Villamos hálózatok tűzvédelme – áram-védőkapcsolók kiválasztása tűzvédelmi szempontból is... (II.)

• 
• 

Részletek

2009. április 09. csütörtök, 00:00

 

A lakóépületekben az utóbbi időkben keletkezett károk megoszlása igencsak elgondolkodtató. A károk majdnem 50%-át elektromos tüzek, valamint villám- és túlfeszültségkárok okozzák. A vagyonbiztosítók statisztikája szerint a kármegoszlás az alábbiak szerint alakult:

• 51% egyéb okból keletkezett károk (beázás, robbanás, egymásnak okozott kár stb.),
• 19% ismeretlen okból keletkezett károk (elektromos tüzek),
• 30% villám és túlfeszültség okozta károk.
  
  
  

Sajnos az elektromos tüzeket, a villámés túlfeszültségkárokat a laikusok számára nem jelzi előre semmi. Nem omlik, mint a vakolat, nem látható nedvesedés, amelyre azonnal intézkedni kell. A vezetékek akár 40 éve is láthatatlanul pihenhetnek a falban, nem okoznak fejfájást senkinek. A baj igazán csak akkor jelentkezik, amikor elektromos tűzkár esetén nem térít a biztosító a karbantartás elmulasztása, vagy a villám- és túlfeszültségvédő készülékek hiánya miatt.

Az áram-védőkapcsolóknak kitüntetett szerepe van a tűzvédelemben is, de a készülékek alkalmazásának a dologi károk tekintetében további korlátai vannak.

 

A hálózati feszültségtől függő áram-védőkapcsoló (RCD)

Az előzőkben csak az ún. hálózati feszültségtől független áram-védőkészülékekről (RCD) volt szó. Ezek felügyelik a hálózatban a fogyasztóhoz folyó áramot, de maguk nem függnek a hálózati feszültségtől. A kapcsolómű kioldásához szükséges energia az áram-védőkapcsolóban (RCD-ben) észlelt különbségi áramból származik.

Az utóbbi időben sokat beszélnek a hálózati feszültségtől függő áram-védőkapcsolóról (RCD-ről), vagy a régebbi elnevezés szerint a különbségi áram-védőkészülékekről (DI-védőkapcsoló, DI-védőkészülék). Az elektronika segítségével ezek sokkal többet nyújtanak, mint a fenti, hálózati feszültségtől függetlenek. Például beállítható, hogy az üzemszerűen kilépő áramot elkülönítsék, és csak a fellépő hibaáram kerüljön regisztrálásra. Egy egyszerű hasonlattal élve, az áram-védőkészüléket egy mérleghez lehetne hasonlítani, ahol a „tára” állítással levonható az áru csomagolása, és csak a tartalom „tiszta” súlyát mérik.

A jövőben olyan áram-védőkapcsolók fognak megjelenni a piacon, amelyeknek nagy megbízhatóságú elektronikája nemcsak a kapcsolókészüléket magát ellenőrzi, hanem a csatlakoztatott elektromos berendezést is. Ily módon N- és PE-vezetékszakadások állapíthatók meg, üzemszerűen kilépő áramok különíthetők el, és a PE- és N-vezetők nem szándékolt összekötései (pl. utólagos szereléseknél) zavarjelzésként kijelezhetők.

A tervezőknek, a létesítőknek a döntéseik meghozatalánál a realitás talaján kell állniuk. A mai, hálózati feszültségtől függő áram-védőkapcsolókba (RCD-kben) beépített elektronikára vonatkozó meghibásodási valószínűséget a megfelelő normák még nem rögzítik. Ezt a hiányt feltétlenül pótolni kellene.

De nem ez az egyetlen tényező, amelyet a tervezőnek, létesítőnek a kiválasztásnál mérlegelni kell. Sokkal inkább probléma az, hogyan „biztosíthatjó” a működés fenntartásához szükséges belső elektronika tápfeszültsége. Ezt a problémát világítja meg az 1. ábra.

Ellenállásmentes rövidzárlatban az 1. ábra szerint a C és D pontok potenciáljai egybeesnek. Az áram-védőkapcsoló (RCD) bemenetén levő állapotot a 2. ábra szemlélteti.

Az IZ rövidtárlati áram a hálózat felől az áram-védőkapcsolón (RCD-n) át folyik a hibahelyhez, majd vissza a PE-vezetéken keresztül a PE- és N-vezetékek „E” elágazási pontjáig, ill. tovább a PEN-vezetéken.

Az A és B csatlakozási pontokon emiatt az áram-védőkapcsolón (RCD-n) csak az a feszültség van, amely ezen pontok között esik, azaz a zárlati áram által a vezeték A és B pontjai között ejtett feszültség:

UAB= IZ · (RL1 + RPE)

Ennek az UAB feszültségnek (gyakran Ucoil-nak is nevezik) olyan nagynak kell lennie, hogy az áram-védőkapcsoló (RCD) elektronikája még tudjon működni. Tehát azzal kell foglalkozni, hogy mennnyire csökkenhet ez a feszültség, hogy még fenntartsa az áram-védőkapcsoló működését. Egy ilyen „legkisebb szükséges feszültség” ellen az alábbi ellenvetések merülnek fel:

Egy hálózati feszültségtől függő áramvédőkapcsoló (RCD), amelynek „legkisebb szükséges feszültségigénye” van, nem kínál azonos biztonságot, mint a hálózati feszültségtől független áram-védőkapcsoló (RCD), mert a hálózati feszültségtől függő áram-védőkapcsoló (RCD) csak azokat a hibákat tudja regisztrálni, amelyek a fogyasztó irányába az áram-védőkapcsolótól (RCD) egy meghatározott távolságnál távolabb vannak.

Ennek okai az alábbiak: kiszámítva azt a vezetékhosszat, amelytől az áram-védőkapcsoló (RCD) számára a „legkisebb szükséges feszültség” (UAB = Ucoil) rendelkezésre áll, a vezeték-keresztmetszetektől és a betápláló hálózat hurokellenállásától (az RCD bemenetéig) függően, néhány métert kapunk, az 1. ábra szerint. Azoknál a hibáknál, amelyek az áram-védőkapcsoló (RCD) kimenete után, ezen a távolságon belül lépnek fel, az áram-védőkapcsoló (RCD) nem old ki!

Példa:

Kiinduló adatok:

IZ – rövidzárlati áram [A]-ben,

UAB – az RCD mögötti, a hibahelyig tartó hurokban levő feszültség V-ban, ami egyúttal az RCD elektronikájára jutó feszültség,

U0 – a hálózat feszültsége a földhöz képest, itt 230 V,

RH1 – az RCD előtti hálózat hurokellenállása [Ω]-ban,

RH2 – az RCD utáni hurokellenállás a hibahelyig [Ω]-ban,

RPE, RL1 – az ÁVK utáni vezeték-ellenállások (PE, ill. L1) a hibahelyig [Ω]-ban,

κ – villamos vezetőképesség, amely rézre 56,

S – a vezeték keresztmetszete mm2-ben,

XE – a vezeték hossza az ÁVK-tól a hibahelyig,

X2 – a PE vezeték hossza az ÁVK-tól a hibahelyig,

X1 – az L1 vezeték hossza az ÁVK-tól a hibahelyig.

Feltételezett értékek:

RH1 = 0,4 Ω, S = 1,5 mm2, XE = 4 m.

Teljesül, hogy a PE-vezeték hossza X2 = X1 vezeték hossza L1 ⇒ X1 =X2 = XE, és ezért igaz, hogy RPE = RL1.

IZ = U0 / (RH1 + RH2).

Mivel RH2 = 2 · XE / κ S, ha X1 =X2= XE,

RH2 = 2 · 4m / 56 · 1,5 mm2 = 0,0952 Ω,

IZ = 230 V / (0,4 Ω + 0,0952 Ω) = 464 A

Az áram-védőkapcsoló bemeneti feszültségére (Ucoil, ill. UAB) kapjuk:

UAB = IZ · RH2 = 464 A · 0,0952 Ω = 44 V.

Különböző UAB bemenő feszültségekhez kiszámítva az XE vezetékhosszakat, akkor a táblázatban összefoglalt értékek kaphatók. A táblázatban összefoglalt értékeket a 3. ábrán ábrázolja. Az x tengelyen van az XE vezetékhossz, amelyen a mindenkori UAB feszültség az IZ rövidzárlat esetén fellép.

Példaként az áram-védőkapcsoló (RCD) számára a legkisebb szükséges feszültségre 50…100 V-ot tételeztünk fel. Ebben az esetben 5…13 m vezetékhosszra lenne szükség, hogy ez a feszültség az áram-védőkapcsoló (RCD) elektronikáján meglegyen. Ha a rövidzárlat az áram-védőkapcsoló (RCD) után ezen a hosszon belül keletkezik, az áram-védőkapcsoló (RCD) nem fog működni!

Azok a vezetékhosszak, amelyeken belül az áram-védőkapcsoló (RCD) nem biztosan működik, függenek a hálózati hurokellenállástól (RH1) és a vezeték-keresztmetszettől (S) is. Kedvezőtlen értékeknél 30 és 40 m vezetékhosszak is kiadódhatnak, amelyeket az áram-védőkapcsolók (RCD-k) a biztos működéshez igényelnek. A hálózati feszültségtől függő áram-védőkapcsolókat (RCD-ket) ezért energiatárolóval kellene ellátni, amelyek akkor is garantálják a lekapcsolást, ha az elektronika feszültsége rövidzárlat miatt összeomlik. Amíg ez nincs, a tervezők, a létesítők figyeljenek arra, hogy ezek a védőkapcsolók nem minden estben adják ugyanazt a biztonságot, mint a feszültségtől független áram-védőkészülék. Ha kizárólag a szigetelés „lopakodó” tönkremenetelének felügyeletére akarjuk használni, akkor használata ajánlható, mert ilyenkor a hibahelyen mindig feltételezhető az az ellenállás, ami az UAB feszültséget elég magas értéken tartja.

 

Hibaáram-relék

Ha nagyobb névleges áramoknál (>125 A) sem akarunk lemondani az áram-védőkészülékek (RCD) tűzvédelmi szerepéről, úgy azokat az elektromos megoldásokat kell használni, amelyek lényegében áramváltó csatlakoztatásával valósítják meg az áram-védőkapcsolást (RCD-t). Itt valójában azonban hibaáram-reléről van szó. Ezen az elektromos készüléken a különbségi áram folyik keresztül. A hibaáram-relé kimenetén megjelenő kapcsolási állapot jelfeldolgozási célra használható (4. ábra).

A felügyelt fázisvezetők üzemi áramait itt nem regisztrálják közvetlenül, mint az áram-védőkapcsolóknál (RCD-nél). Ehelyett összegző áramváltót alkalmaznak, és a fázisvezetőket ezen vezetik át. Az áramváltóban keletkező szekunder áram képviseli a fázisvezetők különbségi áramát, és ezt kapcsolják a hibaáram-relé bemenetére (4. ábra).

 

Különleges védőkészülékek

Az ún. „lopakodó” szigetelési hibák érzékelésére gyakran RCM-et alkalmaznak. Alapjában hasonlítanak a hálózati feszültségtől független áram-védőkapcsolóhoz (RCD-hez), de nem kapcsolnak le, csak jelzik a hibát. Fontos, hogy ez a jelzés sikeres is legyen, ezért mindig felügyelt helyre kell a jelzésnek eljutnia, ahonnan intézkedések hozhatók a hiba elhárítására.

A lekapcsolás is elvégezhető RCMmel, ha az optikai jel helyett az RCM kimenetéhez egy „feszültségcsökkenés” figyelővel ellátott teljesítménykapcsolót kötnek.