Jak dobór bezpieczników wpływa na bezpieczeństwo całego systemu?

Wkładka bezpiecznikowa BS 88 wybrana na podstawie dopasowania jej liczby amperów do prądu obciążenia nie jest decyzją związaną z bezpieczeństwem. To przypuszczenie ubrane w specyfikację. Urządzenie, które trafi do uchwytu, może przewodzić odpowiedni prąd, przejść kontrolę ciągłości, a mimo to nie spełniać jednej funkcji, która uzasadnia jego istnienie: przerwania zwarcia, zanim kabel lub sprzęt znajdujący się za nim ulegnie uszkodzeniu. Różnica między „zainstalowanymi” a „ochronnymi” to miejsce, w którym występuje większość awarii bezpieczeństwa związanych z bezpiecznikami i jest ona szersza, niż sugeruje katalog.

Pierwszym miejscem, w którym pojawia się luka, jest kategoria użytkowania. Norma BS 88-2 i zharmonizowana norma IEC 60269-2 rozdzielają łącza pełnozakresowe na gG do ochrony przewodów i urządzeń ogólnego przeznaczenia oraz gM do obwodów silnika. W arkuszu danych te dwa mogą wyglądać wymiennie – ta sama obudowa, podobne wartości znamionowe prądu, ta sama zdolność wyłączania 80 kA przy 415 V AC. Nie są. Łącze gM jest zbudowane tak, aby przetrwać udar przy zablokowanym wirniku silnika bezpośredniego, a jego krzywa czasowo-prądowa jest przesunięta, aby tolerować ten udar bez otwierania. Umieść łącze gM na linii zasilającej, która nie widzi rozruchu silnika – wejście napędu o zmiennej prędkości, podrzędna sieć rozdzielcza, obwód oświetleniowy – a bezpiecznik zostanie wybrany do zadania, które nie istnieje. Kabel znajdujący się za nim jest teraz chroniony przez urządzenie, którego charakterystyka przeciążeniowa nigdy nie została narysowana dla tego kabla.

Widziałem, że błąd ten uzasadniano rozumowaniem, że łącze gM „ma wyższą marżę”. Tak nie jest. Ma inny margines, jest umieszczony tam, gdzie wymaga tego udar rozruchowy silnika i usunięty z obszaru, w którym należałoby usunąć utrzymujące się przeciążenie w zasilaczu innym niż silnik. Łącze 63 A gG i łącze 63 A gM nie są dwoma stopniami tej samej ochrony. Są to odpowiedzi na dwa różne pytania, a zastosowanie odpowiedzi motorycznej do pytania niezwiązanego z silnikiem pozostawia przewodnik bez ochrony w paśmie przeciążenia.

Napięcie i zdolność wyłączania niosą ze sobą własną wersję błędu tej kategorii. Dokumentacja asortymentu Kempston wymienia łącza gG testowane przy napięciu 415 V AC i 250 V DC, 80 kA przy 415 V AC i 40 kA przy 250 V DC. Liczby te nie podlegają przeniesieniu. Wartość znamionowa łącza wynosząca 250 V DC nie czyni go kandydatem na ciąg znaków o napięciu 550 V DC lub układ o napięciu 1000 V DC. Zachowanie podczas gaszenia łuku, które powoduje zdolność wyłączania, jest powiązane z geometrią elementu, wypełnieniem wypełniacza i napięciem, przy którym testowano łącze. Bezpiecznik, który wyłącza 40 kA przy 250 V prądu stałego, może powodować łuk elektryczny przez dłuższy czas lub w ogóle nie zgasnąć przy wyższym napięciu prądu stałego, gdy nie pomaga mu żaden naturalny prąd zerowy. Kolumna DC w arkuszu danych stanowi dowód testu, a nie licencję na ekstrapolację.

Temperatura obudowy jest zmienną najczęściej pomijaną w arytmetyce wyboru. Łącza BS 88 odnoszą się do temperatury otoczenia nieprzekraczającej 40°C, ze średnią 24-godzinną wynoszącą 35°C. Norma jasno określa, co stanie się dalej: kiedy w obudowach montowane są ogniwa, to temperatura wewnątrz obudowy określa, czy konieczne jest obniżenie parametrów znamionowych. Opublikowane tabele obniżek wartości znamionowych dla łączników typu „T” pokazują skalę korekty. Łącze o natężeniu 63 A przy 40°C jest wymienione na 48 A w obudowie o temperaturze 55°C, 30 A przy 60°C i jeszcze niższe przy 65°C i więcej. Obudowa tablicy rozdzielczej lub łącznika pracująca w temperaturze wewnętrznej 55–60°C nie jest przypadkiem ekstremalnym; jest to obciążona obudowa w ciepły dzień. Łącznik 63 A wybrany na tabliczce znamionowej i zainstalowany w tej skrzynce jest w rzeczywistości łączem 48–30 A. Jeśli obciążenie jest zbliżone do pierwotnej wartości znamionowej, bezpiecznik znajduje się już na krawędzi swojej krzywej, zanim pojawi się jakakolwiek usterka, a następująca po nim degradacja – utlenianie elementów, wzrost rezystancji styków, bezpiecznik, który otwiera się bez przyczyny – jest skutkiem termicznym, a nie elektrycznym.

Koordynacja dodaje drugą warstwę, której same obecne oceny nie są w stanie objąć. Kontrola adiabatyczna zgodnie z normą BS 7671, rozporządzenie 434.5.2 porównuje wytrzymałość termiczną kabla, k²S², z energią przepuszczaną przez urządzenie zabezpieczające, I²t. Dla kabla Cu/PVC o średnicy 35 mm² i k = 115, k²S² wynosi w przybliżeniu 16,2 × 10⁶ A²s. Bezpiecznik musi przepuszczać mniej energii niż wartość przy spodziewanym prądzie zwarciowym. Łącze, które spełnia kryteria kontroli prądu ciągłego, może nadal nie przejść kontroli adiabatycznej, jeśli jego całkowite I²t na poziomie zwarcia instalacji przekracza wytrzymałość kabla. Możliwa jest również sytuacja odwrotna: bezpiecznik o bardzo szybkiej krzywej i niskim I²t dobrze chroni kabel, ale może słabo rozróżniać urządzenia znajdujące się powyżej, a badanie koordynacyjne zakłada, że ​​jedna krzywa jest nieważna, jeśli zainstalowane łącze jest innej klasy lub ma inne napięcie znamionowe, ponieważ przepuszczalność I²t jest zależna od napięcia, a opublikowana wartość przy 415 V nie opisuje urządzenia przy 550 V lub napięciu stałym.

Przypadek stringów fotowoltaicznych pokazuje, co się dzieje, gdy polaryzacja i dobór bezpiecznika są traktowane jako niezależne decyzje. Instalacja o mocy 500 kW w Japonii została zasilona podczas rozruchu z odwróconą polaryzacją prądu stałego w jednej z dziewięciu skrzynek przyłączeniowych zasilających pojedynczy falownik. Kiedy ostatni wyłącznik został zamknięty, zadziałał bezpiecznik prądu wstecznego w tym sumatorze. Przepływający prąd oszacowano na setki amperów, napędzany nie przez uszkodzoną strunę, ale przez osiem sprawnych sumatorów zasilających odwróconą ścieżkę. Bezpiecznik spełnił swoje zadanie i o to właśnie chodzi: bezpiecznik był elementem, który wykrył błąd w okablowaniu, którego nie wykryła sekwencja uruchamiania. Ale wynik ten zależy od tego, czy bezpiecznik ma właściwą polaryzację i jest przystosowany do prądu wstecznego, jaki może dostarczyć układ równoległy. Łącze wybrane tylko dla prądu pasma w kierunku przewodzenia lub pominięte przy założeniu, że wystarczy jedna polaryzacja, usuwa mechanizm detekcyjny wraz z zabezpieczeniem.

Podrabiane i błędnie oznaczone ogniwa atakują ten sam łańcuch bezpieczeństwa od strony fizycznej. Opublikowane wskaźniki są specyficzne i możliwe do sprawdzenia bez laboratorium: podrabiane ogniwa BS 88 są często lżejsze od oryginalnych ogniw, często poniżej 2,2 g, a czasami nawet do 1,7 g, ponieważ nie ma wypełnienia piaskiem krzemionkowym lub je zastąpiono; ceramika jest bielsza od prawdziwego korpusu; a zaślepki końcowe mogą być luźne. Piasek nie jest opakowaniem obojętnym. Jest to środek gaszący łuk, który umożliwia osiągnięcie opublikowanej zdolności wyłączania i I²t. Łącznik bez niego może przenosić prąd znamionowy przez czas nieokreślony i nadal ulegać wybuchowej awarii w przypadku zwarcia, ponieważ element nie ma gdzie przenieść energii łuku. Obliczenie wyboru, w którym wykorzystano rzeczywistą krzywą, opisuje teraz urządzenie, które nie znajduje się w uchwycie.

Cechą wspólną wszystkich tych trybów awarii jest to, że wartość znamionowa bezpiecznika jest konieczna, ale niewystarczająca. Pytaniem wyboru nie jest „jaki prąd pobiera obciążenie?” ale „czy przy rzeczywiście istniejących napięciach, temperaturze, poziomie usterek i fizycznych warunkach instalacji to łącze nadal zachowuje się jak skalibrowany element, który opisuje jego krzywa?” Kategoria gG/gM musi odpowiadać obciążeniu obciążenia. Napięcie znamionowe musi odpowiadać maksymalnemu napięciu obwodu, DC lub AC, bez ekstrapolacji z niższego napięcia testowego. Zdolność wyłączania należy sprawdzić przy tym napięciu w stosunku do spodziewanego prądu zwarciowego. Temperaturę obudowy należy traktować jako parametr wejściowy obniżający wartości znamionowe, a nie jako przypis. Wartość I²t na poziomie zwarcia instalacji należy sprawdzić pod kątem wytrzymałości adiabatycznej kabla. Fizyczne źródło linku musi być możliwe do zweryfikowania, ponieważ podrobiony element ma krzywiznę, która istnieje tylko na jego etykiecie. Bezpiecznik, który pomyślnie przejdzie kontrolę prądu i przepali którykolwiek z pozostałych, nie jest bezpiecznikiem, który jest „prawie sprawny”. Jest to element, którego funkcję ochronną raczej założono niż ustalono i założenie to zostanie sprawdzone w momencie, w którym jest to najważniejsze.