Izbira avtomatskega odklopnika: vrste in lastnosti električnih avtomatov

Zagotovo so se mnogi od nas spraševali, zakaj so odklopniki tako hitro izpodrinili zastarele talilne varovke iz električnih shem? Aktivnost njihove uvedbe je utemeljena s številnimi zelo prepričljivimi argumenti, med katerimi je možnost nakupa te vrste zaščite, ki popolnoma ustreza časovno-tokovnim podatkom določenih vrst električne opreme.

Ste v dvomih, kateri odklopnik potrebujete in ne veste, kako ga pravilno izbrati? Pomagali vam bomo najti pravo rešitev – v članku je obravnavana klasifikacija teh naprav. Prav tako pomembne značilnosti, na katere morate biti pozorni pri izbiri odklopnika.

Da bi vam olajšali razumevanje odklopnikov, je gradivo članka dopolnjeno z nazornimi fotografijami in koristnimi video priporočili strokovnjakov.

Klasifikacija odklopnikov

Odklopnik skoraj v trenutku izklopi poverjeno linijo, kar prepreči poškodbe napeljave in naprav, priključenih na omrežje. Po izvedeni izklopitvi je mogoče vejo takoj znova zagnati brez zamenjave zaščitne naprave.

Običajno odklopnike izbiramo po štirih ključnih parametrih – nazivni prekinilni zmogljivosti, številu polov, časovno-tokovni karakteristiki in nazivnem delovnem toku.

Glede na nazivno prekinilno zmogljivost

Ta značilnost označuje dopustni tok kratkega stika (KS), pri katerem odklopnik deluje in, ko odpre tokokrog, izklopi napeljavo in nanjo priključene naprave.

Glede na ta parameter ločimo tri vrste odklopnikov – 4.5 kA, 6 kA, 10 kA.

1. Odklopniki za 4.5 kA (4500 A) se običajno uporabljajo za preprečitev poškodb napajalnih linij zasebnih stanovanjskih objektov. Upornost napeljave od transformatorske postaje do mesta KS je približno 0.05 Ω, kar daje mejni tok približno 500 A.
2. Naprave za 6 kA (6000 A) se uporabljajo za zaščito pred KS v stanovanjskem sektorju, javnih prostorih, kjer lahko upornost linij doseže 0.04 Ω, kar poveča verjetnost kratkega stika do 5.5 kA.
3. Odklopniki za 10 kA (10000 A) se uporabljajo za zaščito industrijskih električnih naprav. Tok do 10000 A lahko nastane v kratkem električnem tokokrogu, ki se nahaja blizu transformatorske postaje.

Pred izbiro optimalne modifikacije odklopnika je pomembno razumeti, ali so možni tokovi kratkega stika, ki presegajo 4.5 kA ali 6 kA?

Nazivno prekinitveno zmogljivost navajajo v dokumentaciji odklopnika in na ohišju v obliki šifre – 4500 A, 600 A, 10000 A ali 4,5 kA, 6 kA, 10 kA. Na sprednji strani naprave so podatki o proizvajalcu, modelu, nazivni napetosti, ki vključuje podatke o časovno-tokovni karakteristiki in delovnem toku.

Izklop odklopnika se zgodi ob kratkem stiku določenih vrednosti. Najpogosteje se za gospodinjske potrebe uporabljajo odklopniki modifikacije 6000 A.

Modeli 4500 A se za zaščito sodobnih električnih omrežij skoraj ne uporabljajo, v nekaterih državah pa je njihovo uporabo prepovedano.

Če vas zanima, kako pravilno pretvoriti ampere v vate, priporočamo, da si ogledate gradivo v naslednjem članku.

Ob zaznavi kratkega stika s strani odklopnika izklop izvede elektromagnetna tuljava (situacija A). Ob prekoračitvi nazivnih tokov omrežje prekine bimetalna plošča (situacija B).

Naloga avtomatskega odklopnika je zaščita napeljave (ne opreme in uporabnikov) pred kratkim stikom in pred taljenjem izolacije pri prehodu tokov, ki presegajo nazivne vrednosti.

Glede na število polov

Ta karakteristika označuje največje možno število vodnikov, ki jih je mogoče priključiti na odklopnik za zaščito omrežja.

Njihov izklop se zgodi ob nastanku izrednega dogodka (med prekoračitvijo dovoljenih vrednosti toka ali prekoračitvijo nivoja časovno-tokovne krivulje).

Ta karakteristika označuje največje možno število vodnikov, ki jih je mogoče priključiti na odklopnik za zaščito omrežja. Izklop odklopnikov se zgodi ob nastanku izrednega dogodka (med prekoračitvijo dovoljenih vrednosti toka ali prekoračitvijo nivoja časovno-tokovne krivulje).

Enopolni avtomatski odklopniki

Odklopnik enopolnega tipa je najpreprostejša modifikacija odklopnika. Namenjen je zaščiti posameznih tokokrogov ter enofazne, dvofazne in trifazne električne napeljave. Na konstrukcijo odklopnika je mogoče priključiti 2 vodnika – napajalni vodnik in odhodni vodnik.

Funkcija naprave tega razreda vključuje le zaščito žice pred vžigom. Sama nevtralna žica ožičenja se namesti na ničelno zbiralko, s čimer se obide odklopnik, ozemljitvena žica pa se priključi na ozemljitveno zbiralko ločeno.

Priključitev enopolnega AV se izvede z enožilno žico, včasih pa se uporabljajo dvožilni kabli. Napajanje se priključi na vrh odklopnika, varovano linijo pa na dno, kar poenostavi montažo. Namestitev se izvede na 18-milimetrsko DIN letev.

Enopolni odklopnik ne opravlja funkcije vhodnega, saj ob njegovem prisilnem izklopu pride do prekinitve fazne linije, nevtralna žica pa je še vedno povezana z virom napetosti, kar ne daje 100% garancije zaščite.

Dvopolni avtomatski odklopniki

Kadar je potreben popoln izklop električnega omrežja iz napetosti, se uporabi dvopolni odklopnik.

Uporablja se kot vhodni odklopnik, ko se ob kratkem stiku ali motnji delovanja omrežja celotno ožičenje hkrati izklopi. To omogoča pravočasna popravila in nadgradnje tokokrogov popolnoma varno.

Dvopolni odklopniki se uporabljajo v primerih, ko je potreben ločen odklopnik za enofazno električno napravo, na primer za grelnik vode, bojler, stroj.

Priključitev dvopolnega odklopnika poteka v skladu z električno zaščitno shemo z uporabo enožilne ali dvožilne žice (število žil je odvisno od sheme povezav). Montaža se izvede na DIN letev 36 mm.

Odklopnik se priključi na napravo, ki jo je treba zaščititi, s pomočjo 4 žic, od katerih sta dve napajalni žici (ena od njih je neposredno priključena na omrežje, druga pa napaja preko mostička), dve pa sta odvodni žici, ki zahtevata zaščito, pri čemer lahko sta enožilni, dvožilni ali trožilni.

Tripolni avtomatski odklopniki

Za zaščito trifaznega 3- ali 4-žičnega omrežja se uporabljajo tripolni odklopniki. Primerni so za priključitev v zvezdo (srednji vodnik ostane nezaščiten, fazni vodniki pa se priključijo na pole) ali trikot (sredinski vodnik je odsoten).

Ob okvari na eni od linij se samodejno izklopita preostali dve.

Priključitev tripolnega AV se izvede z 1-, 2- ali 3-žilnimi vodniki. Za namestitev je potrebna DIN letev širine 54 mm.

Tripolni odklopnik služi kot vhodni in splošni odklopnik za vse vrste trifaznih obremenitev. Pogosto se ta modifikacija uporablja v industriji za napajanje elektromotorjev.

Na model je mogoče priključiti do 6 žic, od katerih so tri fazne žice trifaznega električnega omrežja. Preostale tri so zaščitene. Predstavljajo tri enofazne ali eno trifazno ožičenje.

Štiripolni avtomatski odklopniki

Za zaščito tri- in štirifaznega električnega omrežja, na primer močnega motorja, priključenega po načelu “zvezde z izpeljano ničelno točko”, se uporablja štiripolni avtomatski odklopnik. Uporablja se kot vhodni odklopnik v trifaznem štirižičnem omrežju.

Priključitev štiripolnega odklopnika se izvede z 1-, 2-, 3- ali 4-žilnim vodnikom, shema je odvisna od vrste priključitve, ohišje pa se namesti na din letev širine 73 mm.

Na ohišje odklopnika je mogoče priključiti osem vodnikov, od katerih so trije fazni vodniki električnega omrežja (+ en ničelni) in štirje so odhodni vodniki (3 fazni + 1 nevtralni).

Enofazni porabniki se napajajo z napetostjo 220 V, ki jo lahko dobite, če vzamete eno od faz in ničelni vodnik (nevtral) električnega omrežja. To pomeni, da je v tem primeru poleg treh faz električnega omrežja še en vodnik – ničelni, zato se za zaščito in krmiljenje takega električnega omrežja uporabljajo štiripolni avtomatski odklopniki, ki prekinejo vse štiri vodnike.

Glede na časovno-tokovno karakteristiko

Avtomatski odklopniki imajo lahko enako vrednost nazivne moči obremenitve, vendar so lahko značilnosti porabe električne energije naprav različne.

Porabljena moč lahko prihaja neenakomerno, se spreminja glede na vrsto in obremenitev ter ob vklopu, izklopu ali stalnem delovanju posamezne naprave.

Nihanja porabljene moči so lahko precejšnja, obseg njihovih sprememb pa širok. To vodi do izklopa odklopnika zaradi prekoračitve nazivnega toka, kar se šteje za lažni izklop omrežja.

Da bi izključili verjetnost neustreznega delovanja varovalke pri nehazardnih standardnih spremembah (povečanje toka, sprememba moči), uporabljamo odklopnike z določenimi časovno-tokovnimi karakteristikami (ČTK).

To omogoča uporabo odklopnikov z enakimi tokovnimi parametri s poljubnimi dovoljenimi obremenitvami brez lažnih izklopov.

ČTK kažejo, po kakšnem času bo odklopnik deloval in kakšni bodo kazalniki razmerja med tokom in stalnim tokom odklopnika.

Značilnosti odklopnikov z karakteristiko B

Odklopnik z navedeno karakteristiko se izklopi v času 5–20 sekund. Tokovni kazalnik pri tem znaša 3–5 nazivnih tokov odklopnika. Te modifikacije se uporabljajo za zaščito tokokrogov, ki napajajo standardne gospodinjske naprave.

Najpogosteje se model uporablja za zaščito napeljave v stanovanjih in zasebnih hišah.

Karakteristika C – načela delovanja

Odklopnik z nomenklaturno oznako C se izklopi v času 1–10 sekund pri 5–10 nazivnih tokov.

Stikala te skupine se uporabljajo na vseh področjih – v gospodinjstvu, gradbeništvu, industriji, najbolj pa so zahtevana na področju elektrozaščite stanovanj, hiš in bivalnih prostorov.

Uporaba stikal z značilnostjo D

Avtomati razreda D se uporabljajo v industriji in so na voljo v tripolnih in štiripolnih izvedbah. Uporabljajo se za zaščito močnih elektromotorjev in različnih 3-faznih naprav.

Čas odziva AV (odklopnika) je 1–10 sekund pri toku, ki je 10- do 14-krat večji od nazivnega, kar omogoča učinkovito uporabo za zaščito različnih napeljav.

V spodnjem delu grafa so podane večkratnosti nazivnega toka, na navpični osi pa izklopni čas. Pri karakteristiki B pride do izklopa pri 3- do 5-kratnem preseganju delovnega toka nad nazivnim, pri C pri 5- do 10-kratnem, pri D pa pri 10- do 14-kratnem.

Močni industrijski motorji delujejo izključno z AV (odklopniki) z značilnostjo D.

Morda Vas bo tudi zanimalo, da si ogledate označevanje avtomatskih odklopnikov v našem drugem članku.

Glede na nazivni delovni tok

Skupaj obstaja 12 različic avtomatov, ki se razlikujejo po kazalniku nazivnega delovnega toka – 1A, 2A, 3A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A. Parameter določa hitrost delovanja avtomata pri preseganju delovnega toka nad nazivnim.

Tabela prikazuje mejno moč vsake različice avtomata glede na shemo povezave in omrežno napetost. Maksimalni izkoristek odklopnika se doseže pri povezavi bremena v shemi trikot.

Izbira odklopnika po navedeni karakteristiki se izvaja ob upoštevanju moči električne napeljave in dovoljenega toka, ki ga napeljava lahko prenese v normalnem načinu. Če vrednost toka ni znana, se določi s pomočjo formul, pri čemer se uporabijo podatki o preseku žice, njenem materialu in načinu polaganja.

Avtomati 1A, 2A, 3A se uporabljajo za zaščito tokokrogov z majhnimi tokovi. Primerni so za napajanje manjšega števila naprav, na primer svetilke ali lestenca, manj zmogljivega hladilnika in drugih naprav, katerih skupna moč ne presega zmogljivosti avtomata.

Odklopnik 3A se učinkovito uporablja v industriji, če se izvede njegova trifazna priključitev v trikotni vezavi.

Odklopnike 6A, 10A, 16A je dovoljeno uporabljati za napajanje posameznih električnih tokokrogov, manjših sob ali stanovanj.

Ti modeli se uporabljajo v industriji, z njimi se napajajo elektromotorji, solenoidi, grelniki in varilni avtomati, ki so priključeni z ločeno linijo.

Tripolni in štiripolni avtomati 16A se uporabljajo kot dovodni pri trifazni napajalni shemi. V proizvodnji dajejo prednost napravam s krivuljo D.

Odklopniki 20A, 25A, 32A se uporabljajo za zaščito napeljave v sodobnih stanovanjih; sposobni so oskrbovati z elektriko pralne stroje, grelnike, električne sušilnike in druge naprave z visoko močjo. Model 25A se uporablja kot vhodni odklopnik.

Odklopniki 40A, 50A, 63A spadajo v razred naprav z visoko močjo. Uporabljajo se za oskrbo z elektriko močnostnih naprav velike moči v gospodinjstvu, industriji in civilnem gradbeništvu.

Izbira in izračun odklopnikov

Če poznate značilnosti avtomatskih odklopnikov (AO), lahko določite, kateri odklopnik ustreza določenemu namenu. Toda pred izbiro optimalnega modela morate opraviti nekaj izračunov, s katerimi lahko natančno določite parametre želene naprave.

Korak #1 – določitev moči odklopnika

Pri izbiri odklopnika je pomembno upoštevati skupno moč priključenih naprav.

Na primer, potreben je odklopnik za priključitev kuhinjskih naprav na električno napajanje. Recimo, da bodo na vtičnico priključeni aparat za kavo (1000 W), hladilnik (500 W), pečica (2000 W), mikrovalovna pečica (2000 W) in električni kotliček (1000 W). Skupna moč bo 1000+500+2000+2000+1000=6500 (W) ali 6,5 kW.

V tabeli je navedena nazivna moč nekaterih gospodinjskih aparatov, potrebna za njihovo delovanje. V skladu z normativnimi podatki se izbere presek napajalnega kabla za njihovo napajanje in odklopnik za zaščito napeljave.

Če pogledate tabelo odklopnikov glede na priključno moč in upoštevate, da je standardna napetost napeljave v gospodinjstvih 220 V, potem je za uporabo primeren enopolni ali dvopolni odklopnik 32A s skupno močjo 7 kW.

Upoštevati je treba, da je lahko potrebna večja poraba moči, saj lahko med delovanjem pride do priključitve drugih električnih naprav, ki niso bile prvotno upoštevane. Da bi predvideli to situacijo, se pri izračunih skupne porabe uporablja povečevalni koeficient.

Recimo, da je zaradi dodajanja dodatne električne opreme potrebno povečanje moči za 1,5 kW. Potem je treba vzeti koeficient 1,5 in ga pomnožiti z izračunano močjo.

Pri izračunih je včasih smiselno uporabiti koeficient zmanjšanja. Uporablja se, kadar hkratna uporaba več naprav ni mogoča.

Recimo, da je skupna moč napeljave za kuhinjo znašala 3,1 kW. Potem je koeficient zmanjšanja enak 1, saj se upošteva minimalno število hkrati priključenih naprav.

Če ene od naprav ni mogoče priključiti z drugimi, se koeficient zmanjšanja vzame manjši od 1.

Korak #2 – izračun nazivne moči odklopnika

Nazivna moč je moč, pri kateri ne pride do izklopa napeljave.

Izračuna se po formuli:

M = N * CT * cos(φ),

Kjer

• M – moč (vati);
• N – napetost električnega omrežja (volti);
• ST – tok, ki lahko teče skozi odklopnik (amper);
• cos(φ) – vrednost kosinusa kota, ki predstavlja vrednost kota zamika med fazami in napetostjo.

Vrednost kosinusa je običajno enaka 1, ker zamika med fazami toka in napetosti praktično ni.

Iz formule izrazimo ST:

CT = M/N,

Moč smo že določili, omrežna napetost pa je običajno 220 voltov.

Če je skupna moč enaka 3.1 kW, potem:

CT = 3100/220 = 14.

Dobljeni tok bo enak 14 A.

Za izračun pri trifazni obremenitvi uporabljamo isto formulo, vendar upoštevamo kotne zamike, ki lahko dosežejo velike vrednosti. Običajno so navedeni na priključeni opremi.

Korak #3 – izračun nazivnega toka

Nazivni tok lahko izračunate iz dokumentacije električne napeljave, če je ni, pa ga določite na podlagi značilnosti vodnika.

Za izračune so potrebni naslednji podatki:

• presek vodnika;
• material, uporabljen za vodnike (baker ali aluminij);
• način polaganja.

V gospodinjstvih je napeljava običajno nameščena v steni.

Za izračun preseka potrebujete mikrometer ali kljunasto merilo. Meriti je treba izključno prevodno jedro, ne žice in izolacije.

Po opravljenih potrebnih meritvah izračunamo presek:

S = 0,785 * D * D,

Kjer

• D – je premer vodnika (mm);
• S – je presek vodnika (mm²).

Nato uporabimo spodnjo tabelo.

Ko ugotovite, iz katerega materiala so izdelana jedra vodnika, in izračunate presek, lahko določite vrednosti toka in moči, ki jih prenese električna napeljava. Podatki so navedeni za napeljavo, skrito v steni.

Z upoštevanjem pridobljenih podatkov izberemo delovni tok odklopnika in njegov naziv. Ta mora biti enak ali manjši od delovnega toka. V nekaterih primerih je dovoljena uporaba odklopnikov z nazivom, ki presega dejanski tok napeljave.

Korak #4 – določitev časovno-tokovne karakteristike

Za pravilno določitev VTH je treba upoštevati zagonske tokove priključenih bremen.

Potrebne podatke lahko izveste z uporabo spodnje tabele.

V tabeli so navedene nekatere vrste električnih naprav ter večkratniki zagonskega toka in trajanje impulzov v sekundah.

Iz podatkov v tabeli lahko določite jakost toka (v amperih) ob vklopu naprave ter obdobje, po katerem se bo mejni tok ponovno pojavil.

Na primer, če vzamete električni mlinček za meso z močjo 1,5 kW, izračunajte delovni tok iz tabel (ta bo 6,81 A) in ob upoštevanju večkratnika zagonskega toka (do 7-krat) dobimo vrednost toka 6,81*7=48 (A).

Tok te jakosti teče s periodičnostjo 1-3 sekunde. Ob upoštevanju grafov VTK za razred B lahko vidite, da bo ob preobremenitvi avtomatski odklopnik sprožil v prvih sekundah po zagonu mlinčka za meso.

Očitno je, da večkratnik te naprave ustreza razredu C, zato je treba uporabiti odklopnik s karakteristiko C za zagotavljanje delovanja električnega mlinčka za meso.

Za gospodinjske potrebe se običajno uporabljajo odklopniki, ki ustrezajo karakteristikam B, C. V industriji se za opremo z velikimi večkratnimi tokovi (motorji, napajalniki itd.) ustvarja tok do 10-kratnega, zato je smiselno uporabiti D-modifikacije naprave.

Vendar je treba upoštevati moč takih naprav ter trajanje zagonskega toka.

Avtonomni avtomatizirani odklopniki se od običajnih razlikujejo po tem, da so nameščeni v ločenih razdelilnih omarah.

V funkcije naprave spada zaščita tokokroga pred nepredvidenimi napetostnimi sunki, izklop električne energije na celotnem ali določenem delu omrežja.

Zaključki in koristen video na to temo

Izbira AV glede na tokovno karakteristiko in primer izračuna toka sta obravnavana v naslednjem videoposnetku:

Izračun nazivnega toka AV je prikazan v naslednjem videoposnetku:

Avtomatske odklopnike montirajo na vhodu hiše ali stanovanja. Nahajajo se v plastičnih trpežnih omaricah. Prisotnost AV v shemi domačega električnega omrežja je zagotovilo za varnost. Naprave omogočajo pravočasen izklop električnega voda, če parametri omrežja presežejo nastavljeno mejo.

Ob upoštevanju osnovnih karakteristik avtomatskih odklopnikov ter ob pravilnih izračunih lahko naredite pravilno izbiro te naprave in njeno namestitev.

Če imate znanje ali izkušnje pri izvajanju elektroinstalacijskih del, prosimo, delite jih z našimi bralci. Pustite svoje komentarje o izbiri avtomatskega odklopnika in podrobnostih njegove namestitve v spodnjih komentarjih.