Táplálás önműködő lekapcsolása védelmi mód

Nézzük meg a védelmi mód elnevezését. Táplálás önműködő lekapcsolása hiba esetén. Mit is jelent ez? A szabvány meghatározása szerint: Bizonyos esetek kivételével az áramkörben vagy a szerkezetben lévő fázisvezető és a test vagy a védővezető között fellépő elhanyagolható impedanciájú hiba esetén egy védelmi eszköznek bizonyos lekapcsolási időn belül meg kell szakítania az áramkör vagy szerkezet fázisvezetőjének tápellátását. Boncolgassuk ezt a mondatot a lekapcsolási idő szempontjából.

 

Három dolgot kell figyelembe venni

 

1) Egyrészt, mi a szabvány követelménye. Ez függ az adott áramkör névleges áramától, feszültségétől, az érintésvédelem módjától, a rendszertől (TT, TN, IT), az áram típusától (egyen váltakozó) vagy hogy végáramkörről van-e szó. Sőt, még látszólag olyan látszólag apróságok is számítanak, hogy például TT rendszerben az összes idegen vezetőképes rész EPH-ba van e kötve.


2) Függ az alkalmazott védelmi eszköz mechanikai tulajdonságaitól és karakterisztikájától. Ezek nagyon jól kivehetők a különböző gyártók által közzétett védelmi eszközök karakterisztikáiból. (Például egy kismegszakító esetében a zárlatvédelmet egy elektromágnes látja el – a tekercsen folyó áram hatására mágneses mező keletkezik, ami működteti a mechanikát. Azt pedig tudjuk, hogy a mágneses mező kialakulásához idő kell, amely idő a mezőt kialakító áram paraméterein kívül függ a szerkezeti kialakítástól is. Nem beszélve a kapcsolómechanika áttételéről és súlyáról, amely tényezők szintén befolyásolják, hogy hiba esetén mennyi idő múlva történik a lekapcsolás.)


3) Végül függ a kivitelezés minőségétől is. A szélsőséges eset a be nem kötött védővezető. Nézzük meg, ezeket részletesebben.


 


Elosztóáramkörökre vagy 32 A feletti végáramkörökre TN-rendszerekben legfeljebb 5 másodperc, TT-rendszerekben maximum 1 másodperc a megengedett lekapcsolási idő.

Nem kell fejből megjegyezni az összes adatot – bár a TN: 0,4 s – 230 V váltakozó feszültség esetén illik megjegyezni –, de az látszik, hogy egy hurokimpedancia mérése és annak jegyzőkönyvezése nem elég. Ellenőrzés szükséges, mielőtt egy adathoz odakerül a Megfelel minősítés.

Nézzünk pár példát. 230 V-os szobavilágítás, lámpatest felszerelve, védővezető folytonosság ellenőrizve, nincs áramvédő-kapcsoló: lekapcsolási idő 0,4 másodperc. Egy másik példa: üzem, szintén 230 V motor, védőföldelés (TT – rendszer): lekapcsolási idő 0,2 másodperc (ha teljesül, hogy az összes idegen vezetőképes rész EPH-ázva van, akkor 0,4 másodperc).

Bonyolítsuk. Első É. V. osztályú elosztó TN rendszerű: hiba esetén elvárt lekapcsolási idő 5 másodperc. Fázisonkénti 40 amperes motor TT rendszerben: egy másodperc.

Huncutkodjunk. Fürdőszoba világítás 230 V első É.V. osztályú lámpatest, védővezető okés, áram-védőkapcsoló (RCD) nincsen: lekapcsolási idő 0,4 másodperc – amúgy rossz megoldás, hiszen fürdőhelyiségek ilyen típusú világításainál áram-védőkapcsoló kötelező.

Fontos megjegyezni, hogy nem kell feltétlenül a fázisvezető tápellátását megszakítani, elég a feszültséget - váltakozó feszültség esetén 50 V, egyenfeszültség esetén 120 V – a szabvány által előírt szint alá csökkenteni. Amennyiben sem a lekapcsolás, sem a feszültség előírt szintre való csökkentése nem megvalósítható, kiegészítő egyenpotenciálú összekötést kell létesíteni. (A PE-védővezetővel párhuzamosan kötött EPH vezető csökkenti a hurokimpedanciát.)

A szabvány előírása nagyjából ennyi. Láthatjuk, hogy a szabvány nem hurokimpedancia értéket ír elő, hanem lekapcsolási időt. Akkor miért nem azt mérjük? Hogyan jutunk el a lekapcsolási időtől a hurokimpedanciáig?

 

A kapcsolat

 

Felpattanunk a kerékpárra, dinamó a gumin, csak mi vagyunk, meg mini erőművünk zizegése. Fény… az nincs. Csak amikor elég gyorsan megyünk. Vagyis elegendő áramnak kell folynia ahhoz, hogy lámpánk világítson. Hasonló a helyzet a biztosítókkal is, legyen szó akár olvadóbiztosítókról, akár kismegszakítókról. Ahhoz, hogy az áramkört megszakítsa, kellően nagy áramnak kell rajta folynia. Minél nagyobb áram folyik rajta – persze nem egyenesen arányosan – annál hamarabb következik be a lekapcsolás.

Már el is jutottunk a védelmi eszközig. Ahhoz, hogy a védelmi eszköz működésbe lépjen meghatározott nagyságú áramra van szüksége. Az, hogy mekkora az az áram, amelynél a megfelelő időn belül old, az a szerkezeti kialakítástól függ. Ez látszik a védelmi eszköz kioldási karakterisztikájából, amely logaritmikus táblázat segítségével azt mutatja meg, hogy az adott eszköz mennyi idő alatt old annak függvényében, hogy a névleges áram hányszorosa folyik rajta. Nézzük az alábbi egyszerűsített ábrát. (1. ábra)


 


Látszik, hogy 0,4 másodperces kioldási időhöz a névleges áramnak minimum az ötszöröse kell, hogy folyjon, de lehet, hogy a tízszeresére is szükség van (kék vonal). A különbség (szórás) egy adott típusú, névleges áramú és kioldási karakterisztikájú kismegszakítók esetén a gyártási technológiából ered, nem lehet ugyanis két pontosan ugyanolyan kismegszakított gyártani.

Vagyis ha ezen ábra szerint biztosra akarunk menni, akkor az azt jelenti, hogy 0,4 másodperces kioldási időhöz mondjuk 10 A névleges áram esetén a szerkezeten a minimum 100 ampernek kell folynia. Van olyan gyártó, amely kismegszakítók esetén B karakterisztika esetén eleve 3-5, C karakterisztika esetén 5-10, D karakterisztika esetén 10-20 I/In aránnyal számol. (2. ábra).


 


Tehát a felülvizsgálónak először meg kell határoznia, hogy az adott áramkörre mennyi az előírt lekapcsolási idő, majd az adott körben használt védelmi eszköz paraméterei alapján kell kikövetkeztetnie, hogy mekkora áramra van szükség ahhoz, hogy a védelmi eszköz az előírt időn belül megszólaljon. Ezt összeveti az adott áramkörön mért hurokimpedanciával, vagy védővezetők ellenállásával. Ha zárlat esetén a hurokimpedancia elég kicsi ahhoz, hogy engedjen akkora áramot folyni, amennyi a védelmi eszköznek az adott időn belüli megszólalásához szükséges, akkor boldogok vagyunk.

 

Az alfa kioldási szorzó – én szeretem

 

De azért, hogy ne kelljen karakterisztikákat nézegetni, kitalálták az alfa (α) kioldási szorzót. Ez egy szám, ami megadja a kapcsolatot a kioldóáram (Ia) és a névleges áramerősség (In) között. A 2. táblázat segítségével meghatározhatjuk az alfa kioldási szorzót a névleges áramerősség, a villamos rendszer (TN, TT), biztosító típusa és karakterisztikája és az áramkör jellege alapján. Az alfa kioldási szorzó használatát a szabványok nem tiltják.


 


Nézzünk itt is pár példát. Végáramkör, C16-os kismegszakító TN rendszer: alfa kioldási szorzó értéke 10. Vagyis 0,4 másodperc alatti kioldáshoz 160 A-nek kell tudnia folynia. (Ha mán magyarosan fogalmazunk…) Elosztó, TN rendszer késleltetett olvadóbetét, 100 A leágazás a betápja: az alfa kioldási szorzó értéke 4. Vagyis az 5 másodperc alatti kioldáshoz minimum 400 A-re van szükség. Na még egyet. TT rendszer 40 amperes motor D karakterisztikájú kismegszakító: alfa kioldási szorzó 20. A védelem előírt időn belüli megszólalásához (1 másodperc) 800 A-es kioldóáramra van szükség.

Most tekintsük át röviden, hogy a különböző rendszerekre milyen előírások és ellenőrzések vannak előírva.

 

TN-rendszer – előírások

 

Általános előírások, amit a felülvizsgálónak ellenőriznie kell:

·  TN rendszerben a hatásos érintésvédelemhez nélkülözhetetlen a PEN vagy PE vezetők megbízható és hatásos földcsatlakozással való kivitelezése.

·  A PEN vezetőt minél több helyen kell földelni és úgy kell kialakítani, hogy a PEN vezető szakadásának kockázata a lehető legkisebb legyen.

·  Az energiahálózat nulla vagy középpontját földelni kell (általában a trafó csillagpontja)

·  A berendezésben lévő összes testet védővezetőn keresztül össze kell kötni a berendezés fő földelőkapcsával, amelyet csatlakoztatni kell az energiahálózat földelt pontjához.

·  A az épületbe való belépés helyén a védővezetőt földelni kell.

·  Nagyméretű, magas létesítményekben általában már nem lehet a védővezetőket földelni. A kívánt hurokimpedancia elérésében a kiegészítő EPH alkalmazása válhat szükségessé.

·  A PEN vezetőbe kapcsoló vagy leválasztó eszközt beépíteni tilos.

·  Rögzített berendezésekben PEN vezető alkalmazása is megengedett, ha az MSZ HD 60364-5-54 követelményei teljesülnek.

·  TN-C rendszerekben nem szabad áram-védőkapcsolókat alkalmazni.

·  Áram-védőkapcsoló után PEN vezetőt nem szabad alkalmazni.

A kívánt hurokimpedancia:

Zs × IaUo

Zs: a hely hurokimpedanciája, ahol a hurok tartalmazza a tápforrást, a fázisvezetőt és a védővezetőt. Ennek értékének elég kicsinek kell lennie ahhoz, hogy annyi áramot engedjen folyni, amennyi a védelmi eszközt a szabványban előírt időn belül megszólaltatja.

Ia: az az áram megadva, amelynek hatására a lekapcsoló eszköz az előírt időn belül működésbe lép [A]. Ezt meg lehet határozni a gyártmány adatlapjából, de az alfa kioldási szorzó értékével is. Ebben az esetben Ia= In × α, ahol a In a védelmi eszköz névleges kioldóárama, α pedig a kioldási szorzó.

Uo: A váltakozó feszültség földhöz képest névleges effektív értéke [V].

 

TN-rendszer – , nézzünk pár példát

 

Áram-védőkapcsoló esetén: IΔn=30 mA esetén. Zsmax=230/0,03=7,6 kΩ. Nézzük az előbbi példákat: Végáramkör, C16-os kismegszakító TN rendszer: alfa kioldási szorzó értéke 10. Vagyis 0,4 másodperc alatti kioldáshoz 160 A-nek kell. Zsmax=230/160=1,43 Ω. Láthatjuk, hogy áram-védőkapcsoló használata esetén nagyságrendekkel nagyobb hurokimpedancia is elég. Már beszéltünk róla, hogy az MSZ HD 60364-6:2007 szerint ha az áram-védőkapcsoló hatásosságát már igazoltuk, nem kell utána hurokimpedanciát mérni, elég a védővezető folytonosságának ellenőrzése. Itt láthatjuk, miért van ez az engedmény. Egy áramkörben ha van áram-védőkapcsoló ,akkor 7666 Ω hurokimpedancia is elég. Amúgy a hurokimpedancia általában nem több, mint pár Ω. Minek méregessek pár Ω-ot, egy olyan szerkezet „után”, amelynek ennek több ezerszerese is megfelel?

Elosztó, TN-rendszer késleltetett olvadóbetét, 100 A leágazás a betápja. Az alfa kioldási szorzó értéke 4. Vagyis az 5 másodperc alatti kioldáshoz minimum 400 A-re van szükség. Zsmax=230/400=0,58 Ω.

 

TN-rendszer – ellenőrzés

 

Az ellenőrzésre az MSZ HD 60364-6:2007 ad útmutatást.

Az MSZ HD 60364-4-41:2007 követelményeinek teljesülését szemrevételezéssel és műszeres méréssel kell ellenőrizni. Ezek a vizsgálatok felölelik a hibahely-hurokimpedancia nagyságának megállapítását, a túláram védelmi eszközök, az áram-védőkapcsolók, a és az esetleges kiegészítő EPH vezetők vizsgálatát.

A hibahely-hurokimpedanciát általában méréssel kell meghatározni. Általában? Két alternatív lehetőség is van. 1) IΔn ≤  500 mA-es áramvédő kapcsolók esetén nem kell hurokimpedanciát mérni; 2) ha lehetséges számítással meghatározhatók ezen értékek, akkor elég a védővezetők folytonosságának ellenőrzése.

A védelmi eszközöket jellemzőik és hatásosságuk vizsgálatával kell ellenőrizni. A túláramvédelmi eszközök esetében szemrevételezéssel kell ellenőrizni a megszakítók beállításait vagy a biztosítók névleges áramát és típusát – karakterisztikáját.

Az áram-védőkapcsolók vizsgálata szemrevételezéssel és műszeres vizsgálattal történjen. (Kioldóáram, érintési feszültség és újrafelhasznált vagy változtatott áramkörű áram-védőkapcsoló esetében kioldási idő.) Alig páran ismerik az „engedményt”, miszerint „ha védelmi mód hatásosságát egy az RCD (áram-védőkapcsoló) után lévő pontban már igazolták, akkor a berendezés védelmének ettől a ponttól való igazolására elegendő a védővezetők folytonosságának bizonyítása” MSZ HD 60364-6:2007 61.3.6.1. 2) pontja.

A hibahely-hurokimpedancia mérése előtt a védővezetőn villamos folytonosságot kell mérni.

Amennyiben az MSZ HD 60364-4-41:2007 lekapcsolási időkből és az alkalmazott védelmi szerv jellemzőiből adódó hurokimpedanciára vonatkozó követelményei nem teljesülnek – vagy kétségek merülnek fel ezzel kapcsolatban - és kiegészítő EPH-t alkalmaztak, akkor az összekötés hatásosságát ellenőrizni kell. Méréssel kell igazolni, hogy ≤ 50 V / Ia váltakozó vagy R ≤ 120 V / Ia egyenáramú rendszerekben. Ia: a védelmi eszköz kioldóárama (Áram-védőkapcsoló esetén Ia=IΔn; túláramvédelmi eszköz esetén az 5 másodperchez tartozó kioldóáram). R: az egyidejűleg érinthető testek és az idegen vezetőképes részek közötti ellenállás.

 

TT-rendszer – Előírások

 

Általános előírások, amit a felülvizsgálónak ellenőriznie kell:

·  Minden olyan testet, amelynek a védelmét (együttes védelmét) ugyanaz az eszköz látja el, védővezetők által közös földelőhöz kell kötni.

·  Az energiahálózat nulla vagy középpontját földelni kell (általában a trafó csillagpontja)

·  Érintésvédelmi szempontból (hibavédelemre) általában áram-védőkapcsolót kell alkalmazni. Lehet túláramvédelmi eszközt is alkalmazni, ha a Zs értéke megfelelően kicsi.

Nézzük a hurokimpedancia vizsgálatát:

Kívánt hurokimpedancia áram-védőkapcsoló alkalmazása esetén:

RA × IΔn ≤ 50 V

RA: a földelő és a testek védővezetőjének ellenállásának összege Ω -ban

IΔn: az áram-védőkapcsoló névleges kioldóárama A-ban.

Ezek szerint áram-védőkapcsoló esetén RAmax=50/0,03=1,6 kΩ, vagyis a védelem akkor is hatásos, ha a hiba impedanciája nem elhanyagolható. Ha RA nem ismert, akkor azt ZS-sel lehet helyettesíteni.

Kívánt hurokimpedancia túláramvédelmi eszköz alkalmazása esetén:

Zs × Ia ≤ Uo, ahol

Zs: a hibahely hurokimpedanciája, ahol a hurok tartalmazza a tápforrást, a fázisvezetőt a hiba helyéig, a testek védővezetőjét, a földelővezetőt, a berendezés földelőjét és a tápforrás földelőjét.

Ia: az az áram megadva, amelynek hatására a lekapcsoló eszköz az előírt időn belül működésbe lép [A].

 

TT-rendszer – nézzünk pár példát

 

Nézzünk itt is pár példát. TT rendszer 40 amperes motor D karakterisztikájú kismegszakító: alfa kioldási szorzó 20. Ia = In × α=40*20=800 A. Zsmax=230/800=0,29 Ω. Emlékszünk áram-védőkapcsolóval ez Zsmax=230/0,03=7,66 kΩ, vagy ha földelő és testek védővezetőjének ellenállását akarjuk meghatározni, RAmax=50/0,03=1,6 kΩ. Elosztó, 100 A lomha leágazáson: alfa kioldási szorzó 7, vagyis Ia kioldóáram 700 A. Zsmax=230/700=0,33 Ω

 

TT-rendszer – ellenőrzés

 

Az ellenőrzésre – ki hinné – szintén az MSZ HD 60364-6:2007 ad útmutatást

TT-rendszerek esetében a testekhez tartozó földelő RA ellenállását kell mérni. Ha ezt nem lehet, akkor földelési hurokimpedanciát kell mérni.

Az adott védelmi eszköz ellenőrzése a TN rendszerek védelmi eszközeinek ellenőrzéséhez hasonlóan történik.

 

IT-rendszer – előírások

 

Általános előírások, amit a felülvizsgálónak ellenőriznie kell:

·  Az IT-rendszerekben az aktív részeket el kell szigetelni a földtől, vagy csak elegendően nagy impedancián keresztül össze kell kötni a földdel.

·   

·  Az összekötést a rendszer nullapontján, középpontján vagy egy mesterséges nullaponton keresztül kell létesíteni. (Ezek hiányában az egyik fázisvezetőt lehet egy nagy impedancián keresztül földelni).

·  Egyszeres test vagy földzárlat esetén a táblázatban megadott lekapcsolási idők teljesítése nem szükségszerű, ha szabvány egyéb követelményei teljesülnek.

·  Kétszeres hiba esetén azonban már biztosítani kell, az egyidejűleg hozzáférhető testeket érintő személy védelméről.

·  IT-rendszerekben használható ellenőrző és védelmi készülékek: szigetelés-ellenőrző készülékek, hibaáram-ellenőrző eszközök, szigetelési hibahelyet kereső rendszer, túláramvédelmi eszköz, áram-védőkapcsoló.

·  Az aktív részek és a föld közötti első hiba jelzésére szigetelés-ellenőrző készüléket kell alkalmazni minden olyan esetben, ha az IT-rendszert táplálás folyamatosságának biztosításának céljából használják.

·  Az aktív részek és a föld közötti első hiba jelzésére – kivéve, ha a táplálás önműködő lekapcsolása már első hiba esetén megtörténik – hibaáram-ellenőrző vagy szigetelési hibahely-meghatározó rendszert lehet alkalmazni.

·  Mindkét készülék a hiba elhárításig egyidejűleg látható és/vagy hallható jelzést is adjon. (A hallható jelzés törlése megengedett.)

 

Egyszeres hiba esetén mellőzhető a lekapcsolás, a következő feltételek teljesülése esetén:

A testeket egyenként, csoportokban vagy együttesen földelni kell:

Váltakozó áramú rendszerekben: RA × Id ≤ 50 V

Egyenáramú rendszerekben: RA × Id ≤ 120 V

 

RA: a földelő és a testek védővezetőjének ellenállásának összege Ω-ban

Id a fázisvezető és a test közötti, elhanyagolható impedanciájú első hiba hibaárama A-ban. (A hibaáram nagyságát a szivárgóáramok és a villamos berendezés földelési impedanciája határozzák meg.) Vagyis törpefeszültségnél nagyobb feszültséget nem lehet tapizni a készüléken (hibahelyen).

 

a) Második hiba esetén a táplálás önműködő lekapcsolásának feltételei a következők, ha minden test védővezetővel ugyanahhoz a földelési rendszerhez van kötve (Ebben az esetben TN-rendszerhez hasonló feltételek állnak fenn):

2IaZs ≤ U, ha váltakozóáramú rendszerekben nincs nullavezető, illetve egyenáramú rendszerekben középvezető, és 2IaZs ≤ Uo, ha van kiépítve nulla vagy középvezető.

 

U: a fázisvezetők közötti névleges váltakozó vagy egyenfeszültség [V].

Uo: a fázisvezető és a nulla- vagy középvezető közötti névleges váltakozó feszültség vagy egyenfeszültség [V].

Zs: az áramkör fázisvezetőjét és védővezetőjét tartalmazó zárlati hurokimpedancia [Ω].

Z’s: az áramkör nullavezetőjét és védővezetőjét tartalmazó zárlati hurokimpedancia [Ω].

Ia: TN-rendszerek védelmi eszközét előírt időn belül működésbe hozó áram [A]. (A táblázatban megadott TN-rendszerekre vonatkozó idők alkalmazhatók IT-rendszerekre.)

2-es szorzó: annak lehetőségét veti fel, hogy a két egyidejű hiba különböző áramkörökben következik be.

 

b) Második hiba esetén a táplálás önműködő lekapcsolásának feltételei a következők, ha a testek csoportosan vagy egyenként vannak földelve (Ebben az esetben TT-rendszerhez hasonló feltételek állnak fenn):

 

RA × Ia ≤ 50 V

 

RA: a földelő és a testeket összekötő védővezető ellenállásának összege Ω-ban.

Ia: TT-rendszerek védelmi eszközét előírt időn belül működésbe hozó áram [A]. (A TT-rendszerekre vonatkozó idők alkalmazhatók IT-rendszerekre.)

 

Fontos megjegyezni, hogy áram-védőkapcsolók alkalmazásánál a szivárgó áramok miatt már első hibánál is lekapcsolás következhet be. Másrészt a TT rendszerekkel kapcsolatban a TN rendszerekhez képest szigorúbb lekapcsolási időkre vonatkozó előírások miatt az áram-védőkapcsolók névleges kioldóáramánál lényegesen nagyobb hibaáramokra lehet szükség.

 

IT-rendszer – ellenőrzés

 

Az IT-rendszer ellenőrzésére vonatkozó útmutatásokat is az MSZ HD 60364-6:2007 tartalmazza.

Az egyszeres hiba esetén mellőzhető lekapcsolás feltételeinek ellenőrzését számítással vagy méréssel kell ellenőrizni (RA × Id ≤ 50 V≈ vagy RA × Id ≤ 50 V=).

Ha a testek együttesen vannak földelve és így kettős hiba esetén TN rendszerhez hasonló feltételek állnak fenn, akkor az ellenőrzést TN-rendszerekre vonatkozóan kell elvégezni. Ha a testek csoportosan vagy egyedileg vannak földelve, akkor – mivel ebben az esetben TT-rendszer hasonló feltételek állnak fenn –, az ellenőrzést a TT-rendszerekre vonatkozóan kell elvégezni.

 

Összefoglalva…

 

Nagyjából ennyi. Ne felejtsük el, a szabvány lekapcsolási időket ír elő. Hurokimpedanciát, földelési ellenállást és társait csak azért mérünk (esetleg számítunk), mert ezek a tényezők határozzák meg, hogy az adott áramkörben hiba esetén tud-e annyi hibaáram folyni, hogy a védelmi eszköz adott időn belül megszólaljon.