Τεχνικά άρθρα

Χρήση και επιλογή ασφαλειών, αυτόματων και τήξεως

Χρήση και επιλογή ασφαλειών, αυτόματων και τήξεωςΟι ασφάλειες είναι μηχανισμοί που παρεμβάλλονται σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με σκοπό να διακόψουν την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε όλη την ηλεκτρική εγκατάσταση ή σε επιμέρους κυκλώματα της εγκατάστασης, όταν εμφανιστούν μεγάλες τιμές ρεύματος που οφείλονται σε βραχυκύκλωμα ή σε υπερφόρτωση ώστε να προστατεύσουν τις γραμμές της ηλεκτρικής εγκατάστασης.

Ανάλογα με την αρχή λειτουργίας τους οι ασφάλειες διακρίνονται σε:

  • Αυτόματες ασφάλειες
  • Ασφάλειες τήξης

Χαρακτηριστικά γνωρίσματα των ασφαλειών είναι:

  • Η ονομαστική τάση λειτουργίας
  • Το ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας (συνήθεις διαθέσιμες στο εμπόριο: 1, 2, 3, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125Α)
  • Ικανότητα διακοπής ή αντοχή σε βραχυκύκλωμα (3, 4.5, 6 ή 10kA / 16, 25kA για ασφάλειες υψηλών ονομαστικών εντάσεων)
  • Ο χρόνος ενεργοποίησης ή διακοπής που καθορίζεται από την καμπύλη λειτουργίας τους (Β,C, D, Κ, Ζ)

 Οι ασφάλειες (αυτόματες ή τήξης) τοποθετούνται πάντοτε μετά από τους διακόπτες των ηλεκτρικών κυκλωμάτων και δεν τοποθετούνται ποτέ σε αγωγούς γείωσης.

Αυτόματες ασφάλειες

Οι αυτόματες ασφάλειες είναι μηχανισμοί που μοιάζουν με τους ραγοδιακόπτες και τοποθετούνται με τον ίδιο τρόπο στον πίνακα διανομής της ηλεκτρικής εγκατάστασης σε ράγα τύπου DIN.

 Εσωτερικά φέρουν μηχανισμό στιγμιαίας λειτουργίας που ενεργοποιείται όταν έχουμε βραχυκύκλωμα και ο οποίος αποτελείται από πηνίο με πυρήνα σιδήρου που μετακινείται στιγμιαία και με σκανδαλισμό ανοίγει τις επαφές του διακόπτη της ασφάλειας. Επίσης φέρουν μηχανισμό διμεταλλικού ελάσματος για υπερφορτίσεις. Το διμεταλλικό έλασμα όταν υπερθερμανθεί λόγω ρεύματος μεγαλύτερου του ονομαστικού, για κάποιο χρονικό διάστημα, ενεργοποιεί τις επαφές του διακόπτη της ασφάλειας.

Οι αυτόματες ασφάλειες τοποθετούνται μετά τους διακόπτες ηλεκτρικών κυκλωμάτων και προστατεύουν αυτά, διακόπτοντας αυτόματα το κύκλωμα σε περίπτωση μεγάλων ρευμάτων. Σήμερα χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο σε όλες τις κατηγορίες ηλεκτρικών εγκαταστάσεων και τείνουν να εκτοπίσουν τις ασφάλειες τήξης. Χαρακτηριστικό τους γνώρισμα είναι ότι μετά την αποκατάσταση της βλάβης, μπορούν εύκολα να επαναλειτουργήσουν, όταν φυσικά εκλείψει η αιτία που προκάλεσε την ενεργοποίηση τους, χωρίς να χρειάζεται αντικατάσταση τους όπως συμβαίνει με τις ασφάλειες τήξης.

Όπως οι ραγοδιακόπτες που διακόπτουν έναν, δύο, τρεις ή τέσσερις αγωγούς, με τον ίδιο ακριβώς τρόπο οι ασφάλειες προστατεύουν  έναν, δύο, τρεις ή τέσσερις αγωγούς που συμμετέχουν στην παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.

Έτσι, οι αυτόματες ασφάλειες διακρίνονται σε:

  • Μονοπολικές: Προστατεύουν και διακόπτουν πάντα τον αγωγό της φάσης, ενός μονοφασικού ηλεκτρικού κυκλώματος, για παροχή ισχύος όχι μεγαλύτερη από 1,5Kw.
  • Διπολικές: Προστατεύουν και διακόπτουν τη φάση και τον ουδέτερο, ενός μονοφασικού ηλεκτρικού κυκλώματος για παροχή ισχύος μεγαλύτερη από 1,5 Kw (ηλεκτρικές κουζίνες, θερμοσίφωνες, πλυντήρια κλπ)
  • Μονοπολικές +Ν:  Προστατεύουν και διακόπτουν μόνο την φάση και διακόπτουν χωρίς να προστατεύουν τον ουδέτερο, ενός μονοφασικού ηλεκτρικού κυκλώματος.
  • Τριπολικές: Προστατεύουν και διακόπτουν τρεις αγωγούς και αυτοί είναι οι τρείς φάσεις, ενός τριφασικού ηλεκτρικού κυκλώματος που ελέγχουν, σε οικιακές ή βιομηχανικές εγκαταστάσεις.
  • Τετραπολικές: Προστατεύουν και διακόπτουν τέσσερις αγωγούς και αυτοί είναι οι τρείς φάσεις και ο ουδέτερος, ενός τριφασικού ηλεκτρικού κυκλώματος που ελέγχουν, σε οικιακές ή βιομηχανικές ηλεκτρικές εγκαταστάσεις.

Οι αυτόματες ασφάλειες κατασκευάζονται, από τις διάφορες εταιρείες, σύμφωνα με τους διεθνείς κανονισμούς (ΙΕC) και με ικανότητα διακοπής (ή αλλιώς με αντοχή σε ρεύμα βραχυκύκλωσης) 3000A (3KA), 4500Α (4,5kA), 6000A (6KA), 10000A (10KA). Σε μερικές περιπτώσεις, κατασκευάζονται και χρησιμοποιούνται αυτόματες ασφάλειες με ικανότητα διακοπής μέχρι και 25ΚΑ.

Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιούμε αυτόματη ασφάλεια 6ΚΑ, αυτό σημαίνει ότι αν έχουμε ρεύμα, από βραχυκύκλωμα, μεγαλύτερο των 6000Α, τότε η αυτόματη ασφάλεια δεν θα μπορέσει να διακόψει το κύκλωμα και θα καταστραφεί (δεν μπορεί ο μηχανισμός τους να διακόψει μεγαλύτερο ρεύμα) και επομένως μόνο για μικρότερο ρεύμα θα λειτουργήσει σωστά.

Ένα άλλο σημαντικό στοιχείο που χαρακτηρίζει τις αυτόματες ασφάλειες σύμφωνα με διεθνείς προδιαγραφές ΙΕC, είναι κάποιες χαρακτηριστικές καμπύλες που εκφράζουν το χρόνο ενεργοποίησης του μηχανισμού διακοπής της ασφάλειας από τη στιγμή που θα εμφανιστεί το βραχυκύκλωμα, συναρτήσει αυτού του ρεύματος. Έτσι για κάθε ικανότητα διακοπής έχουμε τρεις χαρακτηριστικούς τύπους ασφαλειών που προσδιορίζονται με τα γράμματα «Β», «C», «D» και αναφέρονται σε μια περιοχή ρευμάτων βραχυκύκλωσης που είναι πολλαπλάσια του ονομαστικού ρεύματος Ιn  της ασφάλειας.

Oι εταιρείες κατασκευής αυτόματων ασφαλειών δίνουν για κάθε σειρά ικανότητας διακοπής (3ΚΑ, 6ΚΑ, 10ΚΑ κ.λπ.) το χαρακτηριστικό τύπο («Β», «C», «D»), τις εφαρμογές τους και τα ονομαστικά ρεύματα για μονοπολικές, μονοπολικές +Ν, διπολικές, τριπολικές ή τετραπολικές αυτόματες ασφάλειες.

Η εκλογή των αυτόματων ασφαλειών γίνεται με βάση τη διατομή και τη μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση ρεύματος του αγωγού που πρόκειται να προστατέψουν. Για την επιλογή της ονομαστικής έντασης  υπολογίζουμε την μέγιστη ένταση ρεύματος που μπορεί να περάσει από μία γραμμή και επιλέγουμε την αμέσως μικρότερης ή ίσης έντασης διαθέσιμη στο εμπόριο ασφάλεια.

Οι μονοπολικές+Ν αυτόματες ασφάλειες μπορούν να αντικαταστήσουν το συνδυασμό «διπολικού διακόπτη και αυτόματης μονοπολικής ασφάλειας».

Η επιλογή της ικανότητας διακοπής (ρεύματος βραχυκύκλωσης), 3ΚΑ,6ΚΑ,10ΚΑ κλπ, και της χαρακτηριστικού τύπου «Β», «C», «D» της αυτόματης ασφάλειας, γίνεται σε συνδυασμό με την ισχύ του κυκλώματος και το είδος της ηλεκτρικής κατανάλωσης που πρόκειται να προστατέψει η αυτόματη ασφάλεια.

Ο χαρακτηριστικός τύπος ¨D¨ ασφαλειών έχει μεγαλύτερο χρόνο ενεργοποίησης από τον τύπο ¨C¨ και ο τύπος ¨C¨ από τον ¨Β¨ για το ίδιο ρεύμα βραχυκύκλωσης. Έτσι για παράδειγμα σε μια εγκατάσταση που έχουμε γραμμές φωτισμού θα επιλέξουμε καμπύλη λειτουργίας C και αντοχή σε βραχυκύκλωμα από 3 έως 10kA ανάλογα με την ισχύ και το είδος της εγκατάστασης. Αντίθετα, σε περίπτωση καταναλώσεων με βαριές εκκινήσεις (κινητήρες) θα προτιμούσαμε καμπύλη λειτουργίας D και αντίστοιχα θα επιλέγαμε και την αντοχή σε βραχυκύκλωμα.

Ασφάλειες τήξης

Οι ασφάλειες τήξης αποτελούν την πιο παλιά διάταξη προστασίας και σήμερα η χρήση τους έχει περιοριστεί στο ελάχιστο και τη θέση τους έχουν πάρει οι αυτόματες ασφάλειες. Τα χαρακτηριστικά τους γνωρίσματα είναι η ονομαστική τάση, το ονομαστικό ρεύμα και ο χρόνος ενεργοποίησης τους, όπου ανάλογα με αυτόν διακρίνονται σε:

  • Ασφάλειες ταχείας τήξης και
  • Ασφάλειες βραδείας τήξης

Σε αντίθεση με τις αυτόματες ασφάλειες, οι ασφάλειες τήξης εμφανίζονται μόνο σαν μονοπολικές και συνδέονται πάντοτε στη φάση του κυκλώματος που πρόκειται να προστατέψουν, ώστε από αυτές να περνάει όλο το ρεύμα του κυκλώματος. Πιο συγκεκριμένα, οι ασφάλειες τήξης όταν χρησιμοποιούνται ως εξής:

Τοποθετούνται:

  1. Στην αρχή κάθε ηλεκτρικής γραμμής
  2. Στη διακλάδωση αγωγών με μικρότερη διάμετρο.
  3. Σε κεντρικές διακλαδώσεις
  4. Σε διακλαδώσεις μετά από τους διακόπτες

Δεν τοποθετούνται:

  1. Σε αγωγούς γείωσης
  2. Στον ουδέτερο αγωγό
  3. Σε διακλαδώσεις εναέριων αγωγών και υπόγειων καλωδίων.

Κατασκευαστικά οι ασφάλειες τήξης αποτελούνται από τέσσερα μέρη:

  • Πώμα: Βιδώνεται στην ασφαλειοθήκη και έτσι συγκρατεί το φυσίγγι στη θέση του.
  • Φυσίγγι: Περιέχει το νήμα και ένα δείκτη. Ο δείκτης μένει στη θέση του όσο το νήμα δεν έχει καεί και έχει συγκεκριμένο χαρακτηριστικό χρώμα, ανάλογα με το ονομαστικό ρεύμα της ασφάλειας. Το φυσίγγι κατασκευάζεται από πορσελάνη και στο εσωτερικό φέρει άμμο χαλαζία
  • Μήτρα: Τοποθετείται ανάμεσα στο φυσίγγι και την ασφαλειοθήκη και έχει συγκεκριμένη εσωτερική διάμετρο, αντίστοιχη για κάθε φυσίγγιο.
  • Ασφαλειοθήκη ή βάση: Στερεώνεται πάνω στον πίνακα και στο εσωτερικό της εφαρμόζεται το φυσίγγιο.

Το ενεργό μέρος της ασφάλειας τήξης είναι ένα αγώγιμο εύτηκτο σύρμα ή ταινία που ονομάζεται «τηκτό» ή «νήμα». Αυτό έχει υπολογιστεί ώστε να αντέχει το ονομαστικό ρεύμα για το οποίο έχει κατασκευαστεί. Αν περάσει ρεύμα μεγαλύτερο τότε ύστερα από κάποιο χρονικό διάστημα, που προσδιορίζεται από τις καμπύλες χρόνου ενεργοποίησης-ρεύματος βραχυκύκλωσης ή υπερφόρτισης, λιώνει το νήμα και διακόπτεται το κύκλωμα τροφοδοσίας.

Σκοπός της μήτρας είναι να εμποδίζεται η τοποθέτηση φυσιγγίου μεγαλύτερου ονομαστικού ρεύματος σε βάση που προορίζεται για μικρότερο ρεύμα. Έτσι η μήτρα της ασφάλειας έχει τέτοια διάμετρο ώστε να δέχεται ένα συγκεκριμένο φυσίγγι που αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο ονομαστικό ρεύμα. Αυτό για παράδειγμα σημαίνει ότι μία μήτρα για φυσίγγι των 10Α μπορεί να δεχτεί φυσίγγι των 16Α .

 Άρθρο της κας Μαρία Α. Καπαρέλη. Η κα Μαρία Α. Καπαρέλη είναι MSc Μηχανικός Παραγωγής & Διοίκησης, Διοικητικό Στέλεχος Creli ΕΠΕ

πηγή: electrologos.gr