Selektywność zabezpieczeń - Podstawy w układach elektroenergetycznych

Odpowiedni dobór i konfiguracja zabezpieczeń w elektroenergetyce pozwala skutecznie ograniczyć skutki ewentualnych awarii do możliwie jak najmniejszej części danej instalacji elektrycznej. Dzięki temu można z wysokim prawdopodobieństwem przewidywać zachowanie urządzeń zabezpieczających daną sieć w sytuacji, gdy w jednym z obwodów dojdzie do zwarcia, przeciążenia czy przetężenia. W dalszej części artykułu opisujemy podstawy selektywności zabezpieczeń oraz omawiamy najważniejsze pojęcia i kwestie związane z tym zagadnieniem w odniesieniu do instalacji niskiego napięcia.

Selektywność zabezpieczeń - definicja

W polskim porządku prawnym nadprądowa selektywność zabezpieczeń została zdefiniowana w normie PN-EN 60947-1, zgodnie z którą selektywność nadprądowa to koordynacja charakterystyk dwóch lub więcej zabezpieczeń nadprądowych w taki sposób, aby w przypadku wystąpienia przetężeń w określonych granicach, urządzenie mające pracować w tych granicach zadziałało, podczas gdy pozostałe nie zadziałają.

Ujmując rzecz prościej: selektywność zabezpieczeń to takie stopniowanie bezpieczników, wyłączników i rozłączników, które ma zapewnić wybiórczość, czyli wyłączenie tylko tej części instalacji (zazwyczaj obwodu), w której doszło do zwarcia bądź przeciążenia. Co istotne, ma to nastąpić tak, aby pozostałe części instalacji funkcjonowały bez zakłóceń.

Warto w tym miejscu podkreślić, że selektywność zabezpieczeń w instalacjach elektrycznych jest nakazana obowiązującymi w Polsce przepisami prawa - dokładniej rzecz biorąc chodzi o Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (tekst jednolity: Dz.U. z 2022 r. poz. 1225), które obliguje do dobierania zabezpieczeń w instalacjach elektrycznych zgodnie z zasadą selektywności (wybiórczości).

Selektywność - główne rodzaje

Jak już powiedzieliśmy, selektywność zabezpieczeń można w pewnym uproszczeniu uznać za zdolność danej instalacji do wyizolowania uszkodzonego segmentu sieci w przypadku awarii bez wpływu na pozostałe części systemu. W praktyce oznacza to, że w przypadku zwarcia lub przeciążenia ma zadziałać jedynie zabezpieczenie znajdujące się najbliżej źródła zakłócenia, nie wpływając na pozostałe zabezpieczenia znajdujące się wyżej w hierarchii. Zabezpieczenia selektywne powinny być stosowane zarówno w instalacjach domowych, jak i w obiektach przemysłowych czy komercyjnych.

Dla przykładu, w budynku mieszkalnym dzięki dobraniu odpowiednich bezpieczników i wyłączników nadprądowych, awaria jednego obwodu (np. zasilania gniazd w kuchni) nie powinna powodować wyłączenia zasilania w całym mieszkaniu. Co w tym kontekście istotne, przywołana wcześniej norma PN-EN 60947-1 stanowi, że selektywność zabezpieczeń może być realizowana w sposób pełny lub częściowy.

Selektywność pełna polega na takim doborze zabezpieczeń i ich charakterystyk czasowo-prądowych, aby w przypadku szeregowego połączenia zawsze zadziałało wyłącznie urządzenie zabezpieczające po stronie obciążenia, zapewniając ochronę bez wyzwolenia drugiego zabezpieczenia.

Selektywność częściowa to z kolei dobór zabezpieczeń oraz ich charakterystyk czasowo-prądowych w taki sposób, że świadomie dopuszcza się do sytuacji, w której w danym obszarze charakterystyk zabezpieczenia nie zadziałają selektywnie. Prościej mówiąc, zabezpieczenie pracuje selektywnie wyłącznie do określonej wartości prądu, po której przekroczeniu uruchamia także kolejne w strukturze zabezpieczenie nawet jeśli w miejscu awarii wartość przetężenia nie osiągnęła jeszcze maksymalnego poziomu.

Dlaczego selektywność zabezpieczeń jest ważna?

Selektywność zabezpieczeń jest istotna nie tylko ze względu na konieczność spełnienia ustawowego wymogu wobec instalacji elektrycznych. Prawidłowo zaprojektowane i zrealizowane zabezpieczenia, które zadziałają zgodnie z zasadą selektywności, przekładają się także na:

• bezpieczeństwo użytkowników instalacji - redukcja skutków zwarć i przeciążeń minimalizuje ryzyko porażenia prądem, uszkodzenia instalacji oraz wybuchu pożaru;
• funkcjonalność instalacji i ciągłość dostaw energii elektrycznej - odłączenie jedynie uszkodzonego obwodu umożliwia dalszą pracę wszystkich pozostałych obwodów i podłączonych do nich odbiorników bez przerw w zasilaniu. Ma to ogromne znaczenie np. w przemyśle, gdzie nawet krótkie przestoje linii produkcyjnych mogą przynosić ogromne straty finansowe;
• skuteczną ochronę urządzeń elektrycznych - zabezpieczenia działające w systemie wybiórczym minimalizują ryzyko uszkodzenia elektroniki użytkowej (komputery, laptopy, sprzęt RTV i AGD itd.).

Metody osiągania selektywności w układach elektroenergetycznych

Jeszcze kilkadziesiąt lat temu zabezpieczenie selektywne instalacji polegało w głównej mierze na takim doborze wkładek topikowych, aby ich wartości prądowe sukcesywnie malały w miarę oddalania się od głównego przyłącza energetycznego. Obecnie zasada ta znajduje zastosowanie jedynie w ogólnym sensie, ponieważ na pracę poszczególnych urządzeń zabezpieczających instalację elektryczną ma wpływ wiele czynników - w tym np. temperatura otoczenia czy wilgotność powietrza.

Ogólnie rzecz biorąc przyjmuje się jednak, że aby osiągnąć pełną selektywność zabezpieczeń, zawsze należy je dobierać w taki sposób, aby ich charakterystyki czasowo-prądowe nie przecinały się, a czas zadziałania był jak najkrótszy w miarę oddalania się od źródła zasilania. Mówiąc prościej, najszybciej zawsze powinny działać zabezpieczenia nadprądowe poszczególnych obwodów, natomiast zabezpieczenia główne powinny uruchamiać się na samym końcu.

Selektywność zabezpieczeń - kalkulator jako pomoc przy projektowaniu

W razie potrzeby samodzielnego stworzenia projektu zabezpieczeń spełniających wymóg selektywności, można wykorzystać kalkulator zabezpieczeń prądowych - narzędzia tego typu są dostępne online, m.in. na stronach internetowych producentów osprzętu elektroinstalacyjnego. Największą zaletą kalkulatora selektywności zabezpieczeń jest automatyczne obliczanie i dobieranie wartości oraz charakterystyk czasowo-prądowych poszczególnych zabezpieczeń w zależności od miejsca i roli w strukturze instalacji.

Podsumowanie

Selektywność zabezpieczeń ma podstawowe znaczenie dla bezpieczeństwa eksploatacji danej instalacji elektrycznej, dlatego nie wolno zaniedbywać tej kwestii na etapie projektowania i realizacji instalacji w budynku. Dotyczy to nie tylko budownictwa mieszkaniowego, ale również obiektów komercyjnych i przemysłowych. Prawidłowo zrealizowana selektywność zabezpieczeń pozwoli ograniczyć skutki awarii do minimum i utrzymać ciągłość zasilania w pozostałej części instalacji.

W razie pytań zapraszamy do kontaktu - nasi specjaliści chętnie odpowiedzą na pytania i wyjaśnią wątpliwości.