90
bezpi eczni ki topi kowe i wye" Ączni ki nadprĄdowe ni ski ego napi �ci a
Bezpieczniki topikowe
i wyłączniki nadprądowe
niskiego napięcia
Roman Kłopocki
W artykule, b�dĄcym drugĄ cz�ściĄ publikacji, przedstawiono w prosty spos�b fizyczne te"o
dziae"ania bezpiecznik�w topikowych i wye"Ącznik�w nadprĄdowych niskiego napi�cia w warun-
kach dułych prĄd�w zwarciowych.
dalszej cz�ści zostae"y wypro- Na rysunku 1 czas t0 to czas op��-
wadzone wnioski ze szczeg�l- nienia mechanicznego. PrĄd zwarcio-
Wnych we"aściwości dziae"ania wy zaczyna pe"ynĄĘ, jednak sie"a F jest
tych aparat�w, kt�re znaczĄco wpe"ywajĄ na jeszcze za mae"a, aby moge"a rozpoczĄĘ
praktyczne zastosowanie bezpiecznik�w proces otwierania styk�w, napi�cie
i wye"Ącznik�w nadprĄdowych w ochronie w wye"Ączniku U jest bardzo niskie i jest
instalacji elektroenergetycznych. r�wne spadkowi napi�cia na rezystan-
cji pomi�dzy zaciskami, system styko-
Dziae"anie wye"Ącznik�w wy jest juł zwolniony, jednak styki
w czasie zwarcia z powodu op��nie� mechanicznych
wciĄł jeszcze sĄ zwarte.
Poniłsze rysunki przedstawiajĄ prosty Rysunek 2 przedstawia czas t1
schemat wye"Ącznika nadprĄdowego i od- (przede"ukowy) ń poczĄtek palenia si�
powiadajĄce mu graficzne wykresy prze- e"uku elektrycznego mi�dzy stykami.
biegu prĄdu i napi�cia. System e"ukowo- PrĄd osiĄga takĄ wartośĘ, łe sie"a F za-
-stykowy wye"Ącznika przedstawiony jest czyna juł otwieraĘ styk ruchomy.
schematycznie za pomocĄ modelu. System Rysunek 3 to czas t1 (e"ukowy) ń ko-
wyzwalajĄcy jest natomiast pokazany niec fazy przede"ukowej mi�dzy styka-
w postaci cewki elektromagnesu, kt�ry si- mi. Styki sĄ otwarte do tego stopnia, łe
e"Ą F dziae"a na styk ruchomy wye"Ącznika pojawia si� e"uk, kt�ry pali si� doke"ad-
w kierunku otwierania. nie mi�dzy miejscami stykowymi.
Rys. 1. Czas t0 op��nienia mechanicznego Rys. 2. Czas t1 (przede"ukowy)
90 stycze� 2006
bezpieczniki topikowe i wye"Ączniki nadprĄdowe...
Rys. 3. Czas t1 (e"ukowy) Rys. 4. Czas tr
Rys. 5. Koniec fazy tr Rys. 6. Faza podziae"u e"uku elektrycznego pomi�-
dzy pe"ytkami komory gaszenia (e"ukowej)
Rys. 7. Faza utrzymywania si� wysokiego napi�- Rys. 8. Zgaszenie e"uku elektrycznego i przerwa-
cia e"uku elektrycznego i ograniczania prĄdu zwar- nie prĄdu zwarciowego
ciowego
Rzeczywista odlege"ośĘ mi�dzy stykami Rysunek 4 to czas tr ń e"uk pod wpe"ywem
wynosi 1-2mm, napi�cie na zaciskach sie"y Lorenza zaczyna przesuwaĘ si� w kie-
wzrasta o wartośĘ napi�cia e"uku elektrycz- runku komory gaszenia (e"ukowej), rdze�
nego, kt�re jest jeszcze bardzo niskie i wy- e"uku zaczyna przesuwaĘ si� zar�wno na
nosi 10-20 V. styku ruchomym, jak i na styku nierucho-
92
REKLAMA
92
bezpi eczni ki topi kowe i wye" Ączni ki nadprĄdowe ni ski ego napi �ci a
jĄca przy rozwarciu styk�w, przez kt�re
pe"ynie prĄd. Ske"ada si� z kolumny plazmo-
wej i spadku katodowego oraz anodowego
(rys. 9).
Łuk elektryczny, pe"onĄcy w komorze e"u-
kowej wye"Ącznika, gdzie obecne sĄ r�łne
rodzaje gaz�w lub para, to plazma w r�w-
Rys. 9.
Uproszczony nowadze termicznej. Katoda produkuje
schemat e"uku
elektrony na potrzeby prĄdu poprzez e"uk
elektrycznego
elektryczny. Natomiast w obr�bie anody sĄ
(UA ń anodowy spadek
napi�cia;
wytwarzane jony. Podziae" napi�cia mi�dzy
UK ń katodowy spadek
obiema elektrodami nie jest wi�c liniowy,
napi�cia;
lecz blisko obu elektrod pojawiajĄ si� tzw.
US ń napi�cie rdzenia e"uku
elektrycznego;
anodowy i katodowy spadek napi�cia. Na
Ue"uk ń napi�cie e"uku
rdze� e"uku elektrycznego przypada mniej-
elektrycznego)
sza cz�śĘ napi�cia. Suma wszystkich
trzech wartości to sumaryczne napi�cie e"u-
ku elektrycznego, kt�re wynosi okoe"o 20 V.
Rzeczywisty ksztae"t e"uku elektrycznego
jest w dułej mierze określony charaktery-
stycznymi cechami konstrukcyjnymi prze-
e"Ącznika i z regue"y r�łni si� znacznie od
opisanego schematu ideowego.
Rys. 10.
Przy podziale e"uku elektrycznego na
Powstawanie
wysokiego napi�cia tzw. e"uki Ńcz�ściowe� dochodzi do sumo-
e"uku elektrycznego
wania si� poszczeg�lnych napi�Ę e"uko-
wych i do osiĄgni�cia przez napi�cie e"uku
mym oraz wsporniku styku. Napi�cie e"uku Pomi�dzy pe"ytkami komory gaszenia (e"u- elektrycznego niezb�dnego poziomu na-
91
elektrycznego rośnie. kowej) utrzymujĄ si� e"uki cz�ściowe. Cae"- pi�cia, kt�ry wraz ze spadkiem napi�cia na
Na rysunku 5 pod koniec fazy tr rdze� e"u- kowite napi�cie e"uku elektrycznego jest su- wye"Ączniku stanowi dostatecznie wysokĄ
ku przechodzi na drugi wspornik styku ń za- mĄ napi�Ę e"uk�w cz�ściowych. Tak wi�c wartośĘ napi�cia na zaciskach wye"Ącznika,
czyna si� faza wnikania e"uku do komory ga- wysokośĘ napi�cia e"uku elektrycznego za- dla zapewnienia funkcji ograniczania prĄ-
szenia (e"ukowej) wye"Ącznika. Napi�cie e"u- leły od liczby pe"ytek w komorze gaszenia du zwarciowego.
ku elektrycznego bardzo szybko wzrasta. (e"ukowej) wye"Ącznika. Mechanizm inicjo- W praktyce w wye"Ącznikach nadprĄdo-
Rysunek 6 przedstawia faz� podziae"u e"u- wania napi�cia e"uku elektrycznego w pa- wych uływa si� kom�r gaszenia z 12-13
ku elektrycznego pomi�dzy pe"ytkami ko- kiecie pe"ytek komory gaszenia jest poka- pe"ytkami, co oznacza, łe wytwarza si�
mory gaszenia (e"ukowej). Napi�cie e"uku zany w dalszej cz�ści. w nich 13-14 e"uk�w cz�ściowych. Napi�-
przekracza napi�cie sieciowe, nast�puje fa- cie e"uku elektrycznego w komorze gasze-
za ograniczania prĄdu. Łuk elektryczny nia ma wi�c decydujĄce znaczenie w ogra-
Rysunek 7 to faza utrzymywania si� wy- niczaniu prĄdu zwarciowego.
sokiego napi�cia e"uku elektrycznego i tym Łuk elektryczny to samoistne wye"ado- Jeśli teraz wr�cimy do oscylogramu prĄ-
samym ograniczania prĄdu zwarciowego. wanie w gazie ń palĄca si� plazma powsta- du i napi�cia, to widzimy, łe wartośĘ na-
pi�cia e"uku elektrycznego jest w zasadzie
niezalełna od wartości spodziewanego
prĄdu zwarciowego, co oznacza, łe ze
wzrostem prĄdu zwarciowego wzrasta
r�wnieł cieplna cae"ka wye"Ączania wye"Ącz-
nika.
Z drugiej strony cae"ka wye"Ączania wy-
e"Ącznika zaleły w znacznej mierze od cza-
s�w op��nie�. Inaczej m�wiĄc, im szyb-
ciej powstanie dostatecznie wysokie napi�-
cie e"uku elektrycznego, tym mniejsza jest
wartośĘ cae"ki wye"Ączania wye"Ącznika. To
oznacza, łe wielkośĘ cae"ki wye"Ączania
w wye"Ączniku w dułym stopniu zaleły od
mechanicznych zdolności mechanizmu
oraz konstrukcji komory gaszenia (e"uko-
Rys. 11. Por�wnanie charakterystyk energetycznych bezpiecznika (cae"ka przede"ukowa) i wye"Ącznika
wej) i styk�w.
(cae"ka wye"Ączania).
92 stycze� 2006
bezpieczniki topikowe i wye"Ączniki nadprĄdowe...
Rys. 12. Przyke"ad odcinka instalacji z wye"Ącznikiem nadprĄdowym 63 A dobezpieczonym bezpieczni-
kiem topikowym gG 100 A
Rys. 13. Wyznaczanie warunk�w selektywnej wsp�e"pracy
wym 63 A dobezpieczonym bezpieczni-
Poe"Ączenie kiem topikowym gG 100 A. Do wyznacze-
szeregowe nia warunk�w selektywności potrzeba cha-
rakterystyk cae"ek przede"ukowych bez-
Por�wnanie dziae"ania bezpiecznik�w piecznik�w topikowych i charakterystyk
i wye"Ącznik�w nadprĄdowych podczas wye"Ączania wye"Ącznik�w nadprĄdowych,
zwarcia, przede wszystkim w warunkach kt�re nanosi si� na diagram ze skalĄ loga-
wzrastajĄcego spodziewanego prĄdu zwar- rytmicznĄ, podobny do tego na rysun-
ciowego, pokazuje nast�pujĄce we"aściwo- ku 11.
ści: Energia wye"Ączania wye"Ącznika: obo-
bezpiecznik topikowy ń wartośĘ cae"ki wiĄzuje ta sama definicja co dla bezpiecz-
�
przede"ukowej (topienia) zmniejsza si� od nik�w z rozdziae"u 3.1, a wi�c chodzi
wartości przy prĄdzie krytycznym I2 do o energi� cieplnĄ, kt�ra wydziela si� w wy-
wartości przy I1, e"Ączniku pomi�dzy stykami.
wye"Ącznik nadprĄdowy ń wartośĘ cae"ki Cae"ka wye"Ączania wye"Ącznika: dla wy-
�
wye"Ączania wzrasta liniowo do najwi�k- e"Ącznik�w nadprĄdowych nie istnieje wy-
szego prĄdu zdolności zwarciowej. rałenie Ńcae"ka przede"ukowa (topienia), ist-
nieje tylko cieplna cae"ka wye"Ączania.
Selektywna Na rys. 12 mołna sobie wyobraziĘ r�w-
wsp�e"praca nieł inne odpowiednie wartości, na przy-
ke"ad prĄd znamionowy bezpiecznika
Rysunek 12 ilustruje przyke"ad odcinka gG 50 A i prĄd znamionowy wye"Ącznika
94
instalacji z wye"Ącznikiem nadprĄdo- nadprĄdowego B 20A.
REKLAMA
94
bezpi eczni ki topi kowe i wye" Ączni ki nadprĄdowe ni ski ego napi �ci a
Z wykresu mołna odczytaĘ wartośĘ prĄ-
du ograniczonego przy 20 kA spodziewa-
nego prĄdu zwarciowego. Maksymalna
wartośĘ prĄdu ograniczonego wynosi 5 kA
w przypadku ułycia wke"adki topikowej
WT o prĄdzie znamionowym 63 A.
Tak samo korzysta si� teł z wykresu dla
wye"Ącznik�w instalacyjnych.
Podsumowanie
Dla optymalnej ochrony przewod�w
i urzĄdze� w warunkach wysokich prĄd�w
zwarciowych w instalacji elektrycznej na-
leły wykorzystaĘ wszystkie zalety zar�w-
no bezpiecznik�w topikowych, jak i wy-
e"Ącznik�w nadprĄdowych.
Opr�cz tego bardzo wałne jest, aby znaĘ
we"aściwe dane techniczne poszczeg�lnych
wye"Ącznik�w, kt�re pomimo standaryzacji
w tej dziedzinie mogĄ si� r�łniĘ w zaleł-
Rys. 14. Wykres prĄd�w ograniczonych ń przyke"ad dla bezpiecznik�w topikowych typu WT ności od producenta. Od obu urzĄdze� za-
bezpieczajĄcych (bezpiecznik�w i wye"Ącz-
Warunki Wykres prĄd�w nik�w) oczekuje si�:
93
selektywnej wsp�e"pracy ograniczonych jak najniłszej cae"ki wye"Ączania, co
�
zmniejsza obciĄłenie termiczne instala-
Najpierw trzeba odnale�Ę punkt prze- Zar�wno bezpieczniki topikowe jak cji,
ci�cia krzywej cae"ki przede"ukowej wybra- i wye"Ączniki nadprĄdowe majĄ zdolnośĘ jak najmniejszych prĄd�w ograniczo-
�
nego bezpiecznika i krzywej cae"ki wye"Ą- ograniczania prĄdu zwarciowego zanim nych, co zmniejsza obciĄłenia prĄdowe
czania wybranego wye"Ącznika instalacyj- ten osiĄgnie wartośĘ krytycznĄ i spowodu- i dynamiczne instalacji elektrycznych.
nego (rys. 13). Jeśli z punktu przeci�cia je szkody w instalacji. Rysunek ń Rys. 14
poprowadzi si� pionowĄ lini� na oś spo- pokazuje wykres prĄd�w ograniczonych inł. Roman Ke"opocki
dziewanego prĄdu zwarciowego, otrzyma jako spos�b podawania tych danych. Autor jest pracownikiem
si� dwa pola: Dlaczego wałne jest jak najlepsze ogra- firmy ETI Polam w Pue"tusku
pole 1 ń cae"ka wye"Ączania wye"Ącznika niczenie prĄdu zwarciowego?
�
nadprĄdowego jest mniejsza od cae"ki Dlatego, łe zbyt wysoka wartośĘ prĄdu
przede"ukowej bezpiecznika ń w tym ob- ograniczonego (przejściowego) powoduje
szarze selektywnośĘ jest zapewniona, zbyt dułe dynamiczne obciĄłenia wszyst-
ETI-Polam Sp. z o.o.
pole 2 ń cae"ka wye"Ączania wye"Ącznika kich element�w instalacji przez kt�rĄ pe"y-
�
06-100 Pue"tusk
instalacyjnego jest wi�ksza od cae"ki nie prĄd.
ul. Jana Pawla ll 18
przede"ukowej bezpiecznika. W tym ob- Rysunek 14 przedstawia przyke"ad dla
tel. [phone]
szarze selektywnośĘ nie jest zapewnio- bezpiecznik�w topikowych typu WT, po-
fax [phone]
na stuprocentowo, i w przypadku zwar- dobne wykresy istniejĄ teł dla wye"Ączni-
e-mail: [e-mail]
cia obydwa aparaty zabezpieczajĄce k�w instalacyjnych, tylko z innymi warto-
www.etipolam.com.pl
mogĄ wye"ĄczyĘ si� r�wnocześnie. ściami.
R E K L A M A
1/6
94 stycze� 2006