SELEKTIVNOST VAROVANJA PRI ELEKTRIČNIH INŠTALACIJAH -TALJIVA VAROVALKA - INŠTALACIJSKI ODKLOPNIK

Selektivnost zaščitnih naprav je pomembna točka, ki jo je treba upoštevati pri načrtovanju nizkonapetostnih instalacij. Cilj selektivnosti je čim bolj zmanjšati posledice okvare. Izklopiti se mora  samo okvarjen del inštalacije, medtem ko preostali deli ostanejo v uporabi. Selektivnost je dosežena, če okvaro odpravi zaščitna naprava, ki je nameščena neposredno pred okvaro, brez delovanja drugih zaščitnih naprav.

Drugače povedano, varovanje je selektivno pri kratkem stiku ali pri preobremenitvah, če se ob okvari izklopi samo tisti del električne inštalacije, v katerem je nastala okvara -na primer kratek stik ali preobremenitev. Električarji se na terenu večkrat srečujejo z naslednjo težavo: V priključni merilni omarici stanovanjske hiše imamo na primer glavne taljive varovalke 20 A. V stanovanjskem razdelilniku pa imamo inštalacijske odklopnike B 10 A in B 16 A (slika 1).Včasih se zgodi, da v primeru kratkega stika ne prekine samo inštalacijski odklopnik, ampak tudi glavna varovalka, kar je moteče, saj zamenjava, ki jo izvede distributer električne energije ni zastonj. Tako bo prvi del prispevka  opisoval  preobremenitve in kratke stike v drugem delu pa bo opisano, kako zagotoviti ustrezno selektivnost varovanja v primeru varovanja s taljivimi varovalkami in inštalacijskimi odklopniki.

Slika 1: del električne inštalacije

Preobremenitve in kratki stiki

Preobremenitev vodnika oziroma kabla je stanje, ko skozi vodnik teče tok, ki je višji od dopustnega oziroma zdržnega toka vodnika-kabla. Preobremenitev nastopi zaradi tega, ker je v nekem trenutku na določenem tokokrogu priključenih več porabnikov, kot je bilo projektantsko predvideno.

Kratki stik pa je stanje ko pride do stika dveh (ali treh) točk tokokroga različnih potencialov z zanemarljivo impedanco, pri čemer se močno poveča tok. Tripolni kratkostični tokovi (stik med faznimi vodniki L1, L2 in L3)  so  tudi višji, kot so enopolni kratkostični tokovi (stik med faznim in nevtralnim vodnikom -L in N).

Za velikost kratkostičnega toka v nizkonapetostnih omrežjih sta zelo pomembna:

- napajalni transformator s svojo induktivno in delovno upornostjo

- impedanca oziroma delovna in induktivna upornost kablov in vodov do objekta-in do porabnikov.

Slika 2: kratki stik v nizkonapetostni inštalaciji

Tako bo kratkostični tok (glej slika 2) največji pri transformatorju, manjši bo pri razdelilniku RG, še manjši pa bo pri razdelilniku R, ki se napaja na primer iz glavnega razdelilnika RG. Dlje, ko smo od transformatorske postaje proti porabniku, manjši so kratkostični tokovi.

Selektivnost varovanja pri preobremenitvi

Varovanje je selektivno ali pri preobremenitvah, če se ob okvari izklopi samo tisti del inštalacije, v katerem je nastala okvara - preobremenitev. Pri preobremenitvah so časi izklopa daljši od 0,1 s.

Ob preobremenitvah moramo paziti, da se izklopni (tokovno časovni karakteristiki (I-t karakteristiki) zaporedno vezane varovalke  in inštalacijskega odklopnika nikjer ne sekata oz. dotikata. Zaščitna naprava v našem primeru inštalacijski odklopnik, ki je bližje porabniku, mora imeti nižje ležečo I - t karakteristiko kot predhodna varovalka, oziroma zaščitna naprava, ki je bližje porabniku, mora pri preobremenitvenem toku imeti krajši odklopni čas.

Slika 3 prikazuje instalacijski odklopnik B10 in taljivo varovalko tipa NV 20 A.

Slika 3: instalacijski odklopnik B10 in taljiva varovalka tipa NV 20 A.

Slika 4 prikazuje I- t karakteristiko taljive varovalke NV(NH) 20 A in inštalacijskega odklopnika B10. I-t karakteristike predstavljajo čas v katerem  pride do izklopa zaščitnega elementa pri določenem preobremenitvenem toku. Predpostavimo da imamo preobremenitev in teče tok 30 A. Inštalacijski odklopnik prekine nekje med 6 in 27 s, taljiva varovalka pa pri 2185 s oziroma 36 minut. Selektivnost  pri preobremenitvi je zagotovljena.

Slika 4: I- t karakteristiko taljive varovalke NV(NH) 20 A in inštalacijskega odklopnika B10

Selektivnost varovanja pri kratkem stiku

Pri kratkostičnih tokih, kjer so taljivi časi nekaj milisekund, je odločilna energija, ki steče skozi taljivi vložek (Joulov integral). Joulov integral je torej vrednost kvadrata toka za določen časovni interval (I^2.t) in merilo za energijo, ki steče skozi taljivi vložek ali zaščitno napravo. Ker pri zelo visokih kratkostičnih tokovih taljivi vložek varovalke prekine tok že v prvi polovici polperiode, torej že v času naraščanja kratkostičnega toka, imamo opraviti z dvema časoma. Prvi je predobločni ali stalilni čas, drugi pa je obratovalni (celotni) čas, ki je potreben za prekinjanje toka. Obratovalni ali celotni čas je sestavljen iz predobločnega (stalilnega) in obločnega časa in znaša pod 5 ms. (slika 5). To seveda velja pri zelo visokih kratkostičnih tokovih. Pri manjših kratkostičnih tokovih pa je lahko ta čas tudi daljši.

Slika 5: čas izklopa taljive varovalke pri visokih kratkostičnih tokovih

S stališča selektivnosti med varovalko in inštalacijskim odklopnikom bo za nas pri kratkostičnih tokih pomembnejši predobločni ali stalilni čas varovalke, s tem pa tudi predobločni-stalilni I_k^2.t (Joulov integral). Pri inštalacijskih odklopnikih pa bo pomemben največji sprožilni I_k^2.t. Selektivnost ob kratkem stiku, v primeru vezave varovalke pred inštalacijskim odklopnikom dosežemo, če je je najmanjša vrednost predobločnega (stalilnega)  I_k^2.t varovalke  večja od največjega sprožilnega I_k^2.t inštalacijskega odklopnika.

Proizvajalci varovalk in inštalacijskih odklopnikov sicer podajajo te I_k^2.t, ker pa je to zapleten in zamuden postopek proizvajalci (ETI) podajajo tudi tabele selektivnosti inštalacijskih odklopnikov tipa B, C in D glede na vrednost predvarovalke in velikosti toka kratkega stika v kiloamperih (kA)- to je mejne vrednost toka kratkega stika do katerega je še zagotovljena selektivnost  (tabela 1). Do te vrednosti pričakovanega toka ima varovalka višjo vrednost predobločnega-stalilnega I_k^2.t  od največjega sprožilnega I_k^2.t inštalacijskega odklopnika, kar pomeni, da pri kratkostičnih tokovih, ki so manjši od mejne vrednosti, odklopi samo inštalacijski odklopnik, pri višjih kratkostičnih tokovih pa  izklopita oba zaščitna elementa.

Tabela 1: tabela selektivnosti inštalacijskih odklopnikov tipa B in C glede na vrednost predvarovalke in velikosti toka kratkega stika v kiloamperih (kA)- to je mejne vrednost toka kratkega stika do katerega je še zagotovljena selektivnost

S temi tabelami lahko projektant, ki izračuna pričakovano vrednost toka kratkega stika, ali pa preglednik-merilec, ki izmeri pričakovano vrednost toka kratkega stika hitro določi ali selektivnost bo ali ne bo zagotovljena.

Če imamo, na primer pred inštalacijskim odklopnikom  B 10 A vgrajeno varovalko s taljivim vložkom  NV 20 A, pričakovani kratkostični tok pa je na primer 1000 A, nas zanima, ali je zagotovljena selektivnost. Če pogledamo tabelo 1, vidimo, da znaša mejna vrednost toka 0,45 kA oziroma 450 A, tako da selektivnost ni dosežena, saj bi se v primeru kratkostičnega toka 1000 A izklopila oba. Sedaj pa predpostavimo kratkostični tok 400 A. Selektivnost je v tem primeru zagotovljena, saj je mejna vrednost pričakovanega toka  kratkega stika 450 A. To tudi pomeni, da  ima  pri 400 A taljivi vložek NV 20 A varovalke višjo vrednost predobločnega - stalilnega  I_k^2.t  od največjega sprožilnega I_k^2.t inštalacijskega odklopnika.

Ker so stanovanja oziroma hiše po navadi precej daleč od transformatorskih postaj, je zelo pogosto selektivnost zagotovljena, saj so kratki stiki manjših vrednosti. Kaj pa narediti, če selektivnost ni zagotovljena. Nekaj malega se da narediti z zamenjavo inštalacijskega odklopnika na primer B10 v C10, ali pa z  zamenjavo glavnih varovalk iz 20A na 25 A (če je tehnično možno). Mejne vrednosti toka se namreč spremenijo, seveda pa nastopijo dodatni stroški. Če projektantsko gre in bi imeli glavne varovalke 25 A in inštalacijski odklopnik C10 bi bila mejna vrednost kratkostičnega toka 700 A, in do te vrednosti toka bi bila zagotovljena selektivnost.

Zavedati se je tudi treba, da ni isto ali kratek stik nastopi na začetku tokokroga, ki ga varuje inštalacijski odklopnik B10 ali na koncu. Kratkostični tok bo na začetku tokokroga višji in je možno, da selektivnost ne bo zagotovljena, v primeru kratkega stika na koncu tokokroga  pa bi na primer selektivnost lahko bila zagotovljena.