Az áram-védőkapcsolók kiválasztása
2008/3. lapszám | Kerekes László | 43 563 |
Figylem! Ez a cikk 16 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A szaklap előző számában láthattuk az áram-védőkapcsolók (ávk) áttekintő táblázatát, benne a 2- és 4-pólusú típusokkal, a pillanatkioldású és szelektív változatokkal, az A- és AC-osztályú készülékekkel. Az áram-védőkapcsolóknak – mint azt látni fogjuk – több altípusa is a felhasználók rendelkezésre áll. Ennek ellenére inkább csak az alaptípus, a klaszszikus FI-relé terjedt el, noha az áram-védőkioldó és a kombinált készülék is méltán tarthat igényt a villanyszerelők nagyobb érdeklődésére. A továbbiakban az „általánosságban vett”, 125 A-ig használatos, 35 mm-es DIN-sínre (kalapsínre) szerelhető áram-védőkapcsolók kiválasztásáról írok. Ezen termékek felhasználása az elmúlt években örvendetesen növekedett, elsősorban a lakossági jellegű területen, és ez mindenképpen kedvező tendenciaként értékelhető.
Milyen érintésvédelmi rendszerbe kívánjuk az áram-védőkapcsolót beépíteni?
A védővezetős érintésvédelmi módok közül legjobban a TN-rendszer terjedt el Magyarországon az alacsony telepítési költségeknek köszönhetően (ez a rendszer található meg szinte valamennyi háztartásban). A TN-rendszernek valójában három altípusa létezik, mégpedig:
- TN-C: a védővezető (PE) és a nullavezető (N) egy vezetékben egyesített (PEN). 10 mm2 Cu vagy 16 mm2 Al vezeték- keresztmetszet felett használható;
- TN-S: a védővezető (PE) és a nullavezető (N) szeparált. A fogyasztók fémrészei a védővezetőhöz csatlakoznak. A TN-S rendszer (vagy 5-vezetékes rendszer) kiépítése kötelező 10 mm2-nél kisebb Cu vagy 16 mm2-nél kisebb Al vezeték- keresztmetszet esetén;
- TN-C/S (1. ábra): a TN-C és a TN-S rendszer kombinációja oly módon, hogy a táppontból kiinduló TN-C rendszer PEN-vezetője kettéválik PE- és N-vezetőre. Magyarországon ezt a rendszert használjuk „TN” néven.
Milyen érzékenységű készüléket válasszunk?
Érintésvédelmi szempontból kétfajta alapesetet különböztethetünk meg (az IEC 60364/MSZ 2364/MSZ HD 60364 szabvány szerint).
- Közvetlen érintés: az áramkörbe került személy a villamos berendezést tápláló hálózat fázisvezetőjét vagy a berendezés üzemszerűen feszültség alatt lévő fémrészét érintette meg. Ebben az esetben a fázisfeszültség teljes értéke jut rá. Ha áram-védőkapcsolót is kívánunk erre a célra alkalmazni kiegészítésként, akkor 30 mA-es érzékenységű, pillanatkioldású készüléket kell választani. Fontos megjegyezni, hogy a készülék nem vált ki más védelmi módot (pl. szigetelés).
- Közvetett érintés: olyan fémrész érintése, amely nincs üzemszerűen feszültség alatt, de meghibásodás következtében feszültség alá került. Ebben az esetben az áramütés nagysága a kialakult földzárlati áramtól függ.
A hálózati feszültségtől, az áramütés típusától és időtartamától, az áramkörbe került személy korától és szervezetének villamos ellenállásától függően az áramütés által okozott élettani hatások az egyszerű bizsergéstől egészen a szívbénulásig terjedhetnek (2. ábra). Ezek a balesetek egyre gyakoribbá váltak a különféle villamos berendezések, készülékek szélesebb elterjedése nyomán. Mindennapi életünket ma már el sem tudnánk képzelni például mosógép, hűtőgép, TV, házimozi, számítógép, fax, nyomtató stb. nélkül. Mivel a villamos áram közvetlen élettani hatásai rendkívül súlyosak lehetnek, az áramütés veszélyének csökkentése elsőrendű feladat.
Az áramütést tekintve, annak mértéke az alábbi három tényezőtől függ:
- az áram nagysága,
- az áram útja a szervezetben,
- az áramütés időtartama.
Az élettani hatásokat részletesen az IEC 60479-1 szabvány tartalmazza.
Általánosságban elmondható, hogy a minél érzékenyebb típusú készüléket célszerű beépíteni, hiszen ez garantálja a megnyugtató védelmet. Szerencsére ma már elég fejlett a technológia, így a nem kívánt leoldások is minimális szintre korlátozódtak. Egyébként nem kívánt leoldást okozhat az is, ha túl sok készüléket fogunk össze egyetlen áram-védőkapcsolóval. Ebben az esetben célszerű kisebb csoportokat alkotni, és ezeket külön-külön 30 mA-es ávk-val védeni. Az az áramkör, amelyben egyetlen berendezés 10 mA-nél nagyobb szivárgó áramot hajt, gyanús: feltétlenül ellenőrizni kell mind a készüléket, mind a csatlakozásokat. Szokás emlegetni a 100 mA-es érzékenységet erre az esetre, én nem javaslom, sőt, kifejezetten ellenzem életvédelmi okokból.
Ennek alapján a felvonulási épületek, az építési területek kihelyezett elosztószekrényeibe (időszakos installációk) is a 30 mA érzékenységű áram-védőkapcsoló beszerelését tartom kívánatosnak (közvetett érintés elleni védelem). A 300 mA-es típust csak szelektív változatban, fedővédelemként érdemes beépíteni (lásd koordináció, később).
Fürdőszobákban, konyhákban, zuhanyozó helyiségekben, valamint egyéb párás helyeken felszerelt konnektorok áramköreibe 30 mA érzékenységű áram-védőkapcsoló beépítése javasolt (közvetett érintés elleni védelem).
Az áram-védőkapcsolókat csak a TN-S rendszerben, vagy a TN-C/S rendszer TN-S ágában lehet használni, hiszen ezek a készülékek a nullavezetőt is megszakítják. TN-C rendszerben ezeket nem szabad használni, hiszen itt a védő- (PE) és a nullavezető (N) egyesített (PEN)!
Melyik alaptípusból válasszunk?
Áram-védőkapcsoló (ávk, RCCB, FI-relé)
A legjobban ismert, klasszikus típus az áram-védőkapcsoló (ávk), angol rövidítése RCCB (Residual Current Circuit Breaker) vagy a német nyelvterületről átvett FI-relé. Az érvényes szabvány Magyarországon az MSZ EN 61008, 2000 októbere óta.
A készülékek testzárlati áramok érzékelésén túl alkalmasak áramkörök zárására, bontására vagy leválasztására. Ez nem jelent rövidzárlat és túlterhelés elleni védelmet, ezért mindenképpen szükséges kismegszakítót is választani az áram-védőkapcsoló elé. A készülék fő funkciója tehát a betáplálási pontok védelme. A speciálisan háztartási, kommunális és kisebb ipari jellegű alkalmazásokhoz tervezett ávk-k olcsón kínálnak hatékony védelmet. A 30, 100, 300, 500 mA pillanatkioldású vagy 300, 500 mA szelektív típusok 2- és 4-pólusú kivitelben készülnek. (3., 4. ábra)
Áram-védőkioldó (add on modul)
A moduláris rendszerekben található áram-védőkioldók (add-on moduls: rápattintható modulok) a rendszerbe illeszkedő kismegszakítókra csatlakoztathatók. Az érvényes szabvány az MSZ EN 61009, 2000 októbere óta. Ez a modul saját érintkezővel nem rendelkezik, hiszen a beépített kioldója továbbítja a kioldási parancsot a kismegszakítóhoz, vagyis a kismegszakító főérintkezőit használja fel a zárlatos áramkör bontására. 2-, 3- és 4-pólusú kivitelben készülnek, 30, 300, 500, 1000 mA-es érzékenységgel, pillanatkioldású és szelektív változatban. Fontos megjegyezni, hogy az összekapcsolandó kismegszakító és a rápattintható modul pólusszámának egyeznie kell. Az A és AC osztályú típusváltozatok véletlen kioldás elleni védelemmel is rendelkeznek (5. ábra).
Áramvédős kismegszakító (RCBO: áram-védőkapcsoló beépített túláram-védelemmel)
A készülék a kismegszakító és az áram-védőkapcsoló funkcióit egyesíti ugyanabban a tokozásban. Ez az eszköz egyaránt ellátja a rövidzárlat- és túláramvédelem-, valamint a földzárlatvédelem-funkciókat. A készülék legnagyobb előnye a kis mérete, hiszen csupán 36 mm szélességű. Itt kétféle műszaki paramétercsomagot is meg kell adni, történetesen a kismegszakítóra vonatkozót (megszakítóképesség, kioldási karakterisztika, névleges áram, pólusszám), valamint az áram-védőkapcsolóra vonatkozót (érzékenység, pólusszám, névleges áram, 6. 7. ábra).
Működés egyenáramú összetevőket tartalmazó hálózaton
A különféle fogyasztók egyre nagyobb számban tartalmaznak félvezetőket is, amelyek torzítják a tiszta szinuszos jelalakot, a hálózat felharmonikus-tartalma növekszik, ami problémákat okozhat más készülékek számára (8. ábra). Amennyiben egy ilyen leágazásban földzárlati áram folyik, az egyenáramú összetevők hatása lehet olyan mértékű, amely meghiúsítja az áram-védőkapcsoló hibamentes működését. Annak érdekében, hogy ezt elkerüljük, többféle áram-védőkapcsoló típust lehet választani:
AC osztály: a hibamentes működés csak a tisztán váltakozó áramú hálózaton garantált;
A osztály: a hibamentes működés garantált egyenáramú összetevők jelenléte esetén is.
Általánosságban elmondható, hogy az egyszerű, lakossági vagy hasonló jellegű alkalmazás esetén elegendő az AC, egyébként az A, vagy a még precízebb típusok jöhetnek szóba (si, G, K stb.), ezek már gyártófüggő jelölések.
Az áram-védőkapcsolók koordinációja
A szelektivitás jelentősége
A többszintű védelem kiépítése tovább fokozza a biztonságot. A kiválasztott leágazásokat egyenként vagy összesítve védhetjük. A szelektív áram-védőkapcsolókkal biztosíthatjuk a folyamatos energiaellátást, hiszen amikor hiba jelentkezik valamelyik leágazásban, csak az a készülék old ki, amelyik az illető áramkört védi, ezáltal az energiaellátás a többi ágban folyamatos marad.
Horizontális szelektivitás (áramkörök csoportosítása)
Az áramkörök csoportosítása ebben az esetben azt jelenti, hogy az egyes leágazásokba lehetőleg azonos veszélyességi fokozatú fogyasztók kerüljenek, illetve a felszerelt áram-védőkapcsoló érzékenysége megfelelő legyen az áramkörben jelentkező hibaáramok megszakítására (9. ábra). Például csoportosítás egy közepes méretű installációhoz:
- áramkör: dugaszolóaljzatok védelme nagy érzékenységű áram-védőkapcsolóval (30 mA);
- áramkör: fürdőszoba, mosókonyha és hasonló jellegű helyiségek nagy érzékenységű áram-védőkapcsolóval (30 mA);
- áramkör: nagy teljesítményű beépített fogyasztók közepes érzékenységű áram-védőkapcsolóval (100 mA, 300 mA).
Vertikális szelektivitás
A védelmi készülékekből felépített szelektív hálózat garantálja a felhasználó számára az optimálisan elérhető energiaellátást. A szelektivitás biztosítja az energiaellátás folyamatosságát az alábbi kapcsolásban is. Amikor például zárlat keletkezik az egyik leágazásban (B), csak ez a védelmi készülék fog kikapcsolni, ezáltal az energiaellátás folyamatos marad a másik két leágazás számára. A szivárgó földzárlati áramok elleni szelektív védelemhez két alapkritériumnak kell teljesülnie:
áram-szelektivitás, időbeli szelektivitás.
Az áram-szelektivitás feltétele az, hogy a hálózatoldali áram-védőkapcsoló (A) érzékenysége nagyobb legyen, mint a terhelésoldalié (B).
Az időbeli szelektivitás feltétele pedig az, hogy a hálózatoldali áram-védőkapcsoló kioldása késleltetve legyen a terhelésoldalihoz képest (10. ábra).
A vertikális szelektivitás lehet teljes vagy részleges, a felhasználói igények és a tervezés metódusa alapján (11. ábra).
Teljes szelektivitás
Ebben az esetben csak abban a leágazásban történik kikapcsolás, ahol a hiba jelentkezik, a többi áramkör ellátása mindvégig folyamatos marad (12. ábra). Ennek eléréséhez a következő feltételeknek kell teljesülnie:
a hálózatoldali készülék nem működtető áramának nagyobbnak kell lennie, mint a terhelésoldali készülék működtető árama,
a hálózatoldali készülék nem működtető idejének nagyobbnak kell lennie, mint a terhelésoldali készülék működtető ideje.
A teljes szelektivitás (13. ábra) feltétele: IdnA > IdB, tnfA > tfB,
ahol: Idn: a névleges érzékenység (mA), tf: az áram-védőkapcsoló minimális működtető ideje, tnf: az áram-védőkapcsoló minimális nem működtető ideje.
Részleges szelektivitás
Részleges szelektivitás megvalósítása elegendő, ha a zárlat miatti kikapcsolás több leágazást vagy az egész hálózatot megszakíthatja, teljes szelektivitásra nincs szükség.
Lehetővé teszi az installáció hibás leágazásának gyors felderítését, valamint a többi leágazás problémamentes visszakapcsolását (14. ábra). Habár a szelektivitás teljes a B leágazásban, ez az A-ban nincs biztosítva, emiatt az installáció részlegesen szelektív. A teljes szelektivitás nem biztosított, mert a hálózatoldalon pillanatkioldású készülék van telepítve, az A leágazásban lévő készülék névleges érzékenysége nagyobb, mint a hálózatoldali készülék érzékenységének a fele.
Áram-védőkapcsoló és túlfeszültség-korlátozó koordinációja
Ez egyre inkább élő probléma, az áram-védőkapcsoló ugyanis alapvetően érzékeny készülék, a hálózati zavarokat nem kedveli. Emiatt fejlesztettek ki az egyes gyártók növelt zavarvédettségű típusokat si-super immunized (megerősített zavarvédelem), G stb. Itt is fontos az áramkörök megfelelő csoportosítása, vagyis a magas prioritású leágazásban növelt zavarvédettségű ávk (A osztály zavarvédelemmel, pl. si), a betáplálási oldalon pedig szelektív ávk (15. ábra). Ezen megoldások leginkább kereskedelmi, szolgáltatói vagy ipari jellegű épületek energiaelosztási hálózatában használatosak.
Összefoglalva tehát elmondható, hogy az áram-védőkapcsolók rendkívül széles választéka áll rendelkezésre, akár lakossági, akár ipari környezet számára. A készülékek gyártástechnológiája kiküszöböli a bizonytalan működést. Időben szelektív típusok kiválasztásával akár teljes szelektivitiást tudunk megvalósítani, ezáltal tovább fokozhatjuk a folyamatos energiaellátást az adott hálózaton.
Áram-védőkapcsolóÉritésvédelem
