Izbira ustreznega odklopnika do 63 A za industrijsko okolje

Odklopnik (angl. circuit breaker, nem. Leistungsschalter) – omejili se bomo na nizkonapetostne odklopnike za tokove do 63 A – je aparat, ki združuje dve osnovni funkciji: stikalno in zaščitno. Namenjen je zaščiti kablov in naprav. Ker je na voljo v različnih oblikah (instalacijski odklopnik, kompaktni odklopnik, odklopnik iz družine motorskih zaščitnih stikal s prirejeno izklopno karakteristiko za zaščito kablov in naprav), smo včasih v dilemi, kaj pravzaprav izbrati.

Janez Kokalj, tehnično svetovanje, Elsing Inženiring, d. o. o.

Uvod

Najpomembnejši parametri odklopnika so poleg nazivnega toka še njegova kratkostična stikalna zmogljivost, možnosti nastavitev, električna ter mehanska življenjska doba, dimenzije itd. V primerjavi z zaščito s talilnimi varovalkami je njegova prednost predvsem v dveh dejstvih: da ga po izpadu lahko ponovno vključimo (brez menjave delov) in da vedno izklopi vse tri pole. Nekatere oblike odklopnika omogočajo nastavitev zaščitnih parametrov (preobremenitveni tok, kratkostični tok, zakasnitev delovanja preobremenitvene zaščite, zakasnitev delovanja kratkostične zaščite), pri drugih pa so te vrednosti fiksne.

 Slika 1 – Izklopna karakteristika odklopnika z nastavljivo preobremenitveno in kratkostično zaščito

Slika 1 – Izklopna karakteristika odklopnika z nastavljivo preobremenitveno in kratkostično zaščito

Pri tokovih do 63 A smo včasih v dilemi, katero obliko odklopnika izbrati: instalacijski odklopnik, kompaktni odklopnik ali motorsko zaščitno stikalo s sistemsko zaščito. Ta dilema je posledica različnih tehničnih sposobnosti na eni strani in cene na drugi.

Instalacijski odklopnik

Za zaščito kablov in naprav v objektih (building automation) je instalacijski odklopnik daleč najbolj uporabljen zaščitni element. Ima kratkostično in preobremenitveno zaščito, a sta obe fiksni, torej nenastavljivi. Poleg želenega nazivnega toka lahko izbiramo tudi med karakteristikama, npr. B in C, torej velikostjo kratkostične zaščite (B: 3–5 In, C: 5–10 In).

Njegova glavna prednost v primerjavi s kompaktnim odklopnikom in motorskim zaščitnim stikalom je ugodna cena, ki je sicer tudi posledica masovne proizvodnje, kar ni nič slabega. Žal pa ima tudi nekaj tehničnih omejitev, ki v industrijskem okolju niso zaželene.

Slika 2 – Instalacijski odklopnik

Slika 2 – Instalacijski odklopnik

Od teh omejitev smo že omenili nenastavljivost zaščit. Pomembnejše omejitve pa so še nizka kratkostična zmogljivost (potrebna predvarovalka), nižja nazivna napetost, krajša življenjska doba in nižja izolacijska napetost. Omenjene pomanjkljivosti pa tudi odražajo slabšo robustnost in odpornost tega elementa, kar pri zahtevah za visoko razpoložljivost, ki veljajo v industrijskem okolju, narekuje previdnost za to odločitev. Že omenjena najizrazitejša pomanjkljivost instalacijskih odklopnikov, tj. kratkostična stikalna zmogljivost, se lahko izboljša z uporabo predvarovalk (In maks. varovalke = 125 A za instalacijske odklopnike tipa Eaton: PL7), kar pa lahko povzroči nove težave, npr. izpad ene faze.

Najbolj razširjen tip Eatonovih instalacijskih odklopnikov je PL7 (In = 0,16–63 A, Icu = 15 kA).

Poleg PL7 so na voljo še drugi tipi, nekateri nudijo višje nazivne tokove (do 125 A), drugi višjo kratkostično zmogljivost (do 25 kA), tretji dodatne karakteristike (D: 10–20 In).

Kompaktni odklopnik

Eatonov kompaktni odklopnik NZM pokriva tokove od 15–1600 A in je na voljo za različne kratkostične stikalne zmogljivosti (Icu = 25 kA, 36 kA, 50 kA ali 100 kA) z različnimi karakteristikami, ... Skratka, gre za družino, ki nudi veliko možnosti za izbor.

Čeprav za kompaktne odklopnike na splošno velja, da imajo nastavljivo preobremenitveno in kratkostično zaščito, pa to običajno ne velja za nižje nazivne tokove, kjer je kratkostična zaščita fiksna. Tudi pri NZM je do nazivnega toka In = 32 A kratkostična zaščita fiksna (350 A), nastavljiva je samo preobremenitvena zaščita. Za te nazivne tokove uporaba kompaktnih odklopnikov zato ni najbolj racionalna. V primerjavi z instalacijskimi odklopniki res pridobimo možnost zvezne nastavitve preobremenitve zaščite in višjo kratkostično stikalno zmogljivost, a slednjo lahko, kot že rečeno, pri instalacijskih odklopnikih pridobimo tudi z uporabo predvarovalk. Uporaba kompaktnih odklopnikov v tem območju je zato smiselna le za pomembne porabnike. Pri odklopnikih z In = 40 A in pri večjih pa je nastavljiva tudi kratkostična zaščita. Ker je njihova cena za celotno območje do 63 A ista, se popravi tudi cenovno razmerje do instalacijskih odklopnikov, posebej še, če moramo pred instalacijski odklopnik dograditi predvarovalke. Z upoštevanjem vseh ostalih tehničnih prednosti je uporaba kompaktnih odklopnikov v tokovnem območju 40–63 A smiselna in tudi uporabljana, seveda pa je ta odločitev odvisna od zahtevnosti projekta in ščitenega porabnika.

Slika 3 – Kompaktni odklopnik

Slika 3 – Kompaktni odklopnik

Motorsko zaščitno stikalo z zaščitnim sprožnikom za kable in naprave

Eaton ima dva tipa motorskih zaščitnih stikal, katerim se lahko namesto sprožnika z motorsko zaščito vgradi sprožnik za sistemsko zaščito: PKZM4 (In = 16 A ali 25 A ali 32 A) in novejši PKE. Ker je novejši PKE po tehničnih lastnostih vsaj enakovreden PKZM4, ponekod pa boljši in obenem še cenejši, je smiselna izbira PKE.

Motorsko zaščitno stikalo PKE, ki ima zamenljiv elektronski zaščitni sprožnik, je torej na voljo tudi s sistemskim zaščitnim sprožnikom, tj. sprožnikom za zaščito kablov in naprav.

Na voljo sta odklopnika za dve tokovni območji:
PKE32/XTUCP-36: Ir = 15–36 A, Irm = 75–288 A
PKE65/XTUCP-65: Ir = 30–65 A, Irm = 150–520 A

Omenjen tip odklopnika je sestavljen iz osnovnega (stikalnega) modula in zaščitnega sprožnika. Omogoča stopenjsko nastavitev preobremenitvene (Ir = 0,45–1 x In) in kratkostične zaščite (Irm = 5–8 x Ir).

Prednost elektronske zasnove tega odklopnika je v tem, da ima zelo širok razpon nastavitve zaščite, pomanjkljivost pa v tem, da je ta odklopnik uporaben samo za izmenično napetost.

Kratkostična odklopna zmogljivost tega odklopnika je 50 kA (pri 400 VAC).

Ta odklopnik je torej zelo atraktiven za nižje tokove (do 36 A), kjer nudi vse prednosti kompaktnega odklopnika in ima za razliko od NZM v tem tokovnem območju tudi nastavljivo kratkostično zaščito ter je cenovno ugodnejši.

Manjši zaščitni sprožnik 36 A je sicer na voljo v dveh oblikah: za vgradnjo v manjši osnovni modul PKE32 ali v večji osnovni modul PKE65. Večja varianta je precej dražja in bi bila smiselna le v smislu poenotenja z ostalimi enakimi stikali v tem stikalnem bloku.

Na voljo je tudi napredna verzija zaščitnega sprožnika (PKE-XTUACP-xx) za oba tokova: 36 A in 65 A. Ta omogoča povezavo odklopnika preko SmartWire-DT komunikacije na eno od standardnih komunikacijskih vodil in s tem daljinski prikaz faznih tokov in maksimalnega toka.

Uporaba motorskega zaščitnega stikala

Uporaba motorskega zaščitnega stikala (z zaščitno karakteristiko za motorje) pa ni priporočena za zaščito kablov in naprav (to seveda ne velja za motorska zaščitna stikala s sistemskim zaščitnim sprožnikom!).

Slika 4 – Motorsko zaščitno stikalo 

Slika 4 – Motorsko zaščitno stikalo

Tabela 1 – Pregled tehničnih podatkov in cen za posamezne oblike odklopnikov (elementi v krepkem tisku predstavljajo optimalnejšo izbiro – glej Zaključek)

Tabela 1 – Pregled tehničnih podatkov in cen za posamezne oblike odklopnikov (elementi v krepkem tisku predstavljajo optimalnejšo izbiro – glej Zaključek)

Opomba: Pri zgornjih podatkih so upoštevana naslednja izhodišča: napetost 3 x 400 VAC, uporabnostna kategorija AC-1, cena je "list price". Prikazani so le nekateri elementi iz izbrane družine. Za ostale elemente veljajo enake oziroma sorodne vrednosti, kot so navedene v tabeli.

Motorsko zaščitno stikalo ima namreč dve lastnosti, ki lahko povzročata probleme, če je uporabljeno za zaščito kablov in naprav:

1. Motorsko zaščitno stikalo je občutljivo na izpad faze. Pri napajanju razdelilnikov lahko prihaja do asimetrije (različne obremenitve posameznih faz), pri čemer pa odklopnik tega ne sme razumeti kot napako.

2. Zagonski tok motorja je bistveno višji od njegovega nazivnega toka. Temu ustrezno je prilagojena izklopna karakteristika motorskega zaščitnega stikala. Pri napajanju razdelilnikov in naprav ni tega pojava, zato je tu lahko kratkostični zaščitni tok nižji. Če torej uporabimo motorsko zaščito, je lahko zahtevan višji presek kabla.

Zaključek: izbor ustreznega odklopnika

Čeprav na izbor ustrezne oblike odklopnika poleg tehničnih lastnosti in cene, ki so navedene v zgornji tabeli, vpliva še več dejavnikov (predvideno število odcepov v stikalnem bloku, pomembnost porabnika, razpoložljiv prostor v stikalnem bloku, potreba po poenotenju opreme glede na ostale odklopnike v stikalnem bloku, razpoložljiva dodatna oprema ...), si lahko privoščimo naslednje predloge, ki pa seveda niso obvezujoči:

Za manj zahtevne porabnike do 32 A je običajno najprimernejša uporaba instalacijskega odklopnika (PL7), posebej še, če jih je več in če so šibkejši. Po potrebi dodamo skupno predvarovalko.

Če pa gre za pomembnejše porabnike (do 36 A), ki obenem zahtevajo za odklopnik visoko kratkostično trdnost in zanesljivost napajanja, je najprimernejša uporaba motorskega zaščitnega stikala s sistemsko zaščito (PKE). Ker imamo pri tem stikalu tudi možnost nastavitve kratkostične zaščite, je predvsem pri daljših kablih lahko pričakovati, da bomo lahko izbrali kabel z manjšim presekom oziroma da bomo iz istega kabla lahko dobili več (višja vrednost preobremenitvene zaščite), kar seveda pomeni prihranek pri kablu.

Za pomembnejše porabnike višjih moči (nad 36 A), ki tudi zahtevajo za odklopnik visoko kratkostično trdnost in zanesljivost napajanja, je najprimernejša uporaba kompaktnega odklopnika (NZM), saj je v tem tokovnem območju cenejši od PKE.

Literatura:

- Katalog Industrial Switchgear 2011, Eaton,
- Katalog Installation devices 2010/2011, Eaton
- Product information Motor-Protective Circuit- Breaker PKE, Eaton

 

Nazaj