Omejevanje posledic električnega obloka

Električni oblok kot posledica napake v nizkonapetostnem stikalnem bloku ni zelo pogost pojav, vendar ima vedno hude materialne in finančne posledice, ogroža pa lahko tudi zdravje in življenje ljudi. Čeprav testiranja, s katerimi potrjujejo sposobnost nizkonapetostnih stikalnih blokov za omejitev škodljive posledice električnega obloka, niso obvezna, dobri proizvajalci stikalnih blokov TTA sledijo vodilom IEC/TR 61641 in s preskusi dokažejo to pomembno sposobnost.

 Jurij Božič, direktor, Elsing Inženiring, d. o. o.

Kljub standardizaciji, razvoju stikalnih blokov TTA, notranjemu pregrajevanju in vedno boljši stikalni opremi in izolacijskim materialom, se pojavom električnega obloka kot posledici napake v stikalnem bloku ne moremo v celoti izogniti. Vzroke za pojav obloka lahko razdelimo v tri skupine:

• napake na električnih spojih,
• človeške napake (napačne manipulacije, nehoten dotik delov pod napetostjo …) in
• tuji predmeti in živali.

Električni oblok, ki kot posledica napake lahko nastane v stikalnem bloku, zaradi svoje velike gostote energije predstavlja veliko potencialno nevarnost za ljudi in naprave. Pri pojavu obloka se tlak in temperatura v stikalnem bloku v zelo kratkem času (do 15 ms) lahko dvigneta do 200 kPa oziroma 13000 °K. To predstavlja veliko mehansko in termično obremenitev za stikalni blok. Oklopljen stikalni blok, ki nima ustrezne tlačne in toplotne razbremenitve, lahko eksplodira, poškoduje ljudi ali povzroči požar v okolici. Problematika omejevanja posledic električnega obloka v stikalnih blokih je stara, saj jo je obravnaval že standard IEC 1641 iz leta 1996. Vodilo IEC/TR 61641, ki predstavlja osnovo temu članku, je vsebinsko dopolnjen standard in je iz leta 2008. Čeprav se opisani preskusi navezujejo na stikalne bloke TTA, ki so izdelani skladno s standardom IEC 60439-1(1), niso obvezni del tipskih preskusov. Eaton je pri svojih stikalnih blokih xEnergy uspešno opravil tudi te preskuse.

Slika 1 in 2 – Električni oblok v nizkonapetostnem stikalnem bloku Slika 1 in 2 – Električni oblok v nizkonapetostnem stikalnem bloku

Slika 1 in 2 – Električni oblok v nizkonapetostnem stikalnem bloku

Pojmi in definicije

V vodilu IEC/TR 61641 so uporabljeni naslednji pojmi in definicije:
• električni oblok lahko nastane kot posledica napake (stika oziroma preboja) med dvema različnima potencialoma v stikalnem bloku;
• I p arc – je največji efektivni kratkostični tok na dovodu stikalnega bloka, pri katerem je bil opravljen uspešen preskus stikalnega bloka; ta tok mora proizvajalec stikalnega bloka navesti;
• t arc – je trajanje kratkostičnega toka, pri katerem je bil opravljen uspešen preskus stikalnega bloka; ta čas mora proizvajalec stikalnega bloka navesti;
• I pc arc – je največji pogojni kratkostični tok, pri katerem je bil opravljen uspešen preskus stikalnega bloka, v katerem je bila vgrajena naprava za omejevanje kratkostičnega toka.

 

Druge zahteve za izvajanje preskusa

V vodilu IEC/TR 61641 so opisane druge zahteve, ki so pomembne za izvedbo preskusov:
• preskus je potrebno opraviti na običajni (serijski) napravi in v pogojih, ki so podobni obratovalnim pogojem;
• preskus je potrebno opraviti pri 105 % +/- 5 % nazivni napetosti stikalnega bloka;
• preskus je potrebno opraviti pri nazivni frekvenci +/- 10 %;
• čas trajanja preskusa ne sme biti krajši od 0,1 sekunde in običajno ne daljši od 0,5 s;
• posledice vpliva obloka v okolici se ugotavlja s posebnim "indikatorjem", to je posebnim jeklenim okvirjem, v katerem je bombažna tkanina, ki mora biti postavljen vertikalno in 30 cm oddaljeno od preskušanca;
• za vžig obloka se mora uporabiti bakren vodnik določenega preseka, ki je odvisen od testnega toka in je različen za naprave brez ali z omejevanjem kratkostičnega toka;

Klasifikacija nizkonapetostnih stikalnih blokov

Skladno z lastnostmi v zvezi z omejevanjem posledic električnega obloka se nizkonapetostni stikalni bloki delijo na:
1. naprave, ki v primeru električnega obloka omogočajo zaščito oseb (personal protection),
2. naprave, ki v primeru električnega obloka omogočajo zaščito oseb in naprav (personal and assembly protection).

Katere zahteve mora izpolniti stikalni blok?

Stikalni blok, ki pozitivno opravi test obloka, mora izpolniti naslednje zahteve:
• vrata in stranski pokrovi stikalnega bloka morajo po preskusu ostati zaprti;
• noben del stikalnega bloka, ki bi lahko bil nevaren, ne sme izpasti iz stikalnega bloka;
• oblok v zunanjem ohišju ne sme povzročiti lukenj, ki bi omogočale obloku prehod v zunanjost;
• bombažni "indiaktor" ne sme zagoreti;
• vsi dostopni prevodni deli stikalnega bloka morajo biti še vedno ustrezno ozemljeni.

Slika 3 – Razbremenilni pokrov

Slika 3 – Razbremenilni pokrov

Slika 4 – Posebna izvedba zapiral vrat

Slika 4 – Posebna izvedba zapiral vrat

Kako se doseže potrebne lastnosti stikalnih blokov?

Da stikalni blok lahko uspešno prestane preskuse, ki so predlagani v obravnavanem vodilu IEC/TR 61641, mora imeti ustrezno mehansko trdnost. To se doseže z izbiro pravilnih konstrukcijskih rešitev, kot npr. pokrovi za tlačno razbremenitev, ustrezna zapirala vrat in drugo. Pri tem je pomembno, da vrata stikalnega bloka ne smejo imeti nobenih odprtin za zračenje, nad vgrajenim stikalnim blokom pa mora biti dovolj prostora, da se razbremenilni pokrov v celoti odpre.

Slika 5 – Električni oblok v nizkonapetostnem stikalnem bloku

Slika 5 – Električni oblok v nizkonapetostnem stikalnem bloku

Zaključek

V članku smo predstavili t. i. pasivni sistem za omejevanje posledic električnega obloka, ki se kot posledica napake lahko pojavi v nizkonapetostnem stikalnem bloku. Ustrezna konstrukcija stikalnega bloka mora preprečiti, da bi se električni oblok razširil iz stikalnega bloka in ogrozil okolico in ljudi. Eaton pa ima tudi t. i. aktivne sisteme za omejevanje posledic električnega obloka, ki bazirajo na hitrem odkrivanju obloka in omejevanju energije (zelo hitrem odklopu toka), ki napaja oblok. Te sisteme bomo predstavili v prihodnjih številkah Informatorja.

Literatura:

- vodilo IEC/TR 61641*,
- tehnična literatura sistema xEnergy,
- certifikat ARC PROTECTION xEnergy.
*Vodilo se sklicuje na družino takrat veljavnih standardov za stikalne bloke IEC 60439. Trenutno veljavna družina je IEC 61439, ki je uvedla kar nekaj novosti, med drugim je opustila tudi poimenovanja TTA in PTTA.

 

Nazaj