Strona główna...  Kontakt...  Mapa strony...
ZNAJDŹ PRODUKT
MENU Artykuły całe Nowe bezpieczniki topikowe o charakterystyce szybkiej gF firmy ETI Polam

Nowe bezpieczniki topikowe o charakterystyce szybkiej gF firmy ETI Polam

Prawidłowo dobrane bezpieczniki topikowe stanowią jeden z najważniejszych warunków bezpiecznego użytkowania i nadzoru instalacji elektrycznej. W artykule opisano nowe rozwiązanie firmy ETI Polam dla instalacji przemysłowych - bezpieczniki topikowe niskostratne, o charakterystyce czasowo-prądowej szybkiej - gF. Innowacją tej konstrukcji wkładek są ich elektryczne parametry użytkowe, szczególnie współczynnik k o niskiej wartości.

Wkładki topikowe przemysłowe nowej konstrukcji i wielkościach wymiarowych WT-1 i WT-00 o charakterystyce szybkiej gF są przeznaczone do zabezpieczania przewodów instalacji elektroenergetycznych przed prądami przeciążeniowymi i zwarciowymi. Są to aparaty zabezpieczające, które powinny być obsługiwane tylko przez osoby upoważnione, ponieważ nie posiadają technicznych rozwiązań uniemożliwiających ich zamianę w podstawach bezpiecznikowych. Znamionowa zdolność zwarciowa wkładek topikowych szybkich o charakterystyce gF wynosi 110 kA.



Rys. 1. Dwie wielkości bezpieczników topikowych nisko stratnych, o charakterystyce czasowo-prądowej szybkiej - gF

Charakterystyka gF

Charakterystyka czasowo-prądowa szybka (t-I) wkładek gF opisana jest dwiema literami, z których:

  • g - oznacza zakres zdolności wyłączania wkładki. Wkładka ogólnego stosowania, której zdolność wyłączania zawarta jest poczynając od prądu przepalającego element topikowy w ciągu jednej godziny, aż do znamionowej zdolności wyłączania włącznie,

  • F - oznacza kategorię użytkowania wkładki.

Przedstawione charakterystyki poszczególnych prądów znamionowych wkładek szybkich gF mają postać pasmową. Każda charakterystyka (rys. 3) jest ograniczona dwiema krzywymi: od dołu - linią najmniejszych czasów przedłukowych tp, od góry - linią największych czasów wyłączania tw. Zaznaczona na osi odciętych wartość prądu Inf - jest to probierczy dolny (1,25 In) prąd graniczny, który nie powoduje przepalenia elementu topikowego wkładki w czasie 1 h. Linia pionowa odpowiadająca wartości Infjest asymptotą ograniczającą charakterystykę pasmową wkładki topikowej. Wśród charakterystycznych wartości prądu istnieje jeszcze prąd probierczy górny If - który musi przepalić topik wkładki w czasie krótszym niż 1 h. Jego wartość wynosi If = 1,6 In. W czasie projektowania instalacji elektroenergetycznych należy posługiwać się charakterystykami czasowo-prądowymi pasmowymi bezpieczników, odczytując wartości prądów z górnej krzywej charakterystyki, czyli maksymalne prądy wyłączania. Wartości te w sieci 230 / 400 V do ochrony przed dotykiem pośrednim za pomocą samoczynnego wyłączania zasilania, powinny być odczytane dla czasów nie dłuższych niż 5 s, 0,4 s, i 0,2 s. Wartości te są odczytane z charakterystyki pasmowej i przedstawione w tabeli nr 1.


Rys. 2. Zależność k = f (l) dla sieci:

  1. Ibn = 63 A, STr = 63 kVA,

  2. Ibn = 63 A, STr = 160 kVA,

  3. Ibn = 100 A, STr = 63 kVA,

  4. Ibn = 100 A, STr =160 kVA

Współczynnik k

Bardzo ważnym parametrem określającym przydatność wkładki o charakterystyce gF do zabezpieczania obwodu jest jej współczynnik - k (rys. 2). Jest to krotność prądu znamionowego wkładki topikowej, przy którym czas jej wyłączenia jest krótszy od 5 s. Jak widać na charakterystykach oraz w tabeli nr 1, wszystkie wkładki topikowe o charakterystyce szybkiej gF posiadają bardzo niski współczynnik k maks. < 2,5 dla prądów znamionowych 20 A do 100 A i k maks. < 3 dla prądów od 125 do 250 A. Rzeczywista wartość współczynnika wynosi k = 2,1 - 2,5. Oznacza to, że wkładka topikowa wyłączy prąd zwarciowy nie większy niż (2,1 - 2,5) In w czasie krótszym niż 5 s. Jest to niezwykle istotne przy zabezpieczaniu sieci elektrycznych długich (np. wiejskich) z przewodami o małych przekrojach, z transformatorami o niskich mocach zwarciowych, gdzie prądy zwarciowe w miejscu dość odległym od punktu zasilania osiągają wartość niewiele większą od prądu znamionowego wkładek topikowych, które tę linię zabezpieczają. Takich prądów zwarciowych wkładka topikowa o charakterystyce gG lub innej, o większym współczynniku k niż 2,5, może nie wyłączyć, a przez to nie zapewni skutecznej ochrony przeciw porażeniowej. Obszar zasilania przez stację transformatorową jest związany z kryterium doboru przekroju przewodów na skuteczność zerowania (tzw. szybkie wyłączenie). Jako zabezpieczenie obwodów stosuje się bezpieczniki topikowe i one narzucają długość obwodu linii niskiego napięcia, a zarazem obszar objęty jedną stacją transformatorową. Wiąże się to bezpośrednio z kosztami elektryfikacji lub kapitalnego remontu sieci, zwłaszcza, że do każdej nowej stacji transformatorowej trzeba zbudować odcinek linii średniego napięcia o długości około 500 m.


Rys. 3. Charakterystyka t-I pasmowa bezpiecznika topikowego i graficzna interpretacja współczynnika k



Zastosowanie bezpieczników topikowych szybkich o współczynniku k większym od 2,5, tzn. na poziomie 3,5 - 4,5, oznacza zwiększenie prądów szybkiego wyłączania, a tym samym skracanie czasów wyłączania zwarć w sieciach niskiego napięcia. To z kolei prowadzi do skrócenia zabezpieczanych obwodów i znacznego zwiększania kosztów budowy sieci lub ich remontu. Na wykresie (rys. 2) pokazano zależność prądu zwarcia jednofazowego (dokładniej - stosunku do prądu znamionowego bezpiecznika) od długości obwodu dla transformatora o mocy Qtr = 160 kVA i przekroju przewodu SAl = mm2 i Ibn= 100 A. Z powyższego wykresu wyraźnie widać, jak zwiększenie współczynnika k bezpiecznika wpływa na skrócenie zabezpieczanych obwodów. Przykładowo zwiększenie współczynnika k z 2,5 do 4 (Ibn= 100 A) powoduje skrócenie obwodu z 420 m do około 250 m.


Rys. 4. Warunek wybiorczości zwarciowej jest spełniony, jeżeli cieplna całka Joulea wyłączania I2tw wkładki, która powinna wyłączyć - 2 jest równa cieplnej całce Joulea przedłukowej wkładki, która powinna przetrzymać zwarcie - 1

Norma N-SEP-E-001

Obecnie obowiązuje norma N-SEP-E-001 - Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia. Ochrona przeciw porażeniowa. Regulacja ta wprowadziła nowe wymagania stawiane środkom ochrony przy uszkodzeniu (przy dotyku pośrednim) w liniach pracujących w układzie TN. W punkcie 10.3 w/w normy dopuszcza się czas samoczynnego wyłączania zwarć doziemnych w liniach niskiego napięcia dłuższy od 5 s, jeżeli spełnione będą dwa warunki. Jednym z nich jest, aby prąd wyłączający zabezpieczenia być równy co najmniej 2-krotnej wartości prądu znamionowego wkładki bezpiecznikowej. Oznacza to jeszcze niższy współczynnik k = 2.

Wartości współczynników k, oraz największych prądów zadziałania wszystkich prądów znamionowych bezpieczników o charakterystyce gF podano w tabeli nr. 1


Całka Joulea I2t wkładek topikowych gF

Całka Joulea wkładki topikowej jest miarą energii cieplnej (A2s) wydzielanej w obwodzie dotkniętym zwarciem:


Energia ta przepływa przez bezpiecznik i pozostałe zabezpieczone elementy obwodu. Bezpiecznik decyduje zarówno o czasie likwidacji zwarcia tc, jak i o przebiegu prądu zwarciowego. Tabela 2 przedstawia wartości cieplnych całek Joulea wkładek o charakterystyce gF:

  • I2tp w czasie przedłukowym (czas przetrzymywania przetężenia) - do czasu zapalenia słę łuku elektrycznego na elemencie topikowym wkładki,

  • I2tw w czasie wyłączania (czas rozpadu topika i zapłonu łuku elektrycznego) - do czasu całkowitego wyłączenia zwarcia przez wkładkę.

Element topikowy wkładki zawiera w swojej geometrii kilka przewężeń - miejsc o zmniejszonym przekroju poprzecznym, przygotowanych do jego przepalenia. Przekrój poprzeczny elementu topikowego Sz w miejscach przewężeń, odpowiada jego całce Joulea przedłukowej i decyduje o zdolności ograniczania prądu zwarcia przez bezpiecznik.


K - jest parametrem stałym, stałą Meyera, która charakteryzuje właściwości fizyczne metalowej taśmy topika (miedzi lub srebra). Cieplna całka Joulea bezpiecznika dobrze nadaje się do analizy zwarciowej selektywności zabezpieczeń, tj. dla czasów krótszych niż 0,1 s.



Rys. 5. Przykładowe charakterystyki czasowo-prądowe t-I wkładek topikowych gF

Koordynacja zabezpieczeń topikowych o charakterystyce szybkiej - gF

Zabezpieczenia topikowe o różnych prądach znamionowych i wielkościach pracują najczęściej w instalacji elektroenergetycznej połączone szeregowo (rys. 4). Wybiórcza współpraca zabezpieczeń jest w pełni zapewniona wtedy i tylko wtedy, gdy spośród bezpieczników dotkniętych zwarciem lub przeciążeniem wyłączy bezpiecznik zainstalowany najbliżej przy miejscu zakłócenia, wyłączając tylko uszkodzony odcinek sieci, przy zapewnieniu ciągłości zasilania innych obwodów. Wymóg wybiórczej współpracy zabezpieczeń wynika z norm IEC (np. IEC 269-2, IEC 269-1). Dwa bezpieczniki o tej samej charakterystyce współpracują wybiórczo, jeżeli stosunek ich prądów znamionowych jest równy 1,6, przy czym wartości prądów znamionowych muszą rosnąć w kierunku zasilania.

Powyższy warunek jest spełniony dzięki wspomnianej powyżej konstrukcji elementów topikowych wkładek, gwarantujπących wymagane wartości całek Joulea. Warunek wybiorczości zwarciowej jest spełniony, jeżeli cieplna całka Joulea wyłączania I2tw wkładki, która powinna wyłączyć - 2 jest równa cieplnej całce Joulea przedłukowej wkładki, która powinna przetrzymać zwarcie - 1. Pokazano to w tabeli 2. Ukośnymi liniami porównano odpowiednie wartości całek Joulea wkładek, których prądy znamionowe znajdują się w stosunku 1,6.

Graficzna ilustracja powyższego warunku jest przedstawiona na rysunku 4.


W przypadku, gdy szeregowo połączone wkładki topikowe posiadają inne charakterystyki wyłączania t - I niż gF, ich wybiórcza współpraca jest również możliwa, ale musi być zachowany stosunek ich prądów znamionowych, jak pokazano w tabeli 3.

inż. Roman Kłopocki (pracownik firmy Eti Polam)


Ta strona używa COOKIES. Korzystając z niej wyrażasz zgodę na wykorzystywanie cookies, zgodnie z ustawieniami Twojej przeglądarki. Więcej szczegółów na naszej stronie polityka prywatności