Figylem! Ez a cikk 9 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az olvadóbetétek a védendő vezetékek, kábelek, motorok, transzformátorok méretéhez képest aprócska eszközök, sőt még a megszakítók mellett is kicsinek nevezhetők. A maguk egyszerű módján így hát Dávidként védik meg a hálózati elemeket az őket fenyegető Góliáttól, a túláramtól.
Három cikken keresztül nyomon követtük fejlődésüket, áttekintettük legfontosabb változataikat, végigböngésztük a rájuk nyomtatott adatok és jelek jelentését. Eközben megnéztük, mi van kerámiatestükön belül, és miféle pokoli harc folyik ott egy túláram elfojtása közben. Odáig jutottunk, hogy az olvadóbiztosítók és a megszakítók sokszor nem rivális védelmi eszközök, hanem egymást jól kiegészítő társak. De hogyan lehet egymáshoz kommendálni őket? Folytassuk ennek a kérdésnek a megválaszolásával a történetet!
Lássuk a medvét!
Mi, műszakiak erősen vizuális típusú emberek vagyunk. Persze általánosságban is az egyik legfontosabb érzékelés a látás, de azért nyilvánvaló, hogy a szakácsoknál, a zenészeknél vagy az irodalmároknál nagyobb hangsúlyt kap például az ízek, az illatok, a hangzatok vagy a szavak információtartalma, mint nálunk. Mi nagyon szeretjük rajzokba, grafikonokba, nomogramokba, táblázatokba sűríteni a számunkra fontos információt. Képszerűvé tesszük, lerajzoljuk még az olyan, az emberi szemmel valójában nem érzékelhető, elvont mennyiségeket is, mint a villamos áram, a feszültség, a frekvencia. Sőt, szerkesztünk olyan eszközöket, amikkel ténylegesen láthatóvá válnak. Ezt a célt szolgálják a fázisceruzától kezdve a mutatós műszereken és a rezgőnyelves frekvenciamérőkön át az oszcilloszkópok, vagy a manapság egyre szélesebb körben elterjedő korszerű hálózati analizátorok.
A továbblépéshez nézzük meg mi is képzeletbeli jelrögzítőnkön egy olvadóbetét kiolvadási folyamatát!
1. ábra: A kiolvadás oszcillogramja a névleges áram kb. 10-szeresénél A túláram kezdetétől az olvadóelem kiolvadásáig tolv olvadási idő, majd az áram megszűnéséig még további tív ívelési idő telik el. E kettő együttesen teszi ki a működési időt.
2. ábra: A kiolvadás oszcillogramja a névleges áram kb. 250-szeresénél A működési idő itt már olyan rövid, hogy a független zárlati áram ki sem alakul: érvényesül az olvadóbetét áramkorlátozó képessége. Az átengedett áram (Iát) az olvadási áramnál (Iolv) valamivel magasabb érték, de jelentősen kisebb, mint a független zárlati áram (Ifz) csúcsértéke.
Az 1. és a 2. ábrán egy olvadóbetéttel védett áramkörben az áram időbeli lefolyását látjuk. Az 1. ábrán kisebb (kb. 10-szeres), a 2. ábrán nagyobb (kb. 250-szeres) névleges áramnak megfelelő zárlatot mutatunk be. A szaggatott vonal jelöli a független zárlati áramot, vagyis azt, amelyik akkor lépne föl, ha nem lenne beépítve olvadóbiztosító. A folytonos vonal a ténylegesen kialakuló áram időbeli lefolyását mutatja. Bejelöltük a kiolvadás pillanatát – a túláram kezdetétől idáig tart az olvadási idő. Innentől a kiolvadás visszafordíthatatlan – kezdődik az ívelés, majd az áram megszakítása.
A nagy zárlati áramok tartományában érvényesül az olvadóbetétek igazi virtusa, a zárlatkorlátozó hatás. Ezt a 2. ábra teszi világossá: ebben az áramtartományban az olvadóbetétek működési ideje már rövidebb egy félperiódusnál. Az első áramcsúcsig sem jut el a folyamat, és vége. Az ábrán bejelöltük az olvadási idő végéhez tartozó úgynevezett olvadási áramot. Az áram az ívelés kezdetén még kismértékben (7-10%-kal) növekedhet, de azután gyorsan hanyatlani kezd.
Hogyan vegyük föl egy olvadóbetét karakterisztikáját?
Tanáraink kedvenc beugratós kérdése volt ez. Ha valaki megpróbált valami furfangos megoldást mondani rá, az második kérdést már nem kapott. Nyilvánvaló, hogy egy olvadóbetét karakterisztikáját nem lehet fölvenni, hiszen esélyünk csak arra van, hogy egy bizonyos áramhoz tartozó kiolvadás időt megmérjünk – ez a karakterisztika egyetlen pontja. A teljes kiolvadási karakterisztikát csak egy sereg olvadóbetét feláldozása árán határozhatjuk meg. Vagyis nem egy olvadóbetét, hanem csak egy olvadóbetéttípus karakterisztikáját lehet meghatározni. Sok-sok mérés eredményéből rajzolódik ki az a görbe, ami mutatja egy olvadóbetét típus viselkedését. A család többi (különböző névleges áramú) tagját ugyanabban a diagramban szokás ábrázolni, és ezt a görbesereget nevezzük egy olvadóbetét (típus) karakterisztikájának (3. ábra).
3. ábra: gG kategóriájú késes olvadóbetétek karakterisztikája. A katalógusban az olvadóbetétek karakterisztikáját mindig log-log skálán ábrázolják, így például a 2 A-es olvadóbetét esetében 4 A-hez tartozó félórás (1500 s) olvadásidő éppúgy jól leolvasható, mint a 200 A-hez tartozó 1 századmásodperces (10-2 s) érték. Sőt, az ábrán kényelmesen elférnek mellette a többiek jelleggörbéi is a 100 A-es „nagytestvérig” bezárólag.
Az olvadási idő fordított arányban változik a független zárlati árammal, az ívelési idő viszont nagyjából mindig ugyanannyi. A gyártók vagy a teljes működési időt, vagy az olvadási időt adják meg a független zárlati áram függvényében (3. ábra). Kisebb zárlati áramoknál, ahol a működési idő több periódust tesz ki, az ívelési idő elhanyagolhatóan rövid az olvadási időhöz képest. A 100 ms vagy afölötti tartományban gyakorlatilag nincs különbség e kettő között. A kiolvadási karakterisztikát log-log (mindkét tengelyén logaritmikus beosztású) skálán ábrázolják. Ez nem kell, hogy bárkit megriasszon, minden magasabb matematika nélkül is érthető dologról van szó. A kiolvadási idő a több ezer amperes tartományban néhány ezredmásodpercig tart, a néhány amperes tartományban pedig több ezer másodpercet tesz ki. Mind az idő, mind az áram tengelyen 2-6 nagyságrend az ábrázolandó tartomány. Ha arányosan olyan léptékben vesszük föl ezt, hogy a kicsi értékek is leolvashatók legyenek, futballpályányi lepedőre lenne szükségünk. Ha pedig füzetlapnyi méretre zsugorítanánk, akkor vonalvastagságon belül lenne például az 1 milliszekundumtól az 1 perces időtartamig minden időérték. Gyakorlatilag mindkét esetben használhatatlan grafikonhoz jutnánk. Szerencsére a megoldás Kolumbusz tojásánál is egyszerűbb: ne egyenletesen oszszuk be a skálát, hanem a kisebb értékeknél finomabb felbontással, az egyre nagyobb értékeknél pedig egyre durvábbal. Ha például egy tengelyen 3 nagyságrendet akarunk jól láthatóan ábrázolni (mondjuk 0,1-től 100-ig), akkor osszuk azt 3 egyenlő részre! Az első részt skálázzuk be 0,1-től 1-ig tizedes lépésekkel, a másodikat 1-től 10-ig egyes lépésközzel, a harmadikat 10-től 100-ig 10-es osztással, tehát egyre ritkuló mértékben (4. ábra).
Vagyis az első közben még egytizedes pontossággal, a harmadik közben pedig 10-es pontossággal tudunk leolvasni – a teljes skálán 10% pontosságon belül. Az olvadóbetét karakterisztikák ábrázolásánál ezt a megoldást alkalmazzuk mind a vízszintes (áram), mint a függőleges (idő) tengelyen. Valójában a leolvasás pontossága az osztás sűrűségénél is jobb lehet – kis ráérzéssel ezen a furcsa skálán is elég jól meg lehet becsülni a köztes értékeket.
4. ábra: A logaritmikus skála lehetővé teszi, hogy több nagyságrendet átfogóan ábrázoljunk értékeket pontos leolvashatósággal.
Kell egy csapat!
Ezzel eljutottunk oda, hogy a cikk elején föltett kérdést megválaszoljuk. A megfelelő társ kiválasztásának alapja az, hogy összeillő tulajdonságú partnereket találjunk. Védelmi eszközök esetében összeillő karakterisztikájúakat keresünk. Az olvadóbetétek (idő–áram) jelleggörbéjét most megismertük (3. ábra). A megszakítóké ettől eltérő. Az 5. ábrán kék vonal mutatja egy megszakító működési karakterisztikáját egy sereg aM kategóriájú olvadóbetét között. A megszakító a beállított megszakítási értéknél (6 A) kisebb áram esetén bekapcsolva marad, fölötte pedig 20 ms-on belül megszakít.
5. ábra: Az olvadóbetétek jelleggörbéi között kékkel egy 2 A-es névleges áramú megszakító karakterisztikáját ábrázoltuk, amelyik 6 A-nél (3-szoros névleges áramnál) kapcsol le. A határ-megszakítóképessége 1000 A, ezért nem húztuk tovább a vonalat.
A például hozott megszakítónk határárama 1 kA, azért húztuk csak eddig a karakterisztikáját. Ha a beépítési helyén ennél nagyobb zárlati áram is felléphet, akkor szüksége van egy társra, egy olvadóbetétre, amely fedővédelemként átveszi a feladatát. Olyan olvadóbetétet keresünk, amely 1000 A-en hamarabb működik, mint a megszakító. Az egyes betétek kiolvadási ideje ennél az áramnál az ábra szerint 1,5 s (160 A-es), 600 ms (125 A-es), 250 ms (100 A-es), 25 ms (80 A-es). Az első betét, amelynek az olvadási ideje 20 ms alatt van (a diagram szerint kb. 12 ms), a 63 A-es. Ilyen rövid kiolvadási idő mellett azonban az ívelési idő érezhetően növeli a teljes működési időt. A gyártási szórást is számításba kell venni, sőt a zárlat kialakulásának pillanata (fázishelyzete) is befolyásolja a betét működési idejét. Végül is a jó választás ebben az esetben az 50 A-es betét lehet. Ekkor 6 A-től kb. 700 A-ig a megszakító hárítja a zárlatot, afölött az olvadóbetét.
Persze kisebb betétet is sorba köthetünk a megszakítóval, ekkor szűkül a megszakító működési tere, vagyis már kisebb zárlatnál is a betét veszi át a zárlathárítás feladatát.
A bemutatott példában csak zárlatvédelemről beszéltünk, mi van a névleges áramtól a beállított megszakítási áramig terjedő túláram-tartományban? Erre is kell egy védelmi eszköz. Ezt – előbbi példánknál maradva – a kismegszakító a benne levő ikerfémmel el is látja. A 6. ábra egy gyakorlati példát mutat. A kismegszakító karakterisztikájának (kék vonal) kezdeti szakaszán az ikerfém áramfüggő jellege érvényesül, majd a beállított zárlati áramértéktől följebb a mágneses kioldótekercs azonnali működése. Németországban szokásos például ilyenfajta olvadóbetét–kismegszakító társítás a háztartásokban: a főelosztó táblák előtt a mérőnél az áramszolgáltatók egy erős olvadóbetétes fedővédelmet helyeznek el.
6. ábra: Kismegszakító a fedővédelmét ellátó olvadóbetéttel. A kismegszakító karakterisztikája (kék görbe) két részből tevődik össze: a kisebb túláramok tartományában az ikerfémes kioldó áramfüggő jellegét mutatja, a nagyobb értékeknél pedig a mágneses kioldótekercs korábban bemutatott karakterisztikáját.
7. ábra: Olvadóbetét és a fölötte levő kismegszakító szelektív összehangolása. A két jelleggörbe sehol sem metszheti egymást. Mindenképpen először az olvadóbiztosító hárít. A kismegszakító akkor lép működésbe, ha az olvadóbetét nem működött, vagy a zárlat az olvadóbetét és a kismegszakító között alakult ki.
Egy másik gyakorlati eset az, amikor két védelmi készülék szelektivitását kell biztosítani. Vagyis azt az alapelvet kell követni, hogy a hibahelyhez közelebb levő készülék hárítsa a zárlatot; a távolabbi, magasabb szinten levő, melynek működése fölöslegesen kikapcsolná a hibahellyel párhuzamos ágban működő fogyasztókat, maradjon bekapcsolva. Erre mutatunk egy példát a 7. ábrán. Itt az olvadóbetét található alacsonyabb szinten és egy erős kismegszakító a magasabb szinten. Úgy kell megválasztani a két eszközt, hogy az alacsonyabb szinten levő (jelen esetben az olvadóbetét) jelleggörbéje fusson lejjebb, és sehol ne kerüljön metszésbe a fölötte levő eszközével.
Efféle szelektivitás megvalósítható sorba kapcsolt olvadóbetétekkel is. Látszólag egy sorozat két egymást követő tagja is teljesíti ezt, hiszen nem metszik egymást a görbék. A gyakorlatban azonban legalább két lépcső különbség kell ahhoz, hogy a gyártási szórás, öregedés stb. miatt biztosan megvalósuljon a két betét közötti szelektivitás.
Talán ezekből az egyszerű példákból is látszik, milyen módon tudják segíteni munkánkat a gyártók által megadott jelleggörbék. De nem az idő–áram karakterisztika az egyetlen, ami jellemzi a biztosítókat. Vannak más jelleggörbék és jellemző értékek is, amik fontosak a kiválasztáskor – különösen a nagy zárlati áramok esetén. Legközelebb ezekről essen szó!
