Kerekes László

okl. villamosmérnök

520 | |

Kerekes László cikkei

Az áram-védőkapcsolók kiválasztása

2008. március 1. | 27 335
3 5 (2)

A szaklap előző számában láthattuk az áram-védőkapcsolók (ávk) áttekintő táblázatát, benne a 2- és 4-pólusú típusokkal, a pillanatkioldású és szelektív változatokkal, az A- és AC-osztályú készülékekkel. Az áram-védőkapcsolóknak - mint azt látni fogjuk - több altípusa is a felhasználók rendelkezésre áll. Ennek ellenére inkább csak az alaptípus, a klaszszikus FI-relé terjedt el, noha az áram-védőkioldó és a kombinált készülék is méltán tarthat igényt a villanyszerelők nagyobb érdeklődésére. A továbbiakban az "általánosságban vett", 125 A-ig használatos, 35 mm-es DIN-sínre (kalapsínre) szerelhető áram-védőkapcsolók kiválasztásáról írok. Ezen termékek felhasználása az elmúlt években örvendetesen növekedett, elsősorban a lakossági jellegű területen, és ez mindenképpen kedvező tendenciaként értékelhető.

1. Milyen érintésvédelmi rendszerbe kívánjuk az áram-védőkapcsolót beépíteni?
A védővezetős érintésvédelmi módok közül legjobban a TN-rendszer terjedt el Magyarországon az alacsony telepítési költségeknek köszönhetően (ez a rendszer található meg szinte valamennyi háztartásban). A TN-rendszernek valójában három altípusa létezik, mégpedig:

TN-C: a védővezető (PE) és a nullavezető (N) egy vezetékben egyesített (PEN). 10 mm2 Cu vagy 16 mm2 Al vezeték- keresztmetszet felett használható;

TN-S: a védővezető (PE) és a nullavezető (N) szeparált. A fogyasztók fémrészei a védővezetőhöz csatlakoznak. A TN-S rendszer (vagy 5-vezetékes rendszer) kiépítése kötelező 10 mm2-nél kisebb Cu vagy 16 mm2-nél kisebb Al vezeték- keresztmetszet esetén;

TN-C/S (1. ábra): a TN-C és a TN-S rendszer kombinációja oly módon, hogy a táppontból kiinduló TN-C rendszer PEN-vezetője kettéválik PE- és N-vezetőre. Magyarországon ezt a rendszert használjuk "TN" néven.

2. Milyen érzékenységű készüléket válasszunk?
Érintésvédelmi szempontból kétfajta alapesetet különböztethetünk meg (az IEC 60364/MSZ 2364/MSZ HD 60364 szabvány szerint).

1. Közvetlen érintés: az áramkörbe került személy a villamos berendezést tápláló hálózat fázisvezetőjét vagy a berendezés üzemszerűen feszültség alatt lévő fémrészét érintette meg. Ebben az esetben a fázisfeszültség teljes értéke jut rá. Ha áram-védőkapcsolót is kívánunk erre a célra alkalmazni kiegészítésként, akkor 30 mA-es érzékenységű, pillanatkioldású készüléket kell választani. Fontos megjegyezni, hogy a készülék nem vált ki más védelmi módot (pl. szigetelés).

2. Közvetett érintés: olyan fémrész érintése, amely nincs üzemszerűen feszültség alatt, de meghibásodás következtében feszültség alá került. Ebben az esetben az áramütés nagysága a kialakult földzárlati áramtól függ.

A hálózati feszültségtől, az áramütés típusától és időtartamától, az áramkörbe került személy korától és szervezetének villamos ellenállásától függően az áramütés által okozott élettani hatások az egyszerű bizsergéstől egészen a szívbénulásig terjedhetnek (2. ábra). Ezek a balesetek egyre gyakoribbá váltak a különféle villamos berendezések, készülékek szélesebb elterjedése nyomán. Mindennapi életünket ma már el sem tudnánk képzelni például mosógép, hűtőgép, TV, házimozi, számítógép, fax, nyomtató stb. nélkül. Mivel a villamos áram közvetlen élettani hatásai rendkívül súlyosak lehetnek, az áramütés veszélyének csökkentése elsőrendű feladat.

Az áramütést tekintve, annak mértéke az alábbi három tényezőtől függ:
az áram nagysága,
az áram útja a szervezetben,
az áramütés időtartama.
Az élettani hatásokat részletesen az IEC 60479-1 szabvány tartalmazza.

Általánosságban elmondható, hogy a minél érzékenyebb típusú készüléket célszerű beépíteni, hiszen ez garantálja a megnyugtató védelmet. Szerencsére ma már elég fejlett a technológia, így a nem kívánt leoldások is minimális szintre korlátozódtak. Egyébként nem kívánt leoldást okozhat az is, ha túl sok készüléket fogunk össze egyetlen áram-védőkapcsolóval. Ebben az esetben célszerű kisebb csoportokat alkotni, és ezeket külön-külön 30 mA-es ávk-val védeni. Az az áramkör, amelyben egyetlen berendezés 10 mA-nél nagyobb szivárgó áramot hajt, gyanús: feltétlenül ellenőrizni kell mind a készüléket, mind a csatlakozásokat. Szokás emlegetni a 100 mA-es érzékenységet erre az esetre, én nem javaslom, sőt, kifejezetten ellenzem életvédelmi okokból.

Ennek alapján a felvonulási épületek, az építési területek kihelyezett elosztószekrényeibe (időszakos installációk) is a 30 mA érzékenységű áram-védőkapcsoló beszerelését tartom kívánatosnak (közvetett érintés elleni védelem). A 300 mA-es típust csak szelektív változatban, fedővédelemként érdemes beépíteni (lásd koordináció, később).

Fürdőszobákban, konyhákban, zuhanyozó helyiségekben, valamint egyéb párás helyeken felszerelt konnektorok áramköreibe 30 mA érzékenységű áram-védőkapcsoló beépítése javasolt (közvetett érintés elleni védelem).

Az áram-védőkapcsolókat csak a TN-S rendszerben, vagy a TN-C/S rendszer TN-S ágában lehet használni, hiszen ezek a készülékek a nullavezetőt is megszakítják. TN-C rendszerben ezeket nem szabad használni, hiszen itt a védő- (PE) és a nullavezető (N) egyesített (PEN)!

3. Melyik alaptípusból válasszunk?
Áram-védőkapcsoló (ávk, RCCB, FI-relé)
A legjobban ismert, klasszikus típus az áram-védőkapcsoló (ávk), angol rövidítése RCCB (Residual Current Circuit Breaker) vagy a német nyelvterületről átvett FI-relé. Az érvényes szabvány Magyarországon az MSZ EN 61008, 2000 októbere óta.

A készülékek testzárlati áramok érzékelésén túl alkalmasak áramkörök zárására, bontására vagy leválasztására. Ez nem jelent rövidzárlat és túlterhelés elleni védelmet, ezért mindenképpen szükséges kismegszakítót is választani az áram-védőkapcsoló elé. A készülék fő funkciója tehát a betáplálási pontok védelme. A speciálisan háztartási, kommunális és kisebb ipari jellegű alkalmazásokhoz tervezett ávk-k olcsón kínálnak hatékony védelmet. A 30, 100, 300, 500 mA pillanatkioldású vagy 300, 500 mA szelektív típusok 2- és 4-pólusú kivitelben készülnek. (3., 4. ábra)

Áram-védőkioldó (add on modul)
A moduláris rendszerekben található áram-védőkioldók (add-on moduls: rápattintható modulok) a rendszerbe illeszkedő kismegszakítókra csatlakoztathatók. Az érvényes szabvány az MSZ EN 61009, 2000 októbere óta. Ez a modul saját érintkezővel nem rendelkezik, hiszen a beépített kioldója továbbítja a kioldási parancsot a kismegszakítóhoz, vagyis a kismegszakító főérintkezőit használja fel a zárlatos áramkör bontására. 2-, 3- és 4-pólusú kivitelben készülnek, 30, 300, 500, 1000 mA-es érzékenységgel, pillanatkioldású és szelektív változatban. Fontos megjegyezni, hogy az összekapcsolandó kismegszakító és a rápattintható modul pólusszámának egyeznie kell. Az A és AC osztályú típusváltozatok véletlen kioldás elleni védelemmel is rendelkeznek (5. ábra).

Áramvédős kismegszakító (RCBO: áram-védőkapcsoló beépített túláram-védelemmel)
A készülék a kismegszakító és az áram-védőkapcsoló funkcióit egyesíti ugyanabban a tokozásban. Ez az eszköz egyaránt ellátja a rövidzárlat- és túláramvédelem-, valamint a földzárlatvédelem-funkciókat. A készülék legnagyobb előnye a kis mérete, hiszen csupán 36 mm szélességű. Itt kétféle műszaki paramétercsomagot is meg kell adni, történetesen a kismegszakítóra vonatkozót (megszakítóképesség, kioldási karakterisztika, névleges áram, pólusszám), valamint az áram-védőkapcsolóra vonatkozót (érzékenység, pólusszám, névleges áram, 6. 7. ábra).

4. Működés egyenáramú összetevőket tartalmazó hálózaton
A különféle fogyasztók egyre nagyobb számban tartalmaznak félvezetőket is, amelyek torzítják a tiszta szinuszos jelalakot, a hálózat felharmonikus-tartalma növekszik, ami problémákat okozhat más készülékek számára (8. ábra). Amennyiben egy ilyen leágazásban földzárlati áram folyik, az egyenáramú összetevők hatása lehet olyan mértékű, amely meghiúsítja az áram-védőkapcsoló hibamentes működését. Annak érdekében, hogy ezt elkerüljük, többféle áram-védőkapcsoló típust lehet választani:

AC osztály: a hibamentes működés csak a tisztán váltakozó áramú hálózaton garantált;
A osztály: a hibamentes működés garantált egyenáramú összetevők jelenléte esetén is.

Általánosságban elmondható, hogy az egyszerű, lakossági vagy hasonló jellegű alkalmazás esetén elegendő az AC, egyébként az A, vagy a még precízebb típusok jöhetnek szóba (si, G, K stb.), ezek már gyártófüggő jelölések.

5. Az áram-védőkapcsolók koordinációja
A szelektivitás jelentősége
A többszintű védelem kiépítése tovább fokozza a biztonságot. A kiválasztott leágazásokat egyenként vagy összesítve védhetjük. A szelektív áram-védőkapcsolókkal biztosíthatjuk a folyamatos energiaellátást, hiszen amikor hiba jelentkezik valamelyik leágazásban, csak az a készülék old ki, amelyik az illető áramkört védi, ezáltal az energiaellátás a többi ágban folyamatos marad.

Horizontális szelektivitás (áramkörök csoportosítása)
Az áramkörök csoportosítása ebben az esetben azt jelenti, hogy az egyes leágazásokba lehetőleg azonos veszélyességi fokozatú fogyasztók kerüljenek, illetve a felszerelt áram-védőkapcsoló érzékenysége megfelelő legyen az áramkörben jelentkező hibaáramok megszakítására (9. ábra). Például csoportosítás egy közepes méretű installációhoz:

1. áramkör: dugaszolóaljzatok védelme nagy érzékenységű áram-védőkapcsolóval (30 mA);
2. áramkör: fürdőszoba, mosókonyha és hasonló jellegű helyiségek nagy érzékenységű áram-védőkapcsolóval (30 mA);
3. áramkör: nagy teljesítményű beépített fogyasztók közepes érzékenységű áram-védőkapcsolóval (100 mA, 300 mA).

Vertikális szelektivitás
A védelmi készülékekből felépített szelektív hálózat garantálja a felhasználó számára az optimálisan elérhető energiaellátást. A szelektivitás biztosítja az energiaellátás folyamatosságát az alábbi kapcsolásban is. Amikor például zárlat keletkezik az egyik leágazásban (B), csak ez a védelmi készülék fog kikapcsolni, ezáltal az energiaellátás folyamatos marad a másik két leágazás számára. A szivárgó földzárlati áramok elleni szelektív védelemhez két alapkritériumnak kell teljesülnie:
áram-szelektivitás, időbeli szelektivitás.

Az áram-szelektivitás feltétele az, hogy a hálózatoldali áram-védőkapcsoló (A) érzékenysége nagyobb legyen, mint a terhelésoldalié (B).

Az időbeli szelektivitás feltétele pedig az, hogy a hálózatoldali áram-védőkapcsoló kioldása késleltetve legyen a terhelésoldalihoz képest (10. ábra).

A vertikális szelektivitás lehet teljes vagy részleges, a felhasználói igények és a tervezés metódusa alapján (11. ábra).

Teljes szelektivitás
Ebben az esetben csak abban a leágazásban történik kikapcsolás, ahol a hiba jelentkezik, a többi áramkör ellátása mindvégig folyamatos marad (12. ábra). Ennek eléréséhez a következő feltételeknek kell teljesülnie:
a hálózatoldali készülék nem működtető áramának nagyobbnak kell lennie, mint a terhelésoldali készülék működtető árama,
a hálózatoldali készülék nem működtető idejének nagyobbnak kell lennie, mint a terhelésoldali készülék működtető ideje.

A teljes szelektivitás (13. ábra) feltétele:
IdnA > IdB, tnfA > tfB, ahol:
Idn: a névleges érzékenység (mA), tf: az áram-védőkapcsoló minimális működtető ideje, tnf: az áram-védőkapcsoló minimális nem működtető ideje.

Részleges szelektivitás
Részleges szelektivitás megvalósítása elegendő, ha:
a zárlat miatti kikapcsolás több leágazást vagy az egész hálózatot megszakíthatja, teljes szelektivitásra nincs szükség.

Lehetővé teszi az installáció hibás leágazásának gyors felderítését, valamint a többi leágazás problémamentes visszakapcsolását (14. ábra). Habár a szelektivitás teljes a B leágazásban, ez az A-ban nincs biztosítva, emiatt az installáció részlegesen szelektív. A teljes szelektivitás nem biztosított, mert:
a hálózatoldalon pillanatkioldású készülék van telepítve, az A leágazásban lévő készülék névleges érzékenysége nagyobb, mint a hálózatoldali készülék érzékenységének a fele.

6. Áram-védőkapcsoló és túlfeszültség-korlátozó koordinációja
Ez egyre inkább élő probléma, az áram-védőkapcsoló ugyanis alapvetően érzékeny készülék, a hálózati zavarokat nem kedveli. Emiatt fejlesztettek ki az egyes gyártók növelt zavarvédettségű típusokat si-super immunized (megerősített zavarvédelem), G stb. Itt is fontos az áramkörök megfelelő csoportosítása, vagyis a magas prioritású leágazásban növelt zavarvédettségű ávk (A osztály zavarvédelemmel, pl. si), a betáplálási oldalon pedig szelektív ávk (15. ábra). Ezen megoldások leginkább kereskedelmi, szolgáltatói vagy ipari jellegű épületek energiaelosztási hálózatában használatosak.

Összefoglalva tehát elmondható, hogy az áram-védőkapcsolók rendkívül széles választéka áll rendelkezésre, akár lakossági, akár ipari környezet számára. A készülékek gyártástechnológiája kiküszöböli a bizonytalan működést. Időben szelektív típusok kiválasztásával akár teljes szelektivitiást tudunk megvalósítani, ezáltal tovább fokozhatjuk a folyamatos energiaellátást az adott hálózaton.

Kerekes László

Helyi hálózatok kialakítása vállalati környezetben III.

2004. június 1. | 22 411
1

Az Ethernet hálózat ötlete az 1970-es években merült fel először, Robert Metcalfe és David Boggs jóvoltából. Az általuk papírra vetett séma nem maradhat ki egyetlen ilyen hálózatot leíró ismertetésből sem.

Kerekes László

Villanyszerelők Lapja

Kerekes László

okl. villamosmérnök