Zaštita vodiča od nedozvoljenog opterećenja i kratkog spoja u niskonaponskim električnim instalacijama najčešće se rješava upotrebom osigurača. Osigurači se postavljaju na početku vodiča, u smjeru dolaska struje, i predstavljaju osnovni element zaštite od preopterećenja i požara.
Uloga osigurača u zaštiti vodiča
Osigurač štiti vodič tako da, pri nedozvoljenoj struji, prekida strujni krug u kojem je smješten. Prekid može nastati:
- taljenjem rastalnog umetka u osiguraču
- elektromagnetskim djelovanjem
- termičkim djelovanjem (savijanje bimetalne trake)
Na taj se način sprječava pregrijavanje vodiča, oštećenje opreme i nastanak požara.
Smještaj osigurača u instalaciji
Ako se u instalaciji neposredno pokraj osigurača postavlja i prekidač, preporučuje se da se osigurač postavi iza prekidača. Tada se osigurač mijenja pri otvorenom prekidaču i nije pod naponom.
Kod korištenja automatskih prekidača osigurač se obavezno postavlja iza prekidača. Zaštita se može izvesti za dvožičnu mrežu jednopolno ili dvopolno. U trofaznom sustavu na nulti vodič se ne postavlja osigurač.
Podjela osigurača prema načinu prekidanja strujnog kruga
Prema načinu prekidanja strujnog kruga osigurači se dijele na:
- rastalne osigurače
- automatske osigurače
Prema IEC i drugim važećim standardima osigurači u instalacijama moraju biti konstruirani tako da prekid strujnog kruga nastaje u zatvorenom prostoru, bez mogućnosti nastanka požara, uz vidljiv indikator prekida strujnog kruga te osiguranu strujnu nezamjenljivost (onemogućena zaobilaženja osigurača i umetanje umetka previsoke struje).
Osnovne nazivne karakteristike osigurača
Nazivni napon osigurača je najniža vrijednost nazivnog napona bilo kojeg njegovog dijela (tijelo osigurača, kalibracijski prsten, kapa, rastalni umetak). Nazivni napon rastalnog umetka može biti veći od nazivnog napona držača u kojem se koristi.
Standardne vrijednosti nazivnih napona osigurača su:
- istosmjerni sustav: 110, 125, 220, 250, 440, 460, 500, 600, 750 V
- izmjenični sustav: 120, 208, 220 (230), 240, 277, 380 (400), 415, 480, 500, 600, 660 (690) V
Nazivne struje osigurača najčešće su: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 i 1250 A.
Nazivna struja držača osigurača mora biti izabrana iz niza nazivnih struja rastalnih umetaka, osim ako posebnim standardima nije drugačije određeno.
Vrijeme-struja karakteristike rastalnih osigurača
Karakteristike vrijeme-struja rastalnih umetaka daju se za trajanje taljenja duže od 0,1 s. Struja se prikazuje na apscisi, a vrijeme na ordinati, pri čemu se obično koristi logaritamska skala na obje osi.
Karakteristika vrijeme-struja ovisi o konstrukciji osigurača te o temperaturi okolnog zraka i uvjetima hlađenja. Ako nije drugačije navedeno, pretpostavlja se temperatura okoline od 20 °C.
Definiraju se:
- nazivna struja netaljenja (Inf) – struja koju rastalni umetak može podnijeti tijekom određenog (nazivnog) vremena bez taljenja
- nazivna struja taljenja (If) – struja koja izaziva taljenje rastalnog umetka tijekom određenog (nazivnog) vremena
Nazivna vremena taljenja i nazivna moć prekidanja
Nazivna vremena taljenja definiraju se standardima, a ovise o vrsti i namjeni osigurača.
Nazivna moć prekidanja rastalnog umetka je vrijednost očekivane struje (efektivna vrijednost za izmjeničnu struju) koju osigurač može sigurno prekinuti za određeni napon i uvjete rada. Proizvođač navodi nazivnu moć prekidanja u odnosu na nazivni napon, a minimalne vrijednosti propisane su posebnim normama za pojedine vrste osigurača.
Ugradnja osigurača u niskonaponskim sustavima
Osigurač se ne smije postavljati u krug neutralnog vodiča jednofaznih ili višefaznih strujnih krugova.
U TN sustavima napajanja osigurač kao zaštitni uređaj od prekomjerne struje, koji služi i kao zaštita od indirektnog dodira automatskim isključivanjem napajanja, mora se postavljati na početku svakog strujnog kruga te na svim mjestima gdje se smanjuje presjek vodiča.
U IT sustavima napajanja osigurač kao zaštita od preopterećenja pri pojavi druge greške mora se također postavljati na početku svakog strujnog kruga i na svim mjestima gdje se smanjuje presjek vodiča.
Ogranci od kabelskih i nadzemnih niskonaponskih mreža osiguravaju se pri ulasku u mrežu.
Klasifikacija osigurača
Prema načinu prekidanja strujnog kruga osigurači se dijele na rastalne i automatske. Rastalni umetci osigurača su dio koji se zamjenjuje nakon djelovanja osigurača.
Prema IEC i drugim standardima osigurači se u općem slučaju dijele prema:
- konstrukciji
- karakteristikama djelovanja
Rastalni instalacijski osigurači – podjela prema konstrukciji
Zaštita vodiča od preopterećenja i struja kratkog spoja načelno se provodi tako da se u vodič namjerno ubaci dio tanje žice, koja se prije istopi nego što vodič dosegne nedozvoljenu temperaturu. Rastalna žica obično je od srebra, cinka ili druge prikladne legure.
U konstrukcijskom smislu rastalni osigurači izrađuju se kao:
- instalacijski rastalni osigurači tipa D (osigurači s vijkom)
- instalacijski osigurači tipa B (osigurači sa lamelom)
- minijaturni osigurači (ugrađuju se neposredno u prijemnike)
- niskonaponski rastalni osigurači velike prekidne moći (NV osigurači)
Osigurači tipa D
Osigurači tipa D koriste se u kućnim i jednostavnijim instalacijama za napone 220, 240, 380 i 415 V, za istosmjernu ili izmjeničnu struju, do struja 100 A. Često se nazivaju instalacijskim osiguračima.
Standardno se izrađuju u veličinama:
- D II
- D III
- D IV
- D V
Podnožje D II je za struje do 25 A, D III do 63 A, a D V do 100 A. Postoje različita podnožja, primjerice za priključivanje s prednje strane (UZ podnožje), sa stražnje strane (TZ podnožje), za ugradnju u uređaje te za nadzemne vodove.
Kalibracijski prsten je zamjenjivi dio podnožja i služi za sprječavanje zamjenljivosti. Na njemu su naznačeni nazivni napon i nazivna struja, a površina je obojana propisanom bojom. I rastalni umetci označeni su istim bojama kako bi se onemogućilo umetanje umetka veće nazivne struje od dopuštene.
Karakteristični podaci za osigurače tipa D
Strujna nezamjenljivost je konstrukcijska osobina koja onemogućuje da se u podnožju ostvari kontakt između umetka i prstena ako je umetak veće nazivne struje od dopuštene. Umetci većih struja imaju širi vrh pa ih nije moguće umetnuti u manja podnožja. Umetak manje struje može se ugraditi u veće podnožje, što ne predstavlja opasnost.
Oznaka D upućuje na postignutu strujnu nezamjenljivost upotrebom različitih promjera prstena i vrata umetka.
Selektivnost osigurača znači da osigurač manje nazivne struje mora djelovati prije sljedećeg osigurača većeg stupnja. Primjerice, umetak 10 A mora pregorjeti prije umetka 16 A.
Sigurnost kod kratkog spoja je svojstvo osigurača da, bez mehaničkog i termičkog razaranja, izdrži struju kratkog spoja u krugu u kojem je ugrađen.
Snaga prekida je najveća struja koju osigurač može prekinuti pri nazivnom naponu bez pojave trajnog luka, plamena ili oštećenja. Struja kratkog spoja je veća, a struja prekidne moći najčešće se kreće od nekoliko do više kA.
Osigurači tipa B
Osigurači tipa B su kalibracijski osigurači koji se sastoje od dvije cilindrične kapice i rastalnog umetka. Standardni nazivni napon je 250 V, a nazivna struja najčešće 5, 10, 16, 31,5 i 63 A. Izrađuju se samo za izmjeničnu struju.
Strujna nezamjenljivost postiže se različitim dimenzijama kapa za pojedine nazivne struje. Rastalni umetak određene struje ne može se zamijeniti umetkom veće struje bez zamjene kape. Dijelovi pod naponom nisu dostupni dodiru kada je osigurač pravilno sastavljen.
Osigurači tipa N
Osigurači tipa N sastoje se od dviju osnova i rastalnog umetka s nožastim kontaktima. Namijenjeni su industrijskim postrojenjima i njima smiju rukovati samo stručno osposobljene osobe, jer su rastalni umetci lako dostupni.
Podjela rastalnih umetaka prema karakteristikama djelovanja
A. Normalni (brzi) osigurači
Prema IEC standardima vrijeme djelovanja normalnih rastalnih umetaka mora biti kraće od propisanih vrijednosti. Vrijeme djelovanja ne smije biti manje od 10 s pri ispitnoj struji od 1,75 puta nazivne struje.
Brzi osigurači često nisu pogodni za zaštitu motora jer struja uključenja asinkronih motora može doseći 4 do 8 puta nazivnu struju. Ako je nazivna struja osigurača preblizu nazivnoj struji motora, osigurač će pregorjeti pri svakom pokretanju, pa se moraju odabrati jači osigurači ili druga zaštitna rješenja. To često vodi slabijem iskorištenju presjeka vodiča.
B. Tromi osigurači
Tromi rastalni umetci imaju produženo vrijeme djelovanja i pogodni su za strujne udare pri uključenju većih rasvjetnih opterećenja ili motora. Vrijeme djelovanja pri višim strujama mora biti duže od onog za brze umetke, ali ne smije biti dulje od 6 s pri ispitnoj struji 5 puta većoj od nazivne.
Kod rasvjetnih krugova i motora tromi umetci omogućuju bolje iskorištenje vodiča jer podnose kratkotrajne udarne struje bez nepotrebnog ispadanja.
C. Ultrabrzi osigurači
Ultrabrzi rastalni osigurači koriste se u elektroničkim uređajima i sklopovima, posebno za zaštitu dioda i tiristora od kratkih spojeva. Obično se spajaju u seriju sa zaštićenim elementima.
D. Osigurači velike prekidne moći (NVO ili NV osigurači)
Razvojem mreža velikih snaga javila se potreba za rastalnim osiguračima koji mogu prekidati vrlo velike struje kratkog spoja. To su niskonaponski visokoučinski osigurači (NV osigurači), cjevastog oblika, pravokutnog ili sličnog presjeka.
NV osigurači se koriste za napone 220, 380, 500, 600 i 900 V, a za struje od 2 do 1250 A.
Automatski osigurači
Nedostatak rastalnih osigurača je potreba za zamjenom umetka nakon djelovanja, što traži vrijeme, rezervne umetke i dodatni trošak. Zbog toga se u kućnim i tvorničkim instalacijama sve češće koriste instalacijski automatski osigurači.
Automatski osigurač prekida strujni krug pri preopterećenju ili kratkom spoju, ali bez uništavanja materijala. Nakon otklanjanja kvara osigurač se jednostavno ponovno uključi.
Automatski osigurači se obično izrađuju za struje 6, 10, 16, 20 i 25 A i napone 220 i 380 V. Uz pravilno odabrane karakteristike omogućuju dobro iskorištenje vodiča jer podnose uobičajene strujne udare pri uključenju potrošača.
Pogrešan izbor osigurača može uzrokovati:
- neučinkovite zaštitne mjere od previsokog dodirnog napona
- preopterećenje vodiča i opasnost od požara
- nepostojanje selektivnosti – ispadanje većeg dijela objekta zbog male greške na periferiji
Izbor osigurača u niskonaponskim instalacijama
Struja vodiča pri normalnom radu instalacije (IB) mora biti manja od nazivne struje osigurača ili nazivne struje zaštitnog uređaja (In), a ta vrijednost mora biti manja od trajno dozvoljene struje vodiča (Iz).
Radna karakteristika nadstrujnog zaštitnog uređaja (osigurača) mora zadovoljiti dva osnovna uvjeta:
- IB ≤ In ≤ Iz
- I2 ≤ 1,45 Iz
pri čemu su:
- IB – pogonska struja strujnog kruga
- In – nazivna struja zaštitnog uređaja (osigurača ili automatskog prekidača)
- Iz – trajno podnosiva struja vodiča
- I2 – struja pri kojoj je osigurano pouzdano djelovanje zaštitnog uređaja (veća ispitna struja)
Česta pitanja o niskonaponskim osiguračima (FAQ)
Niskonaponski osigurač štiti vodiče i opremu od preopterećenja i kratkog spoja. Kada struja pređe dopuštenu vrijednost, osigurač prekida strujni krug i sprječava pregrijavanje vodiča, oštećenje opreme i nastanak požara.
Rastalni osigurač ima umetak koji se pri prevelikoj struji trajno rastali i mora se zamijeniti novim. Automatski osigurač prekida strujni krug bez uništavanja elemenata i nakon otklanjanja kvara jednostavno se ponovno uključi.
Ne, osim ako se istovremeno ne poveća presjek vodiča i ne provjeri cijela instalacija. Stavljanje jačeg osigurača bez proračuna može dovesti do pregrijavanja vodiča i požara. Problem treba rješavati otklanjanjem uzroka preopterećenja, a ne “nabijanjem” jačeg osigurača.
U praksi se za standardne utičnice najčešće koriste osigurači ili automatski prekidači nazivne struje 16 A, uz odgovarajući presjek vodiča. Točan izbor ovisi o projektu instalacije i važećim normama te ga treba prepustiti stručnoj osobi.
Selektivnost znači da pri kvaru prvo djeluje osigurač najbliži mjestu kvara, a ne glavni osigurač. Time se izbjegava ispadanje cijelog objekta zbog male greške na jednom potrošaču. Nepravilna selektivnost dovodi do nepotrebnog nestanka napona na većem dijelu instalacije.
Rastalni osigurači su i dalje potpuno ispravna i sigurna zaštita ako su pravilno dimenzionirani. Međutim, automatski osigurači su praktičniji za svakodnevnu uporabu, brži za ponovno uključivanje i lakši za selektivno planiranje, pa se sve češće koriste u novim i rekonstruiranim instalacijama.
Pravilnim izborom osigurača sprječavate požar i skupa oštećenja
Ispravno odabrani i ugrađeni niskonaponski osigurači ključni su za sigurnost električnih instalacija. Nepravilno dimenzioniranje ili nepoštivanje selektivnosti može dovesti do pregrijavanja vodiča, požara, čestih ispada napajanja i ugroze sigurnosti ljudi. Zato je kod projektiranja i održavanja instalacija nužno poštovati norme, tehničke karakteristike osigurača i principe zaštite od preopterećenja i kratkog spoja.