamionowy

prąd różnicowy I



N

:

wyłączniki wysokoczułe: 6/10/30 mA
wyłączniki średnioczułe: 100/300/500 mA
wyłączniki niskoczułe: 1000 mA i więcej



liczba

biegunów:

2 (do

obwodów 1-fazowych)

4 (do

obwodów 3-fazowych)



prąd znamionowy ciągły I

N

: 16



80 A



typ

wyłącznika (rodzaj prądu różnicowego, przy którym wyłącznik będzie poprawnie

działał):

AC



sinusoidalny

A



sinusoidalny, wyprostowany jedno- i

dwupołówkowo, pulsujący

B



sinusoidalny,

pulsujący, stały i o niewielkich częstotliwościach

Wyłączniki różnicowoprądowe selektywne (S):
stosowane w obwodach odbiorczych i liniach

zasilających, w celu spełnienia wymagań

dot.

selektywności działania połączonych szeregowo wyłączników RCD. Charakteryzują

się dłuższym czasem działania i mniejszą czułością (100, 300, 500 mA)

Wyłączniki różnicowoprądowe

Tablica. Typy, oznaczenia i przeznaczenie wyłączników różnicowoprądowych

Typ

Oznaczenie

Przeznaczenie

AC

Do stosowania w obwodach z prądem uszkodzeniowym sinusoidalnie
zmiennym, doprowadzonym w sposób nagły lub wolno narastający

A

Do stosowania w obwodach z prądem uszkodzeniowym sinusoidalnie
zmiennym i stałym pulsującym ze składową stałą do 6 mA,
doprowadzonym w sposób nagły lub wolno narastający

B

Do stosowania w obwodach z prądem uszkodzeniowym sinusoidalnie
zmiennym i stałym pulsującym oraz z prądem stałym wygładzonym,
doprowadzonym w sposób nagły lub wolno narastający

Wyłącznik bezzwłoczny odporny na udarowy prąd różnicowy o wartości
500 A, 8/20



s

G

G

Wyłącznik krótkozwłoczny odporny na udarowy prąd różnicowy o
wartości 3 kA, 8/20



s

kV

S

S

Wyłącznik selektywny, działający z opóźnieniem, przeznaczony do
współpracy przy szeregowym połączeniu z wyłącznikiem
bezzwłocznym i odporny na udarowy prąd różnicowy 3 kA, 8/20



s

-25

Wyłącznik przeznaczony do pracy poza pomieszczeniami w
temperaturze do minus 25



C

6000

Wyłącznik wymaga zabezpieczenia od strony zasilania bezpiecznikiem
typu gG o prądzie nieprzekraczającym 63 A dla zapewnienia wyłączenia
prądu zwarciowego podanego przez wytwórcę. Jeżeli dopuszczalny prąd
znamionowy jest inny niż 63 A, to jego wartość powinna być podana
przy symbolu bezpiecznika.

Wyłączniki różnicowoprądowe

Wyłączniki różnicowoprądowe

PEN

R

B

L1

L2

L3

N

PE



I

Rys. Sposób instalowania wyłącznika RCD w sieci o układzie TN-S

N

R

A

L1

L2

L3

N

PE



I

R

A

Rys. Sposób instalowania wyłącznika RCD w sieci o układzie TT

Warunek sprawności wyłącznika RCD typu AC:

(badanie prądem sinusoidalnie zmiennym nieodkształconym):

0,5·I

Δn

< I

Δ



I

Δn

Wyłączniki różnicowoprądowe

Tabela. Czasy wyłączania wyłączników RCD typu AC

Typ

wyłącznika

Prąd I

n

Prąd I

Δn

Czas wyłączenia (s) dla

prądu uszkodzeniowego I

Δ

o wartości:

Uwagi

[A]

[A]

I

Δn

2



I

Δn

5



I

Δn

bezzwłoczny

dowolny

dowolny

0,3

0,15

0,04

czas

maksymalny

selektywny

25

0,03

0,5

0,2

0,15

czas

maksymalny

0,13

0,06

0,05

czas minimalny

RCCB

(residual current circuit-breaker)

– wyłącznik różnicowoprądwy bez

wbudowanego zabezpieczenia nadprądowego (zwarciowego)

RCBO

(residual current circuit-breaker with overload protection)

– wyłącznik

różnicowoprądowy z wbudowanym zabezpieczeniem nadprądowym

3

3

3

Złącze

25 A

0,03 A

L

N

PE

L

N

PE

kW h

B10

B16

B16

25 A

Do głównej szyny

uziemiającej (wyrównawczej)

W

L

Z

1

W

L

Z

2

O

b

w

o

d

y

a

d

m

in

is

tr

a

c

y

jn

e

kW h

3

3

1

Rozdzielnica

Tablica mieszkaniowa

Tablica

obwodowa

(

piętrowa)

główna

R < 30



Rys. Przykład instalacji elektrycznej z wyłącznikami RCD w budynku wielorodzinnym

Wyłączniki różnicowoprądowe

3

3

3

Złącze

25 A

0,03 A

40 A

0,5 A

L1

L2

L3

N

PE

L

N

PE

L1

L2
L3

N

PE

U

V

N

W

PE

kWh

B10

B16

B16

B16

25 A

Do głównej szyny uziemiającej

(

wyrównaczej)

R < 30



S

Szafka pomiarowa

Rozdzielnica główna

Rys. Przykład instalacji elektrycznej z wyłącznikami RCD w budynku jednorodzinnym

Wyłączniki różnicowoprądowe

Przeznaczenie: sterowanie i zabezpieczanie przed skutkami

przetężeń oraz przed

skutkami zaniku lub

obniżenia napięcia, przed asymetrią obciążenia i niepełnofazową

pracą silników elektrycznych

Zakresy podstawowych

parametrów:



I

N

: do 80 A (najbardziej rozpowszechnione do 40 A)



U

N

: do 690 V



prądy wyłączalne: do 100 kA, najbardziej rozpowszechnione do 6 (10) kA

Wartości niektórych innych parametrów:

• szeroki zakres wyłączalny przeciążeń: (0,1



1)

.

I

N

• duża trwałość mechaniczna i łączeniowa

• ilość zadziałań: do 5

.

10

5

• częstość łączeń: do 15



60 cykli na

godzinę

• krótki czas wyłączania prądów zwarciowych: kilka ms

• umowny prąd niezadziałania I

nt

=1,05

.

I

N

• umowny prąd zadziałania I

t

=1,20

.

I

N

gdzie: I

N



prąd znamionowy wyzwalacza przeciążeniowego wyłącznika

Wyłączniki silnikowe

x

I

N

Rys. Wyłącznik silnikowy typu M250: a) widok; b) charakterystyka czasowo-prądowa.

Objaśnienia oznaczeń: z



stan nienagrzany; n



stan nagrzany.

Wyłączniki silnikowe

Wyłączniki silnikowe

Rys.

Rozłączniki izolacyjne firmy Lovato

Electric (16 do 1250 A)

Rys.

Rozłącznik

bezpiecznikowy

firmy

Siemens (16 do 630 A)

Rys.

Rozłączniki izolacyjne

typu FR 300 firmy Legrand