Instalacjom elektroenergetycznym stawiane są głównie takie wymagania jak: bezpieczeństwo przeciwporażeniowe, wysoka niezawodność zasilania, bezpieczeństwo pożarowe i jej długotrwałość. Aby spełnić te wymagania, konieczny jest właściwy dobór aparatów i urządzeń zabezpieczających. W artykule zaproponowano nowe rozwiązanie zachowania selektywności wyłączania aparatów zabezpieczających przy wykorzystaniu ogranicznika mocy umownej ETIMAT T firmy ETI Polam.

Wszystkie aparaty zabezpieczające instalację elektroenergetyczną i wszelkie środki ochrony przeciwporażeniowej powinny być prawidłowo skoordynowane w całej sieci zasilającej i instalacji – od stacji transformatorowej aż do obwodu odbiorczego włącznie. Brak właściwej koordynacji (wybiórczości) zabezpieczeń, co niestety często ma miejsce w praktyce – może powodować ich błędne działanie: zbyt częste wyłączanie zasilania spowoduje bowiem pogorszenie właściwości użytkowych instalacji elektrycznej. Wszelkie próby ograniczenia zbędnych wyłączeń mogą być z kolei przyczyną pogorszenia skuteczności lub co gorsze – całkowitego wyeliminowania zabezpieczeń, zwiększenia zagrożenia pożarowego lub szybkiego zniszczenia instalacji na skutek jej przeciążenia. Prawidłowa koordynacja zabezpieczeń powinna być przeprowadzona na etapie projektowania instalacji, gdyż ewentualna wymiana aparatów zabezpieczających po ich zamontowaniu spowoduje konieczność przebudowy lub wymiany instalacji, co pociąga za sobą dodatkowe koszty.

Jakich zabezpieczeń wymagają przepisy

Zasady wiedzy technicznej, normy oraz obowiązujące przepisy (np. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie – §183.1 – instalacje elektroenergetyczne – Dz.U. nr 75 poz. 690 z późn. zm.) wymagają stosowania zasady selektywności pomiędzy zabezpieczeniami przed prądem przetężeniowym (przed skutkami zwarć i przeciążeń). Jako zabezpieczenie przed prądem przetężeniowym mogą być stosowane:

• bezpieczniki topikowe – przed skutkami zwarć i w niektórych przypadkach przeciążeń;
• przekaźniki termobimetalowe – przed skutkami przeciążeń (powinny współpracować z innymi zabezpieczeniami przed skutkami zwarć – np. bezpiecznikami o charakterystyce aM);
• wyłączniki instalacyjne nadprądowe – przed skutkami zwarć i przeciążeń.

Wyłączniki instalacyjne nadprądowe wyposażone są w dwa wyzwalacze: zwarciowy bezzwłoczny i przeciążeniowy termobimetalowy działający ze zwłoką czasową zależną od wartości prądu przeciążenia. W wyłącznikach tych zastosowane są trzy typy wyzwalaczy bezzwłocznych – o charakterystykach B, C, D, różniących się zakresem prądu zadziałania oraz jeden typ wyzwalacza termicznego przeciążeniowego. Zabezpieczenia zainstalowane w sieci rozdzielczej zasilającej instalację oraz w obwodach instalacji odbiorczej powinny być selektywne w działaniu – oznacza to, że w przypadku zwarcia lub przeciążenia w obwodzie powinno zadziałać zabezpieczenie najbliższe miejsca wystąpienia zwarcia lub przeciążenia. W przypadku stosowania wyłączników nadprądowych o chraterystykach B, C, D do wielostopniowego zabezpieczenia obwodów, uzyskanie selektywności ich zadziałania w przypadku zwarcia jest niemożliwe. Wynika to z charakterystyk czasowo-prądowych tych wyłączników.
Istnieją na rynku wyłączniki nadprądowe selektywne, również wyposażone w wyzwalacze zwarciowe i przeciążeniowe, których skomplikowana budowa pozwala jednak na jego selektywne działanie z innymi wyłącznikami nadprądowymi i to zarówno w zakresie przeciążeniowym, jak i zwarciowym.

Dotychczas stosowane przez niektóre zakłady energetyczne rozwiązanie techniczne w zakresie zabezpieczeń przedlicznikowych polegało najczęściej na zastosowaniu wyłącznika nadprądowego o charakterystyce C (Z3 – rys. 1) i prądzie znamionowym dobranym do mocy przyłączeniowej lub umownej z odbiorcą. (W uzasadnionych przypadkach dopuszcza się również inne rozwiązania np. bezpieczniki topikowe lub wyłączniki selektywne). Rozwiązanie to nie zapewnia selektywności działania zabezpieczeń w przypadku zwarć za wyłącznikiem nadprądowym (Z4) w instalacji odbiorczej, ale jest stosowane ze względu na niskie koszty inwestycyjne. W przypadku nieselektywnego zadziałania wyłącznika (Z3), odbiorca posiadający klucz do części pomiarowej rozdzielnicy licznikowej może wyłącznik Z4 samodzielnie ponownie załączyć. Sytuacja taka została przedstawiona na rys. 1.
Na rys. 2 przedstawiono charakterystyki czasowo-prądowe t-I powyższej instalacji. Możliwość selektywnej współpracy urządzeń zabezpieczających jest zapewniona, gdy charakterystyki czasowo-prądowe są przesunięte względem siebie i nie posiadają punktów wspólnych. Na rys. 2 pokazano, że tylko w zakresie prądów przeciążeniowych zabezpieczenia Z3 i Z4 działają selektywnie. Selektywność zwarciowa zabezpieczenia odbiorcy Z4 jest zachowana tylko z zabezpieczeniem Z2 – topikowym. (Rozłącznik bezpiecznikowy STV DO2 lub EFD – rys. 3, 4, 5).

Wyłącznik selektywny jako zabezpieczenie przedlicznikowe

W niektórych zakładach energetycznych w standardach technicznych wprowadzono obowiązek stosowania wyłącznika selektywnego o charakterystyce E jako zabezpieczenia przedlicznikowego. W układzie instalacji pokazanym na rys. 1 zamiast wyłącznika nadprądowego o charakterystyce C - Z3 stosuje się wyłącznik selektywny E (rys. 6). Jest to rozwiązanie skuteczne, ale niestety drogie. Charakterystyki czasowo-prądowe takiego układu są pokazane na rys. 7. Ponadto dla zapewnienia selektywności działania należy zwiększyć wartość bezpiecznika w zabezpieczeniu Z2 – topikowym, co wymaga również dobrania odpowiedniego zabezpieczenia w złączu – Z1 w zależności od spodziewanego prądu zwarcia. W niektórych przypadkach powiększanie wartości bezpiecznika w złączu Z1 nie będzie możliwe ze względu na spełnienie warunków ochrony przeciwporażeniowej w sieci dostawcy energii elektrycznej.

Wyłącznik nadprądowy w roli zabezpieczenia przedlicznikowego

Firma ETI proponuje zastosowanie w charakterze zabezpieczenia przedlicznikowego wyłącznika nadprądowego (ogranicznika mocy) ETIMAT T pozbawionego wyzwalacza zwarciowego (rys. 8). Jest to rozwiązanie skuteczne i tańsze niż poprzednie.
Wyłącznik taki ma tylko wyzwalacz przeciążeniowy (termiczny). Zaplombowany wyłącznik ETIMAT T (chodzi o dostęp do jego zacisków prądowych) instaluje się tak, aby jego dźwignia napędowa była dostępna dla odbiorcy. Ten ostatni w razie samoczynnego zadziałania wyłącznika – na skutek przekroczenia poboru mocy przyłączeniowej lub z innych powodów, może go ponownie załączyć bez wzywania ekipy zakładu energetycznego. Układ taki przedstawiony jest na rys. 10.
W zakresie prądów przeciążeniowych w instalacji odbiorczej, zabezpieczenie u odbiorcy Z4 współpracuje selektywnie z ogranicznikiem mocy ETIMAT T. Natomiast przy zwarciach u odbiorcy (np. w miejscu – a), wyłącza tylko zabezpieczenie Z4 u odbiorcy, ponieważ zabezpieczenia T i Z2 (topikowe) mają odpowiednio przesunięte charakterystyki czasowo-prądowe t-I (rys. 11). Przy zwarciu w miejscu b zadziała tylko zabezpieczenie topikowe Z2 lub w przypadku jego braku – zabezpieczenie Z1.
Prąd znamionowy wyłącznika ETIMAT T dobiera się do mocy przyłączeniowej/ umownej uzgodnionej z odbiorcą. Natomiast wartość i charakterystykę bezpiecznika topikowego Z2 dobiera się biorąc pod uwagę spodziewany prąd zwarcia. Przykładowe zastosowanie ograniczników mocy ETIMAT T w rozdzielnicach na terenie Zakładu Energetycznego ENERGA Olsztyn przedstawia rys. 12.

Wnioski

Opisany powyżej problem selektywności działania zabezpieczeń występuje najczęściej przy projektowaniu selektywności wyłączania aparatów przez projektantów oraz przy eksploatacji zabezpieczeń przez służby techniczne zakładów energetycznych.
Zakłady energetyczne do określenia poboru mocy szczytowej przyjmują wartość prądu znamionowego wkładki topikowej w zabezpieczeniu przed licznikiem. W przypadku, kiedy użytkownik posiada odbiorniki dużej mocy np. silniki, spawarki transformatorowe itp., ze względu na sporadyczny pobór dużego prądu rozruchowego, bezpieczniki te mają duży prąd znamionowy, a odbiorca przydzieloną dużą moc przyłączeniową i przez to narażony jest na wysokie opłaty za jej przesył. Tymczasem, rzeczywista pobierana przez niego moc jest znacznie mniejsza. Zastosowanie rozwiązania zabezpieczenia przedlicznikowego za pomocą ogranicznika mocy ETIMAT T o charakterystyce termicznej pozwoli odbiorcy na oszczędności finansowe w postaci niższej opłaty za przesył przydzielonej energii. Ponadto zastosowanie ogranicznika mocy ETIMAT T zamiast wyłącznika selektywnego, oraz zastosowanie bezpieczników topikowych pracujących w rozłącznikach bezpiecznikowych STV DO2 i EFD jako dobezpieczenie wstępne, będzie układem spełniającym wymagania obowiązujących przepisów dotyczących selektywności zabezpieczeń, a jednocześnie pozwoli ograniczyć koszty inwestycyjne instalacji elektrycznej.

Inż. Roman Kłopocki
Autor pracuje w firmie ETI Polam w Pułtusku

---