Automaatkaitselüliti

Kahepooluseline moodulkaitselüliti
10 A, B-tunnusjoon

Automaatkaitseüliti ehk kaitselüliti on lüliti, mis voolutugevuse liigsel suurenemisel, näiteks lühise või ülekoormuse korral vooluahela automaatselt katkestab.

Kaitselüliti oluline osa on relee (kas termorelee või elektromagnetrelee). Releed koos tema juurde kuuluva väljalülitusmehhanismiga nimetatakse vabastiks. Enamlevinud kaitselülitid on kas elektromagnetvabastiga, termovabastiga või kombineeritud vabastitega. Tänapäeval on suuremate nimivooludega kaitselülitite puhul üha enam levinud elektroonilised mikroprotsessorvabastid. Eraldi tooterühma moodustavad hüdromagnetiliste vabastitega kaitselülitid.

Kaitselüliti lahutab koormusahela kontaktid siis, kui vabastit läbib lubatust suurem vool ja see rakendub.

Esimesena kirjeldas automaatkaitselülitit oma patenditaotluses 1879 Thomas Alva Edison, kuigi hiljem kasutas ta tootmises sulavkaitset.

Tööpõhimõte

1 – lülitushoob
2 – lülitusmehhanism
3 – jõukontaktid
4 – ühendusklemmid
5 – termovabasti
6 – reguleerkruvi
7 – elektromagnetvabasti
8 – kaarekustutuskamber

Automaatkaitselüliti peab avastama ja välja lülitama normaalsest talitlusest kõrvalekalduva voolu – enamasti liigvoolu. Madalpingeautomaatkaitselülitites toimub see harilikult kaitselüliti korpuse sees, kõrgpingeautomaatkaitselülitites on harilikult juhtseade, mis tunneb ära liigvoolu ja käivitab vooluahela katkestamise mehhanismi. Elektromagnetkaitselülitit käivitab tavaliselt eraldi aku, kuigi mõnes kõrgpinge-automaatkaitselülitis on omaenese trafo, kaitsereleed ja vooluallika juhtseade.

Kui tuvastatakse ettenähtud piirväärtust ületav liigvool, siis peavad automaatkaitselüliti kontaktid avanema ja vooluahela katkestama. Mõned automaatkaitselülitid kasutavad mehaaniliselt salvestatud energiat, näiteks vedrusid või suruõhku, mõned katkestavad vooluahela liigvoolu enese energia abil. Väikeseid kaitselüliteid saab käsitsi sisse ja välja lülitada, suurematel võib olla vinnastamiseks kas käsiajam või ka elektrimootor, et lülitamiseks vajalikku energiat vedrudesse salvestada.

Kaitselüliti kontaktid peavad vastu pidama koormusvoolule ilma ülemäära kuumenemata ja elektrikaare tekitatavale kuumusele vooluahelat katkestades. Kontaktid valmistatakse vasest, vasesulamist, hõbedasulamist või teistest materjalidest. Kontaktide kasutuskestust vähendab vooluahela katkestamise käigus toimuv erosioon. Kaitselüliti kasuliku tööea pikendamiseks võivad neil olla vahetatavad kontaktid.

Kui vooluahel katkeb, tekib elektrikaar. See kaar tuleb enamasti hoida kaitselüliti korpuse sees, jahutada ja kustutada kontrollitud moel nii, et kontaktid oleksid ka edaspidi võimelised koormusvoolu liigselt kuumenemata juhtima. Erinevates kaitselülites võidakse kasutada keskkonnana, kus elektrikaar tekib, kas vaakumit, õhku, mõnda muud isoleerivat gaasi või õli.

Lõpuks, kui rikketingimused on kadunud, tuleb kontaktid jällegi sulgeda, et saaks taastada pinge katkenud ahelas.

Madalpingekaitselülitite liigitus

1250 A nimivooluga õhk-kaitselüliti (ACB) Emax (tootja ABB) esipaneel. Hooldustööde hõlbustamiseks on kaitselüliti jaotusseadme lahtrist väljatõmmatav. Rakendumistunnusjoon seadistatakse esipaneeli ülaosas paiknevate lülitite abil

Sõltuvalt ehitusest, võib madalpingekaitselülitid jagada kolme suuremasse klassi:

Moodulkaitselüliti (ingl. lüh. MCB – Moodulature Circuit Breaker)

Ühepooluselistest kinnistest moodulitest (mis sisaldavad eneses enamasti termomagnetilist vabastit, lahutusmehhanismi, kontakte ja kaarekustututit) kokkupandud kaitselüliti, tänapäeval tavaliselt hõlpsalt monteeritav DIN-montaažilatile. Kaitselüliti lisaseadmed (abikontaktid, täiendavad vabastid jne.) on monteeritavad kaitselüliti külge. Nimivoolude vahemik 0,1 A – 125 A.

Mitmepooluselised moodulkaitselülitid koosnevad enamasti mitmest ühepooluselisest omavahel ühendatud vabastimehhanismidega mooduliplokist, kuid valmistatakse ka väiksema nimivooluga (kuni 32 A) ühe standardmooduli (u.18 mm) laiuseid kahepooluselisi kaitselüliteid. Mitmepooluselised kaitselülitid võivad sisaldada ka rikkevoolukaitselüliti funktsioone. Aastal 2010 jõudsid Eesti turule väiksema nimivooluga moodulkaitselülitid, mis sisaldavad 1 mooduli laiuses korpuses ka rikkevooluvabastit.

Üks viimasemaid moodulkaitselülitite tehnilisi täiendusi on - sädelahendus(Arc Fault)vabasti – tootena kas rikkevoolukaitse moodulformaadi sisuline edasiarendus või täiendavalt liigvoolu kaitseautomaadi külgeühendatav elektrooniline vabastimoodul, mis tuvastab kaitselüliti poolt kaitstavas ahelas sädelemise- kaarleegi kas vigastatud isolatsiooniga tööjuhtide vahel või vigastatud tööjuhis eneses.

Ahelates sädelahendused on tuleohutuse seisukohalt väga ohtlikud, kuid need ei ole teiste kaitseviisidega avastatavad.

Käsitletud sädeluskaitse ei reageeri kaarleegi poolt tekkivale valgustele, valgusanduriga seadmed mis reageerivad kilbis tekkiva kaarleegi ja lisaks samaaegse voolu järsu kasvu korral, on omaette seadmed, mis kasutavad tuvastatud kaarleegi ahela toite kiireks katkestamiseks liigvoolu kaitseautomaadi vabastit

Kompaktkaitselüliti (ingl. lüh. MCCB – Moulded Case Circuit Breaker)

Ühes kompaktses korpuses paiknev enamasti mitmepooluseline kaitselüliti, elektrikaare kustutamine toimub kaitselüliti sees. Erinevad lisaseadmed on enamasti monteeritud (või on monteeritavad) samasse korpusesse. Nimivoolude vahemik 10 A – 1600 A.

Õhkkaitselüliti (ingl. lüh. ACB – Air Circuit Breaker)

Ühes korpuses paiknev mitmepooluseline lahtine kaitselüliti – elektrikaar paiskub lülitamisel kaitselülitist välja. Nimivoolude vahemik 800 A – 6300 A.

Madalpinge kaitselülitite olulisemad tunnussuurused

• Nimivool I_n
• Nimilahutusvõime lühisel I_cn
• Maksimaalne lahutusvõime lühisel I_cu
• Korduv lahutusvõime lühisel I_cs
• Nimi-lühiajataluvusvool I_cw
• Nimipinge U_n
• Kasutuskategooria
• Nimi-impulsstaluvuspinge U_imp

Madalpinge kaitselülitite rakendumistunnusjooned

Kaitselüliti rakendumistunnusjoon on teda läbiva voolu ja selle voolu toimel rakendumise aja vahelise sõltuvuse graafiline kujutis. Kompakt- ja õhkkaitselülitite rakendumistunnusjooned ja nende modifitseerimise võimalused on enamasti ära toodud tootja poolt kaasa antavas tehnilises dokumentatsioonis ja vastavates tootekataloogides.

Moodulkaitselülitite valiku ja vahetatavuse lihtsustamiseks tähistatakse moodulkaitselülitite tüüpilisi rakendumistunnusjooni täh(tede)ega (näiteks A, B, C, D, E, G, H, HG, K, L, MA, R, S, U, Z) . Eestis kehtivas kodutarbijate jms paigaldistes (kus lülitusi pääsevad tegema elektrialast koolitust mitteomavad isikud) kasutatavatele moodulkaitselülititele on asjakohases tootestandardis (EVS-EN 60898) kindlaks määratud kolm rakendumistunnusjoont B, C, D. Muud moodulkaitselülitite rakendumistunnusjooned ei ole standarditega reglementeeritud, tööstuspaigaldistes kasutavate kaitselülitite üldstandard (EVS-EN 60947-2) esitab vaid üldised nõuded kaitselülitite erinevatele näitajatele.

Tunnusjoon	Elektromagnetvabasti rakendusvool ×In	Kasutusala
A, R, Z	2–3	juhtahelad, elektroonika
B	3 – 5	aktiivkoormus
C	5–10	induktiivkoormus
K	8–15	mootorikoormus
D	10–20	väga suure käivitusvoolutõukega koormus
E	5–6,25	selektiivne peakaitselüliti

Termovabastite rakendusvool on kõigil ühesugune ning jääb sõltuvalt ülekoormuse kestusest vahemikku (1,13–1,45)I_n. 1,13I_n peab taluma üks tund ning 1,45I_n tuleb lahutada ühe tunniga.

Moodulkaitselülitite nimivoolude rida amprites

0,5; 1; 1,6; 2; 3; 4; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125

Kasutamine alalisvooluahelas

Liinikaitselüliteid võib kasutada ka alalisvooluahelate kaitseks, kuid siis tuleb arvestada tunnusjoonte mõningasi muutusi.

Termovabasti tunnusjoon ei muutu alalis või vahelduvvooluahelas.

Probleem on elektromagnetvabasti rakendumisel alltoodud tabelis toodud rakendusvooludest suuremate alalis(lühis)voolude korral. mis sisusliselt hävitavad moodulkaitse sisu, mistõttu on vahelduvvoolu moodulkaitsete kasutamine suhteliselt suurt lühisvoolu tootvate toiteallikate (päiksepaneelide stringid-inverterid, akupangad, jms.) aheletes vale lahendus, tuleb kasutada DC lühisevabastiga kaitseid, mis ei tohi maha põleda lubatud piires alalisvoolu lühiste tekkimisel. (või kaitseautomaatide asemel sulareid kasutada).

Turul on ka universaalseid moodulkaitseseeriaid, mis on vastava AC - DC tähistusega ja on tavalisest AC kaitsest suurema alalisvoolu taluvusega lühisevabastiga.

Elektromagnetilise vabasti hoidevoolu väärtus ei muutu, rakendusvool suureneb aga 1,5 korda.

Tunnusjoon	Elektromagnetvabasti hoidevool ×In	Elektromagnetvabasti rakendusvool ×In
A, R, Z	2	4,5
B	3	7,5
C	5	15
K	8	22,5
D	10	30

Selektiivsus

Kaitselülitite selektiivsuse all mõeldakse järjestikku ühendatud kaitselülitite karakteristikute sellist valikut, et rikke korral lülituks välja ainult rikkekohale lähim kaitselüliti ja ülejäänud elektripaigaldise osad jääksid endiselt pingestatuks. Eristatakse täielikku ja osalist selektiivsust. Täieliku selektiivsuse korral on tagatud järjestikku ühendatud kaitselülitite selektiivne rakendumine kõigi selles elektripaigaldise osas esineda võivate lühisvoolude korral, osalise selektiivsuse korral on selektiivsus tagatud ainult lühisvoolu teatava maksimaalväärtuseni.

Täielikult selektiivse kaitsesüsteemi ehitamiseks tuleb üksteise järele ühendatavad kaitselülitid hoolikalt valida, pidades silmas nii nende kaitselülitite rakendumistunnusjooni kui ka elektripaigaldises liigkoormus- ja lühisvoolude kõiki esineda võivaid väärtusi. Kui tegemist on lühisenergiat piiravate kaitselülititega, siis on mõistlik kasutada konkreetsete kaitselülitite paaride koos katsetamisel saadud katsetulemustel põhinevaid selektiivsustabeleid.

NB! Kodutarbijate jms paigaldistes kasutatavate rakendumistunnusjoontega (B, C ja D) moodulkaitselülitid ei ole reeglina üksteise suhtes lühise korral selektiivsed, kuigi seda vahel ekslikult arvatakse.

Kaitselüliti valik

Kaitselüliti nimivool tuleb valida kaabli ristlõike pindala, paigaldusviisi ja materjali järgi (näiteks 0,75 mm² ristlõikega vaskkaablile tohib rakendada voolutugevust kuni 6 A).

Nimivoolu valimisel tuleb samas arvestada ka pistikupesade, valgustilülitite ja klemmide maksimaalset lubatud voolu. Kui kaabli maksimaalne lubatud koormus on 25 A, aga pistikupesal ainult 16 A, siis ei tohi seda ahelat kaitsva kaitselüliti nimivool ületada 16 A. Kui pistikupesa maksimaalne lubatud koormusvool on 16 A, aga kaablil ainult 10 A, siis ei tohi kaitselüliti nimivool olla suurem kui 10 A.

Välislingid

• Raivo Teemets, Endel Risthein. Elektripaigaldiste aparatuuri ja juhtimise täiendkoolitus (1.5. Kaitselülitid)
• Kaitselülitid