Figylem! Ez a cikk 10 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A májusi lapszámunkban olvasható első részben meginvitáltuk az olvasót egy találkozóra a védelmi készülékek neves képviselőivel, az olvadóbiztosítókkal. Bár régi ismerősökről van szó, azt állítottuk, hogy bőven van még mit megtudni róluk. Nem csak műszaki, szerelési információt – azt a gyártmánykatalógusokban, adatlapokon, használati útmutatókban amúgy is meg lehet találni –, hanem egyrészt érdekes adalékokat, amik a villanyszerelő mesterek általános műveltségét gazdagítják, másrészt olyan fontos részleteket, amik a megfelelő eszköz kiválasztásakor, a döntés meghozatalakor segítséget jelentenek.
A „kályhától” indultunk: összehasonlítottuk az olvadóbiztosítókat riválisaikkal – szívesebben mondom, hogy csapattársaikkal –, a túláramvédelem másik családjával, a megszakítókkal. Beszéltünk a kezdetekről, részletesen bemutatva az első próbálkozásokat, a mai, korszerű olvadóbiztosítók őseit, és azok megalkotóit. Ennek során eljutottunk a XX. század elejéig: itt vesszük föl most a fonalat.
A játék nagyban folytatódik
Az első áramfejlesztő gépeknek határt szabott gerjesztő állandó mágnesük, ami meghatározta adott gép méret mellett a termelhető energiát. Az öngerjesztésű dinamók megjelenésével ez a korlát leomlott, a gerjesztő elektromágnes hatalmas távlatokat nyitott a növekedésre. Erre szükség is volt, mert az izzólámpás villamos világítás hamar népszerűvé vált, és az energiaigény rohamosan növekedett. Ugyanakkor megfelelő villamos védelmek nélkül sem a közterületi, sem a magán épületeken belüli alkalmazás kockázata nem volt felvállalható. A hálózatok (a zárlati teljesítmények) mind nagyobbak lettek, és a távíróvezetékeknél alkalmazott megoldások már nem bizonyultak elég hatékonynak. Az ólomszalagos megoldásoknál az Edison menetes foglalatba ültetett, jól beszabályozható ezüstszálas „biztonsági előtétek” (1. ábra) már sokkal biztosítószerűbbek voltak, de – egy 1904-es hivatalos német vizsgálatsorozat jelentése szerint – „Sok biztonsági előtét hangos durranással hibásan működött, és nem lévén a tápoldalon tartalék betét, súlyos tüzet okozhatott volna. A legjobb rendelkezésünkre álló betétek sem teljesen hibamentesek”.
1. ábra: Egydarabos, Edison-menetes biztonsági előtét az 1900-as évekből
A védelmi készülékek cápája
A fenti megállapításra mintegy válaszul született meg Németországban a Siemens által kifejlesztett DIAZED elnevezésű olvadóbiztosító-család. Ez a német „diametral abgestuften zweiteiligen Sichherungssystems mit Edisongewinde” szavak részleteiből áll össze, ami „átmérőben lépcsőzött, két részből álló, Edison-menetes biztosítórendszer”-nek fordítható. És ez a beszédes név szinte mindent el is mond róla. A DIAZED rendszer valóságos szenzációt keltett biztonságos felépítésével, megbízhatóságával, praktikumával, széles feszültségtartományával.
Minek köszönhetők ezek a kiváló tulajdonságok? A korábbi biztonsági előtéttel ellentétben itt nem önmagában az olvadóbetét, hanem az olvadóbetét, és az azt körülölelő betétfej együttese csavarható az Edison-menetes tartóba (2. ábra). Ez érintésvédelmi szempontból sokkal biztonságosabbá teszi a betétcserét, így akár szakképzetlen személyek is elvégezhetik ezt a kényes műveletet. A fém érintkezősapkákkal lezárt vastag falú, csőszerű kerámiatest homoktöltésű, szűk, belső kamrájában helyezkedik el az olvadóelem. Ez látványos hang- és fényjelenség nélkül, diszkréten oltja ki a legnagyobb zárlati áramokat is. Az egymással szemben álló elektródák a korábbinál jóval nagyobb távolságba kerültek egymástól, ez teszi lehetővé a magasabb feszültségű hálózaton való alkalmazását, ami már akkoriban is elérte az 550 V-ot. A növekvő névleges áramerősségű olvadóbetétek átmérőben lépcsősen egyre nagyobbak, és egy közgyűrű alkalmazásával egyszerűen megakadályozható, hogy adott helyre nagyobb értékű betétet helyezzenek be a megengedetnél. A kiolvadást jelzőszem mutatja jól látható módon a felhasználónak.
Ráadásul a jelzőszem és a közbetét gyűrű a névleges áramra utaló színjelölést is kapott a könnyebb azonosítás végett. Ennek nyilvánvaló hasznát nem kell nagyon bizonygatni (például mennyivel érthetőbb, és könnyebben megjegyezhető Mari néni számára az, hogy mindig zöld pöttyös betétet kell betennie, mint az, hogy 6 amperest). Ugyanakkor az nem nagyon köztudott, hogy a színjelzések mögött milyen logika áll. Nem véletlenszerűen rendelték azokat az egyes áramértékekhez, hanem ‑a könnyebb megjegyezhetőség érdekében ‑ az akkoriban használatos bélyegsorozat színeihez igazították. A növekvő névértékű bélyegeken azonos mintázat volt, csak más-más színnel nyomtatva –ezzel egyezően kapták a növekvő áramértékek a színjelüket (3. ábra).
3. ábra: A névleges áramok színjelzése követte a bélyegekét
A védett DIAZED márkanév időközben fogalommá és típusjelzéssé vált. Világszerte számos gyártó készíti milliószámra ezt a hihetetlenül megbízható, és jól bevált terméket az eredetileg megalkotott elvek és szabványosított paraméterek szerint.
Egy korábbi írásomban párhuzamot vonva a villamos kapcsolók és az állatvilág között, a megszakítókat neveztem a kapcsolók csúcsragadozóinak. Persze az evolúció során az első, nagyméretű légmegszakítóktól (őket tekinthetjük a megszakítók Tiranoszaurusz Rexjeinek) eljutottunk a kisebb, műgyantaházas kompaktokig (mondhatjuk ők a ma királyai, az oroszlánok). Ezt a képet tovább bővítve a Diazed biztosítók afféle cápák: több, mint 100 éve (a cápák mintegy 400 millió éve!) mondhatni változatlanul uralják a maguk területét. Már sokan, sokszor megjósolták közeli kihalásukat, de sikerüket mi sem bizonyítja jobban, mint hogy világszerte még mindig sok új installációba létesülnek DIAZED-rendszerű biztosítók.
Van új a nap alatt
Világszerte sokfelé folyt az olvadóbetétek tökéletesítése, rengeteg változatuk szolgálta a létesítmények biztonságát. A DIAZED-rendszert is továbbfejlesztették: igyekeztek csökkenteni a méreteket, a hőveszteséget, és igyekeztek egyre jobban hozzáigazítani a működési tulajdonságokat a sokféle, eltérő igényhez, a különböző és egyre újabb típusú villamos fogyasztókhoz.
A DIAZED (van ahol ZED-nek nevezik) biztosítók fejlesztése is folytatódott, ami végül az 1960-as években elvezetett a NEOZED, vagyis az „új-diazed” rendszerhez. A NEOZED nem egyszerűen kisebb, mint a „bátyja”, hanem az időközben kifejlesztett, és világszerte elterjedt modulrendszerű készülékekhez illeszkedik. Ez azt jelenti, hogy azok az eszközök, amikbe behelyezhetők, körvonalméretükkel besorolhatók a többi modulrendszerű készülék (kismegszakítók, áram-védőkapcsolók, mágneskapcsolók stb.) közé (4. ábra).
4. ábra: Modulrendszerű szakaszolóba helyezett NEOZED biztosítóbetét
Mindenben van rendszer
A DIAZED és a NEOZED rendszer együttesen alkotja hivatalosan a D-rendszert. Bár szakmai körökben D-rendszer alatt továbbra is csak a DIAZED-et értik általában, és attól megkülönböztetésül a NEOZED-et D0-nak hívják. Mindkettőnek több méretsora van. Előbbit római (I, II, II, IV, V), utóbbit arab (01, 02, 03) számokkal jelölik. Értelemszerűen a nagyobb geometriai méretben a nagyobb áramerősségű és/vagy nagyobb áramerősségű betétek készülnek, bár a DIAZED esetében elég nagy az átfedés – csereszabatossági okokból a mai napig nagyobb méretben is gyártják a kisebb áramértékű betéteket.
Franciázzunk?
Olvadóbiztosítókról lévén szó ez nem túl pajzán kérdés. Arról az olvadóbetét típusról beszélünk, amit francia vagy hengeres típusnak ‑ a latinból származó szóval cilinder alakúnak, ezért röviden C-rendszerűnek hívunk. A lehető legegyszerűbb alakú eszköz ez: szabályos henger kerámiacső két végén teljesen szimmetrikusan lezárva fémsapkákkal (5. ábra). Hasonlatosak az elektronikai eszközökben használatos csöves betétekhez, ‑ez utóbbiak gyakran üvegből készülnek, így a bennük levő olvadószál épsége szemmel látható.
5. ábra: C-redszerű olvadóbetétek és befogadásukra alkalmas modulrendszerű szakaszolócsalád
A C-rendszerű betéteket az energiaátvitelben alkalmazzuk. Nagyobb, akár 100 A-es áramerősséggel is rendelkezésre állnak a szabványos méretekben: Ø8x32, Ø10x38 vagy Ø22x58 (átmérő x hossz milliméterben kifejezve).
Késsel, villával…
Az eddig tárgyalt olvadóbetétek névleges áramtartománya gyártótól függően valahol a 100-200 A-nél befejeződik. Természetesen kisfeszültségű ipari és energiaelosztói rendszerekben ennél jóval nagyobb áramértékek is előfordulnak, ezekre azonban másfajta biztosítókat alkalmaznak. Nálunk az NH rendszer terjedt el. Ez (talán nem meglepő) szintén Németországból indult világhódító útjára, a betűjele is német megnevezésből származik: „Niederspannungs Hochleistungs” (azaz kisfeszültségű, nagyteljesítményű). Jogosan, mert 1000 V-nál nem nagyobb névleges feszültségű és jellemzően 100 kA zárlati megszakítóképességű védelmi eszközökről beszélünk. Késes betétnek is hívjuk érintkezői alapján, noha igazából többféle változata létezik, köztük nem egy csavarozható kivitelű is, ahol késes érintkezőnek nyoma sincs.
Az NH betétek felépítése alapvetően hasonló az eddig tárgyaltakéhoz, de van néhány jellegzetes megkülönböztető jelük. A kerámia test itt is csőszerű, de jellegzetesen hasáb alakú. A lezáró szerelvények fémlapok, amiket csavarok rögzítenek. Ezekhez csatlakozik az érintkezőkés, valamint az ugyancsak fém kiemelő fül – ebbe kapaszkodik a betét kiemeléséhez, illetve behelyezéséhez használatos betétfogó. Egyes típusoknál ezt a biztonság növelése érdekében szigetelőlappal leválasztják potenciálon levő szerelvényről. A porcelán testen belül itt is homoktöltetbe ágyazva találjuk az olvadóelemet – vagy inkább a párhuzamos olvadóelemeket –, valamint a segédszálat. A segédszál maga is elszakad (elég) a működés során, és ennek nyomán az olvadóbetéten elhelyezett egy vagy több indikátor jól látható jelzést ad a betét kiolvadásáról (6. ábra).
Az olvadóelem (itt már valóban nem beszélhetünk egyszerűen olvadószálról!) áramerősségtől függően egy vagy több vékony lemez, kicsípésekkel, helyenként rátét fémmel vagy egyéb kiegészítőkkel, ami gondos mérnöki tervezés valamit sok-sok kísérlet nyomán fölhalmozott tapasztalat eredménye. Adott esetben 100 kA zárlati áram nyomán kialakuló több ezer fokos villamos ívvel elbánni ilyen kis térfogatban nem tréfadolog! A kvarchomok töltetnek ebben kulcsszerepe van: megolvadása során rengeteg hőt von el az ívből, ami segíti annak kioltását, ráadásul jó hővezető képességével gyorsan ki is viszi a termelődő hőt a kerámia test falára, a környezet felé. Legalább ilyen fontos azonban az olvadóelemek anyaga és geometriája. A kicsípések pozíciója és száma határozza meg hol, hány helyen alakul ki majd ív. Több kis ív kioltására nagyobb az esély, mint egyetlen összefüggőére. A kicsípések mérete és alakja, egymáshoz viszonyított helyzete, az olvadóelem anyaga alapvetően befolyásolja a betét karakterisztikáját, ami az adott szabvány által rögzített, és a katalógusban megadott jelleggörbének megfelelő kell, hogy legyen.
Az olvadóbetéteken értelemszerűen nem lehet működéspróbát végezni, ráadásul a lezárt betétbe nehéz (bár nem lehetetlen!) belelátni, ezért nagyon fontos a jól kidolgozott, pontos gyártástechnológia és a szigorú ellenőrzés. Gondos gyártók esetében ez így van, és ha a szállítás, raktározás, beépítés során az elvárható szakértelemmel jártak el, akkor, nem kell aggódni, a betét úgy és akkor fog működni, ahogy az elvárható tőle.
Az óriások földjén
Az olvadóbetétek között a legnagyobbak – méretre, feszültségszintre, teljesítményre ‑ középfeszültségen, 1000 V felett, de jellemzően a 3-tól 36 kV-ig terjedő névleges feszültségen működnek, és kb. 63-20 kA zárlati áram megszakítására alkalmasak (a nagyobb feszültségszinthez tartozik a kisebb zárlati megszakítóképesség). Megjegyzendő, hogy a szóhasználatban van egy kis bizonytalanság. A vonatkozó nemzetközi szabvány ezeket a betéteket „nagyfeszültségű” biztosítóknak nevezi, jól lehet ez a nagyfeszültségű titulus általában csak 72,5 kV felett jár ki az elektrotechnika világában. Természetesen a középfeszültségű (mi nevezzük csak így) biztosítókból is több fajta alakult ki, és került szabványosításra világszerte. A műszaki optimalizálás persze nagyjából hasonló útra terelte a fejlesztőket, így szemre nem látszik jelentős különbség például a német DIN, a britt BS vagy az amerikai UL szabványnak megfelelő betétek között (7. ábra).
7. ábra példák az európai EN (eredetileg DIN), a britt BS és az amerikai UL szabvány szerinti középfeszültségű olvadóbetétekre
Magyarországon – mint a világon egyébként sokfelé ‑ az első csoportba tartozó, szintén németföldről indult HH biztosítók terjedtek el. Ennek megnevezése (lassan megtanulunk németül) a „Hochspannung-Hochleistungs” (nagyfeszültségű, nagyteljesítményű) megnevezésből eredeztethető. Az európai szabvány áramkorlátozó típusnak nevezi, ami egy másik fontos tulajdonságára utal.
Használatosak szabadban és épületen belül egyaránt. Valamikor a kültériek jellemzően barna, a beltériek fehér mázas porcelánba kerültek. Mára ez a nem hivatalos megkülönböztetés már nem áll, illetve van gyártó, amely univerzális, akár bel- akár kültéren alkalmazható betéteket gyárt csak.
Az olvadóelem nagyfeszültségen már olyan hosszú, amekkorát fizikailag kezelhetetlenül hosszú betét tudna kiterített állapotában befogadni. Ezért az olvadóelemet (ami több párhuzamos szálat is jelenthet) egy rendszerint csillag keresztmetszetű belső, kerámia csévetestre tekercselik föl. A cső két végét lezáró hengeres sapka palástja a villamos és mechanikai csatlakozást is szolgálja. A homoktöltet hasonlóan a kisfeszültségű betétekhez, itt is elengedhetetlen segítője az ívoltásnak. A kerámia csévetest belsejében fut a kiütőszeggel egybeépített segédszál (8. ábra).
Bizonyos típusoknál ez nem csak a kiolvadáskor működik (és adott esetben működtet valamilyen segédérintkezőt vagy kioldó mechanizmust), hanem például akkor is, ha az olvadóbetét hőmérséklete veszélyes mértékben megnövekedett. Ez ugyanis károsíthatja az őt magába foglaló berendezést. Különösen olyan esetben fordulhat elő ilyesmi, amikor a betét (például SF6 szigetelésű kapcsolóknál szokásos módon) egy nagyon szűk, műgyantatest üregében foglal helyet, ahol kedvezőtlenek a hűlési viszonyok. A termikus kiütőszeg idejekorán jelezhet, vagy akár automatikusan kikapcsolja a leágazást egy sorosan elhelyezkedő kapcsolóval.
A középfeszültségű betétek tekintélyt parancsoló, súlyos darabok. A masszív, robusztus külső azonban érzékeny belsőt takar. A lelkük – akarom mondani, a belsejük, különösen az olvadóelemük ‑ sérülékeny. Ezért csak kellő körültekintéssel szabad őket mozgatni szállításkor, beépítéskor. Ha bármilyen külsérelmi nyom van rajtuk, ne adj’ isten pereg belőlük a homok, vagy akár ha a csomagolásukon ütésre, leejtésre utaló nyom látszik, nem szabad őket beépíteni. Nem filléres eszközről lévén szó fájdalmas lehet őket használatba vétel helyett a hulladékba helyezni, de mindig azt kell szem előtt tartani, mekkora kárt okozhat, ha hibásan működnének!
Magyarországon inkább csak technikai érdekesség, de a szabványban szerepel, és van, ahol mindennapi használatban van a „kilökődő” típusú („expulsion type”) biztosító. Az ilyen biztosítóbetétben nincs homoktöltés, az olvadóelem levegőben ég. Az ív kioltása az olvadóelem kilökődése által történik meg (9. ábra).
Ezt persze ne valami finom, udvarias távozásnak képzeljük: itt inkább hangos, lángjelenséggel kísért kirobbanásról van szó. Értelemszerűen ilyen betétet leginkább lakott területtől távoli helyeken célszerű alkalmazni. Maga az olvadóbetét olcsóbb, működés után pedig csak az olvadóelemet kell bele újratölteni. A rendszerint oszlopon elhelyezkedő biztosítótartóból működés után a betétet speciális eszközzel lehet kirántani – erre szolgál a biztosítóbetét érintkezőjén levő kiemelő horog ‑, újra lehet tölteni olvadóelemmel, majd vissza lehet helyezni a biztosítótartóba.
De tényleg kell ennyiféle?
Nagyjából áttekintettük azokat a biztosítórendszereket, amikkel manapság az installációkban vagy a villamossági szakkereskedésekben találkozhatunk, de igazából azt a változatosságot, ami ezeken a családokon belül van, még nem is érintettük. És hogy tényleg kell ennyiféle olvadóbetét, amikor lényegében mind ugyanazt csinálja? Lássuk legközelebb!
