Megszakítók új szerepkörben
2009/5. lapszám | Kozma László | 5150 |
Figylem! Ez a cikk 15 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Mint minden más termék esetében, a műanyag tokozású vagy más néven öntöttházas megszakítóknál sem állt meg a fejlesztés és a műszaki haladás az elmúlt időszakban.
 |
Ezekkel a készülékekkel szemben is újabb és újabb követelményeket támaszt a kereskedelmi és kivitelezői piac, a végfelhasználói kör, illetve más oldalról a gyártók is rendre előállnak olyan új, esetleg szokatlan megoldásokkal, amelyek esetleg később mindenki által követendő példává válnak, netán a szabványokba is bekeülnek.
Fontos kiemelni, hogy az új fejlesztések iránya arra mutat, hogy már az öntöttházas megszakítók is szerepet vállaljanak a mérés- és energiamenedzsment feladataiban, a tágabban értelmezett energiaelosztásban. Hiszen egyre többet hallunk az energiahatékonyság szükségességéről, a megfelelő energiamenedzsment kialakításának elvárásáról.
Nem is csoda ez, hiszen az energiaforrások szűkösek, az eddigi energiafelhasználás pazarló volt és akkor még nem is beszéltünk a környezetszennyezés problémájáról. Ezek fontos, mind a szakemberek, mind a felhasználók gondolkodásmódját meghatározó motivációk, ezért a közgondolkodás mind nagyobb hangsúllyal kéri számon az energiagazdálkodásra fókuszáló megoldásokat. Ha két csoportba osztjuk az energiamenedzsmentet, akkor lehetünk passzív vagy aktív energiagazdálkodók.
A passzív szakaszban kijelöljük a kiindulási pontokat (létező installációk, készülékek, fogyasztási szokások, szokásos elfogyasztott villamos energiamennyiség adott időszakra stb.), míg az aktív szakaszban be is avatkozunk (műszakok átstrukturálása, csere energiahatékony készülékekre, érzékelők, időzítők felszerelése stb.).
A jelen publikációban bemutatásra kerülő megszakítóknak aktívan részt kell venniük az energiamenedzsmentben, azaz szerepet kell vállalniuk a hatékony energiagazdálkodásban. Ehhez tulajdonképpen teljesítménymérő egységgé szükséges átalakulniuk, természetesen mindamellett, hogy védelmi funkcióikat is el kell látniuk. Tehát az új generációs megszakítók markáns előnye az, hogy mérnek és védenek egyszerre, egy kicsiny, kompakt méretben.
 |
 |
 |
 |
 |
Ehhez a mérési funkcióhoz szükség van a megfelelő eszközökre is. Ilyen a szintén új fejlesztésű áramváltó, ami két funkciót ölel fel egy tokozatban: vasmagos áramváltó a védelmi kioldóegység tápellátásához, valamint légmagos áramváltó (Rogowski tekercs) a nagy pontosságú mérések elvégzéséhez.
Mivel természetesen a méréseket nem önmagukért végezzük, fontos, hogy a mérési információkhoz megfelelő helyen és időben hozzájuthassunk. Itt merül fel az új generációs megszakítókkal szemben támasztott következő követelmény: az adatok megfelelő kijelzése, méghozzá helyben vagy a kommunikáció segítségével a felügyeleti rendszerben.
A fejlesztés eredményeképpen a következő előnyök sorolhatók fel. Az új megszakítók fogyasztásmérő funkcióra is szert tettek, ezáltal kellő információt biztosíthatnak a villamosenergia költségek figyelemmel követéséhez, valamint a szükséges intézkedések meghozatalához. A berendezésekben elhelyezett mérőegységnek köszönhetően információt nyerhetünk a felharmonikus tartalom vonatkozásában is, tehát következtetést vonhatunk le a villamos betáplálás minőségéről is. A készülék alkalmas olyan riasztások megvalósítására is, amelyek megfelelő beavatkozások és tervezett karbantartások végrehajtására figyelmeztetik a felhasználót. A működésről nyert adatokat a berendezés memóriája tárolja, így az eseménynaplók és táblázatok gondoskodnak az installált készülékbázis helyénvaló működéséről, azok ellenőrzéséről. Mivel az adatokat a mérőegységnek folyamatosan tárolni kell, így a felhasználó beállíthatja az időbélyeggel ellátott riasztásokat, hozzájuk rendelhet fényjeleket, riasztásokat stb..
A fenti rövid összefoglaló arra kívánta rávilágítani a figyelmet, hogy a kompakt megszakítókészülékek funkciópalettája egyre szélesebbre tárul, és a korábban csupán önálló céleszközökkel megvalósítható feladatok minél szélesebb tartománya válik hozzáférhető egy-egy többfunkciós berendezés alkalmazásával.
Természetesen az sem elhanyagolható, hogy hogyan kell a rendszert összeállítani. Az előre vezetékezett csatlakozás és plug-and-play interfész modul segíti az egyszerű integrációt a kommunikációs hálózatba. Mint már korábban említettük, az adatok kijelzésére szükség lehet egy időben több helyen is. Szükség van a mérések megjelenítésére a készülékbe felszerelésre kerülő védelmi kioldóegység LCD-kijelzőjén, hiszen a helyi leolvasás mindig fontos és hasznos információval láthatja el a kezelő személyzetet, indokolt esetben azonnali beavatkozást tesz lehetővé.
Nyilvánvaló azonban, hogy az integrált LCD-kijelző lehetőségei limitáltak, így ezen csak bizonyos főbb adatok megjelenítésére kerülhet sor. Az LCD-kijelző a védelmi egység összes beállítási értékét megjeleníti, valamint láthatók rajta a feszültség, a frekvencia, a teljesítmény és a fogyasztási értékek is.
Természetesen az energiamenedzsment megvalósításhoz sokkal több adatra van szükség és az áramkörök elejére helyezett megszakítók a legjobb pozícióban vannak az adatok összegyűjtésére. A védelembe integrált mérési funkciók a fentieknél sokkal több adat mérésére adnak lehetőséget, érdemes tehát felszerelni a rendszert kapcsolószekrény-előlapi kijelzőmodullal is. Ez még mindig a helyi mérés és megjelenítés szintje, hiszen ebben az esetben semmi mást nem tettünk, mint azt, hogy a megszakítóba integrált mérőegység által mért információkat egy előlapon is feltüntetjük. A képernyőn már minden mérési érték megjeleníthető.
Így a mérhető feszültség, a frekvencia, a teljesítménytényező, cos φ, valamint a teljesítmény- és fogyasztási értékek is az áramértéken kívül könnyen hozzáférhetővé válnak. Ezen túlmenően a mérőegységnek képesnek kell lennie felharmonikusok mérésére is, adott esetben a THDU-feszültség- és a THDI-áramfelharmonikusok mérésére és megjelenítésére is. Ha már a nagyméretű képernyőt választottuk, akkor ez adott esetben alkalmas lehet a különböző riasztások kijelzésére is. További felmerülő szempont még az, hogy noha a védelmi egységbe integrált LCD-kijelzők a kioldásból adódó paraméterek megjelenítésére mindenképp alkalmasak, de a megszakító a szekrényben található, csukott ajtó mögött, tehát nehézkes lehet a hozzáférés: így szükségessé válik az, hogy az előlapi képernyőn egy felugró ablak jelezze a hibát és jelenítse meg a kioldás okát, értékét. Az sem mellékes szempont, hogy lehetőség nyílik a felhasználó által definiált riasztások megjelenítésére is, adott esetben ezeket érdemes fontossági sorrendbe állítani, és megkülönböztetést tenni riasztás és riasztás között. Az eseményeket a védelmi kioldóegység időbélyeggel látja el, és így kerül tárolásra a „nem felejtő” memóriában, tehát az eseménynaplóból visszakövethetővé válnak az utolsó események, dátummal és időponttal együtt.
Mivel a védelmi egységben most már „mini számítógépek” kerülnek elhelyezésre, a mért adatokkal sok energiamenedzsment funkció valósítható meg. Alkalmasnak kell lennie a készüléknek a lekötött értékek beállítására áramértékhez, fogyasztáshoz, valamint teljesítményhez, így egyfajta teherledobás és visszakapcsolás is megvalósíthatóvá válik az új generációs megszakítókkal. Tehát nem kell ehhez külön teljesítménymérő egység, sok áramváltó, vezetékezés, extra védelmek, hanem ezeket a funkciókat mind integrálja magában a megszakító és a védelem.
Fontos szempont az is, hogy a rendszert bármikor, utólag is tovább lehessen fejleszteni és a mért adatokat kommunikációs rendszeren keresztül egy felügyeleti szoftverbe lehessen eljuttatni. Adott esetben ehhez egy interfész modulra lehet szükség, ami egyszerre használható a helyi kijelzővel: tehát helyben is és távolban is rendelkezésre állnak a mérési adatok és a védelmi beállítási értékek. Így már az egész rendszer egy energia-felügyeleti szoftver alá fűzhető fel.
 |
 |
A megszakítók esetében nagyon fontos az, hogy hogyan csatlakozik a védelmi egység a tokozatban. Sok gyártó esetében a gyári meghúzás biztosítja a megfelelő nyomatékot és ezáltal a rendes átvitelt. Az új generációs megszakítóknál már egy olyan megoldás jelent meg, aminek révén a védelmi kioldóegység bármikor, bárhol cserélhetővé válik. Ehhez arra van szükség, hogy a főáramkörök és a védelmi kioldóegység között megfelelő nyomatékkal meghúzott kapcsolat jöjjön létre. A szakadófejes, meghúzónyomaték-korlátozó csavarok segítségével biztosak lehetünk abban, hogy a kioldóegység tökéletesen a helyére kerül és a csatlakozás a megfelelő nyomatékkal jött létre, mert a csavar szakadófeje addig nem válik le, amíg az nincs meghúzva kellőképpen. Így már nincs szükség sem villamos tesztre, sem pedig speciális szerszámra. Fontos szempont az is, hogy a védelmi kioldó egység úgy legyen cserélhető, hogy magát a készüléket nem kell a főáramkörből kicsatlakozatni, tehát nem kell a hálózat- és terhelésoldali bekötéseket megbontani. Biztos, hogy az új generációs megszakítók esetében ez alapkövetelménnyé válik.
A védelmi beállítások megfelelő lezárása azért fontos, mert így elkerülhetővé válik a véletlen vagy illetéktelen beavatkozás. Az átlátszó plombálható fedél védelmet jelent a kioldóegység hozzáféréséhez és megakadályozza a beállítások változtatását, ami igaz új elektronikus kioldóegységekre is.
Ha egy megszakító be van kapcsolva, azon áram folyik és a terhelés mérhető, sosem lehetünk abban biztosak, hogy baj esetén a beállításoknak megfelelően fog működni és megszakítani. Régebben ezt rendszeres ellenőrzéssel lehetett biztosítani, tehát a megszakítót kapcsolni kellett, vagyis az áramkört meg kellett szakítani. Az új kioldóegységeknek már rendelkeznek készenléti (Ready) LED-kijelzővel is, ami folyamatos villogásával jelzi, hogy a védelmi készülék képes ellátni feladatát. A védelem egy ciklikus tesztfolyamatot ismétel, aminek során teszteli az elektronikát, az áramváltók bekötéseit és a kioldó működését. Tehát, ha a felhasználó villogni látja a zöld fényt, akkor teljesen biztos lehet abban, hogy a megszakító kész megszakítani az áramkört, külső tesztelési folyamat nélkül is.
Mivel egyre nagyobb és nagyobb terhelésekre van szükség, hiszen több és több energiát kell átvinni egyik helyről a másikra, ezért következésképp egyre nagyobb és nagyobb zárlatok is kialakulhatnak. Ezek megszakítása kritikus mind a megszakító, mind pedig a védendő vezetékek és berendezések szempontjából. Az ún. roto-aktív érintkező megszakító elv minden megszakítónak jobb zárlati áramkorlátozó képességet és teherbírást biztosít.
A megszakító elv lényege az, hogy a megszakítás egy forgó irányú mozgás miatt egyszerre két helyen történik, így a kialakuló ív energiája rögtön két részre oszlik, tehát a kialakuló zárlati áram energiája megfeleződik a két ív segítségével. De ez az elméleti, több mint 100 kA-es zárlati áram esetében kevés lehet, hiszen ilyen körülmények között nagy energiák szabadulnak fel rendkívül rövid idő alatt. Tehát szükséges a megszakítás folyamatát más eszközzel is gyorsítani. Mivel az ív kialakulásával nagy nyomás is létrejön, nem kell mást tenni, mint ezt a nyomást felhasználni az érintkezők elválasztására. Ezt végzi el a reflex-kioldó.
A szelektivitással biztosítható az, hogy mindig a kialakult zárlathoz legközelebbi megszakító nyisson csak, míg a többi leágazás zavartanul működjön. Az új készülékcsaládokban már a 100 A-es tokozatban elhelyezett védelmi egység teljes szelektivitással rendelkezik a terhelésoldalon elhelyezett moduláris védelemmel, így a hálózatoldalra elég egy 250 A-es tokozatot elhelyezni, hogy létrejöhessen 2,5x-es szorzóval a szintén teljes szelektivitás. Ez szintén költségcsökkentéssel jár, mert kisebb tokozatú megszakító és így kisebb szekrény beépítésére van szükség.
 |
A motorok védelméről szóló szabvány, az MSZ EN 60947-4-1 rendelkezik a védelmi funkciókról. Ez megköveteli az alap túlterhelés, rövidzárlat valamint fáziskimaradás és fázisaszimmetria védelmeket. További speciális védelmeket lehet beállítani a motorok indítására és leállítására, ellenáramú fékezésre, motor léptetésre vagy biztonságos forgásirányváltásra is.
Természetesen egy mágneskapcsolóval összekötve a megszakító kielégíti az úgynevezett 2-es típusú koordinációt is. Modul beépítésével távjelzés adható a motor túlterheléséről és működésbe hozható egy mágneskapcsoló, így biztosítva a folyamatos energiaellátást. Tehát nem a megszakító kapcsol ki és be, hanem egy utána kötött mágneskapcsoló, így a megszakítót megkímélhetjük a felesleges elöregedést okozó ki/bekapcsolásoktól. Mindezidáig nem volt lehetőség a bekövetkező túlterhelés előrejelzésre. Erre nagy szükség van, hiszen ha kapunk egy jelzést, hogy a túlterheltség elért egy bizonyos szintet, pl. 95%-ot, akkor be tudunk avatkozni és elkerülhetjük, hogy a megszakító megszakítson egy teljes leágazást. Ehhez egy modulra, egy jelző érintkezőre van szükség. A modul két kimenettel rendelkezik és attól függően, hogy milyen védelmi kioldóegységgel használjuk:
• csak túlterhelés jelzést,
• túlterhelés jelzést és túlterhelés előrejelzést,
• túlterhelés jelzést és földzárlatvédelmi kioldás jelzést
képes szolgáltatni.
Ezek a modulok optocsatolóval csatlakoznak a megszakító védelmi kioldóegységéhez, tehát külön vezetékezést nem igényelnek, az összekötést nem lehet elrontani.
Mint láthattuk számos új követelmény jelent és jelenik meg a kompakt megszakítók esetében, amelyekkel kapcsolatban a gyártóknak fel kell készülniük és ezekre megfelelő megoldást kell találniuk. Összefoglalóan, talán ezen új funkciók közül a legfontosabb az aktív részvétel az energiamenedzsmentben, már a kompakt megszakítók helyén, azokon belül.
