Zárlatok és túláramok Kamarás Péter 2009.április

A zárlat (rövidzárlat) többféle, normális üzemmódtól eltérő áramkör létrejöttét jelenti. Amennyiben az így kialakult új áramkörnek megváltozik a villamos jellemzője (lecsökken az ellenállása), akkor a névlegesnél nagyobb áram, a túláram fog megjelenni. Áramköröktől és készülékektől függően más-más értékű a megengedhető növekedési arány (pl. motoroknál 3-4 szeres is lehet rövid ideig). A megengedhető túláram feletti áramértéket nevezzük zárlati áramnak.

1.) két eltérő feszültségpotenciálon lévő villamos áramkör összekapcsolódása kis ellenállású ellenállással (vezetékdarabbal) Ekkor az Ohm-törvény értelmében a feszültég és az ellenállás hányadosa még törpefeszültségen is elérheti a 10-20 A-t (az áthidaló vezetékdarab ellenállása minimális – 0.1 – 1.0 ohm között lehet). Ekkor beszélünk rövidzárlatról. Ugyanez a helyzet adódik, ha egy háromfázisú rendszerben két fázis kapcsolódik össze – ezt a rövidzárlatot hívják fáziszárlatnak. Amikor a földelő vezetékkel ér össze a fázisfeszültség, akkor beszélünk földzárlatról.

2.) normális esetben potenciálon nem lévő fémrészek feszültség alá kerülése Villamos készülékek fémrésze szigetelési hiba miatt kapcsolatba kerülhet az áramkör egyik pontjával. Ez nem okoz túláramot, de ha valami (vagy valaki) hozzáér a fémrészhez, akkor rajta keresztül záródhat az áramkör – ekkor beszélünk testzárlatról.

3.) villamos berendezések áramköreiben egyes készülékrészek, egységek áthidalása kis ellenállású vezetővel Ebben az esetben az történik, hogy a működtető készülékben bizonyos áramkörök kiiktatódnak a működésből. Ez jelentheti azt, hogy egy kapcsoló két vége tartósan összeér, a kapcsoló ezáltal hatástalanná válik. Ezt nevezik részleges rövidzárlatnak. Tekercsek esetében (motor-transzformátor) ez azt jelenti, hogy megváltozik annak a tekercsnek a műszaki paramétere, nagyobb áramot fog felvenni. Ezzel a készülék működését is befolyásolja. Ezt az esetet hívjuk menetzárlatnak.

A zárlatok nem mindig járnak nagy értékű, zárlati árammal A zárlatok nem mindig járnak nagy értékű, zárlati árammal. Ugyanis lehet olyan test- vagy földzárlat, amikor az átvezető fémrész ellenállása nagy értékű (rossz érintkezés, nagy átmeneti ellenállás miatt). Ilyenkor is nagyobb áram lép fel, de ez nem éri el a védőelem (biztosítóbetét, kismegszakító) leoldási értékét. Ekkor tartósan nagyobb lesz a készülék felvett árama, ami melegedést és gyors tönkremenetelt okozhat.

Felvonós áramkörök zárlati viszonyai 1.) rövidzárlat a.) tápfeszültség két vége ér össze - egyenfeszültségnél a két polaritású pont (+ és -) - váltakozó feszültségnél a fázisfeszültség és a nulla pont legegyszerűbb eset az, amikor két vezetékdarab – esetleg úszókábel erei - összeérnek és akkor keletkezik a zárlat

b.) vannak olyan készülékek a vezérlésekben, melyek tönkremenetele esetén léphet fel zárlat ez olyan esetben történhet meg, amikor egy húzótekercs - relé - mágneskapcsoló - zár-, féknyitó és tengelykapcsoló mágnes - hidraulikus mágnesszelepek védőeleme (ívoltó kikapcsoláskor keletkező áramlökés ellen) megy tönkre

eredeti állapot leégett állapot

b.) fáziszárlat A felvonók motorjai (valamint a Schindler licenc transzformátorai) háromfázisú feszültségről működnek. Ezekben az áramkörökben többször előfordulhat olyan eset, amikor 2 fázis kapcsolódik össze. A főáramkörben ez akkor lehetséges, ha az irányműködtető mágneskapcsolók egyszerre húznak meg (vagy véletlenül kézzel egyszerre nyomjuk be őket). Az elektronika gyors reagálása esetén előfordulhat, hogy mindkét irány kap egy pillanatra impulzust. A rövid idő is elég ahhoz, hogy megmozduljon mindkét kapcsoló fegyverzete (és érintkezője), és máris létrejön a fáziszárlat.

régebbi típusú mágneskapcsolók között nincs mechanikus reteszelés az egyszerre történő működtetés ellen

c.) földzárlat Érintésvédelmi szempontból a felvonók védőföldeléses védelmet alkalmaznak. Amennyiben a védendő áramkör kijelölt pontja összekötetésbe kerül egy fémrésszel (vagy a földeléssel), azonnal kialakul a zárlati áram. Ezt az védelmi módot használják fel a biztonsági érintkezők esetében, amikor meghibásodásukat (letestelődésüket) minden esetben zárlat (és a zárlatvédelem működése) kíséri.

d.) menetzárlat Felvonók villamos készülékei között több olyan is előfordul, mely menetzárlatos tud lenni. Ez azt jelenti, hogy egy tekercs valamelyik része kiiktatódik, ezáltal megváltozik a működési paramétere és természetesen a villamos ellenállása is. U I = R a megnövekedett áram miatt melegedés kezdődik a vezetékekben és a készülékben

Motorok csillag-kapcsolás U1 V1 W1 delta-kapcsolás U1 V1 W1

áthidalás 1 ohm 2 ohm 2 ohm 2 ohm 2 ohm 2 ohm

Transzformátorok Transzformátorok esetében a primer és a szekunder tekercsek kerülhetnek menetzárlatos állapotba. Ennek okai lehetnek: - tekercselés szigetelésének önálló meghibásodása - szekunder oldali tartós túlterhelés (nagyobb terhelőáram) - szekunder oldali zárlati áram (nem old le a zárlatvédelem)

Transzformátor elve N 1 I = 2 I 2 N 1 primer 2 N 2 U = U szekunder 2 1 N 1

N 2 U = U 2 N 1 ha a primer tekercs (N1) lesz menetzárlatos, akkor a kevesebb menetszám miatt nagyobb lesz a leadott feszültség ha a szekunder tekercs (N2) lesz menetzárlatos, akkor a kevesebb menetszám miatt kisebb lesz a leadott feszültség

N 1 I = I 2 N 1 2 menetzárlat esetén lecsökken a tekercs ellenállása, és emiatt megnő a tekercs árama – felmelegszik a transzformátor

eredeti állapot leégett állapot

Relék, mágneskapcsolók Menetzárlat ritkán fordul elő ilyen készülékeknél, általában teljes leégés vagy tekercsszakadás szokott megtörténni.

menetzárlat

Határérték körüli zárlati áramok Amennyiben a kialakuló zárlati áramkör ohmos ellenállása rossz érintkezés (pl. oxidáció) miatt nem 1-2 ohm, hanem 10-20 ohm, akkor a kialakuló zárlati áram értéke nem éri el a zárlatvédelem leoldási értékét. Ebben az esetben tartósan fennáll a zárlat, nagy értékű áram folyik a vezetékekben és a készülékekben, de nem avatkozik be a zárlatvédelem. A jelentős túláram hatására melegedni kezdenek a vezetékek és a készülékek – az áram értékétől és az időtől függően tönkre is mennek.

A melegedés hatásai – ami nem csak zárlat esetén lehet jelentős ! A melegedő vezeték, készülék okozhat - szigetelés megolvadása – vezetékek (és áramkörök) összekapcsolódása - sugárzó meleg tönkretehet más készüléket - a gépházban lévő por ráég berendezésekre

új állapot pár év múlva…

U U R = I = I R U = I * R Zárlati áramok elmélete A legáltalánosabb – és talán legismertebb – alaptörvény az Ohm törvénye, mely egy villamos ellenálláson (R) átfolyó áram (I) és a rajta eső feszültség (U) arányát fejezi ki U U R = I = I R U = I * R

az átfolyó áram értéke egyforma I = = = R R R Több ellenállás sorba kapcsolásánál is igaz ez a törvény, minden ellenálláson az értékével arányos feszültség mérhető. I R R R 1 2 3 U U U U 1 2 3 U U U 1 2 3 az átfolyó áram értéke egyforma I = = = R R R 1 3 2 a részfeszültségek összeadódnak U = U + U + U 1 2 3

Felvonós áramkörökben – a biztonsági érintkezők vonalában – az áramkörbe kötött érintkezők ellenállásain is megoszlik a feszültség. Az aknaajtó érintkezőkön az átmeneti ellenállásoktól függően normális esetben 2-3 V esik – ez nem jelentős. Amennyiben az érintkezők nagy ellenállásúak, akkor komolyan befolyásolják a vezérlőfeszültséget. Előfordul, hogy a 28 V-ból mindössze 14 V jut a 24 V-os relére – ez bizonytalan működést okozhat !

aknaajtó érintkezők piszkos érintkező csökkent feszültség ajtórelé HK10 HK8 HK6 HK4 HK11 HK9 HK7 HK5 HK3 piszkos érintkező HK2 HK1 csökkent feszültség ajtórelé

áram szempontjából elhanyagolható! 400 ohm aknaajtó érintkezők 3.15 A HK10 HK8 HK6 HK4 HK11 HK9 HK7 HK5 HK3 piszkos érintkező 10 ohm HK2 HK1 24 V I = = 0.06 A 400 + 10 ajtórelé áram szempontjából elhanyagolható! 400 ohm

a 3.15 A-os biztosító nem olvad ki ! 10 ohm aknaajtó érintkezők 3.15 A HK10 HK8 HK6 HK4 HK11 HK9 HK7 HK5 HK3 piszkos érintkező a 3.15 A-os biztosító nem olvad ki ! 10 ohm HK2 HK1 24 V I = = 2.4 A 10 ajtórelé 400 ohm

melegednek a vezetékek ! aknaajtó érintkezők 3.15 A HK10 HK8 HK6 HK4 HK11 HK9 HK7 HK5 HK3 melegednek a vezetékek ! HK2 - nem mérhető feszültség HK1 - mintha rossz lenne az ajtóérintkezők vonala

Amennyiben nem csak a biztonsági vonalnak nagy az átmeneti ellenállása, hanem a földelés sem tökéletes, akkor komoly működési zavarok léphetnek fel !

a 3.15 A-os biztosító nem olvad ki ! 10 ohm aknaajtó érintkezők 3.15 A HK10 HK8 HK6 HK4 HK11 HK9 HK7 HK5 HK3 piszkos érintkező a 3.15 A-os biztosító nem olvad ki ! HK2 10 ohm HK1 24 V I = 10 ohm = 1.2 A 20 ajtórelé 400 ohm

- 12 V mérhető a feszültségosztás miatt aknaajtó érintkezők 3.15 A HK10 HK8 HK6 HK4 HK11 HK9 HK7 HK5 HK3 10 ohm HK2 - 12 V mérhető a feszültségosztás miatt HK1 10 ohm - mintha rossz lenne az ajtóérintkezők vonala

Transzformátorok viselkedése túláram esetén A transzformátorok a névleges szekunder feszültségüket csak az előírt teljesítményig képesek kibocsátani. U (V) I (A) nem megfelelően kiválasztott transzformátor nagyobb terhelésnél kisebb feszültséget ad le (pl. 2 db zárnyitó mágnes és 1 db féknyitó mágnes egyszerre történő működtetésekor)

Ennek alapján nagy túláram esetén a transzformátor kimenő feszültsége csökken. U I = R Csökkenő feszültség esetén csökken a túláram értéke is. Ilyen esetben az adott műszaki jellemzőktől függően valahova beáll a feszültség és az áram értéke bizonytalan működés

Zárlat- és túláramvédelem 1.) olvadóbiztosítók, kismegszakítók feladatuk a zárlatvédelem motorikus áramkörök - késes vagy Diazed (csavaros) olvadóbiztosítók vezérlő áramkörök - Diazed olvadóbiztosítók, kismegszakítók vagy üvegbiztosítékok

a zárlatvédők többféle leoldási jelleggörbével rendelkeznek, a védendő készüléktől függően más-más típust kell alkalmazni motorok esetében az indítási áramlökés (3-4 szeres névleges áram) emiatt lomha jellegű kell Értéke = 1.5 * motor névleges árama Pl. ha I = 16 A, akkor 1.5 * 16 miatt 25 A-os lomha leoldású szükséges névl

késes biztosítóbetét „javítása” és eredménye

üvegbiztosítékok (Wichman) kis zárlati teljesítményűek, emiatt csak vezérlőáramkörökben használatosak az üvegcső végén lévő feliratok nagyon kicsik, emiatt csere esetén pontosan kell megnézni a névleges áramértéket típusértékek 1 A; 2 A; 3.15 A; 4 A; 6.3 A

üvegbiztosítékok

2.) túláramvédelem a motorok 40-50 másodpercig elviselnek névlegesnél nagyobb áramokat túláram okai - nagyobb a hajtás terhelésigénye (pl. túl van terhelve a felvonó) - betáplálási feszültség nem szimmetrikus (fázis aszimmetria) - egy fázis hiánya - nem tud forogni a motor (pl. nem nyit ki a fék) túláramvédelem alapvető készüléke a bimetálos hőkioldó

Bimetálos hőkioldó működési jelleggörbéje (áram) 3.3* I esetén a leoldási idő 20-30 sec t (idő)

a zárlatvédelem és a túláramvédelem egy készülékben megoldható, ez a kombinált motorvédelem funkciói - zárlati áram, esetén azonnali leoldás - túláram esetén késleltetett leoldási idő minden készülékgyártó termékei között szerepelnek ilyen készülékek felvonós gyakorlatban általános példája a TICINO (Schindler licenc vezérlések)

hőkioldó-jellegű (túláram) biztosító-jellegű (zárlat)

az előadás anyaga www.hca.hu Tananyagok oldalról letölthető