Mersen — Przytorowe szafy zasilania i automatyki

Szafa przytorowa stoi na końcu długiego kabla, przy własnym uziemieniu i bez ekranu wokół. Przepięcie dociera do niej dwiema drogami. Pierwsza przez sieć zasilającą. Druga to napięcie zaindukowane w pętli, którą tworzy kabel zasilający razem z uziemieniem szafy. IEC 61643-11 dzieli ograniczniki według kształtu prądu probierczego, którym bada się każdy z typów. Typ 1 bada się udarem 10/350 µs, odwzorowującym prąd wyładowania bezpośredniego. Typ 2 — udarem 8/20 µs, czyli składową indukowaną. Przy tej samej wartości szczytowej prądu energia udaru 10/350 jest o rząd wielkości większa. Dlatego obiekt z instalacją odgromową albo z zasilaniem napowietrznym wymaga na wejściu typu 1, a typ 2 pracuje dopiero za nim.

O trwałości ogranicznika nie decyduje liczba zadziałań, lecz technologia elementu ochronnego. Warystor metalowo-tlenkowy przewodzi pod napięciem roboczym prąd rzędu dziesiątek mikroamperów i z każdym odprowadzonym udarem traci część zdolności ograniczania — napięcie zadziałania powoli spada, prąd upływu rośnie, a rosnący upływ grzeje element. To dlatego wykonania warystorowe wyposaża się w odłączenie termiczne i wskaźnik zużycia. Iskiernik zachowuje się inaczej. W stanie czuwania jest przerwą w obwodzie, nie przewodzi prądu roboczego i nie ma czego tracić między udarami. Zużywają się wyłącznie elektrody, śladowo przy każdym wyładowaniu, więc przy udarach mieszczących się w parametrach aparat pracuje praktycznie bez końca. Cena tej odporności to prąd następczy: po zgaszeniu udaru łuk podtrzymuje napięcie sieciowe i ogranicznik musi ten prąd zgasić samodzielnie, przy przejściu przez zero.

Seria K zdejmuje z projektanta dwa kłopoty montażowe. Pierwszy to dobezpieczanie. Karta podaje największy bezpiecznik przed ogranicznikiem 315 A gG i wytrzymałość zwarciową Isccr 25 kA. Jeżeli zabezpieczenie obwodu nie przekracza 315 A gG, a spodziewany prąd zwarciowy w miejscu zabudowy mieści się w 25 kA, osobny bezpiecznik dobezpieczający jest zbędny. W ciasnej szafie przytorowej zwalnia to pole na szynie TH35 i skraca tor prądowy do ogranicznika, co obniża spadek napięcia na przewodach przyłączeniowych podczas udaru. Drugi kłopot to obsługa. Ogranicznik ma budowę wtykową: zaciski i tor prądowy zostają w podstawie, element ochronny siedzi w wymiennej wkładce. Tor prądowy jest oddzielony od mechanizmu trzymającego wkładkę, więc wkładka wychodzi bez rozkręcania zacisków i bez ruszania sąsiednich aparatów. Przydaje się to dwa razy. Pomiar rezystancji izolacji obwodu wymaga odłączenia elementu ochronnego — tutaj sprowadza się to do wyciągnięcia wkładki i włożenia jej z powrotem po pomiarze. A gdy wkładka po latach dobiegnie końca życia, wymienia się samą wkładkę — podstawa i okablowanie zostają na miejscu. Wersja K1 to typ 1+2: na tor fazowy In 20 kA (8/20 µs), Iimp 12,5 kA (10/350 µs) i Imax 50 kA. Wersja K2 to typ 2 o In 20 kA i Imax 50 kA. Tor N–PE przenosi znacznie więcej — moduł K1-1PG ma In 50 kA, Imax 100 kA i Iimp 50 kA. Poziom ochrony Up zależy od napięcia trwałej pracy: ≤1 kV przy Uc 175 V, ≤1,5 kV przy 275 i 320 V oraz ≤2 kV przy 440 V.

Do tego obszaru przeznaczony jest również K1H-4PG255LF-M — ogranicznik iskiernikowy w układzie 3+1, typ 1+2, do sieci TT i TN-S 230/400 V. Schemat wewnętrzny to cztery iskierniki: trzy w torach fazowych do przewodu neutralnego i czwarty między N a PE. Iimp wynosi 25 kA na tor fazowy i 100 kA w torze N–PE. Po zapłonie impedancja iskiernika spada niemal do zera, więc poziom ochrony Up trzyma się na ≤1,5 kV dla L–N i N–PE oraz ≤1,8 kV dla L–PE — przy prądzie udarowym 25 kA. Prąd następczy Ifi 100 A aparat gasi sam. Uc 255 V, Isccr 25 kA, bezpiecznik dobezpieczający do 250 A gG, cztery moduły na szynie. Brak przewodzenia w stanie czuwania daje prąd resztkowy Ipe poniżej 10 µA, więc ogranicznik nie podnosi prądu różnicowego obwodu i nie wywołuje zadziałań wyłącznika różnicowoprądowego w szafie — to samo, co zdejmuje potrzebę okresowej kontroli upływu. Wytrzymałość na przepięcia dorywcze sięga 440 V przez 120 minut w torze L–N w trybie fail-safe i 1200 V przez 200 ms w torze N–PE, co pokrywa zerwanie przewodu neutralnego i przeniesienie potencjału z sieci wysokiego napięcia. Wybór między wykonaniami sprowadza się do warunków obiektu: seria K tam, gdzie liczy się miejsce na szynie i możliwość wyjęcia wkładki do pomiaru izolacji, K1H tam, gdzie szafa ma pracować latami bez obsługi, a prąd upływu do PE jest niepożądany.

Obwody pomocnicze zabezpieczają wkładki cylindryczne gG i aM: 10×38 na 0,5–32 A, 14×51 na 1–50 A i 22×58 na 2–125 A, do 690 V AC przy prądzie wyłączalnym 120 kA. Te same wkładki mają zdolność wyłączania w obwodach prądu stałego: 100 kA przy 250 V DC. W szafie, gdzie obok toru przemiennego pracują obwody bateryjne i wyjścia przetwornic, jeden typoszereg gniazd obsługuje obie strony. Powyżej 250 V DC potrzebny jest inny typ — do tego służą wkładki Protistor® 20×127 klasy gR na 1000 i 1500 V DC oraz 20×190 klasy gRC na 1500 V DC. Dobór prowadzi się w tej kolejności: najpierw typ ogranicznika z kwalifikacji strefowej obiektu, potem Up wobec wytrzymałości udarowej chronionego urządzenia, na końcu Isccr wobec prądu zwarciowego i wartość bezpiecznika stojącego przed ogranicznikiem.