Érintésvédelem Szabványossági Felülvizsgálat

Villamos elosztószekrények tűzvédelme

A rövidzárlati lökőáram A kapcsolóberendezéseknek (pl. túláram-védő-készülékek) rövidzárlat esetén nemcsak a kezdeti rövidzárlati váltakozó áramot kell elviselniük, hanem az első pillanatban az ún. rövidzárlati lökőáramot (IS) is, ami a rövidzárlati áram maximális értéke, és lényegesen nagyobb, mint a kezdeti rövidzárlati áram. Ez a nagy rövidzárlati lökőáram a hálózaton zajló kiegyenlítődési folyamatban keletkezik, mindenekelőtt az abban levő látszólagos ellenállásoktól függően. Ennek során az első pillanatban létrejön egy egyenáramú összetevő a pozitív és negatív félhullámok eltérő nagysága miatt, amely a váltakozó rövidzárlati áramra szuperponálódik az 1. ábra szerint. Amikor azt mondjuk, hogy egyenáramú összetevő, amelynek nagysága függ az érintett impedanciáktól és a rövidzárlat létrejöttének pillanatától, itt arra gondolunk, hogy a szinuszos üzemi áram nulla átmeneténél vagy maximális értékénél keletkezik a zárlat, illetve valahol közöttük. A továbbiakban feltételezzük, hogy "generátor- távoli rövidzárlatról" van szó. A "generátor- közeli rövidzárlatoknak" még van néhány különlegessége, de ezekre itt nem térünk ki. Ezeknek a maximális értékeknek vannak kitéve az itt levő üzemi eszközök. Mindenesetre ez a nagy lökő rövidzárlati áram csak különleges, egyedi esetekben lép fel. Az 1. táblázat megadja különböző transzformátorok esetén a várható rövidzárlati lökőáramok értékét. A rövidzárlati áramnak ezeket a csúcsértékeit kedvezőtlen esetben az összes üzemi eszköznek (úgymint kábel, áramsín, kapcsolóberendezés) - melyek a transzformátor után következnek - el kell viselnie. A rövidzárlati lökőáram számítása elsősorban az üzemi eszközök mechanikai rögzítése szempontjából fontos, és nem annyira tűzvédelmi kérdés. Mindenesetre a rövidzárlati lökőáram hatása hozzájárulhat olyan sérüléshez, ami ívhúzásokért vagy tűzveszélyes szigetelési hibákért felelős. A rövidzárlati lökőárammal szembeni szilárdság viszont tűzvédelmi kérdés is! A rövidzárlatot korlátozó berendezések befolyása A rövidzárlatot korlátozó berendezések mindenekelőtt azok az olvadóbiztosítók, vezetékvédő kapcsolók (LS-kapcsolók), és teljesítménykapcsolók, melyeket a gyártó mint ilyet jellemez. A rövidzárlati áram elviselhető értékre korlátozásában segítenek. Mindenesetre ez a korlátozó hatás csak a rövidzárlati áram meghatározott nagyságánál lép működésbe. Természetesen adódik a kérdés: mekkora rövidzárlati áramértéktől korlátozza a túláramvédő berendezés a rövidzárlati lökőáramot? Az olvadóbiztosítók leoldási jelleggörbéjét vizsgálva feltűnik, hogy nincsenek túlterhelési és rövidzárási tartományokra felosztva, mint az LS-kapcsolók. Az LS-kapcsoló felső túlterhelési tartományát egy bimetall kapcsoló valósítja meg, amely annál gyorsabban kapcsol, minél nagyobb a túlterhelési áram. Gyors rövidzárlati áramok esetében ez a leoldás túl lassú. Itt egy mágneses gyorskioldó lép működésbe, ami a túláram meghatározott értékénél a másodperc törtrésze alatt (rendszerint nem több mint 6-8 ms) leválasztja a hibás áramkört a hálózatról. A "kioldási áram" alatt minden túláramot átenged a gyorskioldó. A két kioldó rendszerrel az LS-kapcsoló olyan kapcsolókészülék, mely a szerelési gyakorlatban nélkülözhetetlen. Az olvadóbiztosítóknál csak túláram van, amelynél meghatározott idő alatt - ez a túláramtól függ - leold. Ha a rövidzárlati áram olyan kicsi - most mindegy, hogy miért -, hogy a biztosító pl. 400 ms alatt old le, ez alatt a rövidzárlati lökőáram már régen átmegy a kezdeti rövidzárlati áramba. Ez annyit jelent, hogy a tipikus rövidzárlati lengések már elhaltak, és már csak az az áram folyik, amit a hálózati feszültség és a rövidzárlat impedanciája meghatároz. Ekkor már a kezdeti kiegyenlítő folyamatok és az egyenáramú összetevők eltűntek. Ebben az esetben a biztosító csak időben korlátozza a rövidzárlatot, nagyságban nem. Elvileg azt lehet mondani, hogy legtöbbször már 2-3 periódus után (ez 40-60 ms) a rövidzárlat lengési folyamata a részben extrém, nagy áramcsúcsokkal (amelyek legnagyobbika a rövidzárlati lökőáram) jelentősen lecsillapodik. Legkésőbb 5 hálózati periódus után (tehát a mi rendszerünkben 100 ms után) a lengési folyamat gyakorlatilag véget ér. Ehhez jön még az a tény, hogy a rövidzárlati lökőáram rendszerint a hálózati periódus első félhullámára esik, tehát egy 50 Hz-es hálózatnál a rövidzár fellépésétől számított első 10 ms-ra. Az olvadóbiztosítók kb. a névleges áram 20-szorosát igénylik ahhoz, hogy ekkora időn belül lekapcsoljanak. Ezért általában elmondható a következő. Az olvadóbiztosító akkor tudja korlátozni a rövidzárlati lökőáramot, ha a rövidzárlati áram elég nagy (nagyobb a névleges áram 20-szorosánál). Ebben az esetben az előtt old le, hogy a rövidzárlati lökőáram elérné a csúcsértékét, és az utána kapcsolt üzemi eszközök csak törtrészét kapják a maximális értéknek. Itt tehát a biztosító a rövidzárlati áramot nemcsak időben, hanem nagyságban is korlátozza. A 2. ábra mutatja a rövidzárlati lökőáram korlátozását túláramvédő berendezéssel. A 2-a. ábrarészlet az áramkorlátozás időbeni lefolyását, míg a 2-b. ábrarészlet az I2 t-értéket mutatja. Az I2 t-érték azt az energiát jellemzi, amit a túláram korlátozó berendezés a kikapcsolás során t0 és t1 között átenged. A kisebb rövidzárlati áramok, mint említettük, ennek ellenére csak időben vannak korlátozva, nagyságban nem. Az áramnak azt a csúcsértékét, amit a túláramkorlátozó készülék átenged, ID-átengedési áramnak nevezzük. A villamos elosztóberendezéseknél a tűzvédelem szempontjából különösen nagy jelentősége van az egyes védelmek lekapcsolási idejének. A 3. ábrán látható képsorozat egy kisfeszültségű elosztóberendezésben a villamos ív következtében kialakuló tűz időbeni lefolyását mutatja be. Természetesen terjedelmi okokból csak a legjellemzőbb időpontok fotóit mutatjuk be, de ebből is levonhatók bizonyos következtetések arra vonatkozóan, hogy mi várható egy hibásan megtervezett védelem esetén. Az ábrán is látható, hogy a villamos ív az elosztóberendezés belső légterét felmelegíti, és ott robbanásszerűen kiterjed. Az elosztóberendezésekben ívelő zárlatkor nagy nyomás fejlődhet ki. Az ív hőhatása az ív fennállásának időtartamától és a zárlati áram effektív értékétől függ. A kapcsolóberendezésekben végzett vizsgálatok azt mutatják, hogy a nagy nyomás az ív keletkezését követő 20 ms után kezdődik, melynek értéke a 2 bar értéket is elérheti. Az ilyen üzemállapotoknál a kezelőszemélyzet biztonságát csak az elosztókészüléket gyártó, illetve telepítést végző cég körültekintő figyelme garantálhatja. A kialakuló gőznyomás nagyságára vonatkozóan ugyanis egy általános érvényű szabályt nem lehet megadni. A kialakuló gőznyomás függ a zárlati áram effektív értékétől, időtartamától, valamint az elosztóberendezés mechanikai kialakításától. Ugyanakkor nem szabad megfeledkezni arról sem, hogy a jobbára PVC-ből készült kábelek égésekor klórgáz szabadulhat fel, amelynek a légköri párával való érintkezésekor sósav keletkezhet. Ez a sósav az épület szerkezeti elemeit is nagymértékben károsíthatja. Elosztóberendezések villamos ívzárlatvédelme Az ívzárlat roppant energiáját nem lehet ellenőrizni. A villamos elosztóberendezéseknél a tűzvédelem szempontjából, különösen nagy jelentősége van a lekapcsolási időknek. Már egy 30 ms-os ív is az elosztóberendezés súlyos károsodásához vezethet. Egy új ívzárlatvédelmi rendszer optimális berendezése megszünteti a zárlati ívet már a kialakulás fázisában. Ezért a berendezés biztosan nem károsodhat. A zárlati ív definíciója és tulajdonságai a következők. Villamos ívnek nevezzük a villamos energiának valamely gáznemű közegben végbemenő áramlását. Az áramláshoz a feszültségen kívül szükséges, hogy a gáznak, amely normális körülmények között szigetelő anyag, bizonyos vezetőképessége legyen. Kellenek tehát olyan tényezők, amelyek a gázt ionozott állapotba hozzák, hogy ezáltal az elektronok és ionok vándorlásából álló áramlást elősegítsék. A zárlati ív tulajdonságai a következők. . Aktív részek közötti rövidzár. . Csillapított, közel fémes zárlat. . Mindig távolodik a betáplálási ponttól, és állandóan változtatja a helyét, mozog. . Törekszik a hárompólusú zárlat kialakítására. . Óriási nyomás- és hőmérsékletnövekedés jellemzi. . Az ív hőhatása az ív fennállásának időtartamától és a zárlati áram effektív értékétől függ. . A berendezésben lévő földelt tokozatoknak, az ívzárlat következtében feszültség alá kerülő részeinek érintése életveszélyes! A zárlati ív már egy hálózati periódus alatt eléri a maximális nyomás- és hőmérsékletértéket, úgy, ahogy azt a 4. ábra mutatja. Az ív közepén 10-20 ms-on belül akár 13 000 0C hőmérséklet is kifejlődhet, majd a villamos ív az elosztószekrény belső légterét felhevíti, és az robbanásszerűen kiterjed. Az elosztóberendezésekben ívelő zárlatkor nagy nyomás, akár 2*105 Pa is létrejöhet. Az olvadt fémrészek, valamint az égett termékek hatására az emberre ártalmas fémgőzökkel együtt perzselő hő, vakító fény, és lökőhullám formájában egy erős hanghatással járó robbanás zajlik le. Amennyiben a személyi és anyagi károkat meg akarjuk akadályozni, akkor a zárlati ív időtartamát a lehető legrövidebb időre kell korlátozni, hogy ne érhesse el a maximális energiaértéket. A zárlati ív időtartamának ezért 5 ms alatt kell maradnia. Az új technológia segítségével az ív 2 ms idő alatt eloltható. Az ív egyértelmű érzékelése után a logikai egység az oltókészülék rövidre záró patronjait indítja, amelyek rövidre záró dugót lőnek át egy szigetelőtárcsán keresztül, amelynek következtében fémes, csillagponti zárlat jön létre. Kevesebb, mint 2 ms idő alatt a zárlati ívet lesöntölve kioltja azt. A berendezést ezek után a megszakító kapcsolja le a hálózatról. Rövid ellenőrzés, a zárlat okának felderítése és szigetelésvizsgálat után a berendezés ismét bekapcsolható. A védelmi rendszernek a gyorsaság mellett biztonságosnak is kell lennie. Az újfajta mérési technika megakadályozza a hibás kioldást, amelyet az 5. ábra mutat be. Kizárólag a fénykábelbe radiálisan érkező ívfény sugarai hatásosak. Vaku, zseblámpa vagy kapcsolási, illetve hegesztési ív fényére nem reagál. Az ívzárlat-védelmi rendszer gyorsan és biztonságosan megszünteti a zárlat ívet, még az előtt, hogy a berendezésben bármilyen kár keletkezne. Az elosztóberendezés a zárlati ok megszüntetése és az oltóberendezés cseréje után azonnal visszakapcsolható. A folyamatos üzem számára az energiaelosztó berendezés kis kiesési kockázata és nagyfokú biztonsága különösen fontos. Az ívzárlat-védelmi rendszer működését foglalja össze a 6. ábra. A rendszer 6-100 kAeff ívzárlati áramig nyújt vé-delmet. Az ívzárlatok érzékelésére fény és áramnövekedés-vizsgálatot végez a berendezés. A főgyűjtősínek minden áramvezető része mellett fényérzékelő kerül elhelyezésre. A megszakító sínezés fázisai közé is fényérzékelő kerül. Az erre a célra kifejlesztett vonal alakú fényérzékelő elemek a tipikusan ívzárlat-intenzitású beeső fényt, míg a betáplálási pontokon elhelyezett áramváltók a jellemző zárlati árammeredekséget érzékelik. A fény- és áramjelek kiértékelése egymással is kommunikáló kiértékelő egységben történik. Normál üzemállapotban a 6-1. ábra mutatja a viszonyokat. Ekkor az ívzárlat-oltó berendezés rövidre záró eleme a szigetelőelem fölött található, az ábrán pedig "működtetés előtt" felirattal van jelölve. A rövidre záró dugó kiindulási helyzetben van, a fázisok pedig egymástól el vannak szigetelve. Amikor fellép az ívzárlat a 6-2. ábra szerinti ábrázolásban, akkor a zárlati áram és a fénykibocsátás egyidejűleg érzékelhető. A kiértékelő egység ezeket a jeleket az áramváltóktól, valamint a fényérzékelő moduljától kapja. Ennek hatására a 6-3. ábra alapján a piros pontvonallal felvázolt módon egyidejűleg két vezérlő jelet bocsát ki a kiértékelő egység: egy ívoltás-vezérlő jelet az oltóberendezés felé, valamint egy árammegszakítás-jelet a betáplálás-oldali megszakítója felé. Az ívoltó készülék a védelmi koncepció legfontosabb eleme. Az ívoltó készülék egy pirotechnikai gázhajtású patron segítségével kb. 2 ms alatt a rövidre záró dugó szigetelőelemen való átlövése után egy háromfázisú csillagponti, fémes zárlatot hoz létre. Ezt a műveleti fázist tüntettük fel az ívoltó berendezés ábrázolásánál a "működtetés után" felirattal. Ezt az állapotot szemlélteti a 6-4. ábra. Az oltókészülék fémes zárlatának a kialakulását az ábrán piros pontvonal jelzi. Az így kialakult zárlat söntöli az ívet, és ennek hatására az kialszik. Ezáltal nem érvényesülhet a továbbiakban az ívzárlati áram pusztító hatása a berendezésen. A 6-5. ábra azt az állapotot mutatja, amikor a betáplálási megszakító leválasztja a berendezést a hálózatról. Gyakori veszélyforrások lehetnek még a villamos ívzárlat kialakulásának szempontjából: a kezelési és cselekvési hibák, szigeteléshibák, meghibásodott berendezésrészek, szennyeződés okozta kúszóáramok és a kapcsolóberendezésben lévő, ott felejtett idegen tárgyak. Az ívzárlat- védelem jelentősége még a személyvédelem területén is kiemelendő. A feszültség alatt történő munkavégzésnél az apró figyelmetlenség, valamint a véletlen (pl. rágcsálók megjelenése vagy menekülése) komoly veszélyforrásokat hordoz magában. A villamos ívzárlat következtében a munkát végző személyt egyidejűleg érik mérges gázok hatásai, erős hanghatás, optikai sugárzás, robbanásszerű nyomás és hőmérsékletnövekedés. Az ívzárlat-védelmi berendezések alkalmazásával nagymértékben csökkenthetők a fenti veszélyforrások emberre gyakorolt hatásai.

Nagy Lajos

Súgó Még nincs hozzászólás.

Frissítés

Csak regisztrált felhasználók írhatnak hozzászólást.