Villanyszerelők Lapja

Egyenáramú olvadóbiztosítók: DC és PV jelű betétek

| |  2295 | szóljon hozzá!

Ismerünk olvadóbiztosítókat és olvadóbiztosítónak látszó tárgyakat. Ha az utóbbit alkalmazzuk védelmi célra, káros következményekkel kell szembenéznünk: a védelemnek a hiánya vagy magának a védelmi eszköznek a meghibásodása (túlmelegedése, esetleg felrobbanása) kárt tehet a védendő objektumban vagy annak környezetében: megsérülhet például egy inverter, egy transzformátor vagy egy egész épület.

Ugyanez a helyzet, ha nem a megfelelő olvadóbetétet alkalmazzuk az adott helyen. Ebben a cikkben az egyenáramú rendszerekben és azon belül is elsősorban a naperőművekben alkalmazott olvadóbiztosítókról szeretnénk hasznos információt adni.

Mi szükség van egyáltalán olvadóbiztosítóra?

Az olvadóbiztosító csak egy eleme a villamos installációt alkotó sok berendezésnek, egy feláldozható elem a sok között. Úgy tervezték, hogy megszakítsa az áramot, ha az túllép egy megengedett határt. Ilyesmi előfordulhat túlterheléskor vagy valamilyen meghibásodáskor. Persze az áram megszakítása is üzemkiesést – és ilyen módon kárt   okozhat, de ez még mindig jóval kisebb, mint, ami a vészlekapcsolás elmaradásakor lépne fel az áramkör többi elemének meghibásodása és a járulékos károk miatt. Az olvadóbetét ugyan tönkremegy a működése során, de a rendellenesség megszüntetése után kicserélhető és a károk ésszerűen határok között maradnak.

Zárlatot okozhat egy leromlott szigetelés (például kiterjedt kábelhálózaton), emberi beavatkozás (egy leeső fémtárgy, például szerszám), vagy állati tevékenység (a szigetelést megrongáló rágcsáló vagy madár stb.).

Azt általában még a laikusok is tudják, hogy egy zárlat vagy egy hosszabb ideig fennálló túlterhelés a biztosítóbetét testén belül található olvadóelemet megolvasztja, ezáltal megszakad az áramkör folytonossága és megszűnik az áram. Ha az olvadóbetét jól lett méretezve a csatlakozó vezetékekhez, akkor a kiolvadás bekövetkeztéig azok még nem melegszenek föl annyira, hogy károsodna vagy kigyulladna a szigetelésük, illetve a környezetükben levő éghető anyagok.

Miféle különbség van az olvadóbiztosítók között?

Az olvadóbiztosítókat besorolhatjuk névleges áramuk, feszültségük, megszakítóképességük és alkalmazási körük szerint történik.

Névleges áram alatt azt az áramot értjük, amit az olvadóbiztosító által a (normál üzemi körülmények között, tehát például legfeljebb 40 °C környezeti hőmérsékleten) folyamatosan vezetni képes.
Névleges feszültség az a hálózati feszültség egy olvadóbiztosítónál, amely mellet az biztonsággal meg tudja szakítani a rajta átfolyó hibaáramot anélkül, hogy veszélyeztetné a környezetét (például a benne kialakuló ív kioltásakor föllépő túlfeszültséggel).

Névleges megszakítóképességnek azt a legnagyobb független zárlati áramot nevezzük, amely az olvadóbiztosító beépítési helyén kialakulhat. Megjegyzendő, hogy a „független” jelző itt arra utal, hogy ez az áram akkor alakulna ki, ha nem lenne az adott helyen az olvadóbiztosító beépítve. Az olvadóbetét ugyanis műkése során nem csak megszakítja, de lényeges mértékben korlátozza is a zárlati áramot, így a többi hálózati elemet érő túlterhelést mérsékli.

Alkalmazási kör szempontjából többféle besorolás és csoport van, mi most itt alapvetően a váltakozó- és az egyenáramú hálózatokban való felhasználás szerint teszünk különbséget.

A váltakozó- és az egyenáramú olvadóbiztosítók egyformák?

Nem, egyáltalán nem. Kívülről ugyan csak a rajtuk levő felirat különbözteti meg őket, de tulajdonságaikat meghatározó leglényegesebb alkatrészüket, a kerámia testen belül levő olvadóelemet tekintve lényeges eltérés van közöttük. Összehasonlítva a feladatukat azt mondhatjuk, hogy az váltakozóáramú biztosítóknak sokkal könnyebb dolguk van, hiszen a váltakozóáram egy másodperc alatt hússzor is nullára csökken és ezekben a pillanatokban (az áram-nulla átmenetek környezetében) kialszik bennük a villamos ív. Ilyenkor tehát kiváló alkalom nyílik rá, hogy végleg elfojtsák, pontosabban ne engedjék újragyulladni.

Az egyenáramú ív kioltása lényegesen nehezebb feladat. Sokféle tervezői fogásra (az ív megnyújtására, hűtésére, az ívfeszültség növelésére) van szükség ahhoz, hogy a az olvadóbetét végül sikeresen megbirkózzon a feladatával. Az egyenáramú biztosítók olvadóeleme sokkal összetettebb, így áruk is magasabb a váltakozóáramú társaikénál.

Egyes váltakozóáramú olvadóbetéteknek megadják az egyenáramú körre vonatkozó megengedett névleges feszültségét. Kisfeszültségű, elsősorban ipari alkalmazású olvadóbetéteknél értelmezik az 50 kA AC (váltakozóáramú) és a 25 kA DC (egyenáramú) megszakítóképességet (lásd az IEC 60269-2 szabvány 2006. évi 3. kiadását).

Az egyenáramú biztosító minden körülmény között ugyanazt a védelmet nyújtja?

Nem. A betéten feltüntetett megszakítóképességet a betét a szabvány által meghatározott körülmények között produkálja. A nagyobb időállandójú (például nagy DC motorokat tartalmazó) áramkörökben újra kell értékelni a DC betétek megszakítóképességét. Vigyázat, ilyen körökben névlegesnél kisebb megszakítóképességgel számíthatunk, mint a betéten feltüntetett névleges érték! A dolog fordítva is igaz: ha az egyenáramú kör időállandója a szabványban megadottnál kisebb (például akkumulátor telepek esetében), akkor a névlegesnél nagyobb megszakítóképességet produkál a betét.

Mindezekhez a korrekciókhoz az adott olvadóbetét képességeinek részletesebb ismerete szükséges, amihez a gyártótól kaphatunk segítséget. Ők határozhatják meg – és bizonyíthatják be célirányos vizsgálatokkal  , hogy az adott alkalmazásban mit várhatunk el az olvadóbetéttől. Meg kell jegyeznünk, hogy a gyártók legtöbbször csak AC vizsgálatokat végeznek, nem mindegyiknek állnak rendelkezésre a saját olvadóbetéteikre sem a DC vizsgálatok eredményei. Adott esetben tehát igenis nagy jelentősége van annak, hogy melyik gyártóval kerülünk partnerségbe termékein keresztül.

Mi a hatása az időállandónak a villamos áramkörre?

Ha a kör időállandója (induktivitása) túl nagy, akkor a védelmi eszközök (akár az olvadóbiztosítók, akár a megszakítók) hibásan működhetnek. Magyarul ez azt jelenti, hogy adott esetben nem képesek kioltani a villamos ívet, tönkremennek, és kárt okozhatnak szűkebb vagy tágabb környezetükben. De gondot okozhat a névlegesnél alacsonyabb feszültség, vagy ha a túláram kisebb, mint az olvadóbetét alsó határárama.

Mitől függ az időállandó?

Az előbb már utaltunk rá, hogy ezt alapvetően befolyásolja maga az áramkörben levő fogyasztó. De a szerelésre is oda kell figyelni! A vezetékhosszal nő az áramkör ohmos ellenállása, a párhuzamosan futó (pozitív és negatív) vezeték távolsága pedig az induktivitást növeli. Ugyancsak függ a hozzávezetés kapacitása az alkalmazott kábeltől, és annak elhelyezésétől. Az időállandót pedig e három tényező (az R - ellenállás, az L - induktivitás és a C - kapacitás) együttesen határozza meg.

Használnak DC betéteket a megújuló energiatermelésben is?

Igen. Talán az olvadóbetétek alkalmazásának egyik legújabb és legdinamikusabban növekvő területe a napelemek, a naperőművek védelme. Mielőtt megmutatnánk itt az olvadóbiztosítók helyét és szerepét, tisztázzuk a napelemekkel kapcsolatos alapvető megnevezéseket, hogy ne keveredjünk bele a későbbiek során!

A naperőművekben az energiát termelő alapegység a napelemcella, aminek többféle változata használatos (monokristályos és polikristályos szerkezetű) Ez minden esetben egy néhány négyzetcentiméteres különleges félvezetőréteg, a fény hatására kb. 0,6 V-on 3,5 A leadására alkalmas. Ezeket az elemi áramgenerátorokat gyárilag 1,5-2,5 m2-es felületű táblákba rendezik, aminek 30-60 V a névleges feszültsége, és így hozzák kereskedelmi forgalomba. A napelemtáblákat telepítéskor sorosan, a sorokat pedig párhuzamosan csoportokba kapcsolva nagyobb feszültségű és nagyobb áramú generátor egységekhez jutunk.

1. ábra: Napelemes rendszer DC oldala

Hol van szerepe az olvadóbiztosítóknak a naperőművekben? 

Nézzük meg egy tipikus, a közcélú hálózatra dolgozó naperőmű sémáját (1. ábra). Ezen az ábrán csak az egyenáramú oldal elemeit tüntetjük föl az inverterrel bezárólag. Az összekapcsolt napelemtábla-sorok a csatlakozódobozba futnak. Minden egyes táblasornak megvan a túláramvédelme. A csatlakozó doboz(ok) a napelemtáblák közelében találhatók, innen kábel kábelen keresztül jut el az inverterhez az összegyűjtött villamos energia, ahol a védelem második szintjét jelentő késes olvadóbiztosító található. Látható, hogy mindkét esetben van a pozitív és a negatív ágban is olvadóbetét.

Az első védelmi vonalban levő olvadóbetétek az egészen kicsi, egy vagy legfeljebb két táblasort tartalmazó mini-erőműveknél elmaradhatnak, ugyanis a megfelelő méretezés esetén itt a zárlati áram biztosan nem haladja meg a napelemekre veszélyes mértéket. Ennél több táblasor esetén azonban szükség van rájuk és nem helyettesítik őket a ábrán is feltüntetett bypass diódák. A bypass diódák és az olvadóbiztosítók szerepe és működése is más. Előbbiek a napelem táblasorokban fellépő egyenetlenség (például helyi árnyékhatások) káros hatását hivatott kivédeni, hogy a többi napelemtábla ne kényszerítse át áramát az árnyékolt, alacsonyabb szinten működő táblán, amely amiatt túlmelegedhetne és végül kiéghetne: sönt ágat biztosítva tehermentesítik az árnyékolt táblát. Az olvadóbiztosítók egy meghibásodott (pl. zárlatba került) táblasorra „rádolgozó” többi táblasor visszáramát szakítják meg, kiiktatva a hibás táblasort.

Másfajta olvadóbiztosító kell-e napelemes rendszerekbe?

Igen. Ahogy a váltakozóáramú alkalmazásokban is különbség van az általános célú, a transzformátorvédelemre, a bányában való alkalmazásra szánt stb. olvadóbetétek között, úgy az egyenáramú alkalmazások között is teszünk különbséget. A kifejezetten napelemes rendszerek védelmére szolgáló betéteket PV (mint photovoltaic) jelölés különbözteti meg. E két betű mögött azonban egy külön szabványlap áll a maga speciális követelményeivel. Ezek például olyan különleges többletvizsgálatokat írnak elő, amelyek az üzemben előforduló speciális körülményeket modellezik

Miben különbek a PV olvadóbetétek a hagyományos DC típusúaknál?

A napelemtáblák üzemi árama és zárlati árama között viszonylag kicsi a különbség, ezért szűkebb az a tartomány ahol még biztosan nem szabad kiolvadnia, és ahol már biztosan ki kell olvadnia a betétnek. A napelemtáblák által termelt energia mennyisége – az üzemi áram nagysága  gyakran és erősen ingadozhat a felhők mozgásától függően. Ezt az ingadozást el kell hogy viselje hosszú éveken keresztül anélkül, hogy a fenti, amúgy is kiélezett karakterisztikája stabilan megmaradjon.

A csatlakozódobozok - bennük az olvadóbiztosítókkal - jellemzően szabadtéren helyezkednek el, kitéve az évszakos hőmérsékletingadozásoknak. A PV típusú betét ezzel szemben is ellenálló kell hogy legyen.

Kötelező-e a PV olvadóbetétek alkalmazása napelemes rendszerekben?

A világ különböző országaiban más-más szabályozási rendszer működik és jelenleg nem mindenhol írják elő kötelező érvénnyel, hogy napelemek mellet csak a megfelelő karakterisztikájú, vizsgálatokon átesett, PV jelzést jogosan magukon viselő olvadóbetéteket alkalmazzanak. Azt azért elmondhatjuk, hogy egyre többfelé - például az Egyesült Államokban, Kanadában, Mexikóban, Spanyolországban, Olaszországban - már kötelezővé tették.

Záró gondolatként csak azt az agyoncsépelt igazságot ismételhetjük meg, hogy az okos ember nem a maga kárán tanul. A műszaki szabványok nem kötelező érvényűek, de figyelembe vételük igen csak ajánlatos. A fejlesztések - amelyek nem kevés pénzt emésztenek föl  sosem öncélúak. A naperőművek védelmi rendszere esetében is sok-sok tapasztalat, káreset, balsikerű próbálkozás nyomán született megoldás, ami új terméktípusban és szabványban öltött testet, ezek alkalmazása pedig már elsősorban a szakemberek, tervezők, kivitelezők hozzáértésén múlik. Ha közvetlenül nem is a villamos szakma dönt beruházási kérdésekben, megvan a magunk felelőssége. Ha szükséges nekünk kell a döntéshozókat megfelelően tájékoztatni és ragaszkodnunk kell a szakmai követelményeknek megfelelő műszaki megoldásokhoz.

OlvadóbiztosítókVédelem



A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.