Kombinált védelmek: egyedül nem megy?
2014/12. lapszám | Dr. Papp Gusztáv | 10 722 |
Figylem! Ez a cikk 10 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Jelen cikkben az áram-védőkapcsolókkal foglalkozó korábbi írások folytatásaként (lásd VL 2012 júniusi és 2014 szeptemberi lapszámát) most a túláram- és hibaáram-védelmet ötvöző, moduláris felépítésű, kombinált védelmi készülékekről szeretnénk szólni.
Az elektrotechnika egyszerű!...
...Legalábbis tanáraim tréfás-komoly mondása szerint. Hiszen csak kétfajta hibalehetőség fordul elő benne: vagy valami nem érintkezik, aminek kellene, vagy valami érintkezik, aminek pedig nem kellene. Folytatva ezt a gondolatmenetet: a védelmek az ilyen rendellenességeket hivatottak megelőzni, vagy ha már bekövetkezett a baj, legalább korlátozni térben, időben – és nem utolsósorban forintban – a károkozást.
Mennyi az annyi?
Jó vagy rossz szokás, de szeretünk csoportosítani, kategóriákba sorolni, beskatulyázni dolgokat. Ha logikusan, célszerűen tesszük, ez áttekinthetővé teszi az amúgy szerteágazó, sokféle dolgot. Hányféle védelem, hányféle védelmi funkció létezik? Ha megkérdezzük, még a szakemberek szájából is különböző számok hangzanak el. Én is mondok egy számot: három. Hogy mi ez a háromfajta védelem, az 1. ábrán látható. Közben hallom egyes kollégák ellenvetését, miszerint rosszul számolok, hiszen a védelem típusánál én magam is négyet sorolok föl. Ez igaz, de vajon kettő-e a túláram- és a zárlatvédelem? Ha meggondoljuk, mind a „túláram” (túlterhelés), mind a „zárlat” az üzemihez (értsd: tervezetthez, méretezetthez, megengedhetőhöz) képest túl nagy áramot jelent.
Hol a határ?
Persze érzünk valami különbséget, mint ahogy a kismegszakítóban is előbbi esetben a némi „türelemmel” bíró ikerfém, utóbbi esetben pedig a „hirtelenkedő” mágneses kioldó fogja kiváltani a működést. De vajon mi vagy ki dönti el, hogy hol a határ? Valami természeti törvény? Nem, hanem az a szakember, aki megtervezi, kiválasztja a védelem eszközét. Például a névleges áram hatszorosa egy B karakterisztikájú kismegszakító esetében már biztosan zárlatnak számít, egy D karakterisztikájú számára még biztosan csak túlterhelésnek. Hát egy olvadóbetétnél mi a helyzet? Nincs az az okos villanyszerelő mester, aki pontosan meg tudná húzni a határt a két eset között.
Biztos mindent számba vettünk?
Még mindig hallok ellenvetéseket a kedves olvasóktól. Nem feledkeztem meg a motorvédő kapcsolókról, a kompakt megszakítókról? Nem. Azokban is „csak” az előbb említett túláram-, illetve túlfeszültség-védelmi funkciókat valósítjuk meg, ráadásul az előbb leírt eszközökkel. No de a feszültségcsökkenési relé már csak kimaradt! Való igaz, ebben az esetben a hálózati feszültség csökkenése fogja kiváltani a lekapcsolást. Azonban gondoljunk bele: ilyenkor mi ellen védekezünk? Vajon a feszültség csökkenése jelenti a fenyegetést, amitől óvakodnunk kell? Nem. Valójában itt is túláram-védelemről beszélhetünk, mert vannak olyan fogyasztók (motorok), amelyek „munkakényszeresek”, és a névlegesnél alacsonyabb feszültségen a névlegesnél nagyobb áramot vesznek föl, ami károsíthatja őket, ennek megelőzésére történik a lekapcsolás.
1+1=1
A fenti bevezetővel oda szerettem volna eljutni, hogy megmutassam, hol helyezkednek el az e cikk témáját jelentő kombinált védelmek. Hivatalosan úgy nevezik őket, hogy „áram-védőkapcsolók, beépített túláram-védelemmel”, ami mindent elmond róluk: működésükkel lefedik az 1. ábra első két sorát. A beszédes, de sok nyomdafestéket igénylő név helyett jelen cikk erejéig maradjunk a kevésbé szabatos, de legalább rövidebb, „kombinált védelem” kifejezésnél. Mentségünkre legyen mondva, hogy például az angol kollégák, akik maguk se találtak rövidebb megnevezést (Residual current Circuit Breaker with Overcurrent protection), szintén rövidítenek. A hosszú angol megnevezésből származó betűszóval (RCBO) találkozhatunk például idegen nyelvű katalógusokban.
A kombinált védelem megjelenése logikus volt, hiszen végső soron az ÁVK és a kismegszakító ugyanazt teszi: probléma esetén lekapcsolja a meghibásodott hálózatrészt. Minek ehhez két külön kapcsoló? A többféle (túláram/zárlat-, illetve hibaáram-) érzékelő rész működtesse ugyanazt a megszakító-szerkezetet! Így egy kapcsolóval kevesebb kell az elosztótáblán. A képlet tehát egyszerű: ÁVK+kismegszakító=kombinált védelem.
Megnézve a kombinált védelmek műszaki adatait, valóban e két-féle védelmi eszköz paramétereit látjuk viszont. Értelemszerűen bizonyos névleges jellemzőik eddig is közösek (hasonlók) voltak (feszültség, frekvencia, áram), amihez most ötvöződnek az ÁVK részéről olyanok, mint a névleges hibaáram és a működési osztály, a kismegszakító részéről pedig a zárlati megszakítóképesség vagy a kioldási karakterisztika. Jóféle érdekházasság ez, ahol a közös használatú kapcsolóba mindenki a maga legjobbját hozza be.
LEGO játék – de komolyan!
Az egyesítés egy lehetséges módja az, ha egymás mellé tesszük a két készüléket, a kismegszakítót és az ÁVK-t úgy, hogy az ÁVK-ból persze kihagyjuk a kapcsolórészt. Több gyártó kínál erre lehetőséget, azaz kismegszakítóhoz illeszthető áram-védőkioldót akár egyfázisú (lásd a 2. ábra), akár háromfázisú rendszerre. Előnye az ilyen párosításnak, hogy rendkívül variábilis: névleges áramban, karakterisztikában és egyéb jellemzőkben széles tartományban válogathatunk – persze az adott gyártmánycsaládon belül. A különböző gyártók készülékei nem csereszabatosak, sőt, még egy adott gyártónak sem választhatjuk bármely készülékét. A megfelelő készülékpárosításra tehát oda kell figyelni, bár a gyártók a triviális hibák ellen igyekeznek védelmet nyújtani (például egy 25 A-es áram-védőkioldóhoz ne lehessen csatlakoztatni egy nagyobb névleges áramú kismegszakítót).
Konyhakész megoldás
Az „igazi” mégiscsak az, amikor egy tokozáson belül egyesítik a két készüléket. Ebben az esetben az egybeépítés már gyárkapun belül megtörténik, persze ezek után csak a gyártó választása szerinti kombinációk állnak rendelkezésre – amelyek azért az igények túlnyomó részét lefedik. Előnyös, hogy egy bütykölést nem igénylő, és nem utolsósorban a LEGO-s változathoz képest kompaktabb párost kapunk. Itt is létezik egyfázisú (3. ábra) és háromfázisú rendszerhez való készülék (4. ábra). Előbbi esetben lehet 1p+N vagy 2p kivitelű a készülék. Az 1p+N változatnál ügyelni kell a fázis-, illetve a nullavezető helyes bekötésére, mert mágneses és ikerfémes kioldó csak az egyik ágba van beépítve. A drágább kivitelűnél a két pólus egyenértékű, mindkettőt felszerelik túláram-érzékelőkkel/ kioldókkal (5. ábra). Nullavezetős és anélküli háromfázisú rendszerhez is kínálnak készüléket, ennek megfelelően lehet találni 3p, illetve 3p+N vagy 4p változatot.
Névleges értékek
A közös jellemzőket tekintve ezeknek a készülékeknek a névleges feszültsége 230/400 V, illetve névleges frekvenciája 50/60 Hz. Névleges áramtartományban az egyes gyártóknál a 2-6 A-től kezdődően 32-40 A-ig bezárólag kaphatók ezek a moduláris készülékek. A túláram-védelmi jellemzőit tekintve megszakítási karakterisztikák közül általában B és C áll rendelkezésre; D vagy más, ritkábban használt (például K) jelleggörbéjű nem, vagy legalábbis szűkebb választékban.
A névleges zárlati áram, a bekapcsoló-, illetve megszakítóképesség – a kismegszakítókhoz hasonlóan – 4, 5, 6 vagy akár 10 kA is lehet. Esetenként, ha nagyobb zárlati szilárdságot igénylő helyre kell beépíteni a készüléket, fedővédelmet (soros előtétbiztosítót) ír elő a gyártó – erre vonatkozóan a katalógusok adnak eligazítást, vagy érdemes a gyártó szakértőivel konzultálni. A hibaáram-védelmi jellemzőket tekintve az ÁVK-knál „megszokott” névleges hibaáramokkal lehet találkozni (10, 30, 100, 500, esetleg 1000 mA).
Működési osztályuk a ma már egyre kevésbé ajánlott – mert csak tisztán szinuszos hibaáramra érzékeny – AC, vagy a jóval biztonságosabb – lüktető egyenáramra, illetve némi egyenáramú komponenst is tartalmazó hibaáramra is működő – A lehet. Az újabban megjelent egyenáramú, illetve nagyfrekvenciás felharmonikusokkal erősen torzított áramú hálózaton is megfelelő működést kínáló B vagy B+ karakterisztika ebben a készülékfajtában még nem jelent meg. (Figyelem! Most nem a megszakítási karakterisztika „B” típusáról van szó...) Pillanatműködésűek – kevés kivételtől eltekintve – a kombinált védelmek, tehát időkés-leltetés nélkül oldanak le a hibaáram megjelenésére. (Természetesen ez nem keverendő össze a túláramokra adott válaszukkal, amire a fentebb írtak vonatkoznak). Nem jellemző még a szelektív hibaáram-leoldást lehetővé tevő időkésleltetett („szelektív”) vagy a rövid idejű késleltetéssel működő, így a hálózati zavarokra immunis készülék, bár ilyenre is találunk már kezdeményezést.
Kiegészítők és extrák
A kombinált védelmeknek léteznek további funkciót tartalmazó változataik, például leoldása megengedettnél magasabb vonali feszültség, csillagpont-eltolódás (a csillagpont földhöz képesti megemelkedése), nullavezető- vagy védővezető-szakadás esetén. Jó, ha a készüléknek valós érintkező állásjelzője van. Ez azért fontos, mert a kézi karocska nem tekinthető biztos állásjelzőnek. Egyes készülékeknél például plombálható a kar „BE” helyzetben, a kézi kikapcsolás megakadályozására, ami ugyanakkor nem gátolja (nem gátolhatja) a védelmi kikapcsolást. Kioldás után a kart a plomba ilyenkor is „BE” helyzetben tartja, miközben az érintkezők valójában nyitva vannak: ezt egy megbízható, valós állásjelző mutathatja.
Egyes típusok (optikai) hibaáram-kioldásjelzővel rendelkeznek. Van típus, ahol a kioldást a kézi kar speciális (vízszintes) helyzete jelzi. A fölső „BE” és a kézi kikapcsolással elérhető alsó „KI” helyzet között tehát van egy közbülső „LEOLDOTT” helyzet. Fontos tudni, hogy ebből nem lehet azonnal visszakapcsolni a készüléket: először kézi működtetéssel „KI” helyzetbe kell hozni, csak ezután válik lehetővé újra a kézi bekapcsolás. Vannak gyártmányok, amelyekhez távjelzésre vagy működtetésre szolgáló segédérintkező, illetve munkaáramú kioldó csatlakoztatható.
Mi van a motortető alatt?
A kombinált védelmek működését – a kézi kapcsolást leszámítva, amit nem tartunk védelmi működtetésnek – három dolog válthatja ki:
- a névleges áramok fölött a 3-5-szörös (B típus) vagy 5-10-szeres (C típus) névleges áramig az ikerfém,
- az előbbinél nagyobb túláramok (zárlat) esetén a mágneses kioldó,
- hibaáram megjelenésekor pedig az érzékelő áramváltó mágneses szerkezete.
Mindhárom esetben magából a „hibajelből” veszi a készülék azt az energiát, ami a működés kiváltásához kell. A működésnek tehát csak egyetlen feltétele van, hogy maga a hibajelenség fennálljon.
A kakukktojás
A fent felsorolt három működtetés esetében az utolsónál van egy másik működési elv is, nevezetesen az elektronikus. Akkor lehet erre például szükség, ha a méretet szeretnénk csökkenteni. A „LEGO”-típusú készülék-kombinációk (egyfázisú rendszerről beszélünk) jellemzően 4 modul szélesek. A gyárilag egybeépített kombinált kompaktabb védelmek is legalább 2 modul szélességűek. További méretcsökkentésre passzív elemekkel nincs mód. Elektronika alkalmazásával lehet 1 modul szélességben is megvalósítani teljes körűen ugyanezeket a funkciókat (6. ábra).
A világon és a hazai piacon is jelen vannak már az elektronikát tartalmazó kombinált védelmek. Megosztják a szakmát, sőt egészen szélsőséges véleményeket is kiváltanak, ezért érdemes alaposabban megvizsgálni, hogy miről van szó.
Miben más?
Az elektronikát tartalmazó kombinált védelmek túláram-védelme teljes egészében megegyezik a „hagyományos” készülékekével, semmilyen működésbeli különbség nincs közöttük. Amiről beszélünk, az kizárólag a hibaáram-érzékelésre és -lekapcsolásra vonatkozik. Ebben az esetben tehát a hibaáram jelét egy elektronikus áramkör erősíti fel annyira, hogy az a működtetést kiváltsa. Ehhez tápenergiára van szükség, amit a készülék a védendő áramkörből – a saját tápoldali kapcsairól vesz. A működésnek tehát egy többletfeltétele van: legyen elegendően nagy (230 V-os hálózatban például 90 V fölötti) feszültség a védelmi készülék betápoldali kapcsain. Ezért is nevezi ezt a megoldást a szabvány „feszültségfüggőnek”.
Nincs szabvány? Van szabvány!
Mert természetesen az ilyen készülékeket is szigorú nemzetközi szabvány (az IEC 61009-2-2) írja le. Ez a szabványt a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (amelynek Magyarország és a többi uniós ország is tagja) készítette, és több mint 20 éve van érvényben. Európai szabvány (EN), és így magyar szabvány erre a készüléktípusra nincs – ami nem jelenti azt, hogy ezért ennek alkalmazása szabálytalan lenne.
Tudni való, hogy magas műszaki kultúrájú, köztük uniós országokban (mint például Angliában, Hollandiában, Norvégiában) is alkalmazzák a feszültségfüggő védelmi készülékeket.
Mi a probléma?
Miért ellenzik egyes szakemberek ennek a készülékfajtának az alkalmazását? Talán kisebbik hányaduk kifogásolja az elektronika esetleges meghibásodását. Ezt a technológia mai fejlettsége és a vizsgálatok szigorúsága nem indokolja. Jogos kifogás, hogy a működés előfeltétele a hálózati feszültség adott érték (90 V) fölött maradása. Ez még mindenképpen a törpefeszültségnél magasabb érték, ahol érintésvédelmi szerepe van a hibaáram- védelemnek. Bár ennek az extrém helyzetnek a valószínűsége sem túl magas, de természetesen számításba kell venni a kockázatát!
Legsúlyosabb érvként a tápfeszültség eltűnésének veszélyét hozzák fel, nevezetesen a nullaszakadást, amikor a fázisvezető épsége miatt a felhasználóra veszélyt jelentő feszültség jelen van, de a készülék nulla kapcsa lebegő potenciálon lévén az elektronika nem kap tápfeszültséget, és hiába lép föl érzékelhető hibaáram, nem történik beavatkozás. Hogy ez a veszélyhelyzet mikor lép föl, az a hálózat topológiájának ismeretében határozható meg.
Egy konkrét példa a Magyarországon szokásos alkalmazásra látható a 7. ábrán. Itt kiemeléssel jelöltük a nullavezetőnek azt a szakaszát (a mérőhelynél kialakított földelési és EPH pont és a készülék beépítési helye közötti részt), amelynek szakadása a leírt hibához vezet.
Figyeljünk oda!
Feszültségfüggő védelmi készülék alkalmazásakor tehát pontosan tisztában kell lennünk annak működési feltételeivel (katalógusadatok) és a beépítés körülményeivel (tervek), csak így lehet eldönteni, hogy milyen feladat bízható a készülékre, és azt várhatóan kellő biztonsággal el tudja-e látni. Ez mindenképpen szakmai, nem pedig kereskedelmi vagy érzelmi kérdés.
A kombinált védelem jó!
Általánosságban a kombinált védelmekről elmondhatjuk, hogy jól ötvözik a túláram-védelmet (beleértve a zárlatvédelmet is) és a hibaáram-védelmet. Használatuk előnyös lehet, ha helyszűkében vagyunk – például bővítéskor, felújításkor. Szakember számára, aki ismeri és érti a kismegszakító meg az ÁVK jellemzőit, nem okoz nagyobb nehézséget az alkalmazása, mint a különálló elemeké. Kiválasztása – mint a védelmi készülékeké általában – nagy felelősség, mert emberek életét és legfőbb értékeit kell védeniük, hosszú évtizedekig, megbízhatóan.
