Instytut Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej Zabezpieczenia przewodów i kabli elektroenergetycznych
W celu ochrony przewodów i kabli elektroenergetycznych przed przekroczeniem ich
temperatury ponad wartość graniczną dopuszczalną stosuje się zabezpieczenia
przetężeniowe, powodujące samoczynne wyłączenie zasilania w przypadku zwarć lub
Instalacje elektryczne  wykład
długotrwałych przeciążeń.
Realizacja:
" jedno urządzenie (wyłącznik lub bezpiecznik) chroniące zarówno przed skutkami
zwarć, jak i przeciążeń
" dwa różne urządzenia: jedno chroni przed skutkami zwarć, drugie przed skutkami
SELEKTYWNOŚĆ ZABEZPIECZEC

przeciążeń (np. bezpiecznik + stycznik z przekaz
nikiem przeciążeniowym)
W INSTALACJACH ELEKTRYCZNYCH
NISKIEGO NAPI
CIA
Dr inż. Janusz Konieczny
Rys. Sposoby realizacji zabezpieczeń przewodów i
urządzeń przed skutkami przetężeń
Oznaczenia:
PT - przekaz
nik przeciążeniowy
WT - wyzwalacz przeciążeniowy
>I - wyzwalacz elektromagnetyczny
Wrocław 2012
2
Selektywność działania zabezpieczeń  uwagi ogólne Selektywność działania zabezpieczeń  uwagi ogólne
Zabezpieczenia pracujące w układzie szeregowym (np. obwód rozdzielczy - obwód
odbiorczy) powinny być skoordynowane, tzn. powinny działać selektywnie
(wybiórczo).
Oznacza to, że na zakłócenie powinno zareagować urządzenie zabezpieczające:
w miejscu najwłaściwszym, wyłączając tylko obwód dotknięty uszkodzeniem, nie
pozbawiając zasilania innych obwodów,
które ma odpowiednią zdolność wyłączania i czynność wyłączenia wykona
poprawnie.
a)
b)
B B
CA C
A
D D
Rys. Współpraca zabezpieczeń połączonych szeregowo:
a) bezpiecznik - bezpiecznik
Rys. Działanie zabezpieczeń w szeregowo pracujących obwodach A i B:
b) wyłącznik - wyłącznik
a) selektywne, b) nieselektywne
c) bezpiecznik - wyłącznik
d) wyłącznik - bezpiecznik
Zapewnienie selektywności zabezpieczeń wymaga znajomości:
" charakterystyk czasowo-prÄ…dowych (t I),
" charakterystyk całek Joule'a (I2t I) w przypadku wyłączania zwarć wczasie t d" 0,1 s
3 4
Selektywność działania zabezpieczeń  uwagi ogólne Selektywność działania układu bezpiecznik  bezpiecznik
Selektywność całkowita - zabezpieczenia działają wybiórczo niezależnie od A B
okoliczności.
Przykład:
Wkładki bezpiecznikowe pracujące szeregowo działają selektywnie, gdy:
przy największym spodziewanym prądzie zwarciowym,
" pasmowe charakterystyki czasowo-prądowe w zakresie prądów przeciążeniowych (dla
przy niekorzystnym zbiegu odchyłek wartości ich parametrów.
t > 0,1 s) nie nakładają się, a pozioma odległość między nimi jest większa niż różnica
prądów roboczych Id płynących przez obie wkładki (na rys.: Id =IC +ID),
" charakterystyki całek Joule'a (I2t I) dla zakresu prądów zwarciowych nie przecinają się.
Selektywność częściowa - zabezpieczenia działają wybiórczo w przypadku
przeważającej części zakłóceń, a rezygnuje się z wybiórczości przy
zakłóceniach o małym prawdopodobieństwie.
Przykład: przy projektowaniu urządzeń oblicza się największy spodziewany
prÄ…d zwarciowy (przy 3-fazowym zwarciu metalicznym), a w trakcie
eksploatacji okazuje się, że przekroczenie 70 % tej wartości jest bardzo mało
prawdopodobne, ponieważ w instalacjach przeważają zwarcia 1-fazowe,
rzadziej zdarzajÄ… siÄ™ 2-fazowe, a jeszcze rzadziej 3-fazowe. Ponadto zwarcie
może zachodzić przez niepomijalną impedancję pośredniczącą.
Rys. Przebiegi charakterystyk układu bezpiecznik  bezpiecznik zapewniającego selektywność:
a) w zakresie prądów przeciążeniowych, b) w zakresie prądów zwarciowych
5 6
Selektywność działania układu bezpiecznik  bezpiecznik Selektywność działania układu bezpiecznik  bezpiecznik
" Porównanie pasmowych charakterystyk czasowo-prądowych (t-I) w zakresie dużych
prądów zwarciowych (dla t d" 0,1 s) może prowadzić do mylnych wniosków, ponieważ
przy dużych wartościach prądów zwarciowych charakterystyki t I operują umownymi
a nie rzeczywistymi wartościami prądu i czasu (nie uwzględniają składowej
nieokresowej prÄ…du zwarciowego, istotnej przy obliczaniu energii wydzielanej przy
krótkich czasach zwarcia);
" Posługiwanie się charakterystykami całek Joule'a (I2t I) przy czasach t > 0,1 s nie
jest konieczne  zakłada się, że nagrzewanie nie ma charakteru adiabatycznego.
W praktyce:
" dla zapewnienia zwarciowej selektywności działania bezpieczników tego samego
typu połączonych szeregowo:
InA e" 1,6
InB
" przy stosowaniu wkładek bezpiecznikowych różnego typu należy upewnić się, że
całka Joule'a przetrzymywania wkładki umieszczonej bliżej zasilania jest nie
mniejsza niż całka Joule'a kolejnej wkładki, która powinna zadziałać
Rys. Przebieg charakterystyk pasmowych bezpieczników topikowych
7 8
Selektywność działania układu bezpiecznik  bezpiecznik Selektywność działania układu bezpiecznik  bezpiecznik
Rys. Charakterystyki najmniejszych wartości
całek Joule a wyłączania wkładek BiWts
Rys. Charakterystyki pasmowe całek Joule a wkładek topikowych
BiWtz o prÄ…dach 35 A i 63 A
Rys. Charakterystyki największych wartości
całek Joule a wyłączania wkładek BiWts
9 10
Selektywność działania układu bezpiecznik  bezpiecznik Selektywność działania układu wyłącznik  wyłącznik
Producenci bezpieczników często podają dla swoich wyrobów zasady t B A
I
d
szeregowej współpracy bezpieczników zapewniających ich selektywne
działanie.
I
d
Wkładka Wkładka
bezpiecznikowa o bezpiecznikowa o
Stosunek prądów
prÄ…dzie prÄ…dzie
znamionowych
znamionowym InB2 znamionowym InB1
InB2 do InB1
wyłączająca przetrzymująca
I
zwarcie zwarcie
Rys. Warunki selektywnego działania wyzwalaczy przeciążeniowych (a) i zwarciowych (b) w
gF gG 1 : 1
układzie wyłącznik-wyłącznik
gF gF 1 : 1,6
gG gG 1 : 1,6
gG gF 1 : 2,5 Selektywność działania:
aM gG 1 : 3,0
1. wyzwalacze przeciążeniowe - tak samo, jak w przypadku bezpieczników
2. wyzwalacze zwarciowe - w zasadzie niemożliwa
" selektywność jest możliwa tylko dla prądu zwarciowego nie przekraczającego
wartości prądu niezadziałania wyzwalacza pierwszego wyłącznika IntA (od
strony zasilania)
" selektywność działania w zakresie prądów zwarciowych można uzyskać
stosując jako pierwsze zabezpieczenie wyłącznik działający z odpowiednio
długą zwłoką czasową "t
" dla wył. el.-mech.: "t e"150 ms
" dla wył. elektron.: "t e" 70 ms
11 12
Selektywność działania układu wyłącznik  wyłącznik Selektywność działania układu bezpiecznik  wyłącznik
Konfiguracja bezpiecznik - wyłącznik stosowana jest w polskich instalacjach
najczęściej, ponieważ zgodnie z wymaganiami dotyczącymi zasad budowy
instalacji elektrycznych w budynkach obwody odbiorcze powinny być
zabezpieczane przez samoczynne wyłączniki nadprądowe (instalacyjne).
Kryteria wybiórczości w takiej konfiguracji są jednoznaczne i łatwe do
sprawdzenia:
w zakresie prądów przeciążeniowych pasmowe charakterystyki t - I nie
powinny się przecinać, a pozioma odległość między nimi powinna być
większa niż różnica prądów płynących w rozpatrywanym czasie przez oba
aparaty,
w zakresie spodziewanych prądów zwarciowych pasmowe charakterystyki
I2t = f(Ip) obu aparatów nie powinny się przecinać.
13 14
Selektywność działania układu bezpiecznik  wyłącznik Selektywność działania układu bezpiecznik  wyłącznik
s t 2 2
s t A s I t
Bi Wtz 25
Bi Wtz 32
B 16
B 16
B 16
gG 50
gG 35
gG 25
I
I
I
80
80 I A
g
A
0,6 1,2 2,0
kA
Rys. Określanie selektywnej współpracy
Rys. Określanie selektywnej współpracy wyłącznika
wyłącznika instalacyjnego B16 i bezpiecznika
instalacyjnego B16 i bezpiecznika Bi-Wtz 25 A na
Rys. Określanie granic selektywnej współpracy wyłącznika instalacyjnego B16 i
Bi-Wtz 32 A na podstawie charakterystyk
podstawie charakterystyk czasowo-prÄ…dowych: brak
bezpieczników instalacyjnych typu gG na podstawie charakterystyk I2 t = f(Ip):
czasowo-prądowych: selektywność zachowana
selektywnej współpracy w zakresie małych prądów
na wykresie zaznaczono graniczne wartości prądów zwarciowych
aż do zaznaczonej na wykresie granicznej
zwarciowych (do ok. 80 A)
zapewniających selektywną współpracę
wartości prądu zwarciowego Ig
15 16
Selektywność działania układu bezpiecznik  wyłącznik Selektywność działania układu wyłącznik  bezpiecznik
W katalogach wielu producentów podawane są informacje pozwalające na
określenie granic selektywnej współpracy bezpieczników z wyłącznikami
" Kryteria selektywności układu wyłącznik-bezpiecznik - takie same jak w układzie
samoczynnymi.
bezpiecznik-wyłącznik
" Selektywność jest praktycznie nie możliwa do spełnienia, jeśli zastosowane zostaną
wyłączniki z wyzwalaczem zwarciowym bezzwłocznym.
17 18
Uzupełnianie się zabezpieczeń tego samego obwodu Selektywne wyłączniki nadprądowe
Warunki prawidłowego doboru bezpieczników i wyłączników silnikowych jako
Pod koniec lat 80-tych w firmie HAGER opracowano selektywny instalacyjny
zabezpieczeń zwarciowych (uzupełniających się) w jednym obwodzie:
wyłącznik nadprądowy typu SLS, aby uzyskać selektywność wyłączania
Ik d" I kF Ò! dziaÅ‚a wyÅ‚Ä…cznik popularnego wyÅ‚Ä…cznika nadprÄ…dowgo wzglÄ™dem znajdujÄ…cego siÄ™ przed
nim zabezpieczenia przetężeniowego. Wyłącznik ten działa selektywnie
Ik > IkF Ò! dziaÅ‚a bezpiecznik
względem znajdujących się za nim wyłączników nadprądowych w zakresie
prądów zwarciowych do 25 kA.
Rys. Uzupełnianie się zabezpieczeń
przetężeniowych silnika
Warunek:
Inw e" IkF
gdzie:
Inw - zdolność wyłączalna wyłącznika;
IkF - wartość prądu, przy którym następuje przecięcie charakterystyk czasowo-prądowych
wyłącznika i bezpiecznika. 19 20
Selektywne wyłączniki nadprądowe Selektywne wyłączniki nadprądowe
Najważniejsze zalety tych wyłączników to:
pełna selektywność działania względem typowych wyłączników
nadprądowych bezzwłocznych zainstalowanych za wyłącznikiem SLS,
wzajemna selektywność wyłączników SLS zainstalowanych szeregowo,
duża niezawodność zasilania instalacji (w razie awarii wyłączana jest tylko
część instalacji),
brak możliwości załączenia na zwarcie,
wygoda obsługi,
wyeliminowanie przedlicznikowych zabezpieczeń topikowych.
Rys. Schemat elektryczny układu połączeń wyłącznika selektywnego SLS
Do zacisku wejściowego przyłącza się przewód fazowy, a przewód neutralny
do zacisku N (przewód neutralny nie jest prowadzony przez wyłącznik.
Bardzo ważny jest kierunek przepływu energii elektrycznej, a więc
podłączenia przewodów wejściowych i wyjściowych, oznaczonych
dodatkową strzałką na aparacie.
21 22
Selektywne wyłączniki nadprądowe Selektywność działania urządzeń różnicowoprądowych
S
Wyłączniki różnicowoprądowe mogą współpracować selektywnie pod
warunkiem spełnienia następujących warunków:
wyłącznik zainstalowany od strony zasilania (poprzedzający zainstalowany
za nim wyłącznik bezzwłoczny) musi być wyłącznikiem o działaniu
zwłocznym i na obudowie oznaczony symbolem [S],
znamionowy różnicowy prąd zadziałania I"n wyłącznika poprzedzającego
musi być co najmniej 2,5-krotnie większy od znamionowego różnicowego
prądu zadziałania I"n zainstalowanego od strony odbiorników wyłącznika
bezzwłocznego,
Rys. Charakterystyka czasowo-
prądowa wyłącznika selektywnego
typu LSHU
23 24
Selektywność działania urządzeń różnicowoprądowych
Rys. Charakterystyki czasowo-prądowe wyłączników RCD obrazujące selektywność działania
wyłączników bezzwłocznych i zwłocznych:
1 - charakterystyka czasowo-prądowa maksymalnych czasów wyłączania bezzwłocznego wyłącznika
RCD o I"n =30mA;
2 - rzeczywista typowa charakterystyka czasowo-prądowa bezzwłocznego wyłącznika RCD o I"n =30mA;
tmax, tmin - charakterystyki maksymalnych i minimalnych dopuszczalnych czasów wyłączania wyłącznika
RCD selektywnego (zwłocznego) o I"n = 100 mA;
25