Védelem automatikus lekapcsolással: az elv és a lekapcsolás feltétele

„Behúztam a kábeleket, betettem a kismegszakítókat, kész — védve van.” Ebbe a csapdába tapasztalt villanyszerelők is beleesnek. Egy kismegszakító, amelyik kiold egy hibára, de három másodperc alatt teszi egy 230 V-os dugaszolóaljzatnál, papíron kioldott. Valójában nem felelt meg a szabványnak, és valakit túl sokáig ott hagyott a kézzel egy feszültség alá került burkolaton. A védelem automatikus lekapcsolással nem azon múlik, hogy kiold-e, hanem azon, hogy milyen gyorsan.

Hol érvényes: a „hibavédelmi” réteg

Az áramütés elleni védelem második feléről van szó (az elsőről — szigetelés és burkolatok — külön írtam). Itt jön be az a pillanat, amikor a szigetelés felmondta a szolgálatot, és egy készülék fémburkolata véletlenül feszültség alá kerül. Az Art. 4.1.4.1.1 szerint a táplálás önműködő lekapcsolása a legtöbbet alkalmazott védelmi intézkedés a villamos hálózatokban. Az elv, az Art. 4.1.4.1.2-ből, egyértelmű: egy elhanyagolható impedanciájú, a fázis és egy hozzáférhető vezető rész (vagy a PE) közötti hibánál egy készüléknek a megállapított maximális időn belül önműködően le kell kapcsolnia a táplálást.

Szerelői nyelvre fordítva: ha a fázis hozzáér a burkolathoz, a hibaáram a védővezetőn (PE) keresztül záródik vissza a forráshoz. Ennek az áramnak elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy kikényszerítse a védelem kioldását, mielőtt az érintési feszültség veszélyessé válna annak, aki a készülékhez nyúl.

Egy következmény, amit sokan elfelejtenek: ha a PE meg van szakítva valahol a nyomvonalon, a hibahurok már nem tud bezáródni, és a túláramvédelem akár egyáltalán nem old ki — a burkolat feszültség alatt marad. Éppen ezért a védővezető folytonossága nem nyűg, hanem annak a feltétele, hogy az egész mechanizmus működjön.

Milyen gyorsan: az 50 V-os viszonyítási pont és a Table 4.1

Miért maximális idők, és miért nem csak az, hogy „minél gyorsabban”? Mert a szabvány viszonyítási alapja a megengedett egyezményes érintési feszültség határértéke, U_L = 50 V c.a. — ez az az érték, amelynek alapján a maximális lekapcsolási időket megállapították (a Table 4.1 jegyzete ezt kifejezetten kimondja). Nem arról van szó, hogy bármilyen 50 V alatti érintés „biztonságos” volna, hanem hogy ez a szabvány viszonyítási küszöbe. Innen ered: minél nagyobb a földhöz viszonyított feszültség (U₀), annál feljebb tolja a hiba az érintési feszültséget, tehát a megengedett idő csökken. A Table 4.1 idői azokra a végáramkörökre vonatkoznak, amelyek nem haladják meg a 32 A-t (Art. 4.1.4.1.3) — vagyis pontosan egy lakás dugaszolóaljzataira és világítására.

A minket közvetlenül érintő sáv a 120<U₀≤230 V c.a. — a földhöz viszonyított 230 V-os lakossági hálózat: 0,4 s TN-ben, 0,2 s TT-ben. (A táblázat 1. jegyzete: c.c.-n 50–120 V között a lekapcsolást az áramütéstől eltérő okok is megkövetelhetik. A 2. jegyzet: ha a lekapcsolást egy RCD végzi, az Art. 4.1.5.2 érvényes.) A táblázat egy könnyítést is enged: TT-ben, ha a lekapcsolást túláramvédelem végzi, és az egyenpotenciálú összekötés átfogja az összes idegen vezető részt, használhatod a TN időit.

Miért lehet, hogy egy jó kismegszakító MÉGSEM véd meg

Itt zárul be a kezdeti tézis. Ahhoz, hogy a lekapcsolás a megkövetelt időn belül megtörténjen, nem elég bekötni egy megszakítót — kell, hogy a hibahurok impedanciája elég kicsi legyen ahhoz, hogy a hibaáram elérje a kioldási küszöböt. Az Art. 4.1.4.1.10 ezt képletbe önti a TN hálózatokra:

• Z_s — a hibahurok impedanciája: a forrás + a fázisvezető a hiba pontjáig + a védővezető a hibától vissza a forráshoz (ohmban).
• I_a — az az áram, amely a megkövetelt időn belül kiváltja az automatikus kioldást. Itt gyakori a félreértés: egy MCB-nél I_a nem a névleges áram (16 A, 20 A), hanem az az áram, amelynél az előírt időn belül kiold — ez pedig a karakterisztikától függ. Egy C karakterisztikájú MCB csak kb. 5–10× In körül old ki gyorsan (a mágneses tartományban).
• U₀ — a fázis és a föld közötti névleges feszültség (voltban).

Más szóval: ha Z_s nő, a hibaáram csökken — és ha túl sokat csökken, egy tökéletesen jó kismegszakító sem old ki a megkövetelt időn belül. Egy villamosan túl „hosszú” hurok (vékony kábel, hosszú nyomvonal, alulméretezett PE) éppen ez.

Ezért a vezeték keresztmetszete, a védelem megválasztása és a Table 4.1 időinek betartása egy és ugyanaz a feladat, nem három külön döntés. „Betettem egy 16 A-es MCB-t” semmit nem mond, ha a hibahurok túl nagy ahhoz, hogy egy hiba esetén az áram a megkövetelt időn belül elérje a gyors (mágneses) kioldás küszöbét.

Egy megjegyzés, mert a szabvány ugyanott, az Art. 4.1.4.1.10-ben mondja: ha a védelem egy RCD, akkor I_a a működtető névleges hibaáram — jóval kisebb, mint egy MCB küszöbe. Éppen mert kicsi, egy RCD nagy impedanciájú hurokkal is „átmegy” a feltételen; a tényleges ellenőrzésének azonban megvannak a saját szabályai, amelyeket külön tárgyalok.

Amikor időben nem megoldható

A szabvány nem hagy a levegőben, ha nem éred el az időt. Art. 4.1.4.1.7: ha az automatikus lekapcsolás nem valósítható meg az alkalmazandó időn belül, kiegészítő védelmi egyenpotenciálú összekötést kell előírni — nem mondasz le a biztonságról, hanem hozzáadsz egy intézkedést, amely alacsonyan tartja az érintési feszültséget.

Hol jön be az ElectroSchema

A hibavédelemből az alkalmazás azt a részt ellenőrzi, amelyet a tervből „láthat” — a differenciálvédelem meglétét ott, ahol a szabvány megköveteli: a V05 jelzi a dugaszolóaljzatokat, a V18 pedig a világítási áramköröket, ha nincs előttük ≤ 30 mA-es RCD (Art. 4.1.5.2.1), a V07 pedig IP44-et követel a fürdőszobákban. A Z_s·I_a ≤ U₀ feltétel viszont a hurok valós impedanciáját igényli (helyszíni adatok), így az tervezési ellenőrzés és üzembe helyezéskor végzett mérés marad — nem olyasmi, ami pusztán a rajzból levezethető. Éppen ezért érdemes kezdettől átgondolni: olyan keresztmetszetek és nyomvonalak, amelyek kicsiben tartják Z_s-t, hogy a Table 4.1 idői reálisak legyenek, ne csak papíron kipipálva.