1. No category

3.10 YLIVIRTASUOJAT
Kiinteistömuuntaja 20 / 0,4 kV
I k = 10 000 A
PK
185 mm2 Al
RK
Sähkölaitteen tai -virtapiirin virta on ylivirtaan, kun se on johtimen tai laitteen nimellisvirtaa suurempi. Virtapiirin virta on suurimmillaan sellaisessa vikatapauksessa, jossa vaihe- ja nollajohtimet tai + ja – -johtimet ovat suorassa yhteydessä toisiinsa. Tätä
ylivirtaa nimitetään oikosulkuvirraksi. Muuta nimellisvirtaa suurempaa virtaa kutsutaan ylikuormitusvirraksi.
I k = 1 200 A
2,5 mm2
I k = 200 A
I k = 50 A
Suojaerotusmuuntaja 230 / 230 V
Oppilaitoksen sähköverkon oikosulkuvirtoja.
Oikosulkusuojana toimivan sulakkeen ja johdonsuojakatkaisijan on pystyttävä katkaisemaan vaurioitumatta oikosulkuvirta.
Kun 5 W:n lamppu lisätään virtapiiriin, muuntajan käämeissä kulkee 1,5-kertainen nimellisvirta (600 mA). Tietyn ajan kuluttua sulake
palaa.
Ampeerimittarin väärä kytkentä aiheuttaa
virtapiiriin oikosulun. Oikosulkuvirta polttaa
sulakkeen välittömästi joko mittarista tai
muuntajasta.
Ylivirran aiheuttajia ovat oikosulut, väärät kytkennät ja ylikuormittaminen. Esimerkiksi 10 VA muuntajaa kuormitetaan nimellisvirralla, kun se syöttää 10 W hehkulamppua. Jos muuntajan
kuormitusta lisätään kytkemällä 10 W lampun rinnalle 5 W lamppu, muuntajan käämin virta on 600 mA. Virta on 200 mA nimellisvirtaa (400 mA) suurempi. Sanotaan, että muuntaja ylikuormittuu ja sen sen käämeissä kulkee ylikuormitusvirta. Jotta muuntaja ei vaurioituisi, se on suojattava ylisuurelta virralta. Tähän
tarkoitukseen käytetään ylikuormitussuojaa, jollaisena voi toimia
sulake tai aikaisemmin käsittelemämme lämpörele.
230 / 24 V, 10 VA
0,2 A
400 mA
0,4 A
5W
10 W
A
Sen mukaan suojataanko sähkövirtapiirin johtimia ja kojeita ylikuormitusvirralta vai oikosulkuvirralta, kutsutaan ylivirtasuojia
ylikuormitussuojiksi ja oikosulkusuojiksi. Suojalaite voi toimia
samanaikaisesti sekä ylikuormitussuojana että oikosulkusuojana.
Esimerkiksi edellä olleessa muuntajaesimerkissä sulake on mitoitettu siten, että se suojaa muuntajakäämiä ylikuormitus- ja oikosulkutilanteessa ja toimii siten muuntajan ylikuormitus- ja oikosulkusuojana.
Pienoissulake
5 x 20 mm
Pienoissulakkeessa on sulava lanka sijoitettu joko lasisen, keraamisen tai kuituputken sisälle. Lasiputkisulakkeiden yleisin koko
on 5 mm x 20 mm (halkaisija x pituus) ja nimellisvirta 32 mA:sta
16 A:iin. Sulakkeen sähköisistä nimellisarvoista on nimellisjännite ja -virta leimattu metalliseen kosketinpintaan tai -putkeen.
Lasiputkisulake muodostaa osan lasiputkivarokkeesta, jonka muita osia ovat varokealusta tai varokepesä ja varokekansi. Johdin
kiinnitetään varokealustaan ja varokepesään
ruuvikiinnityksellä, pistokeliittimellä tai juottamalla (kuvassa).
114
3. KYTKINLAITTEET
Sulakkeeseen on leimattu myös toimintanopeuden ilmaisema kirjain: TT = erittäin hidas, T = hidas, M = keskinopea, F = nopea ja
FF = erittäin nopea. Putkisulakkeille ilmoitetaan myös suurin virta,
jonka se pystyy katkaisemaan. Virtaa nimitetään sulakkeen nimelliskatkaisukyvyksi ja sen suuruus yleisimmällä lasiputkisulakekoolla 5 mm x 20 mm (halkaisija x pituus) on 35 A.
10 000 s
1 000 s
100 s
10 s
1s
TT
100 ms
T
M
T
F
T
10 ms
Koko:
10,3 x 38,1 mm
(13/32” x 11/2”)
Nimelliskatkaisukyky:
10 kA
100 kA
Yleismittarin virta-alueiden suojana
käytettäviä putkisulakkeita. Sulakkeiden
nimellisjännite 600 V.
FF
1 ms
1
2
3 4
6 8 10
20 30
50
Kertaa nimellisvirtaa
Nimelliskatkaisukykyä parannetaan täyttämällä keraaminen putki tai kuituputki hiekalla, joka sitoo itseensä suurimman osan katkaisutapahtumassa syntyvästä energiasta. Esimerkiksi hiekkatäyteisen keraamisen putkisulakkeen (5mm x 20 mm) nimelliskatkaisukyky on 1 500 A.
Lasisten ja keraamisten putkisulakkeiden nimellisjännite on yleensä 250 V. Suuremmilla jännitteillä suojaputki on kuitua.
Tulppasulake
Tulppasulakkeen sulavana osana on kuparilanka tai nauha, jota
ympäröi hieno kvartsihiekka.
Tulppasulake muodostaa osan tulppavarokkeesta, jonka muita osia ovat varokekansi, pohjakosketin ja varokepesä.
Nimellisvirta / A
2
4
6
10
16
20
25
35
50
63
Nastan väri
Oranssi
Ruskea
Vihreä
Punainen
Harmaa
Sininen
Keltainen
Musta
Valkoinen
Kuparin värinen
Tulppasulakkeen tunnusnastan värit.
Pohjakoskettimissa on sama tunnusväri.
Tulppavarokeosia on kahta kokoa, joista 25 A varokepesä (DIIkoko) on tehty 2, 4, 6, 10, 16, 20 ja 25 A tulppasulakkeille ja 63 A
varokepesä (DIII-koko) 35, 40, 50 ja 63 A tulppasulakkeille. Pohjakosketin määrää varokepesään sopivan suurimman tulppasulakkeen. Esimerkiksi 16 A pohjakoskettimeen sopii 16 A tulppasulake ja sitä pienemmät sulakkeet.
Tulppasulakkeen nimellisvirta ja -jännite on ilmoitettu sulakkeen
kyljessä ja pohjassa. Lisäksi sulakkeen pohjassa on nimellisvirtaa vastaava värinasta. Tulppasulakkeeseen on leimattu usein myös
käyttöluokka. Se ilmaisee, minkä tyyppinen sulake on ja mitä
sillä voi suojata.
3.10 YLIVIRTASUOJAT
115
10 16
s
Sulakkeen käyttöluokkatunnuksessa on kaksi kirjainta (esimerkiksi gG), joista ensimmäinen kirjain on yleensä g. Se ilmoittaa,
että sulakkeen toimintavirta on vähän nimellisvirtaa suurempi.
Toisen kirjaimen merkitys:
– G = johdon suojaukseen tarkoitettu sulake
– M = moottoripiirin suojaukseen tarkoitettu sulake
– R = puolijohteiden suojaus
1 000
100
10
G-tyypin sulakkeet voivat olla sekä hitaita että nopeita. Nopean
sulakkeen kyljessä voi olla merkintä Flink ja hitaassa sulakkeessa Träg tai etanan kuva. gG (saksalaiset käyttävät myös merkintää gL) on yleisimmin käytetty sulake. Se on tarkoitettu johdon
ylikuormitus- ja oikosulkusuojaukseen.
Sulakkeen sulamiskäyrällä ilmoitetaan sulakkeen keskimääräisen sulamisajan riippuvuus virrasta.
1
0,1
0,01
10
100
A
10 A ja 16 A nopean ja hitaan gG-sulakkeen
keskimääräisen sulamisajan riippuvuus sähkövirran voimakkuudesta.
Standardeissa on määritelty sulakkeiden
toiminta-ajat ja katkaisukyvyt. Esimerkiksi
10 A ja 16 A sulakkeiden tulee kestää 1,5kertaista nimellisvirtaa yhden tunnin ja niiden
tulee toimia tunnin kuluessa 1,9-kertaisella
nimellisvirralla.
Tulppasulake on kiristettävä varokekannella tiukasti varokepesään, jotta huono kosketus ei lämmitä sulaketta. Ylimääräistä lämpenemistä aiheuttaa myös arpeutunut pohjakosketin.
Noudata sähkötyöturvallisuuden varmistamiseksi seuraavia ohjeita:
– Varokekannen lasin täytyy olla ehjä.
– Vaihda tulppasulake virrattomana.
Suositeltavinta on katkaista virtapiiri pääkytkimestä ja vaihtaa sulake jännitteettömänä.
– Tulppavarokkeen pohjakoskettimen vaihto on sähköalan ammattihenkilön työtä.
Kahvasulake
Kahvasulakkeen rakenne on samanlainen kuin tulppasulakkeen.
Sulavana osana on reikäinen kuparinauha, jota ympäröi kvartsijauhe. Kahvasulakkeen toimiessa ponnahtaa sen sivussa tai päädyssä oleva punainen merkkinasta irti.
Kahvasulakkeen poikkileikkaus:
Korva
Ilmaisin
Kosketin (veitsi)
Kvartsihiekka
Keraaminen runko
Kahvavaroke muodostuu varokealustasta
ja kahvasulakkeesta. Kahvasulake poistetaan ja asennetaan paikalleen erillisellä
vaihtokahvalla.
116
3. KYTKINLAITTEET
Aukotettu sulakeliuska
Kahvavarokkeita on useita kokoja. Pienimmän varokekoon tunnus on 00 ja alustan nimellisvirta 125 A. Alustaan sopivat kahvasulakkeet 2…125 A.
Kahvasukake on poistettava ja asennettava virrattomana. Jännitteellisen kahvasulakkeen saa poistaa ja asentaa varokealustaan
vain sähköalan ammattihenkilö.
Johdonsuojakatkaisija
1
1
3
5
2
2
4
6
Johdonsuojakatkaisijan laukaisee pienellä ylivirralla bimetalliliuska ja suurella virralla (oikosulkuvirralla) sähkömagneetti. Johdonsuojakatkaisijan koskettimet avautuvat, kun laukaisumekanismin laukaisee
– taipuva bimetalliliuska,
– sähkömagneetin sisälleen vetämä ankkuri tai
–
ohjausvivun kääntäminen 0-asentoon.
Johdonsuojakatkaisija B10. Nimellisvirta 10 A ja laukaisukäyrä B:
1- ja 3-napainen johdonsuojakatkaisija.
1
1
3
5
2
2
4
6
Johdonsujakatkaisija esitetään sähkökaavioissa kiinni-asennossa.
Ohjausvipu
Laukaisumekanismi
1
Terminen (bimetalli) laukaisu.
10 A johdonsuojakatkaisija laukeaa tunnin kuluessa 14,5 A virralla.
>I
Pikalaukaisu (sähkömagneetti) toimii alle
0,1 sekunnissa, kun virta on 50 A.
2
Bimetallilaukaisin toimii kytkimessä samalla tavalla kuin lämpöreleessä. Lämpölaukaisun jälkeen johdonsuojakatkaisijan kosketin voidaan sulkea uudestaan, kun bimetalliliuska on ensin riittävästi jäähtynyt.
0
Bimetalliliuska
Magneettilaukaisin
I
Laukaisumekanismi, jonka
välityksellä bimetallilaukaisin
avaa koskettimen.
Liikkuva kosketin
Valokaaren sammutuskammio
Kun suojattavassa virtapiirissä on oikosulku, magneettilaukaisin
laukaisee johdonsuojakatkaisijan muutamassa millisekunnissa.
Johdonsuojakatkaisijoilla suojataan sähkölaitteita ylikuormitusvirralta sekä sähköjohtoja ylikuormitus- ja oikosulkuvirralta. Kiinteistöjen sähköasennuksissa johdonsuojakatkaisijat ovat korvanneet tulppasulakkeet. Tämän ansiosta sähkökeskukset ovat kooltaan pienempiä ja ulkonäöltään sievempiä. Koska sulakkeiden
vaihto jää pois, ei tarvita varasulakkeita ja sähkön käytön turvallisuus paranee.
Sähkölämmitteisen omakotitalon keskus,
jossa sähköasennukset on suojattu johdonsuojakatkaisijoilla.
Nimellisvirraltaan samansuuruisia johdonsuojakatkaisijoita valmistetaan toimintaominaisuuksiltaan erilaisia. Ne on jaettu A-,
B-, C- ja D-ryhmiin. Johdonsuojakatkaisijan valinnassa on otettava huomioon sähkölaitteen käyttäytyminen verkkoonkytkentähetkellä. Esimerkiksi sähkövastuksen kytkeminen verkkoon ei
aiheuta kytkentävirtasysäystä, mutta muuntajat, moottorit ja hehkulamput ottavat moninkertaisen käynnistysvirran nimellisvirtaansa verrattuna.
3.10 YLIVIRTASUOJAT
117
B-, C- ja D-johdonsuojakatkaisijat ovat korvanneet aikaisemmin
käytössä olleet H-, L- ja G-tyypin johdonsuojakatkaisijat.
Pienellä ylivirralla johdonsuojakatkaisijat toimivat samalla tavalla,
mutta niiden magneettilaukaisuvirrat ovat eri suuruiset.
Standardeissa on määrätty, että johdonsuojakatkaisijan bimetallilaukaisimen täytyy kestää 1,13-kertaista nimellisvirtaa laukeamatta tunnin, mutta sen tulee laueta tunnin kuluessa 1,45-kertaisella nimellisvirralla.
s
3600 4000
2000
1000
400
200
100
40
20
10
4
2
1
0,4
0,2
0,1
B
0,04
0,02
0,01
1,5 2
1,13
1,45
s
s
4000
2000
1000
400
200
100
40
20
10
4
2
1
0,4
0,2
0,1
4000
2000
1000
400
200
100
40
20
10
4
2
1
0,4
0,2
0,1
C
0,04
0,02
0,01
3
4
6
8 10
15 20
kertaa nimellisvirta In
1,5 2
1,13
1,45
D
0,04
0,02
0,01
3
4
6
8 10
15 20
kertaa nimellisvirta In
1,5 2
1,13
1,45
3
4
6
8 10
15 20
kertaa nimellisvirta In
A-, B-, C- ja D-ryhmän johdonsuojakatkaisijoiden pikalaukaisulle standardi antaa seuraavat toimintarajat:
– A-johdonsuojakatkaisijan pikalaukaisu ei saa toimia kaksinkertaisella nimellisvirralla mutta sen tulee toimia kolminkertaisella sysäysvirralla eli sen rajat ovat 2 x In ja 3 x In.
– B-johdonsuojakatkaisijan toimintarajat ovat 3 x In ja 5 x In.
– C-johdonsuojakatkaisijan toimintarajat ovat 5 x In ja 10 x In.
– D-johdonsuojakatkaisijan toimintarajat ovat 10 x In ja 20 x
In.
A-tyypin johdonsuojakatkaisijaa käytetän puolijohteiden suojana ja B-johdosuojalla suojataan resistiivisiä kuormia, jotka eivät
ota suurta käynnistysvirtaa (sähkölämmitys). C-johdonsuoja soveltuu suojaamaan resistiivisten kuormien (esim. hologeenivalaisimien) lisäksi lievästi induktiivisia kuormia, kuten valaistusryhmiä ja sähkötyökaluja sekä pistorasiaryhmiä. Teollisuudessa käytetään edellisten johdonsuojakatkaisijoiden lisäksi K-tyypin johdonsuojaa, joka kestää C-johdonsuojaa paremmin käynnistysvirtapiikkejä. Z-tyypillä suojataan puolijohteita.
Johdonsuojakatkaisijoiden nimellisvirrat ovat 0,5 A…100 A. Nimelliskatkaisukyky on yleensä 6 kA tai 10 kA, kun se tulppasulakkeilla on yli 20 kA ja kahvasulakkeilla 100 kA. Valmistajat
ilmoittavat johdonsuojakatkaisijoiden kestävän 10 000…20 000
toimintakertaa nimellisvirralla.
118
3. KYTKINLAITTEET
Mekaaninen moottorinsuojakatkaisija
Mekaanisessa moottorinsuojakatkaisijassa on kolminapainen kosketinyksikkö, lämpörele ja pikalaukaisin. Nimensä mukaisesti sitä
käytetään suojaamaan sähkömoottoria ylivirralta.
Virran asettelu
Moottorinsuojakatkaisija ohjataan käsin
joko painikkeella, keinuvivulla tai
vääntimellä.
Mekaanisen moottorinsuojakatkaisijan rakenne- ja toimintaperiaate on sama kuin johdonsuojakatkaisijan. Sen pääkoskettimet
voidaan sulkea ja avata käyttökytkimellä ja ylivirta avaa ne lämpöreleen tai sähkömagneetin avulla.
Mekaanisessa moottorinsuojakatkaisijassa on lämpöreleen toimintavirta aseteltavissa tietyllä virta-alueella, kun johdonsuojakatkaisija on yleensä rakennettu kiinteälle nimellisvirralle.
0 1
1
3
5
A
>I
2
>I
4
6
16
>I
0.
0.11
0.16
Teknisiä tietoja:
– Asettelualue 0,11…0,16 A
– Oikosulun katkaisukyky
50 kA / 400VAC
– Käyttöluokka AC–3
– Kotelointiluokka IP 20
– Kosketussuojaus
sormisuojattu
Mekaanisiin moottorinsuojakatkaisijoihin on liitettävissä lisäosia,
kuten apukosketinlohko, ilmoituskosketinlohko ja alijännitelaukaisin. Niistä käytetyin on alijännitelaukaisin. Se estää moottorinsuojakatkaisijaa menemästä kiinni, jos syöttöpuolella ei ole
jännitettä ja se laukeaa, kun jännite häviää syöttöpuolelta. Mekaaninen moottorinsuojakatkaisija on varustettava alijännitelaukaisulla, jos sitä käytetään sellaisen työstökoneen suojakytkimenä, joka ei saa käynnistyä itsestään jännitekatkon jälkeen.
3.10 YLIVIRTASUOJAT
119