Parametry znamionowe i warunki selektywnego działania
wyłączników nN
1. Normalizacja
Normalizacja w zakresie wyłączników niskonapięciowych  normy:
" międzynarodowe: IEC 947 1, IEC 947 2
" europejskie: EN 60947 1, EN 60947 2
" krajowe: np. PN 90/E 06150
CSA
IEC
IEC
JIS
UL
IEC
NOM
IEC
IEC
IEC
IEC
IEC
Rys.1. Aprobata wymagań normy IEC 947 2
Norma IEC 947 2 nie zyskała aprobaty w:
" Kanadzie (normy CSA)
" Stanach Zjednoczonych (normy UL)
" Meksyku (normy NOM)
" Japonii (normy JIS)  jednak pod wpływem nacisków międzynarodowych Japonia
dostosowuje swoje normy do publikacji IEC 947 2
2. Wybrane parametry znamionowe wyłączników nN wg IEC 947 2
Parametry napięciowe:
" napięcie znamionowe łączeniowe Ue (d" 1000 V)
" napięcie znamionowe izolacji Ui (> Ue)
" napięcie znamionowe udarowe (1,2/50) wytrzymywane Uimp (> Ui)
© Copyright by WiesÅ‚aw Nowak, Kraków 2002
Utwór w całości ani we fragmentach nie może być powielany ani rozpowszechniany za pomocą urządzeń
elektronicznych, mechanicznych, kopiujÄ…cych, nagrywajÄ…cych i innych bez pisemnej zgody posiadacza praw
autorskich.
str. 2/9
Parametry prÄ…dowe:
" prÄ…d znamionowy Ir (A)
" prąd znamionowy wyłączalny graniczy Icu (kA)
" prąd znamionowy wyłączalny eksploatacyjny Ics (kA)
" prąd znamionowy krótkotrwały wytrzymywany Icw (kA)
" prąd znamionowy załączalny Icm (kA)
Inne parametry:
" kategoria użytkowania
" liczba biegunów (2p, 3p, 4p)
" prÄ…d znamionowy czwartego bieguna
" czas załączania i wyłączania
" trwałość mechaniczna i elektryczna  liczba cykli zadziałań
Kategorie użytkowania:
" kategoria A  wyłączniki nie przeznaczone do selektywnego współdziałania z innymi
szeregowymi zabezpieczeniami zwarciowymi po stronie obciążenia, tj. wyłączniki bez zwłoki
czasowej
" kategoria B  wyłącznik przeznaczone do selektywnego współdziałania z innymi
szeregowymi zabezpieczeniami zwarciowymi po stronie obciążenia, tj. wyłączniki ze zwłoką
czasowÄ…
Prąd znamionowy wyłączalny graniczy Icu:
" graniczna wartość skuteczna prądu zwarciowego, który może który może być przerwany
wyłącznikiem
Prąd znamionowy wyłączalny eksploatacyjny Ics:
" graniczna wartość skuteczna prądu zwarciowego, który może który może być przerwany
wyłącznikiem z zachowaniem jego pełnych właściwości eksploatacyjnych
znormalizowane wartości stosunku Ics / Icu
kategoria użytkowania A kategoria użytkowania B
25% 
50% 50%
75% 75%
100% 100%
Prąd znamionowy krótkotrwały wytrzymywany Icw:
" wartość skuteczna prądu zwarciowego, który charakteryzuje cieplną wytrzymałość
zwarciową wyłączników w kategori użytkowania B  podawany jest dla czasu trwania prądu
e" 0,05 s (wartości zalecane: 0,1 s, 0,25 s, 0,5 s, 1 s):
Ir Icw
12Ir lub 5 kA (większa z wartości)
d" 2500 A
> 2500 A
30 kA
str. 3/9
Prąd znamionowy wyłączalny Icm:
" maksymalna wartość chwilowa prądu spodziewanego, która może być załączona przy
znamionowym napięciu łączeniowym
3. Wyłączniki izolacyjne
Wyłącznik jest wyłącznikiem izolacyjnym ( ) jeżeli:
" stan zapewniajÄ…cy bezpiecznÄ… przerwÄ™ izolacyjnÄ… w obwodzie odpowiada pozycji dz
wigni
napędowej wyłącznika w stanie otwarcia (stan OFF)
" stan otwarcia (OFF) nie może być wskazywany, dopóki styki nie zostaną rozwarte na
bezipeczną odległość
" w stanie otwartym wyłącznik może być zabezpieczony przed zamknięciem przy użyciu
kłódki (rys.2)
a) b)
Rys.2. Zabezpieczenie przy pomocy kłódki
przed zamknięciem w wyłączniku
izolacyjnym: a) Merlin Gerin Compact, b)
Merlin Gerin Masterpact
Spełnienie wymagań dla bezpiecznej przerwy izolacyjnej jest potwierdzone próbami,
które gwarantują:
" niezawodność wskaz
nika położenia styków
" brak prądu upływności między stykami
" odpowiednią wytrzymałość na przepięcia między zaciskami wejściowymi i wyjściowymi
str. 4/9
4. Współpraca szeregowa wyłączników
Współpraca szeregowa wyłączników (rys.3):
" musi być zapewniona odpowiednia kolejność wyłączeń w przypadku wystąpienia w
obwodzie przetężeń  tzn. musi być zapewniona selektywność działania
CB1
Rys.3. Działanie wyłączników przy wystąpieniu przetężenia
po stronie odbioru wyłącznika CB2
CB2
" otwarcie CB2 i CB1  brak selektywności działania
" otwarcie tylko CB2  selektywność jest zapewniona
" w przypadku zwarć może być też zastosowana kaskadowość wyłączania (szczególnie w
końcowych obwodach odbiorczych energii  rysunek 4:
spodziewana wartość prądu wyłączeniowego przy zwarciu trójfazowym na zaciskach
wyłącznika CB2 wynosi Isc2
selektywność jest zapewniona tylko do pewnej wartości prądu zwarciowego Is < Isc2
w sposób świadomy graniczny prąd wyłączalny wyłącznika CB2 Is < Icu2 < Isc2 bowiem:
> w większości sytuacji rzeczywista wartość prądu zwarciowego będzie
mniejsza niż Isc2  można więc zastosować wyłącznik CB2 o mniejszej zdolności
wyłączeniowej Icu2, a więc tańszy
> w obszarze prądów wyłącznik CB2 i tak jest zabezpieczony
przez otwarcie wyłącznika CB1
otwarcie CB2 otwarcie CB1 i CB2
Is Icu2 Isc2 Icu1 I
SELEKTYWNOSC KASKADOWOSC
I  wartość prądu zwarcia trójfazowego
Is  wartość prądu zwarciowego, poniżej której jest zapewniona selektywność
Isc2  wartość prądu zwarciowego, która wystąpuje w obwodzie
Icu2, Icu1  wartości granicznych prądów wyłączalnych wyłączników
Rys.4. Zasada kaskadowości wyłączników CB1 i CB2 z rysunku 3
str. 5/9
5. Techniki selektywności
Selektywność pomiędzy współpracującymi wyłącznikami może być:
" całkowita  w całym zakresie występujących przetężeń
" częściowa  tylko do pewnej wartości spodziewanego prądu zawarciowego
Selektywność zapewnia się oddzielnie dla:
" przeciążeń  dla prądów w zakresie od 1,1 do 10-krotnej wartości prądu roboczego
" zwarć  dla prądów powyżej 10-krotnej wartości prądu roboczego
Podstawą zapewnienia selektywności są:
" charakterystyki działania (wyzwalania) urządzeń zabezpieczających współpracujących
z wyłącznikiem
5.1. Selektywność przeciążeniowa
Selektywność działania jest zapewniona jeżeli (rys.5):
" dla danej wartości prądu przeciążeniowego czas wyzwolenia wyłącznika CB1 jest większy
niż maksymalny czas otwierania (włączając czas łukowy) wyłącznika CB2
" powyższy warunek jest w praktyce spełniony, jeżeli stosunek progów zadziałania
zabezpieczeń przeciążeniowych (LT) ILT1 / ILT2 >1,6
tb
CB CB
2 1
Rys.5. Selektywność przeciążeniowa
Ip  spodziewana wartość skuteczna prądu (bez
obecności urządzenia zabezpieczającego)
tb  czas zadziałania urządzenia zabezpieczającego
ILT1, ILT2  progi zadziałania zabezpieczeń
Przeciazenie Zwarcie
przeciążeniowych (LT) wyłączników CB1 i CB2
p
I
I I I
LT 2 LT 1 ins 2
5.2. Selektywność zwarciowa
Stosowane techniki selektywności zwarciowej:
" selektywność prądowa
" selektywność czasowa
" blokowanie strefowo-selektywne
" selektywność energetyczna
str. 6/9
Selektywność prądowa
Jest realizowana przez:
" zapewnienie odpowiednio dużej różnicy progów zadziałania zabezpieczeń zwarciowych
bezzwłocznych (INS)  rysunek 6
" powyższy warunek jest w praktyce spełniony, jeżeli stosunek progów zadziałania
zabezpieczeń zwarciowych bezzwłocznych IINS1 / IINS2 >1,5
tb CB2 CB1 obszar selektywnosci
zwarciowej
Rys.6. Selektywność prądowa
IINS1, IINS2  progi zadziałania zabezpieczeń
zwarciowych bezzwłocznych (INS)
wyłączników CB1 i CB2
Ip
Selektywność jest więc częściowa  tylko do wartości
IINS2 IINS1 IINS1.
Selektywność prądowa ma zastosowanie w końcowej
granica selektywnosci
części układu rozdziału energii.
pradowej
Selektywność czasowa
Selektywność czasowa jest to selektywność całkowita i realizowana przez:
" stosowanie wyłączników selektywnych
" stosowanie wyłączników ograniczających
Stosowanie wyłączników selektywnych:
" wyłącznik CB1 musi być wyposażony w zabezpieczenie zwłoczne (ST)
z regulowaną wartości zwłoki  rysunek 7
" ze względu na zwłokę czasową w zadziałaniu przy przepływie prądu zwarciowego przez
wyłącznik CB1 może zostać przekroczona jego wytrzymałość cieplna  wyłącznik CB1 musi
być więc wyposażony w zabezpieczenie bezzwłoczne do ograniczenia skutków cieplnych
prÄ…du zwaciowego (HIN)
Stosowanie wyłączników ograniczających:
" selektywność osiągana przy zastosowaniu wyłączników ograniczających nosi nazwę
selektywności pseudoczasowej
" wyłącznik CB2 jest wyłącznikiem ograniczającym, którego szybkość działania jest tym
większa im większa jest wartość spodziewanego prądu zwarciowego  rysunek 8
" charakterystyka wyłącznika CB2 jest więc analogiczna jak zabezpieczenia zwarciowego
zwłocznego zależnego (DST)
" występuje znaczne ograniczenie obciążenia cieplnego instalacji prądem zwarciowym
str. 7/9
tb
CB2 CB1 Rys.7. Selektywność czasowa
IINS2  próg zadziałania zabezpieczenia
wytrzymalosc cieplna
zwarciowego bezzwłocznego (INS) wyłącznika CB2
zwarciowa obwodu/wylaczn
IST1  próg zadziałania zabezpieczenia
zwarciowego zwłocznego (ST) wyłącznika CB1
1,2,3  regulowana wartość zwłoki czasowej
zabezpieczanie ST
IHIN1  próg zadziałania zabezpieczenia
3
zwarciowego bezzwłocznego do ograniczenia
2
skutków cieplnych prądu zwaciowego (HIN)
1
wyłącznika CB1
IINS2 IST1 IHIN1
tb
CB2 CB1
Rys.8. Selektywność pseudoczasowa
CB1  wyłącznik szybkodziałający
CB2  wyłącznik ograniczający
Zastosowanie w wyłączniku CB1 zabezpieczenia
zwarciowego bezzwłocznego zależnego (linia
przerywana) istotnie poprawia warunki
Ip
selektywności.
Blokowanie strefowo-selektywne
Kilka wyłączników może zostać połączonych dodatkowym przewodem sterującym
(rysunek 9):
" jeżeli wyłącznik CB2 wykryje zwarcie, to przesyła informację do wyłącznika CB1 i nie jest on
wyzwalany przez czas równy nastawionej zwłoce czasowej
" jeżeli wyłącznik CB2 nie wykryje zwarcie (zwarcie między CB1 a CB2), to wyłącznik CB1 jest
wyzwalany w najkrótszym możliwym czasie
" zachowana jest pełna selektywność przy minimalnym obciążeniu cieplnym obwodu
CB1
Logic
relay
Logic
wait
order
CB2
Logic
relay
Rys.9. Blokowanie strefowo-selektywne
str. 8/9
Selektywność energetyczna
Technika ta została opracowana i opatentowana przez firmę Merlin Gerin.
Zasada selektywności energetycznej:
" całkowita selektywność jest zapewniona (rysunek 10), jeżeli dla wszystkich wartości
spodziewanego prądu zwarciowego energia Ip energia przepływająca przez szeregowo
połączone wyłączniki:
Eb2 < Eb < Eb1
Rys.10. Selektywność energetyczna pomiędzy
wyłącznikiem CB1 i wyłącznikiem CB2
CB1 E b1
Eb  energia związana z przepływem prądu
zwarciowego
Eb1  energia potrzebna do zadziałania
zabezpieczenia wyłącznika CB1
CB2 b2
E
Eb2  energia potrzebna do zadziałania
E
zabezpieczenia wyłącznika CB2
b
Energia prądu jest określona:
" dla czasu przepływu prądu t e" 10 ms (1/2 okresu)
2
Eb = Ip t
" dla czasu przepływu prądu t < 10 ms (przy ograniczaniu prądu)
3
ib
2 2 3
Eb = 4 f Ip tvb =
4 2 f Ip
gdzie: tvb  czas wyłączenia prądu
ib  wartość prądu ograniczonego
f  częstotliwość
Na rysunku 11 przedstawiono zależność Eb = f(Ip, t = const) oraz zależność Eb = f(Ip, ib = const).
Natomiast na rysunku 12 przykładową charakterystykę energetyczną wyłącznika 250 Compact
NS z zabezpieczeniem elektromechanicznym zwłocznym zależnym o progu zadziałania 10 In.
str. 9/9
I2 t
2
(A s)
7
10
i = 40 kA
2.5 ms
6
10
i = 20 kA
5
10
i = 10 kA
i = 5 kA
Rys.11. Wykresy przedstawiajÄ…ce
4
10
Ip (kA)
energiÄ™
1 3 5 10 3 0 50 100
2
t
2
(A s)
7
Rys.12. Charakterystyka
10
energetyczna wyłącznika 250 A
Compact NS z zabezpieczeniem
elektromechanicznym zwłocznym
zależnym o progu zadziałania 10 In
i = 40 kA
2.5 ms
punkt A: Ip = 10 In, czas wyłączenia
6
10 50 ms
F
punkt B: Ip = 16 In, czas wyłączenia
A
(E)
20 ms
D
punkt C: Ip = wartość progowa
C
odrzutu styków, czas wyÅ‚Ä…czenia 20÷
i = 20 kA
(B)
10 ms, poczÄ…tek ograniczania prÄ…du
punkt D: Ip = wartość prądu
całkowitego odrzutu styków, czas
5
10 wyłączenia 10 ms, rozpoczęcie
ograniczania prÄ…du, zabezpieczenie
elektromechaniczne pełni rolę tylko
pomocniczÄ…
obszar E: ze wzrostem prÄ…du Ip
i = 10 kA
następuje ograniczanie prądu, a czas
jego przepływu ulega skróceniu
î = 5 kA
punkt F: koniec krzywej
4
przedstawiający graniczne możliwości
10
Ip (kA)
wyłącznika
1 3 5 10 30 50 100
(10 In)