Olvadóbiztosítók OLVADÓBIZTOSÍTÓK FELÉPÍTÉSE. Hagyományos biztosítóbetétek. Olvadóbiztosítók belső felépítése

Átírás

1 Olvadóbiztosítók OLVADÓBIZTOSÍTÓK FELÉPÍTÉSE A biztosítóbetétek áramkörök túláramvédelmére alkalmasak. Túláram esetén az áramkör megszakításra kerül a betétben a kiolvadó olvadószál vagy olvadószalag megszakadásával. A betét testében lévő szilícium-dioxid elnyeli a kiolvadáskor keletkező nagy energiákat, biztosítva ezzel a biztonságos működést. Ellentétben a megszakítókkal, a biztosítót kioldást követően nem lehet használni, cserélni kell. A biztosítóknak meg kell feleniük az IEC szabványnak. Olvadóbiztosítók belső felépítése Fém zárósapka Szilíciumdioxiddal töltött belső tér Fém zárósapka Tüske vagy kiolvadásjelző Porcelán szigetelőtest Olvadószál vagy -szalag Segédolvadószál Hagyományos biztosítóbetétek Betét Hengeres Késes Méret Névleges áramtartomány 8 x 2-6 A x A x A 22 x 58 - A 000/00-60 A A - 0 A A 0-60 A 60-0 A K a a v t k A A s k Olvadószál rögzítése Különböző méretben és kialakításban léteznek biztosítók. Kisfeszültségű hálózatban hengeres és késes kialakítást különböztetünk meg, mely 0,5 és 0 A között alkalmas túláram védelem megvalósítására. Biztosítóbetétek leválasztókapcsolókba, biztosítóaljzatokba vagy normál aljzatokba szerelhetők. ^ SPX-D biztosítós leválasztókapcsoló késes betétekhez Normál > aljzatok késes betétekhez < SP biztosítóaljzatok hengeres betétekhez 2

2 Olvadóbiztosítók tárcsás és tüskés kiovadásjelzővel Kiolvadásjelzővel vagy tüskével ellátott biztosítók alkalmazásával jelezni lehet a biztosító kiolvadását, azaz cseréjének szükségességét. kiolvadásjelző tárcsás biztosítók: a biztosítóbetétek végén lévő lemez jelzi az állapotot tüskés kiolvadásjelzős biztosítók: kiolvadáskor a tüske elmozdulásával megnyom az aljzatban egy mikrokapcsolót és az állapotot egy jelzőlámpa jelzi. A két rendszer működési elve nagyjából megegyezik. A betétben lévő rugót megfeszített állapotban tartja a segédolvadószál, amely kiolvadáskor elszakad, így a kiolvadásjelző tárcsa vagy a tüske kiugrik. Áram Feszültség Tranziens visszatérő feszültség Megszakítás pillanata Feszültség a biztosító kapcsai között Szabványok Általános szabályok Felhasználás Biztosító típusok Speciális környezetben IEC Kiegészítő követelmények félvezető eszközök védelmére használt biztosítóbetétekre (00 V AC és 0 V DC) IEC IEC Háztartások környezetében IEC Szakképzetlen személyeknek IEC Neozed/Diazed, NF, BS 6, C típus, üvegcsöves típusú biztosítók... stb Ipari környezetben IEC Szakképzett személyeknek IEC NH rendszer, BS 88, x 8, x 5, 22 x 58,...stb

3 Olvadóbiztosítók (folytatás) OLVADÓBIZTOSÍTÓK MŰSZAKI JELLEMZŐI TÍPUS A biztosítók felhasználási kategóriáktól függően két betűvel vannak jelölve. Kisfeszültségű rendszerek esetén gg és am biztosítók a jellemzők. gg betét: Általános felhasználásra. Alacsony és magas túlterhelések és rövidzárlatok ellen is védelmet nyújt. A gg betétek fekete színnel vannak jelölve. 2 NÉVLEGES ÁRAM ÉS FESZÜLTSÉG A névleges áramot a biztosító jóformán bármeddig képes vezetni függetlenül a hőmérsékletemelkedéstől vagy más zavaroktól. Olvadóbiztosítók jelölései K Eg Az biz Eg Az do am betét: Motorok védelmére. Nagymértékű túlterhelések és rövidzárlatok ellen nyújt védelmet. Úgy vannak méretezve, hogy ellenálljanak bizonyos fokú túlterheléseknek (pl. motor indításakor). Ebből kifolyólag, az ezekkel a biztosítókkal védett áramköröket el kell látni további termikus védelemmel, amelyek védelmet biztosítanak az alacsonyabb túlterhelések ellen. Az am betétek zöld színnel vannak jelölve. A betűk jelentése Típus Névleges áram Névleges feszültség I n Az első betű minden esetben a fő működést jelenti: a = részleges tartományú Olyan áramkorlátozó biztosítóbetét, amely alkalmas a működési idő-áram jelleggörbéjében megadott legkisebb áram és a névleges megszakítóképessége között bármely áramnak az előírt feltételek melletti megszakítására (IEC ). A biztosítót kombinálni (társítani) kell egy túlterhelés-védelmi készülékkel, mivel nem tudja önállóan ellátni a szükséges védelmi szintet. Csak rövidzárlat elleni védelmet nyújt. g = teljes tartományú Olyan áramkorlátozó biztosítóbetét, amely alkalmas az olvadóelem kiolvadását előidéző áramtól kezdve a névleges megszakítóképességig terjedő bármely áramnak az előírt feltételek melletti megszakítására (IEC ). Rövidzárlatok és túlterhelések elleni védelmet egyaránt megvalósít. A második betű a védeni kívánt készüléket írja le: G = kábelek és vezetők védelme M = motorok védelme R = félvezetők védelme S = félvezetők védelme Tr = transzformátorok védelme N = vezetők védelme (észak-amerikai szabvány szerint) D = motorok védelme késleltetéssel (észak-amerikai szabvány szerint) A M I nf I f =

4 EGYEZMÉNYES KIOLDÓ ÉS NEM- KIOLDÓ ÁRAM Egyezményes nemkioldó áram (I nf ) Azon áramérték, amit a biztosítóbetét képes átvezetni bizonyos ideig anélkül, hogy kiolvadjon. Egyezményes kioldó áram (I f ) Azon áramérték, amelyre a biztosító kiolvad a megadott időintervallumon belül. Névleges érték [A] Egyezményes nemkioldó áram (I nf ) Egyezményes kioldó áram (I nf ) Megadott időintervallum I n <.5 I n 2. I n óra < I n <.5 I n.9 I n óra < I n <. I n.75 I n óra < I n < 6. I n óra 6 < I n < 0. I n 2 óra 0 < I n < 60.2 I n 2 óra 60 < I n < 00.2 I n óra 00 < I n.2 I n óra MŰKÖDÉSI TARTOMÁNY A szabvány által meghatározott működési tartományok (kioldási jelleggörbék) a biztosítók működési idejének meghatározását segítik a túlterhelési áram függvényében. A működési jellemzők ismerete nagy segítség a készülékek összehangolásában. t (s) Kiolvadási idő 0 00 A I eff. (A) Áramerősség gg 22x58 0 A biztosító esetén 00 A terhelés mellett a kiolvadási idő 0 s Kiolvadási idő 2 h h 5 ZÁRLATI MEGSZAKÍTÓKÉPESSÉG A biztosítóbetét zárlati megszakítóképességének legalább egyenlőnek kell lennie a biztosító beépítésének pontján a független zárlati árammal. Minél magasabb a biztosító zárlati megszakítóképessége, annál alkalmasabb az áramkör magas túlterhelés elleni védelmére. Hagyományos biztosítók (HBC) maximális zárlati megszakítóképessége több, mint 0 ka...6 A fenti példában (0 A gg bizosító) Megadott időintervallum = 2 óra I nf =, I f =,6 I n Áramerősség xl n [A] 5

5 Olvadóbiztosítók (folytatás) 6 KORLÁTOZÁSI JELLEGGÖRBÉK Az áramkorlátozást a zárlati tényezők határozzák meg (áramerősség, cos ø, zárlati kezdőszög ψ). A biztosítók áramkorlátozási görbéi megmutatják a maximális áramértéket, amely áramértéket a készülék el tud viselni a legkedvezőtlenebb körülmények között. Példa 000 A nagyságú effektív független zárlati áram esetén, maximális aszimmetriát feltételezve a hálózaton, 2,5 x I rms, azaz ka csúcs elméleti zárlati áram léphet fel (maximum). Korlátozások fontossága A zárlat mind mechanikai (elektrodinamikai), mind hőhatásából kifolyólag nagyon veszélyes: - az elektrodinamikai hatások arányosak a zárlatkor fellépő csúcsáram négyzetével, ami mechanikai töréseket és szigetelési problémákat okozhat. - a zárlatkor kialakuló hőhatások szintén nagy mértékben károsíthatják az áramkör vezetőinek szigetelését. A biztosítók alkalmasak mindkét hatás elleni védelem megteremtésére. Korlátozott áram I csúcs (A) I eff. Korlátozási görbe Független zárlati áram 7 KORLÁTOZOTT HŐHATÁS A rövidzárlat kialakulásakor jelentős mennyiségű energia szabadul fel. A biztosítók ezen energiát csökkentik le, amennyire csak lehet, amelyet korlátozott hőhatásoknak nevezünk [A 2 s]. Miért van szükség a hőmérsékleti stresszhatások korlátozására? 000 I eff. (A) 0 A gg hengeres biztosító alkalmazásával az első hullám korlátozott értéke A csúcs, amely ~0%-a a független zárlati áramnak. Ezen korlátozás a zárlat elektrodinamikai hatását lecsökkenti körülbelül a tizedére (8 ka/ ka) 2 ). Minél magasabb a független zárlati áram nagysága, annál nagyobb a korlátozás aránya is. Például: 0 ka eff. esetén elméleti, maximálisan fellépő zárlati áramcsúcs 0 ka. Ugyanazon gg 0 A betét alkalmazásával a maximális zárlati áramcsúcs lekorlátozódik 5 ka-re. A korlátozott érték ekkor 6%-a a független zárlati áramnak, így 0,6%-ra csökken a zárlat okozta erőhatások értéke. Korlátozás nélküli áramkörön zárlat miatt felszabaduló energia nagyon gyorsan tönkre tudja tenni a teljes rendszert. A hirtelen megnövekedő hőhatás két paramétertől függ nagymértékben: - cos ø : minél alacsonyabb, annál nagyobb a felszabaduló energia, - feszültség: minél magasabb, annál nagyobb a felszabaduló energia. A biztosítók nagymértékben korlátozzák a felszabaduló energiát. Például: ka effektív aszimmetrikus rövidzárlat 20 V-on, cos ø = 0, mellett, mindenféle védelem nélkül az első periódusban A 2 t hő szabadul fel a feltételezett áramkörön. 0 A gg hengeres olvadóbetéttel védve ugyanezen áramkört, a felszabaduló energia A 2 t, amely kevesebb mint 2%-a a független áram által létrehozott hőnek. 6

6 Különbség az ívelés előtti és az ívidő között A biztosítók működése két zónára osztható fel: Ívelés előtti idő: azon időintervallum, amíg a zárlat által okozott minimális energia eléri azt a szintet, amely ahhoz szükséges, hogy a főolvadószál elkezdjen kiolvadni. Ezen küszöbértéknek nagy jelentőssége van szelektivitás szempontjából. Ívidő: az az időtartam, amely a biztosító kiolvadásától a maximális áramcsúcs kialakulásáig, azaz a teljes kiolvadásig terjed. 8 SZELEKTIVITÁS Az áram több védelmi készüléken halad át, amíg elér a fogyasztóig. Minden készülék az alatta lévő áramkör vagy fogyasztó védelmére van méretezve. A szelektivitás a készülékek összehangolását jelenti, ami meggátolja, hogy adott helyen fellépő zárlat az összes felső készüléket kioldja. Ezzel biztosítható, hogy a hibahelyhez legközelebbi védelmi készülék adjon kioldást, így csak a lehető legkisebb terület essen ki az ellátásból. Példa I csúcs Isc F 00 A Isc F2 F 0 A Isc t(s) ívelés előtti idő ívidő A két zóna összege mutatja a teljes termikus igénybevételt. A Hiba ív 220 V cos ø = 0, ív 0 V cos ø = 0, A fogyasztónál fellépő zárlat esetén csak a hozzá legközelebb lévő felső védelmi készüléknek kell kioldania ( A-es biztosító), biztosítva ezzel a hibátlan áramkörök folyamatos működését. ívelés előtti idő 7

7 00 V Olvadóbiztosítók (folytatás) Hengeres olvadóbiztosítók (gg és am) Kiolvadási jelleggörbék gg am idő [s] idő [s] Termikus igénybevétel ( i2 dt) gg (0 V AC) am ( 0 V AC kivéve 0 A 00 V AC) Hőigénybevétel [A 2 s] Hőigénybevétel [A 2 s] Korlátozási jelleggörbék gg am Korlátozott áram csúcs [ka] I eff Független zárlati áram [ka] Korlátozott áram csúcs [ka] 0 0 I eff Független zárlati áram [ka] 2.5 I eff 8

8 Késes olvadóbiztosítók (gg és am) Kiolvadási jelleggörbék gg Idő (s) am Idő s I (A) Termikus igénybevétel ( i2 dt) gg (0 V AC) I A am (0 V AC kivéve 0 A 00 V AC) Hőigénybevétel [A 2 s] Korlátozott áram csúcs [ka] Korlátozási jelleggörbék gg I eff Hőigénybevétel [A 2 s] Független zárlati áram [ka] 9