Figylem! Ez a cikk 9 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Harmadik alkalommal van találkozásunk a védelmi eszközök „cápájával”, az elektrotechnika hőskorában kialakult és látszólag máig változatlan, igen sikeres egyedével: az olvadóbiztosítóval. Talán sikerült a közismert tények felelevenítésén túl néhány műszaki és technikatörténeti érdekességre is felhívni az Olvasó figyelmét. Az eddigiekben eljutottunk a kezdetektől a ma használatos kis- és középfeszültségű olvadóbiztosítók áttekintéséig. Természetesen szó volt a betétek felépítéséről, anyagáról és működéséről, de még korántsem fedtünk föl minden titkot!
A legutóbb ott fejeztük be, hogy föltettük a naív kérdést: miért is van szükség annyi sokféle olvadóbiztosító-fajtára?
Melyik ujjamat harapjam?
Egy olvadóbiztosító tervezésekor el kell dönteni, hogy mi az adott esetben a legfontosabb szempont, amiben bajnoknak kell lennie. A mérete legyen a lehető legkisebb, vagy a működési sebessége a legnagyobb? A hőveszteségét minimalizáljuk, vagy a zárlati megszakítóképességét tornásszuk föl a lehető legnagyobb értékre? Esetleg a külső környezeti behatásokkal szemben kell rendkívül ellenállónak lennie?
Persze lehet, hogy több is fontos ezek közül, de – műszaki szakembereknek ezt nem kell bizonygatni – egyszerre minden tekintetben nem lehet a maximumot hozni. Mindig kompromisszumokra kényszerülünk, mert a felsorolt kívánságok gyakran ellentétes intézkedésekkel valósíthatók meg. És persze kőkemény pénzkérdés is, hogy mennyi és milyen drága anyagot, munkát fektetünk be egy biztosító elkészítésébe. A megoldás tehát az, hogy különböző eszközök védelmére, különböző környezetbe, eltérő igényekhez más-más olvadóbiztosítót kínálnak a gyártók. Minden feladathoz meg lehet találni az optimális megoldást, de ehhez el kell tudni igazodni a gazdag választékban. Csúnyán melléfoghat egy dilettáns, aki fél-vállról veszi a dolgot: védelem helyett akár időzített bombát is telepíthet. Szerencsére nem nagy ördöngösségről van szó, az alapok ismeretében egy villanyszerelő mester biztos kézzel választ. Vágjunk is bele!
A méret a lényeg (?)
Vegyünk kézbe például egy késes olvadóbetétet, és nézzük meg, mi olvasható le róla (1. ábra)! A gyártó azonosítója mellett biztos megtaláljuk a típus- és méretjelzését (például NH2). Az 1-es, 2-es, 3-as, 4-es, majd a 4a-s méretszám jelöli az egyre nagyobb áramerősség-sorokhoz tartozó egyre nagyobb szabványos geometriai méreteket. Persze a technológia fejlődésével megindult a méretcsökkentés irányába is a törekvés. A korábbiakhoz hasonló, sőt, akár jobb képességű betétek váltak elkészíthetővé egyre kisebb térfogatban. Méretszámozásban lefelé a 0-ás, majd a 00-ás következik.
1. ábra: Késes olvadóbiztosító betét a szokásos jelölésekkel: gyártó neve, típus (NH, illetve NV), méretnagyság (2-es), vizsgálati tanúsító jel (VDE), névleges áram (100 A) alkalmazási osztály (GL/GG), névleges feszültség (550 V AC), névleges megszakítóképesség (120 kA), vonatkozó szabványok (IEC, EN, DIN), gyártói megfelelőség jele (CE).
A titkosügynökök között a dupla nullások számítanak a legvagányabbaknak (ugye mindenki ismeri James Bondot, a 007-est?), a késes betétek világában azonban már megjelentek a tripla nullások is. Egyes gyártók ezt 00C-vel jelölik („C”, mint Compact), ami arra utal, hogy ezek igazából nem jelentenek újabb méretkategóriát, „csupán” szélességi méretük csökkentett a 00-áshoz képest. A 000-ás (vagy 00C-s) betétek tehát csereszabatosak a 00-ásokkal (ugyanabba a foglalatba illeszkednek, mint a 00-ások,) de keskenyebbek (azaz kompaktabbak) náluk. Ennek mintájára már találkozni 1C, 2C és 3C jelölésű biztosítókkal is, amelyek értelemszerűen a korábbiaknál keskenyebbek, de egyébként az 1-es, 2-es, illetve 3-as méretű foglalatokba illeszthetők.
A névleges áram – amelynek vezetésére korlátlan ideig képes a biztosítóbetét – általában az egyik legszembetűnőbben jelzett érték. Ugyanaz a névleges áramérték sokszor több geometriai méretben is megtalálható. Ezeknek az átfedéseknek az oka lehet például a visszamenőleges csereszabatosság. Persze a helyigény mellett az árban és egyéb tulajdonságokban (például veszteségi teljesítmény) is van köztük különbség. Tájékozatlan felhasználó sajnos a méret és a névleges áram mellett többre nem is igen figyel oda, pedig nem megfelelő választással igen nagy bajt is okozhatunk!
Mindjárt itt következik a névleges feszültség. Ez (kisfeszültség esetén) jellemzően 400, 500, 690 V vagy 1000 V váltakozó áramú hálózaton. Természetesen a beépítési hely maximális hálózati feszültsége a meghatározó kiválasztáskor. De érdemes figyelmesnek lenni, mert néha a kevesebb a drágább: egyes gyártóknál nem igaz, hogy a nagyobb tudású betétért kell többet fizetni. Esetenként például a nagyobb számban gyártott 500 V-os betét olcsóbb lehet, mint a kisebb darabszámú 400 V-os. Tehát, ha egyébként megfelel, jobban járunk a „standardnak” számító nagyobb feszültségértékűvel.
Fontos észrevenni, hogy példánkban váltakozó áramú betétről beszélünk. Az adott feszültségszinten tehát csak AC hálózatba építhető be ez a betét. DC alkalmazásra más típus való. A DC-s biztosítók, bár ránézésre nem látunk a feliraton (meg a drágább árcédulán) kívül különbséget, belső felépítésben mások. Ez tehát nem kereskedelmi, hanem kőkemény műszaki kérdés. Tudvalevő, hogy az egyenáramú ív sokkal stabilabban, makacsabbul ég, kioltása drasztikusabb eszközöket igényel. Egy egyenáramú körbe beépített váltakozó áramú betét, azon túl, hogy hamis biztonságérzetet kelt, több kárt okozhat, mint hasznot. Egyenáramú körbe mindig DC-s olvadóbetétet válasszunk! Persze valamekkora megszakítóképessége egyenáramon is van a váltakozó áramú betéteknek. Alacsonyabb feszültségszinten egy váltakozóáramú betét is megfelelő védelmet adhat (például egy 400 V AC betét 24 V DC-n), de erre vonatkozóan mindig nézzük meg a katalógus adatokat, és ha ott sem találunk eligazítást, akkor ki kell kérni az adott betét gyártójának vagy forgalmazójának szakértői véleményét!
Szerencsére a biztosító foglalatok terén nincs ilyen probléma. A tartók „csak” az áram termikus, illetve dinamikus igénybevételét (mechanikai erőhatását) kell, hogy elviseljék, az ívoltás nehézségeiből ők mit sem érzékelnek. Ezek tehát univerzálisan megfelelnek mind váltakózó áramú, mind egyenáramú körökben.
Biztosan megtaláljuk a betéten a névleges zárlati megszakítóképességét kA-ben kifejezve. Ez azt a legnagyobb áramot jelzi, amit kötelessége minden körülmények között megszakítani. Késes betéteknél 100-120 kA ez az érték, de még a háztartásokban használt D-rendszerű biztosítóknál is eléri az 50 kA-t. Ahogy beszéltünk róla, a zárlati áramok leküzdésében abszolút bajnokok a biztosítók!
Feltüntetik a betéten a vonatkozó szabványokat (IEC, EN, DIN vagy VDE) és a vizsgálatra utaló jelet, a gyártót, esetleg az országot. Európában mindenképpen látnunk kell rajta a gyártói megfelelőségi jelet (CE).
A név sokmindent elárul
Átugrottunk egy fontos dolgot, amit többnyire a névleges áramérték mellett tüntetnek föl: az alkalmazási kategóriát (karakterisztikát) leíró jelet. Ez két vagy három egymást követő betű. Mindig egy kisbetű áll elől, majd egy nagybetű, vagy nagybetűvel kezdődő betűpár követi. Mit jelentenek ezek?
Az elöl álló „g” arra utal, hogy „teljes tartományú”, az „a” pedig arra, hogy „résztartományú” biztosítóról van szó. Előbbi alkalmas a teljes túláramtartományban a működésre, utóbbi csak a nagyobb, a zárlati áramok megszakítására. Az „a” jelű olvadóbetéteket tehát csak olyan helyre szabad beépíteni, ahol a kisebb túlterheléseket más eszköz időben hárítja. Hogy is van ez? Létezik olyan olvadóbetét, amelyik vígan elbánik a nagy zárlati áramokkal, de egy kisebb túlterhelés, mondjuk a névleges áram másfélszerese kifog rajta? Bizony igen, és ha pontosan tudjuk, milyen harc és miképp zajlik le a betét kerámiatestén belül egy túláram leküzdése során, akkor érthetővé is válik. Előbb azonban fejezzük be, amit elkezdtünk, és nézzük tovább, mi minden olvasható le még a betétről!
Nem nehéz az alkalmazási kategória hátul álló, nagybetűs részének megfejtése. A „G” az általános célú („G”, mint generális) felhasználásra utal. Ez a legnagyobb számban használatos, legelterjedtebb típus. Korábban ehelyett „L”-et írtak, arra utalva, hogy főleg kábelek, vezetékek („L”, mint Line) védelmére szolgálnak. A ma érvényben levő szabvány az „L” jelölést már nem ismeri, csak a „G”-t, de a felhasználók tájékoztatására sok gyártmányon még mindig megjelenik a régi jelölés is a ma használatos mellett, például így: gG/gL.
Az „M” a motorok, az „S” a félvezetők (Semiconductor), a „Tr” a transzformátorok, a „PV” a napelemes (Photo Voltaic) rendszerek védelmére kifejlesztett karakterisztikával rendelkező betéteket jelöli. A „B” a bányászati alkalmazásra szánt betétek jele, az „R” pedig szintén főleg félvezetők védelmét látja el az „S” jelűeknél is gyorsabb (rapid) működésével. A jelenleg leginkább használatos, szabványos jelöléseket leírásukkal a 1. táblázatban foglaltuk össze.
Alkalmazási kategória
Leírás
aM
Rész tartományú betét, motorok zárlatvédelmére
aR
Rész tartományú betét félvezetők zárlatvédelmére
gB
Teljes tartományú betét bányászati felhasználásra
gG
Teljes tartományú betét általános célú felhasználásra, főleg vezeték- és kábelédelemre
gPV
Teljes tartományú betét napelemes rendszerekhez
gR
Teljes tartományú betét félvezetők védelmére (gyorsabb, mint a gS)
gS
Teljes tartományú betét főleg félvezetők védelmére, speciális vezetékvédelemre
gTr
Teljes tartományú betét transzformátrok védelmére
1. táblázat: A leggyakrabban használatos, szabványos alkalmazási kategóriák
Az egyes alkalmazások mögött különböző kiolvadási karakterisztikák, különböző környezetállósági képességek, eltérő típusú vizsgálati követelmények húzódnak meg – ezekről még szót ejtünk a későbbiekben. Itt jegyezzük meg, hogy bizonyos esetekben a névleges áram érték helyett más névleges paramétert adnak meg a gyártók. A könnyebb kiválasztás érdekében, a felhasználók támogatására, a transzformátor védelmet ellátó biztosítókon a védendő transzformátor látszólagos teljesítményét tüntetik föl kVA-ben.
Beszéltünk már arról, hogy a D-rendszerű betéteknél a felhasználót színjelölések segítik: a kiolvadásjelző szem színe utal a betét névleges áramerősségére. Hasonlóképpen vannak színkonvenciók a késes betéteknél is: például a gG és aM jelűeknél normál fekete, illetve zöld karakterekkel jelölik az 500 V-os értéket, és inverz fekete, illetve zöld nyomtatással a 400 és a 690 V-osat. A barna a gTr betétek színjele, a piros pedig a gB alkalmazási osztályé. Természetesen egyéb jelek is szerepelnek, szerepelhetnek még az olvadóbetéten. Késes betéteknél nyomtatásban piktogrammal is jelölni szokták, ha a kiemelő fül szigetelt. Rá szokták írni a típus- vagy márkanevet (például DIAZED), a karakterisztikára utaló egyéb jelet (mint a D-rendszerű betét esetén a lomhaságra utaló csiga szimbólumot), félvezetővédelemre szolgáló betétekre a biztosító és a dióda egyezményes jelét, újabban pedig megjelenik néha a szelektív hulladékgyűjtésre figyelmeztető jel.
A hálózat Dugovics Titusza
A tankönyvek azt írják az olvadóbiztosítóról, hogy az a hálózat egy tudatosan meggyengített pontja, amely a túláramok hatására a védendő hálózatrésznél (vezetéknél, transzformátor- vagy motortekercselésnél stb.) hamarabb megy tönkre. Saját pusztulása árán védi meg a nálánál értékesebb és/vagy fontosabb hálózati elemeket.
Egészen pontosan a „gyenge láncszem” az olvadóelem kicsípéseinél levő keresztmetszet szűkület. Ezt láthatjuk egy késes betét esetében a 2. ábrán. Jól érzékelhető, milyen jelentős kicsípésekről van szó. A védendő vezeték keresztmetszetének alig 1-2%-át teszi ki itt az aktív keresztmetszet. Sőt, a félvezetővédő olvadóbetéteknél ez még az egy századrészt sem éri el! Az egész dolog tehát egyszerűnek tűnik: ezek a hihetetlenül elvékonyított lemezkék hipp-hopp elolvadnak, például egy zárlat során, és meg is vagyunk. Javaslom azonban, gondoljuk végig rész-leteiben, hogy is működik ez! Kezdjük a vizsgálódást a névleges értékű vagy annál kisebb áramnál! Ilyenkor is működik az olvadóbiztosító. Egész pontosan azt teszi, hogy nem olvad ki. Ha a fentiekbe belegondolunk, ez nem is olyan egyszerű, hiszen az olvadóelem a kiolvadás határán kell, hogy biztonsággal vezesse az áramot elvileg végtelen ideig. Az óriási áramsűrűség nagy hőveszteséggel jár, ezt hatásosan el kell vezetni tőle, hogy ne sérüljön. Szerencsére a kvarchomok jó hővezető, segít a kerámiatest falához juttatni a hő nagy részét. A kések is részt vesznek a hűtésben, miközben az érintkezési pont miatt itt is többlethő keletkezi. Fontos, hogy az összes veszteség ne legyen túl nagy. Egyrészt a felhasználók szeretnének minél kevesebbet fizetni a védelemért (amit hónapról hónapra a villanyszámla részeként megtesznek). Másrészt szeretnék a lehető legkisebb méretű elosztószekrényben elhelyezni eszközeiket úgy, hogy azok ne melegítsék tönkre magukat és egymást. Vagyis a szabvány által megengedett hőmérsékleti határokat sehol ne lépjék túl.
2. ábra: Késes olvadóbetét: a gyenge láncszem az olvadóelemek kicsípéseinél a szűkület, ami alig éri el a védendő vezeték keresztmetszetének 1%-át!
Bajban ismerszik meg a jó olvadóbiztosító
Persze igazából akkor beszélünk az olvadóbiztosító működéséről, amikor a túláram hatására kiolvad. Az olvadóbiztosítóban összetett termikus, áramlási, mechanikai és kémiai folyamatok zajlanak le (3. ábra). Ezek összességén múlik, hogy a végeredmény sikeres zárlathárítás vagy katasztrófa lesz-e. A kvarchomoktöltet minősége (szemcseméret, tisztaság, a homokszemek méreteloszlása), mennyisége (tömörsége) alapvetően fontos a jó működés szempontjából. A villamos ív hőhatása gyors és nagy nyomásnövekedést okoz a kerámiatesten belül, amit annak el kell viselnie. A robbanásszerűen elpárolgó fémgőz bepréselődik a homokszemek közötti résekbe. Ha nincs elég hely – túl tömör a töltet, az apró porszemcsék kitöltik a hézagokat –, akkor túl nagy nyomás alakul ki, aminek végzetes következménye a betét felrobbanása lesz. Ha túl laza a töltet, és a homokszemek közötti réseken keresztül az olvadék eléri a kerámiafalat, megint csak nagy a baj: a ke- rámiatest a hősokk hatására szétreped, felrobban.
A kiolvadás után az olvadóelem helyén maradó, áramvezetésre már nem képes, megszilárdult fém-homok olvadékelegyet fulguritnak hívjuk. Az ókori rómaiak megfigyelték, hogy ha Jupiter villámait haragjában homokos területbe vágta, akkor annak helyén ágas-bogas olvadékmaradvány található. Ezt illették a latin villám (fulgur) szóval. Az olvadóbiztosítóban a több ezer fokos villamos ív hatására megolvadó kvarchomok is ilyen képződménnyé válik az olvadóelem mentén. Alakja és mérete beszédes a szakértőnek: túlterhelés nyomán a szűkületekkel tagolt olvadóelem alakját követő darabosabb, nagy zárlati áram esetén egybefüggőbb képződmény található a biztosítóbetéten belül.
Most térjünk vissza arra a korábbi, meglepő kijelentésre, miszerint vannak olyan olvadóbetétek, amelyek a nagy zárlati áramokat vígan megszakítják, ugyanakkor a kisebbek kifognak rajtuk! Egyes konstrukciókban a kisebb kiolvadási áramok esetén az történik, hogy a homoktöltetnek már igen nagy része megolvad, miközben az ív még nem aszik ki, és az olvadék eléri a belső falat. Ez biztos kudarc: a kerámia ennek nem áll ellen, és végeredményben elszabadul a pokol. Az ilyen, résztartományú (például aG vagy aM alkalmazási kategóriájú) biztosítóknál tehát meg van adva az a minimális megszakítási áram- érték (a szabvány jelölése szerint I3), amelyre még megbízhatóan működnek. A névleges áramtól a minimális megszakítási áramértékig terjedő tartományban tehát tilos ezeket túláramvédelemre használni. Itt egy másik védelmi eszköznek kell gondoskodnia az időben történő kikapcsolásról.
De miért gyártanak egyáltalán ilyen olvadóbetéteket? Hol van ezeknek létjogosultsága?
Fogjunk össze!
Korábban a megszakítókról és az olvadóbiztosítókról, mint ugyanazon célra szolgáló, rivális védelmi eszközökről beszéltünk. De mi lenne, ha egymást kiegészítő társakként tekintenénk rájuk? Egy megszakító–biztosító párosból a legjobb hozható ki, ha az üzemi áramok kapcsolására, és a túlterhelések, kisebb zárlati áramok hárítására a megszakítót használjuk, míg a ritkán előforduló, igazán durva, nagy hibaáramok (kapocszárlat) esetén a biztosítóbetétet. Egy kisebb zárlati megszakító képességű megszakító, és egy résztartományú olvadóbetét együtt még mindig jóval olcsóbb és helytakarékosabb, mint egy, a feladatra önmagában alkalmas megszakító. Rengeteg helyet és pénzt spórolhatunk meg két „specialista” alkalmazásával egy „polihisztor” helyett, miközben a maximális biztonságot fönntartjuk. Ha tehát nincs kibékíthetetlen ellentét a kapcsolók és az olvadóbiztosítók között, akkor miért ne lehetne köztük akár szorosabb kapcsolat is?
Társbérletben
Az olvadóbiztosítók és a megszakítók összevetésekor szó volt előnyeikről, hátrányaikról. Nyilvánvaló gondolat, hogy ügyes társításukkal, „keresztezéssel” létrehozható olyan eszköz, amely egyesíti előnyös tulajdonságaikat, és így műszakilag, gazdaságilag jobb megoldásra jutunk. Az olvadóbiztosítók verhetetlenek a zárlati áramok kioltásában (kis térfogatban, gyorsan, megbízhatóan elbánnak velük), a kapcsolók pedig a jól látható leválasztást, az üzemi áramok be- és kikapcsolását teszik lehetővé. Ha az áramkörnek ugyanazon a pontján minderre szükség van, akkor be kell építeni olvadóbiztosítót és kapcsolót is. Ebben az esetben pedig miért ne lehetnének mindjárt összeépítve? A biztosítós szakaszolók vagy biztosítós kapcsolók épp ilyenek: egy biztosítóbetéttartó és egy kapcsolókészülék soros összeépítéséből állnak. Ezt mutatja kapcsolási rajzuk is. Közös vázszerkezeten vagy közös házban vannak, és természetesen már gyárilag össze vannak kötve egymással. (4. ábra).
4. ábra: Biztosítós terheléskapcsoló egyvonalas ábrázolása és háromfázisú megvalósítása. Ez tulajdonképpen egy gyárilag összeépített biztosítótartó és terheléskapcsoló kombinációja.
Lehet-e ennél integráltabb kapcsolatba hozni egymással a biztosítót és a kapcsolót? Igen. Ha az olvadóbetét tartójában már úgyis vannak elváló érintkezők, miért ne lehetnének ezek egyben a kapcsolókészülék érintkezői is? Vagyis legyen az olvadóbetét maga a kapcsoló mozgóérintkezője: ez a kapcsoló-biztosító. A rajzjele is szemléletesen mutatja az elvi felépítését (5. ábra). Összevetve az előző ábrával, jól látható a köztük levő különbség. Kisfeszültségen főleg a késes biztosítókkal valósítanak meg ilyen készülékeket, de van példa rá D-rendszerű betéttel is.
5. ábra: Szakaszoló biztosító egyvonalas ábrázolása és három-, illetve különböző méretű egyfázisú megvalósításai. Itt maga a foglalatából kiforduló késes biztosító a kapcsoló mozgó-érintkezője.
Persze a kapcsolók és az olvadóbiztosítók harmonikus együttműködésének – akár „társbérletben” akár külön-külön beépítve őrködnek egy hálózatrészen – megvannak a maga szabályai. Összehangolt csapatmunkára van szükség, nem lehet véletlenszerűen kiválasztott eszközökkel operálni.
Hogy miként lehet párt választani? Folytassuk legközelebb ezzel!
