1. No category

25.1.2015
Ylivirtasuojaus
Pekka Rantala
Kevät 2015
Monta asiaa yhdessä
• Suojalaitteiden valinta ja johtojen mitoitus on
käsiteltävä yhtenä kokonaisuutena.
• Mitoituksessa käsiteltäviä asioita:
– Kuormituksen teho
– Johdon kuormitettavuus
• Al/Cu, poikkipinta-ala, eristemateriaali
• Johdon asennustapa tai –tavat
– Asennuspaikan oikosulkuvirta
• Keskuksen oikosulkuvirta
• Johdon pituus
1
25.1.2015
Ylivirran kaksi eri syytä
Ylikuormitus
• Ei ole aina
vikatilanne, esim.
– Moottori jumissa
tai ylikuormittunut
– Liikaa laitteita eli
kuormaa
• Voi kestää kauankin
Oikosulku (L-N tai L-PE)
• ON vikatilanne
• Sähköt poikki
mahdollisimman
nopeasti
• On oltava kytkinlaite, jolla on riittävä katkaisukyky
Vaadittu katkaisuaika
Ylikuormitus
• IZ = johdon suurin
sallittu jatkuva
kuormitettavuus
• I2 = virta, jolla
suojalaitteen pitää
toimia (1 tunnissa)
• I2 ≤ 1,45 × IZ
Oikosulku (L-PE-välillä)
• Suojalaitteen
toiminta-aika
enintään 0,4 s
• Tietyissä tilanteissa
sallitaan 5 s
– Pääjohdot
– Yli 32 A suojatut
ryhmäjohdot
2
25.1.2015
Ideaalinen laukaisukäyrä
aika
aika
∞
1h
1h
1 min
1 min
1s
1s
1 ms
In
virta
1 ms
Ylikuormitussuoja
• Mitä isompi ylivirta, sitä
lyhyempi toiminta-aika
In
virta
Oikosulkusuoja
• Tiettyä kynnystä isompi ylivirta
→ sähköt ”heti” poikki
In on suojalaitteen nimellisvirta
Johdonsuojakatkaisija 1/2
• On toiminnaltaan lähes ideaalinen ylivirtasuoja
• Sisältää kaksi eri toimintamekanismia
1. Terminen laukaisu ylikuormitussuojaukseen
= hidas laukaisu
2. Magneettinen laukaisu oikosulkusuojaukseen
= pikalaukaisu
• ”Huonot” ominaisuudet:
– Katkaisukyky huonompi kuin sulakkeella (esim. 10 kA)
– Sisäinen vastus suurempi kuin sulakkeella
lämpenevät isolla kuormituksella
3
25.1.2015
Johdonsuojakatkaisija 2/2
• Nimellisvirta In välillä 6...≈ 100 A
– In: 6A 8A 10A 13A 16A 20A 25A 32A 40A 50A 63A …
• Katkaisijoiden laukaisumekanismit perustuvat
kahteen toimintoon:
1. Terminen laukaisu ylikuormitussuojaukseen
= hidas laukaisu
2. Magneettinen laukaisu oikosulkusuojaukseen
= pikalaukaisu
Erilaisia johdonsuojakatkaisijoita
• Terminen laukaisu on aina (1,13...) 1,45 × In
• Magneettinen laukaisu
– B-käyrä: 3...5 × In
(nopein)
– C-käyrä: 5...10 × In
– D-käyrä: 10...20 × In (hitain)
• Eri laukaisukäyrillä on:
– Samanlainen ylikuormitussuojaus (terminen)
– Erilainen oikosulkusuojaus (magneettinen)
4
25.1.2015
Laukaisukäyrä B
• Tarkoitettu virtapiireille, joissa kuorma
on resistiivistä.
• Ei kestä korkeita
käynnistysvirtasysäyksiä.
• lämminvesivaraajat,
lämmittimet,
keittiölaitteet
Laukaisukäyrä C
• Johdonsuojakatkaisija
virtapiireille, joissa
esiintyy käynnistysvirtasysäyksiä
• Induktiiviset kuormat:
1,45 × In
1,45 × In
– loiste- ja
purkauslamput
– pistorasioiden suojaus
5
25.1.2015
Vähän erikoisempia käyriä
Laukaisukäyrä D
• Johdonsuojakatkaisija, joka sietää korkeitakin
käynnistysvirtasysäyksiä
– Muuntajat
– Kondensaattorit
Laukaisukäyrä K
• Sietää korkeita käynnistysvirtasysäyksiä
• Antaa tarkan ylikuormitussuojauksen
• Soveltuu mm. moottoreille, muuntajille sekä
automaatio- ja ohjausjärjestelmille
Toiminta-aikojen toteutuminen
johdonsuojakatkaisijalla
• Ylikuormitussuojaus 1,45 × In yhdessä
tunnissa toteutuu kaikilla
• Oikosulkusuojauksen 0,4 s (ja 5 s) toteutuu
riittävällä oikosulkuvirralla hyvin
(todellisuudessa ≈0,1 s)
• Vaaditut oikosulkuvirrat, taulukko 41.4
(D1-2012, sivu 93)
• Jos johdonsuojakatkaisijan katkaisukyky ei ole
riittävä, on käytettävä etusulaketta.
6
25.1.2015
Etusulake
• Yleensä johdonsuojakatkaisija pystyy
katkaisemaan oikosulkuvirran.
• Jos katkaisijan katkaisukyky ei ole riittävä eli
oikosulkuvirta on suurempi kuin katkaisijan
katkaisukyky, on käytettävä etusulaketta.
• = Back-up –suojaus
• Etusulakkeen koon saa selville katkaisijan
valmistajan ohjeista.
Johdon kuormitettavuus, kun
käytetään johdonsuojakatkaisijaa
• Johdonsuojakatkaisijalla suojatun johtimen
kuormitettavuuden pitää olla vähintään sama
kuin mikä on johdonsuojakatkaisijan nimellisvirta.
• Oikosulkuvirran pitää lisäksi olla riittävä, jotta
oikosulkusuojauksen toiminta-aika toteutuu.
Johdonsuoajakatkaisija, IN
Johdon kuormitettavuus väh.
Oikosulkuvirta väh. B/C
10 A
10 A
50 / 100 A
16 A
16 A
80 /160 A
20 A
20 A
100 / 200 A
7
25.1.2015
Sulake
• gG- yleissulakkeet on tarkoitettu normaaleihin
asennusolosuhteisiin.
• aM-sulakkeet moottoripiirin suojaukseen
a tarkoittaa: soveltuu vain oikosulkusuojaksi
• Sulakkeella ei ole sisäisesti kahta erilaista
toimintamekanismia niin kuin johdonsuojakatkaisijalla.
• Toimii (sulaa) ainoastaan termisellä
toimintaperiaatteella.
Sulakkeen sulamiskäyrä
toimintaaika
1h
5s
ylempi
toimintarajavirta
5 s:n toiminta-aikaa
vastaava oikosulkuvirta
0,4 s:n toiminta-aikaa
vastaava oikosulkuvirta
0,4 s
virta
8
25.1.2015
Toiminta-aikojen toteutuminen
gG-sulakkeella 1/2
Ylikuormitussuojaus
• Ylikuormitussuojaus 1,45 × IZ yhdessä tunnissa
toteutuu, kun johdon kuormitettavuus on riittävän
suuri
• HUOM!!! Kuormitettavuus oltava suurempi kuin
sulakkeen nimellisvirta!!!
• Sulakkeita vastaavat vaaditut kuormitettavuudet,
taulukko 43.1 (D1-2012, sivu 134)
Toiminta-aikojen toteutuminen
gG-sulakkeella 2/2
Oikosulkusuojaus
• Oikosulkusuojauksen 0,4 s toteutuu, kun
oikosulkuvirta on riittävän suuri
• Vaaditut oikosulkuvirrat, taulukko 41.5
(D1-2012, sivu 94)
• Oikosulkusuojauksen 5 s:n toimintaan riittää
pienempi oikosulkuvirta kuin 0,4 s:n toiminta-aikaan
9
25.1.2015
Johdon kuormitettavuus, kun
käytetään gG-sulaketta
• Sulakkeella suojatun johtimen vaadittu
kuormitettavuus pitää katsoa taulukoista
• Vaadittu oikosulkuvirta löytyy myös
taulukoista
gG-sulake, IN
Johdon kuormitettavuus väh.
Oikosulkuvirta väh. 0,4 s/ 5 s
10 A
13,5 A
82 / 46,5 A
16 A
18 A
110 /65 A
20 A
22 A
145 / 85 A
Selektiivisyys
• Vikatilanteessa on verkosta pystyttävä erottamaan vain
tarpeellinen osa.
• Käytännössä tämä tarkoittaa vian rajoittamista mahdollisimman pienelle alueelle, jolloin muu osa verkosta toimii
normaalisti.
• Suojauksen on kuitenkin toimittava siten, että se sallii
normaalit käytössä esiintyvät ylivirrat.
• Peräkkäisten suojalaitteiden (sulakkeet, johdonsuojakatkaisijat) toimintavirrat pitää porrastaa sopivasti.
• Selektiivisyys kuuluu sulakkeiden tärkeimpiin ominaisuuksiin.
• Sulakkeilla selektiivisyys on helppo saavuttaa. Useimmissa
tapauksissa sulakkeet ovat selektiivisiä, kun sulakkeiden
nimellisvirtojen suhde on 1:1,6.
10