DOBÓR ZABEZPIECZEC
KABLI I PRZEWODÓW ELEKTRYCZNYCH
mgr in\
. 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 prÄ…du obciÄ…\
enia oraz zasady wstępnego doboru zabezpieczeń do ochrony obwodów
zasilających ró\
ne 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 ró\
nych aparatów oraz wyłączników
instalacyjnych nadprądowych, które w praktyce nie zapewniają \
adnej selektywności bez względu na typ
charakterystyki.
Zabezpieczenia urządzeń oraz przewodów lub kabli stosuje się w celu ich ochrony przed
prÄ…dami przeciÄ…\
eniowymi 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.
PrzeciÄ…\
eniem nazywamy stan, w którym urządzenie, sieć lub instalacja elektryczna pobiera
ze z
ródła zasilającego prąd o wartości wy\
szej ni\
prąd znamionowy, na który została
zaprojektowana.
PrzeciÄ…\
enie mo\
e wystąpić długo- lub krótkotrwale. Przepływ prądu powstający w wyniku
bezoporowego połączenia dwóch lub większej ilości przewodów o ró\
nych potencjałach
nazywa siÄ™ zwarciem.
Zasady zabezpieczania przetÄ™\
eniowego
Zabezpieczenia przetÄ™\
eniowe nale\
y instalować przed urządzeniami, a w przypadku
przewodów, na początku.
Kategorycznie zabrania się instalowania zabezpieczeń w przewodach instalacji
piorunochronnej oraz w przewodach uziemiajÄ…cych.
Urządzenia zabezpieczające muszą mieć zdolność przerywania prądu zwarciowego I" ,
k
mogącego wystąpić tu\
za miejscem zainstalowania zabezpieczenia.
Urządzenia zabezpieczające przewody powinny być zainstalowane na początku ka\
dej linii
oraz ka\
dego odcinka linii, w którym obcią\
enie przewodu jest mniejsze od obciÄ…\
enia
poprzedniego odcinka linii.
Nie stosuje się zabezpieczeń przed prądem przetę\
eniowym w przypadkach gdy:
1. Przewody sÄ… chronione przez inne urzÄ…dzenia zabezpieczajÄ…ce zainstalowane od strony
zasilania.
2. W przewodach nie mo\
e wystąpić prąd przecią\
eniowy, 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 mo\
liwość powstania przecią\
eń i zwarć,
c) przewody nie są uło\
one w pobli\
u 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 mo\
e
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 przecią\
eniowych nie jest wymagane, gdy maksymalny prÄ…d nie
mo\
e przekroczyć dopuszczalnej obcią\
alności przewodów lub urządzeń (np.:
transformatory spawalnicze, transformatory dzwonkowe o mocy rzędu kilku [W] itp.
urzÄ…dzenia).
Zabezpieczenia przewodów
Nale\
y wyró\
nić trzy rodzaje zabezpieczeń:
a) zabezpieczenie przeciÄ…\
eniowe - zabezpiecza tylko przed skutkami prÄ…du
przeciÄ…\
eniowego, które mo\
e być realizowane przez:
- wyłączniki wyposa\
one w wyzwalacze termobimetalowe,
- bezpieczniki topikowe ogólnego przeznaczenia z pełnozakresową charakterystyką
wyłączenia;
b) zabezpieczenia zwarciowe, które chronią przewód tylko od prądów zwarciowych
i sÄ… realizowane przez:
- wyłączniki wyposa\
one w wyzwalacze zwarciowe elektromagnetyczne,
- bezpieczniki topikowe ogólnego przeznaczenia z pełnozakresową
charakterystyką wyłączenia,
- bezpieczniki z niepełnozakresową charakterystyką wyłączenia,
c) zabezpieczenia przeciÄ…\
eniowo-zwarciowe, chroniące jednocześnie przed
przeciÄ…\
eniami oraz zwarciami. Rolę tych zabezpieczeń mogą pełnić:
- wyłączniki wyposa\
one w wyzwalacze przeciÄ…\
eniowe i wyzwalacze zwarciowe,
- wyłączniki współpracujące z bezpiecznikami topikowymi,
- wyłączniki wyposa\
one w wyzwalacze przeciÄ…\
eniowe i dobezpieczeniowe
wkładki topikowe,
- bezpieczniki topikowe ogólnego stosowania z pełnozakresową charakterystyką
wyłączenia.
Najbardziej rozpowszechnionymi urzÄ…dzeniami zabezpieczajÄ…cymi sÄ… bezpieczniki
topikowe. Stanowią one doskonałe zabezpieczenie zwarciowe. Natomiast ich walory
eksploatacyjne przy przeciÄ…\
eniach są znacznie słabsze.
Poszczególne rodzaje bezpieczników topikowych określane są przez podanie klasy
oraz kategorii u\
ytkowania.
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
ka\
dego prądu, który jest w stanie przetopić topik,
a wkładka niepełnozakresową, która poprawnie wyłącza prądy zwarciowe zawarte
pomiÄ™dzy najmniejszym prÄ…dem wyÅ‚Ä…czalnym Ic min d" 4Å"In a znamionowym prÄ…dem
wyłączalnym Icn
Wkładka ta nie gwarantuje wyłączenia małych prądów przecią\
eniowych przez co
zabezpieczany obwód wymaga dodatkowego zabezpieczenia przecią\
eniowego.
Przykładowe charakterystyki czasowo-prądowe wkładek bezpiecznikowych
pełnozakresowych i niepełnozakresowych zostały przedstawione na rysunku 1.
Druga litera symbolu oznacza kategoriÄ™ u\
ytkowania:
G wkładka ogólnego przeznaczenia, do zabezpieczania przewodów o
charakterystyce t = f(I) zbli\
onej 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
znamionowÄ… transformatora) o charakterystyce zbli\
onej do bezpiecznika
gG, lecz o znacznie mniejszym rozrzucie parametrów (charakterystyka
pasmowa t=f(I), znacznie wÄ™\
sza 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 u\
ytkowania gG[ 4]
W celu łatwego odró\
nienia bezpieczników na wkładkach topikowych zamieszczane są kolorowe napisy podające klasę,
kategoriÄ™ u\
ytkowania oraz prÄ…d znamionowy.
Zestawienie podstawowych oznaczeń bezpieczników topikowych przedstawiono w tabeli 1.
Tab. 1 Barwy cechowania bezpieczników ró\
nych klas[3]
Kod bezpiecznika Barwa cechowania
gG(gL); gF Czarna
aM Zielona
aR; gR Niebieska
gTr BrÄ…zowa
gB Czerwona
Wkładki topikowe oprócz klasy bezpiecznika posiadają następujące parametry:
- napięcie znamionowe bezpiecznika Un,
- prąd znamionowy ciągły In,
- prąd znamionowy wyłączalny wkładki topikowej Icn,
- znamionowy prąd załączalny Icm,
- prąd ograniczony Io określający obcią\
enia elektrodynamiczne,
- całkę Joule a określającą obcią\
enie cieplne.
Wkładka topikowa stanowi aparat jednorazowego u\
ytku. Zadziałanie jej podczas zwarć lub
przeciÄ…\
eń powoduje konieczność wymiany na nową.
Do zalet bezpiecznika topikowego nale\
y jego ograniczające działanie podczas przepływu
du\
ych prądów zwarciowych.
Znacznie bardziej uniwersalnymi aparatami zabezpieczającymi są wyłączniki:
- do zabezpieczania pojedynczych odbiorników małej mocy,
- do zabezpieczania obwodów rozdzielczych wyposa\
one w nastawialne lub nie nastawialne
wyzwalacze zwarciowe i przeciÄ…\
eniowe, a niekiedy w wyzwalacze ró\
nicowoprÄ…dowe.
Wyłączniki dzieli się na dwie kategorie:
A - wyposa\
one tylko w wyzwalacze bezzwłoczne (nie są one przystosowane do współpracy
z zabezpieczeniami zwarciowymi zainstalowanymi bli\
ej odbiorników)
B - wyposa\
one w wyzwalacze zwłoczne dzięki czemu mo\
liwa jest ich współpraca z
zabezpieczeniami zwarciowymi zainstalowanymi bli\
ej odbiornika.
Wyłączniki są produkowane jako ograniczające i nieograniczające.
Wyłącznik ograniczający ogranicza prąd zwarciowy do wartości mniejszych ni\
spodziewany
prąd udarowy ip i reaguje w bardzo krótkim czasie poni\
ej 10 ms.
Natomiast wyłącznik nieograniczający przepuszcza cały prąd zwarciowy ip oraz reaguje
dopiero przy pierwszym naturalnym przejściu prądu zwarciowego przez zero (rysunek 13)
Rys. 3: Przebieg prÄ…du 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 ni\
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 przetÄ™\
eniowe chroniÄ…ce przed skutkami przeciÄ…\
eń i zwarć wykonane są z
zastosowaniem:
- jednego aparatu (wyłącznika nadprądowego lub bezpiecznika topikowego), który
zabezpiecza przed skutkami przeciÄ…\
eń i zwarć)
- dwóch ró\
nych aparatów, z których jeden zabezpiecza przed skutkami przecią\
eń a drugi
od zwarć. W takim przypadku są one instalowane w zestawach np. bezpiecznik topikowy lub
wyłącznik nadprądowy, stycznik z przekaz
nikiem termobimetalicznym.
W instalacjach elektrycznych stosuje się wyłączniki nadprądowe o charakterystykach B;C;D i
prądzie znamionowym nie większym ni\
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 zale\
ności od typu charakterystyki mają ró\
ne przeznaczenie1:
B - zabezpieczanie przewodów i odbiorników w obwodach oświetleniowych, gniazd
wtyczkowych i sterowania je\
eli przyłączane do instalacji urządzenia charakteryzują
się prądem rozruchowym nie większym ni\
3* In (gdzie: In  prÄ…d znamionowy
wyłacznika)
C - zabezpieczanie przed skutkami zwarć i przecią\
eń w instalacji, w której zastosowano
urzÄ…dzenia o prÄ…dzie rozruchowym do 5* In
D - zabezpieczanie przed skutkami zwarć i przecią\
eń w instalacji, w której zastosowano
urzÄ…dzenia o prÄ…dzie rozruchowym do 10* In
Właściwości wyłączników nadprądowych instalacyjnych zostały przedstawione w tabeli 7.
Oznaczenia poszczególnych prądów przedstawionych w tabeli 7 zostały przedstawione na
rysunku 11.
1
a 5 a 5
Przy wyznaczaniu prądu I dla celów ochrony przeciwpora\
eniowej przez samoczynne wyłączenie zasilania nale\
y przyjmować wartość prądu I , czyli I =I
(patrz tabela 7.)
Przykłady ró\
nych zabezpieczeń przedstawia rysunek 5 natomiast w tabeli 2 przedstawiono
podstawowe zestawy urządzeń słu\
ących do zabezpieczana przewodów urządzeń
elektrycznych.
Rys. 5 Ró\
ne sposoby wykonania zabezpieczeń[1]
Tab. 2 Zestawy urządzeń zabezpieczających przed skutkami zwarć i przecią\
eń przewodów[1]
UrzÄ…dzenie zabezpieczajÄ…ce Zastosowanie
od przeciÄ…\
eń od zwarć
Bezpiecznik klasy:
g - o pełnozakresowej zdolności wyłączania Tak Tak
a - o niepełnozakresowej zdolności wyłączania Nie Tak
Wyłącznik z wyzwalaczami:
- przeciÄ…\
eniowymi Tak Nie
- zwarciowymi bezzwłocznymi Nie Tak
- zwaciowymi o krótkiej zwłoce czasowej Nie Tak
Połączenie kaskadowe:
- bezpiecznik Nie Tak
- stycznik lub sterownik silnikowy z przekaz
nikiem przeciÄ…\
eniowym Tak Nie
Połączenie kaskadowe:
- bezpiecznik Nie Tak
- wyłącznik z wyzwalaczami:
- przeciÄ…\
eniowym Tak Nie
- zwarciowym bezzwłocznym Nie Tak
Połączenie kaskadowe:
- wyłącznik z wyzwalaczami:
- przeciÄ…\
eniowym Tak Nie
- zwarciowym Nie Tak
- stycznik lub sterownik silnikowy z przekaz
nikiem przeciÄ…\
eniowym Tak Nie
Parametry wyłączników:
- napięcie znamionowe bezpiecznika Un  napięcie przy którym aparat mo\
e pracować
- prąd znamionowy ciągły In  maksymalna wartość prądu, który mo\
e płynąć przez aparat
w sposób ciągły
- znamionowy prąd załączalny zwarciowy Icm  największy prąd, który bezpiecznik
mo\
e wytrzymać przy napięciu znamionowym
- prąd wyłączalny zwarciowy graniczny Icu  największa wartość prądu (wartość skuteczna
składowej okresowej prądu spodziewanego), który wyłącznik mo\
e wyłączyć w cyklu
łączeniowym: wył.  t- zał.  wył. po czym mo\
e być nie zdolny do dalszej pracy
- znamionowy prąd wyłączalny zwarciowy eksploatacyjny Ics - prąd określany w % wartości
prądu znamionowego wyłączalnego granicznego Icu tj. prąd jaki wyłącznik potrafi wyłączyć
w cyklu wył.  t  zał.  wył.  t  zał.  wył,, pozostają zdolnym do dalszej pracy
(znamionowe wartości Ics / Icu sa następujące: 0,25; 0,50; 0,75;1,00 lub 25%; 50%; 75 %;
100%)
- prÄ…d nastawczy wyzwalacza lub przekaz
nika Ir
- prÄ…d nastawczy wyzwalacza lub przekaz
nika zwarciowego Ii,
- prąd znamionowy krótkotrwały wytrzymywany Icw  wartość prądu zwarciowego, którą
wyłącznik kategorii B mo\
e wytrzymać w określonym przedziale czasowym bez obni\
ania
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 I2Tk określająca nara\
enie cieplne.
MiarÄ… nara\
eń elektrodynamicznych i cieplnych za wyłącznikiem są:
- prąd zwarciowy udarowy ip (dla wyłącznika nieograniczającego) lub prąd ograniczony
(dla wyłącznika ograniczającego),
- skutek cieplny prądu zwarciowego (całka Joule a) I2th*Tk, wyznaczona dla prądu
zwarciowego zastępczego cieplnego Ith oraz czasu trwania zwarcia Tk.
Wymagania zwarciowe stawiane zabezpieczeniom
Wszystkie aparaty elektryczne a w tym zabezpieczenia powinny charakteryzować się
dostatecznÄ… obciÄ…\
alnością zwarciową cieplną. Warunek ten nale\
y sprawdzić za pomocą
następującej zale\
ności:
(1.)
dla Tk < Tn : Ith d" Icw
(2.)
Tk
dla Tk e" Tn : Icw d" Ith
Tn
gdzie:
Tn  czas przepływu krótkotrwałego prądu n-sekundowego wytrzymywanego przez
urzÄ…dzenie, podawanego przez producenta [Tn = (0,05; 0,1; 0,25; 1; 3) s]
Icw  znamionowy prąd krótkotrwały wytrzymywany w czasie Tn podanym przez producenta
zabezpieczeń odniesiony do czasu Tn.
Tk  czas trwania zwarcia, w [s]
Urządzenia zabezpieczające powinny być tak dobrane, aby nie dopuścić do termicznego
uszkodzenia w zabezpieczanym obwodzie lub odbiorniku.
Ka\
de urządzenie zabezpieczające przed zwarciami powinno spełnić następujące warunki:
a) dla bezpieczników topikowych:
znamionowy prąd wyłączalny zwarciowy Icn e" I" przy napięciu określony warunkiem (3)
-
k
oraz cosÕk e" cosÕdop*)
- znamionowy prąd szczytowy i znamionowy prąd załączalny Icm e" ip
- znamionowy prÄ…d ograniczony wytrzymywany Iogrcw e" I"
k
b) dla wyłączników:
- znamionowy prąd wyłączalny zwarciowy (eksploatacyjny) Icn e" I" przy napięciu określony
k
warunkiem (3) oraz współczynnikiem mocy cosÕk e" cosÕdop*)
- znamionowy prąd szczytowy i znamionowy prąd załączalny zwarciowy Icm > ip
- znamionowy prąd krótkotrwały wytrzymywany (zgodnie z warunkiem 1 oraz 2):
Icw e" I"
k
gdzie:
cosÕk  współczynnik mocy charakteryzujÄ…cy obwód zwarciowy,
cosÕdop  współczynnik mocy okreÅ›lony przez producenta zabezpieczeÅ„ (wyra\
a 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 równie\
warunki:
(3.)
Ue e" Un
IB d"In (4.)
gdzie:
IB  spodziewany prÄ…d obciÄ…\
enia, w [A]
ln - prÄ…d znamionowy zabezpieczenia, w [A]
Ue  napięcie znamionowe łączeniowe, czyli napięcie dla którego została określona
znamionowa zwarciowa zdolność wyłączeniowa aparatu zabezpieczającego.
c) dla przekładników prądowych
- znamionowy prÄ…d dynamiczny**)
Idyn e" ip
- znamionowy krótkotrwały prąd cieplny (1  sekundowy)
* dla przekładników instalowanych za bezpiecznikami topikowymi:
2
I " tw
IthT1 e"
1
*)
Zgodnie z normÄ… PN-EN 60947  2:2001 nara\
enie 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 Idyn e" io .
* dla przekładników instalowanych za wyłącznikami
2
Ith "Tk
IthT1 e"
1
gdzie:
Ith - prąd zwarciowy zastępczy cieplny
IthT1 - jednosekundowy znamionowy krótkotrwały prąd cieplny przekładnika
2
I tw - całka Joule a zabezpieczenia podawana w katalogach producenta
Selektywność (wybiórczość) zadziałania zabezpieczeń
Selektywność (wybiórczość) działania przy kaskadowym połączenia bezpieczników topikowych
W ka\
dej sieci lub instalacji elektrycznej występują wspólne tory zasilające poszczególne
odbiorniki.
Końcowe zabezpieczenie odbiorników podczas wystąpienia w nim przetę\
enia (przeciÄ…\
enie
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 mo\
e powodować działania
zabezpieczeń poprzedzających. Przykład takiego układu przedstawia rysunek 6a, na którym
zabezpieczenie  B1 stanowi zabezpieczenie główne rozdzielnicy, zabezpieczenie  B2 jest
zabezpieczeniem końcowym chroniącym zasilany odbiornik. Projektując zasilanie
poszczególnych odbiorników przyłączanych do sieci lub instalacji elektrycznej nale\
y
zapewnić właściwe działanie kolejno po sobie występujących zabezpieczeń przez
sprawdzenie wybiórczego ich działania.
Wybiórczość zadziałania zabezpieczeń nazywaną popularnie selektywnością nale\
y oceniać
dla prądów zwarciowych (przy czasie trwania przetę\
enia umownie d" 0,1 s) oraz dla prądów
przeciÄ…\
eniowych (przy czasie trwania przeciÄ…\
enia umownie > 0,1 s).
Selektywność kolejno następujących po sobie zabezpieczeń dla przecią\
eń nale\
y ocenić
przez zestawienie ich charakterystyk prÄ…dowo-czasowych (t=f(I))  rys.6b. Nale\
y jednak
przy tym pamiętać, \
e charakterystyki prÄ…dowo-czasowe podawane w katalogach
producentów przedstawiane są w postaci charakterystyk pasmowych. Nakładane na siebie
charakterystyki powinny być wykreślone w jednakowej skali.
Dla czasów trwania przetę\
eń krótszych ni\
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 I2tp (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 I2tw będącą największą wartością jaką jest w stanie przepuścić
bezpiecznik podczas zwarcia przy określonym prądzie zwarciowym oraz określonej
wartoÅ›ci cosÕk charakteryzujÄ…cej obwód zwarciowy.
1. Rys 6: Zasady oceny selektywności działania bezpieczników na kolejnych stopniach[195]
a)wzajemne usytuowanie bezpieczników; b) sprawdzanie wybiórczości przecią\
eniowej na charakterystyce prÄ…dowo czasowej t = f(I);
c)sprawdzanie wybiórczości zwarciowej na charakterystyce I2t = f(I); gdzie: Id  suma prądów obcią\
enia szczytowego pozostałych
odbiorników (w przypadku braku informacji mo\
na posłu\
yć się sumą prądów znamionowych zabezpieczeń).
Przyjmuje siÄ™, \
e rozpatrywane bezpieczniki zachowują selektywność :
- w zakresie prądów przecią\
eniowych gdy ich pasmowe charakterystyki t = f(I) nie
przecinają się, a pozioma odległość jest większa jak ró\
nica prądów Id, płynących
przez nie w rozpatrywanym czasie (rys.6a oraz 6b)).
- w zakresie prądów zwarciowych je\
eli pasmowe charakterystyki I2t = f(I) nie
przecinajÄ… siÄ™ przy dowolnym prÄ…dzie zwarciowym jaki mo\
e 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 ( B1 ) i następnego ( B2 ),
która zapewnia selektywność podczas zwarć powinna być nie mniejsza ni\
1,6. Wynika z
tego, \
e wystarczającym jest by kolejno następujące po sobie bezpieczniki ró\
niły się między
sobą o dwa stopnie. Porównanie wartości całek przedłukowych (I2tp) oraz całek wyłączenia
(I2tw) tych bezpieczników dowodzi, \
e dla takiego zało\
enia powstaje niejednoznaczność z
uwagi na to, \
e I2pB1=I2wB2 (patrz tabela 3, np. bezpieczniki o prÄ…dach znamionowych 16A i
25A charakterystyce gG posiadają stosunek prądów równy 1,6; ich całki Joule a spełniają
równanie: I2tpB1 = I2twB2 co powoduje, \
e pełna selektywność nie zostanie zachowana).
Tabela 3: Prądy probiercze i wartości graniczne I2t wkładki bezpiecznikowewj gG i gM w próbie wybiórczości (IEC 60269-2-1)
PrÄ…d
Minimalne I2t przedłukowe Maksymalne I2t wyłączania
znamionowy
Stosunek
[A]
PrÄ…d I2tP PrÄ…d I2tw
wybiórczości
spodziewany [kA] [A2s] spodziewany [kA] [A2s]
2 0,013 0,67 0,064 16,4
4 0,035 4,90 0,130 67,6
nie jest
6 0,064 16,40 0,220 193,6
określony
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
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
1 : 1,6
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 zało\
enie pozwala na uzyskanie niepełnej selektywności gdzie świadomie rezygnuje się
z selektywności przy zakłóceniach o małym prawdopodobieństwie wystąpienia.
W celu zachowania pełnej selektywności nale\
y spełnić warunek:
InB1/InB2 > 1,6 (5)
czyli:
I2tpB1 e" 1,4* I2twB2 (6)
co w praktyce sprowadza się do zachowania ró\
nicy pomiędzy nimi o trzy stopnie a nie jak
podajÄ… producenci o dwa stopnie (bezpieczniki o prÄ…dach 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.
Tab.4 :stosunek prądów znamionowych kolejnych wkładek bezpiecznikowych zapewniających wybiórczość zwarciową wg danych wytwórcy (APENA)*)
Wkładka bezpiecznikowa Wkładka bezpiecznikowa Stosunek prądów znamionowych
wyłączająca zwarcie o prądzie przetrzymująca zwarcie o prądzie InB1/InB2
znamionowym InB2 znamionowym InB1
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 \
ądana wybiórczości całkowitej nale\
y porównać całki Joule a kolejno następujących po sobie
bezpieczników. Je\
eli spełniony jest warunek I2tpInB1 e" 1,4* I2twInB2 , całkowita selektywność zostanie zachowana.
Przedstawione w tabeli 4 wartości InB1/InB2 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
mo\
na uzasadnić tym, \
e np. zwarcie trójfazowe w obwodach zachodzi bardzo rzadko.
Selektywność (wybiórczość) działania przy kaskadowym połączenia bezpiecznika topikowego z wyłącznikiem
nadprÄ…dowym
W układzie bezpiecznik  wyłącznik (rys.7 oraz 8) selektywność jest zapewniona dla prądów
Ik nie przekraczających wartość Ik1 wynikającej z przecięcia nało\
onych na siebie
charakterystyk prÄ…dowo-czasowych. Gdy prÄ…d 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 I2t=f(I ) zabezpieczeń
k
Uwaga! W zale\
ności od prądu znamionowego bezpiecznika topikowego, przy kaskadowym
połączeniu wyłącznika nadprądowego (rys. 7) S301B16 selektywność jest zachowana dla
prądów zwarć nie przekraczających wartości:
a) WTNgG63  Ik1 d" 3,0kA ;
b) WTNgG50 - Ik1 d" 2,0kA ;
c) WTNgG35 - Ik1 d" 1,15kA .
Rys.8: Selektywność pomiędzy bezpiecznikiem topikowym a wyłącznikiem nadprądowym przy spodziewanym prądzie zwarciowym I
k
a) schemat połączenia; b) charakterystyka czasowo-prądowa t =f(Ik) (selektywność jest zapewniona dla wartości prądów mniejszych ni\
Ik1,
przy prądzie zwarciowym większym lub równym Ik1 selektywność jest nie zachowana)
Tab.5: Największa wartość spodziewanego prądu zwarcia I w [kA], przy której zapewniona jest selektywność działania wyłącznika S 300 B z
k
poprzedzającym bezpiecznikiem gG  dane zaczerpnięto z katalogu firmy Legrand-Fael
Prąd znamionowy Największy spodziewany prąd zwarcia w [kA] przy bezpieczniku o prądzie znamionowym
wyłącznika [A]
20 A 25 A 35 A 50 A 63 A 80 A 100 A 125 A 160 A
wyłączającego zwarcie
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 w [kA], przy której zapewniona jest selektywność działania wyłącznika S 300 C z poprzedzającym
k
bezpiecznikiem gG  dane zaczerpnięto z katalogu firmy Legrand-Fael
Prąd znamionowy Największy spodziewany prąd zwarcia w [kA] przy bezpieczniku o prądzie znamionowym
wyłącznika [A]
6 A 10 A 16 A 20 A 25 A 35 A 50 A 63 A 80 A 100 A 125 A 160 A
wyłączającego zwarcie
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
0,44 0,6 1,15
8 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
0,38 0,55 0,9 1,8 2,7 6
16 6 6 6
0,52 0,9 1,8 2,7 3,8
20 6 6 6
0,9 1,8 2,5 3,8
25 6 6 6
1,4 1,8 3,4
32 4,6 6 6
1,4 1,8 3
40 4 6 6
1,4 1,6
50 2 6 6
63 5,5 5,5
Tab.7: Największa wartość spodziewanego prądu zwarcia I w [kA], przy której zapewniona jest selektywność działania wyłącznika S 300 D z poprzedzającym
k
bezpiecznikiem gG  dane zaczerpnięto z katalogu firmy Legrand-Fael
Prąd znamionowy Największy spodziewany prąd zwarcia w [kA] przy bezpieczniku o prądzie znamionowym
wyłącznika [A]
6 A 10 A 16 A 20 A 25 A 35 A 50 A 63 A 80 A 100 A 125 A 160 A
wyłączającego zwarcie
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
0,40 0,60 1,1
8 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
0,32 0,55 0,8 1,7
13 3,0 5,2 6 6 6
0,55 0,8 1,7 2,7
16 5,2 6 6 6
0,52 0,8 1,7 2,8 5,2
20 6 6 6
0,75 1,6 2,4 3,5
25 6 6 6
1,2 1,7 3,3
32 4,2 6 6
1,2 1,7 3,1
40 4,2 6 6
1,2 1,5
50 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 wyposa\
one są w wyzwalacze magnetyczne dwuczłonowe (bezzwłoczne i zwłoczne) lub tylko zwłoczne, o
krótkiej nastawialnej zwłoce czasowej wynoszącej co najmniej "t = 100 ms  (wyłączniki instalacyjne wyposa\
one 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  B2 dla prądów mniejszych
od dolnej granicy jego zadziałania wyłącznika  B1 . 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 ró\
nych 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 oraz B ;
1 2
Tab.8: Właściwości wyłączników instalacyjnych nadprądowych
charakterystyka Wyzwalacz przeciÄ…\
eniowy termobimetalowy Wyzwalacz przeciÄ…\
eniowy elektromagnetyczny
PrÄ…d I1 PrÄ…d I2 Czas PrÄ…d I4 PrÄ…d I5 Czas
zadziałania zadziałania
B 1,13*In e" 1h 3*In e" 0,1 s
1,45*In <1h 5*In < 0,1 s
C 1,13*In e" 1h 5*In e" 0,1 s
1,45*In <1h 10*In < 0,1 s
D 1,13*In e" 1h 10*In e" 0,1 s
1,45*In <1h 20*In < 0,1 s
Komentarz [E1]: To siÄ™ powtarza
Rys.11 Charakterystyki wyłączników nadprądowych zawierające oznaczenia charakterystycznych prądów (ilustracja tabeli 8)
Porównanie charakterystyk czasowo-prądowych ró\
nych wyłączników przedstawia rysunek
12.
3. Rys.12: Wzajemne usytuowanie charakterystyk czasowo-prądowych wyłączników nadprądowych instalacyjnych o ró\
nych charakterystykach [1]
Wyłączniki w zale\
ności od typu charakterystyki mają ró\
ne przeznaczenie:
B  zabezpieczanie przewodów i odbiorników w obwodach oświetleniowych, gniazd
wtyczkowych i sterowania,
C  zabezpieczanie przed skutkami zwarć i przecią\
eń w instalacji, w której zastosowano
urzÄ…dzenia o prÄ…dzie rozruchowym do 5* In
D zabezpieczanie przed skutkami zwarć i przecią\
eń w instalacji, w której zastosowano
urzÄ…dzenia o prÄ…dzie rozruchowym do 10*In
Przykład 1
Wyłącznik  B1 : S301C25; wyłącznik  B2 : S301B16.
Granica niejednoznaczności równa jest prądowi dolnej granicy zadziałania wyłącznika
S301C25 i wynosi: 5 Å" 25 = 125A , prÄ…d zwarciowy o wartoÅ›ci wiÄ™kszej ni\
125 A mo\
e
spowodować zadziałanie obydwu wyłączników, natomiast prąd zwarciowy równy górnej
granicy zadziaÅ‚ania tego wyÅ‚Ä…cznika wynoszÄ…cej: 10 Å" 25 = 250A spowoduje zadziaÅ‚anie obydwu
wyłączników. Selektywność zostanie zachowana jedynie dla prądów o wartości nie większej
ni\
125A (górna granica zadziałania wyłącznika nadprądowego typu S301B16 wynosi
5 Å"16 = 80A .
Tak małe prądy zwarciowe jak w przedstawionym przykładzie mogą wystąpić jedynie
w odległej od z
ródła instalacji odbiorczej. Dlatego te\
w praktycznych rozwa\
aniach nale\
y
przyjmować, \
e dwa wyłączniki instalacyjne nadprądowe połączone kaskadowo nie będą
selektywne pomimo zachowania właściwego stosunku ich prądów znamionowych bez
względu na typ charakterystyki zastosowanego wyłącznika.
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  B1
powinien posiadać wyzwalacz zwłoczny z regulowaną nastawą czasową, a wyłącznik  B2
wyzwalacz bezzwłoczny.
Na rysunku 14 przedstawiono zasadÄ™
projektowania zabezpieczeń nadprądowych w sieci
promieniowej spełniających warunek
selektywności.
Rys.13: Selektywność działania wyłączników o ró\
nych prÄ…dach
znamionowych, z których jeden (1) ma wyzwalacz ze zwłoką
czasowa a) schemat połączenia, b) charakterystyka czasowo
prądowa, "t  czas opóz
nienia działania wyzwalacza zwarciowe
(niemniej ni\
100 ms)
Rys.14: Selektywność w układzie sieci promieniowej wielostopniowej z
wyłącznikami
a) układ połączeń, b) po\
Ä…dany przebieg charakterystyk I=f(t) pozwalajÄ…cy
za zachowanie selektywności podczas zwarcia. Ik  prąd zwarciowy, Iwz 
prąd działania wyzwalaczy zwarciowych bezzwłocznych, Iwzs  prądy
wyzwalaczy zwarciowych z krótką zwłoką czasową
Takich przypadkach jedynie ostatni wyłącznik (B3) mo\
e 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 nale\
y
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 ró\
nicowoprÄ…dowych
Przy kaskadowym połączeniu wyłączników ró\
nicowoprądowych selektywność
zostaje zachowana je\
eli:
a) ich zestawione pasmowe charakterystyki I=f(I") nie przecinajÄ… siÄ™, a pozioma
odległość jest większa ni\
wartość ró\
nicy prądów ró\
nicowych przez nie
płynących (rys.15),
b) ka\
dy poprzedzający wyłącznik posiada odpowiednią zwłokę zadziałania w
stosunku do następnego (za wyjątkiem ostatniego)
Rys.15: Zasady doboru znamionowego ró\
nicowego prądu zadziałania wyłączników ró\
nicowoprÄ…dowych
a) schemat zasilania b) zestawienie charakterystyk wyłączników
W obwodzie, w którym ustalony prąd ró\
nicowy posiada wartość I"max, nale\
y dobrać
wyłącznik ró\
nicowoprądowy prądzie zadziałania spełniającym następujący warunek:
I"n e" 2"kb "I" max
(7)
gdzie:
kb  współczynnik bezpieczeństwa przyjmowany z przedziału (1,2 -1,5), w [-]
I" max - największy spodziewany prąd ró\
nicowy zabezpieczanego obwodu, w [mA].
Wyłącznik W1 powinien być wyłącznikiem selektywnym o właściwej zwłoce czasowej oraz
spełniać następujący warunek w stosunku do ka\
dego wyłącznika W2 połączonego z nim w
kaskadzie:
I"nW1 e" 2Å"kb Å"(I"nW2 + I"x )
(8)
gdzie:
I"x  największy ustalony prąd ró\
nicowy oddziałujący na wyłącznik W2 (największy
spodziewany prąd ró\
nicowy stanowiący sumę prądów ró\
nicowych wszystkich
rozpatrywanych obwodów), w [mA].
Częstym błędem popełnianym przez projektantów jest zabezpieczanie wyłącznikami
ró\
nicowoprądowymi tylko wybranych obwodów co zostało zilustrowane na rysunku 16.
Rys.16: Przykład zasilania przy niepełnym wyposa\
eniu obwodów w wyłączniki ró\
nicowoprÄ…dowe[195]
W przypadku zasilania obwodów w sposób przedstawiony na rysunku 16, nale\
y
być świadomy, \
e obwody nr 4  6 nie spełniają warunku selektywności w odniesieniu do
poprzedzającego go wyłącznika ró\
nicowoprądowego. Nadmierna wartość prądów
doziemnych w tych obwodach spowoduje zadziałanie głównego wyłącznika
ró\
nicowoprÄ…dowego co spowoduje przerwÄ™ 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
przypadku nale\
y 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
Pz1 5000
IB21 = = = 7,60A
3 "Un " cosÕ 3 " 400 " 0,95
Pz2 15000
IB21 = = = 22,79A
3 "Un " cosÕ 3 " 400 " 0,95
Pz3 10000
IB21 = = = 15,19 A
3 "Un " cosÕ 3 " 400 " 0,95
Pz4 25000
IB21 = = = 37,98A
3 "Un " cosÕ 3 " 400 " 0,95
Na podstawie wyznaczonych poszczególnych obwodów nale\
y przyjąć następujące
zabezpieczenia:
WTNgG10 - In21 = 10 A
WTNgG25 - In22 = 25A
WTNgG16 - In23 = 16 A
WTNgG40 - In24 = 40A
Przy obliczaniu prądów obcią\
enia w polach odpływowych przyjęte zostały moce szczytowe,
w celu obliczenia prÄ…du obciÄ…\
enia szczytowego w polu dopływowym nale\
y uwzględnić
współczynnik jednoczesności (w przypadku braku informacji o jego wartości mo\
na
przyjmować wartość 0,7):
4
Psz = kj " = 0,7 Å" (5 + 10 + 15 + 25) = 38,50kW
"P
nzi
i=1
Psz 38500
Zatem obciÄ…\
enie szczytowe: IBsz = = = 58,49A
3 "Un " cosÕ 3 " 400 " 0,95
Na tej podstawie nale\
y przyjąć główne zabezpieczenie o prądzie znamionowym In1 = 63 A.
Sprawdzenie dobranych zabezpieczeń pod względem selektywności zadziałania:
In1 63
= = 6,3 > 1,6 - warunek selektywności podczas zwarć będzie zachowany;
In21 10
In1 63
= = 2,52 > 1,6 - warunek selektywności podczas zwarć będzie zachowany;
In22 25
In1 63
= = 3,94 > 1,6 - warunek selektywności podczas zwarć będzie zachowany;
In23 16
In1 63
= = 1,57 < 1,6 - warunek selektywności podczas zwarć nie będzie zachowany.
In24 40
Nale\
y zatem zwiększyć wartość prądu znamionowego zabezpieczenia głównego In1 do
wartości 80 A i ponownie sprawdzić warunek:
In1 80
= = 2 > 1,6
In24 40
Przy zabezpieczeniu głównym o wartości prądu znamionowego In1 = 80 A, będzie
zapewniona pełna selektywność dla zwarć we wszystkich obwodach odbiorczych.
Selektywność ze względu na przecią\
alność nale\
y sprawdzić w odniesieniu do
zabezpieczenia o największym prądzie znamionowym:
Ix = In1 - (In21 + In22 + In23) = 80  (10 + 25 + 16) = 29 A
In1  In24 = 80  40 = 40 A > Ix = 29 A
Nale\
y zatem uznać, \
e warunek selektywności zostanie równie\
spełniony dla przecią\
eń
zachodzÄ…cych w dowolnym obwodzie odbiorczym.
Przykład 3
Sprawdzić selektywność zadziałania zabezpieczeń podczas zwarć przy kaskadowym
połączeniu dwóch bezpieczników topikowych o następujących prądach znamionowych:
B1: In1 = 40 A
B2: In2 = 25 A
In1 40
= = 1,6
In2 25
Rys.P3Schemat do przykładu P3
Zgodnie z zaleceniami podawanymi w katalogach producentów bezpieczników topikowych,
selektywność ich zadziałania podczas zwarć będzie zachowana.
Nale\
y jednak zwrócić uwagę, \
e nie do końca jest to prawdziwe twierdzenie.
Cała przedłukowa Joule a I2tp bezpiecznika o prądzie znamionowym 40 A ma taką samą
wartość jak całka Joule a wyłączenia bezpiecznika o prądzie znamionowym 25A:
I2tpA =I2tWB = 4000 A2 s.
czyli:
I2tpA 4000
= = 1,00
I2twB 4000
Charakterystyki bezpieczników stykają się co powoduje powstanie niejednoznaczności w
ocenie selektywności. Sytuacja zmienia się diametralnie w przypadku zwiększenia o wartości
zabezpieczenia B1 o jeden stopień, tj. do wartości 50 A. Wówczas:
In1 50
= = 2 > 1,6
In2 25
I2tpB1 = 5750 A2 s > I2twB2 = 4000 A2 s.
I2tpB1 5570
= = 1,43
I2twB2 4000
Zatem przy tak dobranych wartościach bezpieczników spełniony zostaje warunek:I2tpB1 e"1,4 *
I2twB2.
Zabezpieczanie silników
Zabezpieczenie zwarciowe
Ka\
dy silnik powinien posiadać indywidualne zabezpieczenie zwarciowe, a w przypadku
zasilania grupy silników nale\
y równie\
zastosować zabezpieczenie grupowe.
W niektórych przypadkach (np. małe wentylatory wyciągowe) dopuszczalne jest zastosowanie
tylko zabezpieczenia grupowego.
W przypadku zastosowania tylko zabezpieczenia grupowego nale\
y je dobierać w taki
sposób, by zwarcie w dowolnym silniku powodowało jego zadziałanie.
Zastosowany aparat zabezpieczający musi posiadać zdolność wyłączania prądów
zwarciowych.
PrÄ…d znamionowy zabezpieczenia nale\
y tak dobrać, aby był on mo\
liwie bliski wartości
prądu znamionowego silnika, a jednocześnie umo\
liwiał jego rozruch (zabezpieczenie nie
mo\
e 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:
Ir (9)
max
IBr =
Ä…
IBr d" In
(10)
gdzie:
IBr - prÄ…d obciÄ…\
enia przyjmowany dla celów doboru zabezpieczanego silnika będącego
podczas rozruchu, w [A]
Ir - maksymalna wartość skuteczna prądu rozruchowego silnika, w [A] - podawana w
max
katalogach producentów silników
ą - współczynnik częstości rozruchu (tabela 9), w [-]
In - prąd znamionowy przyjętego bezpiecznika, w [A]
Ir = kr Å"Ins - prÄ…d rozruchowy silnika, w [A]
Pns
Ins = - prÄ…d znamionowy zabezpieczanego silnika, w [A]
3 Å"Un Å" cosÕs Å" ·s
Pns - moc znamionowa zabezpieczanego silnika, w [kW]
Un - znamionowe napięcie zasilające zabezpieczanego silnika, w [V]
cosÕs - współczynnik mocy zabezpieczanego silnika, w [-]
·s - sprawność zabezpieczanego silnika, w [-]
Ir
kr = - współczynnik rozruchu zabezpieczanego silnika, w [-]
Ins
Ä…
Tab.9:Wartość współczynnika częstości rozruchu silników ą
Ä…
Ä…[20]
Wkładka topikowa bezpiecznika o działaniu
Rodzaj rozruchu silnika
szybkim zwłocznym
2.5 - 3.0
lekki 2.0 - 2.5
2.0 - 2.5
średni 1 .8 - 2.0
ciÄ™\
ki 1 .5 - 1 .8 1.8-2.0
Wartości mniejsze współczynnika a dotyczą rozruchów o większej częstości (więcej ni\
kilka na dobÄ™).
W przypadku zabezpieczenia topikowego dobieranego dla grupy silników, uruchamianych pojedynczo
po zaniku napięcia, prąd znamionowy In bezpiecznika topikowego musi spełniać następujący warunek:
(I0 - Ins )+ Ir (11)
max max
I0 d" In e"
Ä…
gdzie:
I0 - prÄ…d obciÄ…\
enia grupy silników (suma prądów znamionowych wszystkich silników w grupie),
w [A]
Ins - prąd znamionowy silnika zainstalowanego w grupie, który posiada największy prąd rozruchowy
max
Ir , w [A].
max
Uwaga!
W przypadku gdy występuje mo\
liwość samorozruchu silników po zaniku i powtórnym
powrocie napięcia, prąd znamionowy bezpiecznika topikowego musi spełniać następujący
warunek:
m
(12)
"I
rimax
i=1
In e"
Ä…
gdzie:
Iri - maksymalna wartość prądu rozruchowego i-tego silnika w zabezpieczanej grupie, w
max
[A]
m - liczba silników, w [-].
Uwaga!
W przypadku zabezpieczenia silników wyłącznikami wyposa\
onymi w wyzwalacz
elektromagnesowy działający bezzwłocznie, prąd nastawy powinien spełniać warunek:
Iwe e" 1,2 Å"Ir
(13)
gdzie:
Iwe - prÄ…d nastawczy wyzwalacza lub przekaz
nika elektromagnesowego, w [A],
Ir  prÄ…d rozruchowy silnika.
Uwaga!
a. W przypadku stosowania wyłączników nadprądowych o charakterystyce C lub D
prąd znamionowy zabezpieczenia musi spełniać następujące warunki:
a) pojedynczy silnik:
In e" Ins (14)
I4 e" Ir
gdzie:
I4 - dolna granica zadziałania wyzwalacza przecią\
eniowego elektromagnetycznego
(patrz tab. 7)
Ir  prÄ…d rozruchowy silnika.
b) nie zabezpiecza się grupy silników wyłącznikami nadprądowymi.
c) Przy zastosowaniu wyłącznika silnikowego:
Iwp e" Ins
(15)
Zabezpieczenie przeciÄ…\
eniowe
PrÄ…d nastawiony na zabezpieczeniu przeciÄ…\
eniowym powinien spełniać warunek:
Iwp = 1,1Å"Ins
(16)
gdzie:
Iwp - prÄ…d nastawiony na wyzwalaczu przeciÄ…\
eniowym, w [A]
Ins - prÄ…d znamionowy zabezpieczanego silnika, w [A].
Uwaga!
Niektóre z
ródÅ‚a podajÄ…: Iwp = (1÷1,05)Å"Ins . Autorzy zalecajÄ… stosowanie nastawy Iwp = 1,1Å"Ins , która
została wielokrotnie sprawdzona w praktyce.
Stosowanie mniejszej nastawy dla zabezpieczenia przeciÄ…\
eniowego, w przypadku pojawiajÄ…cych
się w sieci lub w instalacji przepięć mo\
e powodować niekontrolowane zadziałanie
zabezpieczenia.
Jako zabezpieczenie przeciÄ…\
eniowe stosuje siÄ™ Å‚Ä…czniki wyposa\
one w przekaz
niki
termobimetalowe (w przypadku zastosowania wyłączników silnikowych przekaz
nik
temobimetalowy jest zbędny, poniewa\
stanowi wyposa\
enie 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 niepo\
Ä…danych
następstw, takich jak np. zagro\
enie \
ycia 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 u\
ytku.
Tabela 10: Dane znamionowe trójfazowych silników indukcyjnych klatkowych powszechnego zastosowania [20]
Typ silnika P n I [A] · Õ I /I M /M M /M
n n n · cos Õ r n r n max n
·n Õn
· Õ
[kW] [obr/min]
[%]
Sf 90S-2-K 1,5 2845 3,5 78 0,84 5,8 2,5 2,6
Sf 90L-2-K 2,2 2860 4,8 82 0,85 6,5 2,9 2,9
Sf 100L-2-K 3,0 2880 6,4 82 0,87 7,0 2,5 2,5
Sf 112M-2-K 4,0 2800 8,4 85 0,87 7,0 2,4 2,5
Sf 132S-2A-K 5,5 2900 11,2 86 0,87 5,3 1,9 2,3
Sf 132S-2B-K 7,5 2900 14,8 87,5 0,88 5,5 2,0 2,4
Sf 90S-4-K 1,1 1415 2,9 74 0,79 4,7 2,0 2,2
Sf 90L-4-K 1,5 1415 3,7 77 0,79 5,3 2,4 2,7
Sf 100L-4A-K 2,2 1420 5,2 80 0,80 5,7 2,3 2,5
Sf 100L-4B-K 3,0 1420 7,0 81 0,80 6,0 2,7 3,0
Sf 112M-4-K 4,0 1440 8,9 83,5 0,82 6,7 2,3 2,5
Sf 132-4-K 5,5 1458 12,1 85,5 0,81 6,7 2,2 2,9
Sf 132M-4-K 7,5 1450 15,3 87,5 0,85 7,0 2,3 2,7
Sf 90S-6-K 0,75 905 2,3 70 0,72 3,4 1,8 1,9
Sf 90L-6-K 1,1 905 3,1 73 0,74 3,7 1,9 2,1
Sf 100L-6-K 1,5 930 4,0 76 0,75 4,5 2,1 2,4
Sf 112M-6-K 2,2 950 5,3 78 0,74 4,9 2,0 2,4
Sf 132S-6-K 3,0 940 6,5 82,5 0,85 5,5 2,0 2,7
Sf 132M-6A-K 4,0 940 8,6 84 0,84 5,8 2,1 2,8
Sf 132M-6B-K 5,5 950 11,9 85 0,84 6,5 2,1 2,8
Sf 90S-8-K 0,37 670 1,4 62 0,65 3,0 1,6 1,8
Sf 90L-8-K 0,55 670 1,9 65 0,66 3,0 1,6 1,8
Sf 100L-8A-K 0,75 695 2,4 70 0,67 3,3 1,8 1,9
Sf 100L-8B-K 1,1 695 3,4 72 0,69 3,6 1,9 2,0
Sf 112M-8-K 1,5 705 4,3 73 0,73 3,9 1,7 2,0
Sf 132S-8-K 2,2 710 5,6 80 0,75 5,0 1,8 2,5
Sf 132M-8-K 3,0 710 7,3 81 0,77 5,0 1,8 2,5
Ka\
dy silnik trójfazowy jest wra\
liwy na pracę niepełnofazową. W celu uniknięcia skutków
powodowanych brakiem (zanikiem) napięcia w jednej fazie, zabezpieczenie zanikowe silnika
mo\
e zostać uzupełnione zabezpieczeniem od pracy niepełnofazowej, którym mo\
e być
detektor zaniku faz.
Detektor zaniku faz nale\
y 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 przecią\
eniowe włącza się w
szereg z uzwojeniami fazowymi silnika i nastawia na prąd określony poni\
szym wzorem:
In
(17)
Iwp = E" 0,58 * In
3
Po załączeniu zasilania uzwojenia silnika połączone są w gwiazdę. Po uzyskaniu du\
ej
prędkości obrotowej silnika układ przełącznika gwiazda/trójkąt przełączy uzwojenia w układ
połączeń trójkąta.
Operacji przełączenia mo\
e 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 mo\
e być stosowany do rozruchu silników
1
nieobciÄ…\
onych lub przy obciÄ…\
eniu momentem oporowym M d" M .
o n
3
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