B, C és D kismegszakító-karakterisztikák, valamint a termikus kioldás időkorlátai
A kismegszakító karakterisztikája azt határozza meg, hogy a késleltetés nélküli elektromágneses gyorskioldó – amely a hálózatot védi a rövidzárlat ellen – a névleges áram hányszorosára van beállítva. B karakterisztika esetén ez a kioldási érték a névleges áram 3–5-szöröse (például egy B10-es típusnál 30A és 50A közé esik). C karakterisztika esetén ez az érték a névleges áram 5–10-szerese (C10-es típusnál 50A és 100A között található), míg D karakterisztika esetén a névleges áram 10–20-szorosa (azaz 100A és 200A között van). A túlterhelés elleni hőkioldás folyamata megegyezik a B, C és D karakterisztikájú kismegszakítók esetében.
Tartalomjegyzék
Bevezetés a kismegszakítók kioldási karakterisztikájába
Rendkívül fontos, hogy a hálózatba épített védelmi készülék műszaki paraméterei, a védendő áramkör vezeték-keresztmetszete, valamint a táplált elektromos berendezések tulajdonságai tökéletes összhangban legyenek egymással. A kismegszakító megválasztása során rengeteg tényezőt kell mérlegelni, amelyek közül az egyik legfontosabb paraméter a kismegszakító kioldási karakterisztikája.
A lehető legbiztonságosabb túláramvédelem kialakításához a névleges áramerősség (In) mellé elengedhetetlen a karakterisztika helyes megválasztása is.
A megfelelő kioldási jelleggörbe kiválasztásával optimális egyensúly teremthető a villamos hálózat üzembiztonsága és a védendő készülékek zavartalan működése között. Az alacsony szorzótartománnyal rendelkező kioldási görbék kiválóan ellátják az áramkör túláramvédelmét, ám ez sokszor gyakori és zavaró téves leoldásokkal járhat, különösen az induktív vagy kapacitív fogyasztók bekapcsolásakor fellépő hirtelen áramcsúcsok (áramlökés) miatt.
Ezzel szemben a magasabb szorzótartományú kismegszakító alkalmazásával az energiaellátás folytonossága és a berendezések indítása biztosabbá válik, viszont számolni kell azzal, hogy hiba esetén a védendő vezetékek és kötések rövidebb ideig tartó, de lényegesen nagyobb termikus és dinamikus igénybevételnek lesznek kitéve. Emiatt kulcsfontosságú pontosan ismerni a kismegszakító-karakterisztikák közötti fizikai eltéréseket, amelyek – mint ahogy a cikk későbbi fejezeteiben látható lesz – merőben különböző hálózati viselkedést produkálnak.
Hogy a gyakorlati megvalósítás ne legyen túlságosan bonyolult, a lakossági és kommunális berendezésekre vonatkozó IEC 60898-1 szabvány alapvetően három fő jelleggörbét határoz meg. Ennek megfelelően a háztartásokban leggyakrabban B, C, illetve ritkább, speciális esetekben D karakterisztikájú kismegszakítókkal találkozhatunk.
| Készülék típusa | Zárlati kioldási tartomány | Elsődleges fogyasztói csoportok | Bekapcsolási áramlökés mértéke |
|---|---|---|---|
| B karakterisztika | 3–5 · In | Ohmikus fogyasztók (fűtés, világítás) | Alacsony / Elhanyagolható |
| C karakterisztika | 5–10 · In | Induktív fogyasztók (motorok, háztartási gépek) | Közepes |
| D karakterisztika | 10–20 · In | Nagy indítóáramú berendezések, transzformátorok | Magas / Kirívóan nagy |
A lakásfelújítások és bővítések során a leggyakoribb dilemma: B vagy C karakterisztikájú kismegszakító kerüljön beépítésre?
Természetesen minden villamos hálózat egyedi méretezést igényel, így általános, minden szituációra vakon alkalmazható szabály nem létezik. Az alábbi részletes elemzés és a gyakorlati példák áttekintése után azonban Ön is pontosan el fogja tudni dönteni, melyik típus a legmegfelelőbb az adott feladatra.
A zárlati gyorskioldó és a bimetallos hőkioldó különbsége
Lényeges tisztázni, hogy a kismegszakító karakterisztika (B, C vagy D betűjelzés) kizárólag azt mutatja meg, hogy a késleltetés és korlátozás nélküli elektromágneses gyorskioldó – amely a hálózatot védi a zárlati áramoktól – a névleges áram hányszorosánál lép azonnal működésbe.
Ezzel szemben a túlterhelés elleni védelemért felelős, késleltetett bimetallos hőkioldó működése teljesen független a kismegszakító karakterisztikájától. Mind a három tárgyalt típus (B, C és D) esetében a túlterhelési tartományban a hőkioldás folyamata teljesen azonos módon és azonos időértékek mellett fut le.
Kismegszakítók B kioldási karakterisztikája
A B kioldási karakterisztikával rendelkező túláramvédelmi készülékek esetében a késleltetés és korlátozás nélküli elektromágneses gyorskioldó a névleges áram 3–5-szörösére van gyárilag kalibrálva.
Ez egy B10-es kismegszakító példáján szemléltetve azt jelenti, hogy a zárlati pillanatkioldó mechanizmus pontosan a 30A és 50A közötti áramtartományban fog megszólalni.
Az ilyen jelleggörbéjű készülékek jellemzően a tiszta ohmos fogyasztók túláramvédelmére alkalmazhatók a legoptimálisabban. Ilyen berendezések például az elektromos tűzhelyek, a hőtárolós vízmelegítők (bojlerek), az elektromos fűtőpanelek vagy a hagyományos izzós világítási áramkörök.
Amennyiben egy régebbi társasház vagy panellakás villanyvezetékei még az eredeti alumíniumból (MM falvezeték) vannak, és egy esetleges meghibásodás vagy korszerűsítés miatt szükségessé válik az elosztótábla cseréje, a hálózat védelme érdekében ennél a típusnál lomhább (C vagy D) karakterisztikát alkalmazni szigorúan tilos és életveszélyes, mivel a régi vezetékek és kötések megnövekedett hurokellenállása mellett a lomhább kismegszakító egy zárlat esetén nem fog időben lekapcsolni.
Kismegszakítók C kioldási karakterisztikája
A C kioldási karakterisztikával rendelkező kismegszakítók késleltetés és korlátozás nélküli elektromágneses gyorskioldója a névleges áramérték 5–10-szeresére van gyárilag beállítva.
Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy egy C10-es kismegszakító beépített gyorskioldója pontosan az 50A és 100A közötti áramtartományban fog működésbe lépni.
A C karakterisztikájú védelmi készülékeket kifejezetten az induktív jellegű, valamint a kapcsolóüzemű tápegységekkel rendelkező fogyasztók vezetékvédelmére érdemes alkalmazni. A modern háztartásokban is számtalan olyan berendezés található, amely indításkor vagy működés közben induktív áramlökéseket produkál. Ilyen mindennapi készülékek például a mosó- és mosogatógépek, a légkondicionáló berendezések, a konyhai szagelszívók, a hűtőszekrények, a fagyasztók, valamint a mikrohullámú sütők és a nagyobb teljesítményű LED-es világítási hálózatok.
A C típusú kismegszakítók szakszerű alkalmazásával a bekapcsolási áramcsúcsokból adódó, indokolatlan és nemkívánatos lekapcsolások száma minimális szintre csökkenthető, miközben a hálózat rövidzárlat elleni védelme a szabványos hurokellenállás-értékek mellett teljes mértékben biztosított marad.
Kismegszakítók D kioldási karakterisztikája
A D kioldási jelleggörbével rendelkező készülékek esetében a késleltetés nélküli elektromágneses gyorskioldó már a névleges áramérték 10–20-szorosára van gyárilag kalibrálva.
Ebben az esetben egy D10-es kismegszakító pillanatkioldója már a kirívóan magas, 100A és 200A közötti áramtartományban fog csak működésbe lépni.
Ebből a rendkívül magas kioldási küszöbből adódóan elsősorban az ipari és nehézipari felhasználás a jellemző rá. Leggyakrabban nagy indítóáramú gépek, transzformátorok, nagyobb villanymotorok vagy kiterjedt ipari fogyasztócsoportok vezetékvédelmére alkalmazják. Lakossági, háztartási jellegű felhasználása a legritkább, speciális esetekben (például komolyabb otthoni barkácsműhely nagy teljesítményű hegesztőtrafója vagy esztergája esetén) lehet csak indokolt.
Általános otthoni környezetben szinte lehetetlen olyan hétköznapi berendezést vagy fogyasztói csoportot példaként felhozni, amelynek indításához feltétlenül szükség lenne a D karakterisztika nyújtotta hatalmas, lomha indítási tartományra. Beépítése lakásokban a hálózat védelmi szintjének drasztikus csökkenését okozná.
B, C és D karakterisztikák összehasonlítása
Vegyünk példaként egy klasszikus, 16 Amper névleges áramú (In) kismegszakítót. Amennyiben a készülék B karakterisztikával rendelkezik, egy 48 Amper erősségű áramlökés már azonnal működésbe hozza az elektromágneses pillanatkioldót, azaz a hálózaton ez az érték már azonnali lekapcsolást igénylő rövidzárlatnak minősül. Ugyanez az áramérték egy C vagy D karakterisztikájú kismegszakító esetén a gyári beállítások miatt még csak enyhe túlterhelésnek számít, így a készülék lekapcsolása lényegesen később (a bimetall melegedési idejétől függően) fog csak megtörténni.
Ebből a példából is jól látható, hogy milyen jelentős gyakorlati különbségek adódnak a B, C és a D típusú jelleggörbék között. Ez a választás közvetlen hatással van a csatlakoztatott berendezések védelmére, a hálózat üzembiztonságára, valamint az energiaellátás zavartalan folytonosságára.
A fenti grafikus ábra vizuálisan szemlélteti, mi a fő eltérés a lakossági B és C kismegszakítók között, és azok hogyan viszonyulnak a robusztusabb ipari D változathoz.
A hálózathoz nem megfelelően megválasztott karakterisztikájú túláramvédelmi eszköz az elosztószekrényben vagy bosszantó, indokolatlan téves leoldásokhoz vezet, vagy éppen ellenkezőleg: egy valós hiba esetén az indokolt és életmentő lekapcsolás lényegesen később következik be, mint ahogy azt a vezetékek épsége megkövetelné.
Kismegszakító-karakterisztikák megválasztása a háztartási eszközökhöz
Számtalan alkalommal felmerül a kérdés a gyakorlatban, hogy egy adott elektromos háztartási készülékhez B vagy C karakterisztikájú kismegszakító beépítése szükséges-e. Általánosságban elmondható, hogy a modern háztartási és szórakoztatóelektronikai eszközök gyártói az uniós szabályozások miatt igyekeznek egyre kisebb energiafogyasztású és minimális indulási áramot felvevő fogyasztókat piacra dobni, ennek ellenére a kismegszakító jelleggörbéjének helyes kiválasztása ma is kritikus kérdés.
A háztartások fixen bekötött fogyasztói többnyire ohmos jellegűek. Ezen berendezések vezetékvédelmére a gyorsabb, szigorúbb B kioldási karakterisztikával rendelkező kismegszakítók a legmegfelelőbbek. Ezzel szemben az olyan induktív vagy kapcsolóüzemű táppal szerelt fogyasztókhoz, mint a klímaberendezés vagy a modern konyhai gépek, már a lomhább C karakterisztikát kell választani a téves leoldások elkerülése érdekében.
Egy újonnan kiépített, megfelelően méretezett és kellő mennyiségű önálló áramkörrel rendelkező lakásszerelési hálózat vezetékvédelmére a szakmai tapasztalatok szerint az általános fogyasztói áramkörökön (pl. dugaljak) bőven elegendő egy C kioldási jelleggörbével rendelkező, 16A vagy 10A névleges áramú kismegszakító.
B kioldási karakterisztika alkalmazása javasolt az alábbi körökben:
- Hagyományos kerámia főzőlapok és elektromos sütők önálló áramkörei.
- Elektromos bojlerek és hőtárolós vízmelegítők.
- Elektromos átfolyós rendszerű vízmelegítők.
- Klasszikus és LED-es világítási áramkörök, fényforrások hálózatai.
- Tisztán ohmos jellegű elektromos fűtőberendezések (konvektorok, hősugárzók, elektromos radiátorok, infrapanelek).
- Minden olyan villamos berendezés, amely bekapcsolásakor nem produkál hirtelen áramlökést.
C kioldási karakterisztika alkalmazása javasolt az alábbi körökben:
- Kompresszoros hűtőgépek, fagyasztószekrények és fagyasztóládák.
- Inverteres vagy hagyományos klímaberendezések és hőszivattyúk.
- Mosógépek, szárítógépek és mosogatógépek áramkörei.
- Mikrohullámú sütők és komolyabb konyhai robotgépek.
- Indukciós elven működő főzőlapok (a beépített elektronika nagy frekvenciás áramfelvétele miatt).
- Nagy teljesítményű kapcsolóüzemű tápegységgel szerelt asztali számítógépek (PC) áramkörei.
- Általános rendeltetésű konyhai és fürdőszobai dugaljcsoportok (ahol a csatlakoztatott fogyasztó jellege előre nem ismert).
B, C és D karakterisztikákra vonatkozó kioldási és megtartási időkorlátok
A kismegszakító-karakterisztikák fizikai működésének teljes megértéséhez elengedhetetlen, hogy részletesebben is górcső alá vegyük a szabványok által előírt kioldási időkorlátokat.
Bár emberi léptékkel mérve úgy tűnik, hogy a védelmi készülék egy rövidzárlatot azonnal, pillanatszerűen megszakít, a háttérben kőkemény fizikai és időbeli határok működnek.
A valóságban rendkívül szigorú nemzetközi szabványok határozzák meg, hogy az elektromágneses gyorskioldónak pontosan mekkora időintervallumon belül kell megszakítania az áramkört. Mind a három tárgyalt karakterisztika (B, C és D) esetében tűpontosan le van fektetve a zárlati áramok alsó és felső határa, figyelembe véve egy úgynevezett nem-lekapcsolási (árammegtartási) és egy kötelező lekapcsolási (kioldási) időkorlátot.
A táblázatból kiragadva a B karakterisztikát látható, hogy az elektromágneses kioldó működésének az alsó tartományában (3xIn) elvárás az, hogy legalább 0,1s-ig ne kapcsoljon le. Viszont a felső tartományban már (5xIn) 0,1s elérése elött az elektromágneses kioldónak működésbe kell hoznia a megszakító mechanikát.
Az ikerfémre vonatkozó idő-áram jelleggörbék és időkorlátok (30 °C-on)
A túlterhelés elleni hőkioldással szerencsére lényegesen egyszerűbb dolgunk van a hálózat tervezésekor. Ezek a vizsgálati és működési paraméterek ugyanis teljesen egyformák, és szigorúan kőbe vannak vésve mind a három kismegszakító-karakterisztika (B, C és D) esetében.
Tesztáram: 1,13 · In (Konvencionális nem-kioldó áram): Ebben az esetben egy viszonylag csekélynek mondható túlterheléssel vizsgálják a kismegszakító hőkioldóját. Egy klasszikus 10A névleges áramú kismegszakítónál ez pontosan 11,3 Amper átvezetett áramerősséget jelent. Ezt a túlterhelést a kismegszakítónak legalább 1 órán keresztül folyamatosan vezetnie kell leoldás nélkül. Ennél a szabványos tesztnél a vizsgálat indításakor a bimetall teljesen (hideg) alapállapotban van, azaz megelőzően nem érte áramterhelés.
Tesztáram: 1,45 · In (Konvencionális kioldóáram): Ez az érték már egy komolyabb, szemmel látható túlterhelésnek felel meg. A példaként vett 10A-es készüléken ebben a fázisban már 14,5 Amper áramot vezetnek át. Itt az alapvető elvárás a védelmi készüléktől az, hogy szigorúan 1 órán belül bontsa az áramkört, megvédve ezzel a vezetékeket a túlmelegedéstől. Ez az 1,45-ös szorzójú teszt a laboratóriumi vizsgálatok során közvetlenül az 1,13-as mérés után következik.
Tesztáram: 2,55 · In (Nagyfokú túlterhelési áram): Ebben a tartományban már rendkívül súlyos túlterhelésről beszélünk. Ekkor a mintaként használt 10A-es kismegszakítón már 25,5 Amper áram folyik keresztül. A szabványos előírás szerint a kismegszakítónak ezt a kritikus mértékű túlterhelést a hálózat stabilitása (példák a motorindítási folyamatok) érdekében legalább 1 másodpercig engednie kell, de maximum 60 másodpercen belül kötelezően bontania kell a túlterhelt áramkört. A 2,55-ös teszt indításakor a bimetall szerkezet szintén hideg alapállapotból indul.
A termikus kioldásra vonatkozó konvencionális paraméterek
- Konvencionális idő: A vizsgálati időtartam alapesetben 1 óra a legfeljebb 63A névleges áramú kismegszakítókig. A robusztusabb, 63A feletti készülékek esetében ez az időkorlát már 2 órát jelent.
- Konvencionális nem-kioldóáram (Int): Értéke fixen 1,13 · In. Ez azt jelenti, hogy a kismegszakítónak a 13%-os áramtúlterhelést legalább 1 órán keresztül (63A felett 2 órán át) üzemszerűen el kell viselnie lekapcsolás nélkül.
- Konvencionális kioldóáram (It): Értéke fixen 1,45 · In. Ez az a kritikus túlterhelési határérték, amelynél a kismegszakítónak a konvencionális időn belül (1 vagy 2 óra) mindenképpen meg kell megszakítania az áramkört.
A cikk végére érve talán teljesen egyértelművé és logikussá vált mindenki számára, miért van elengedhetetlen szükség arra, hogy a kismegszakító házába két, egymástól szerkezetileg és működési elvileg merőben eltérő kioldórendszert építsenek be a mérnökök. Nincsen a háttérben semmiféle érthetetlen fekete mágia: kizárólag ezzel a kettős felépítéssel lehet biztonságosan különválasztani a hálózaton a tartós túlterhelést és a hirtelen fellépő, pusztító rövidzárlatot. Mind a két túláramtípus esetén gyökeresen eltérő árammennyiségeket kell a rendszernek kezelnie, gyökeresen eltérő biztonsági időkorlátok és fizikai törvényszerűségek mellett.