Zekeringgids met hoge breekcapaciteit: waarden, typen en relaisbescherming

Een 100 A NH-zekeringelement met een uitschakelvermogen van 120 kA en een 100 A-verbinding met een uitschakelvermogen van 20 kA zien er op de plank vrijwel identiek uit, voeren bij normaal gebruik dezelfde stroom en passen vaak in dezelfde houder. Ze gedragen zich heel anders als er voor de eerste keer kortsluiting optreedt, en een van hen kan het paneel vernietigen dat hij wilde beschermen.

De beoordeling die dit beslist, is niet de stroomsterkte die het grootst op de cilinder staat afgedrukt. Het is het uitschakelvermogen, afgestemd op de verwachte kortsluitstroom op dat exacte punt in de installatie, ondersteund door de doorgelaten energie en de juiste gebruikscategorie. In de onderstaande paragrafen wordt uitgelegd wat elk beoordelingsveld betekent, hoe de zekering een fout onderbreekt en waar zekeringen en relais samenkomen in een bedieningspaneel.

Waarvoor is een zekering met een hoge breekcapaciteit geschikt?

HRC staat voor hoge breekcapaciteit en beschrijft een zekering die is gebouwd om foutstromen te onderbreken die veel groter zijn dan de stroom die deze dagelijks transporteert. Een NH-bladzekering van 100 A kan worden getest tot 120 kA bij 415 V AC. Een huishoudelijke MCB heeft doorgaans een vermogen van 6 kA of 10 kA. Als de transformatorimpedantie, kabellengte en voedingsgegevens de verwachte kortsluitstroom op het paneel op 25 kA zetten, is een MCB uitgesloten en is een HRC-zekering het normale antwoord.

Vier velden zijn van belang. De nominale stroom is een thermische classificatie die continue werking in een gedefinieerde omgeving beschrijft. Het uitschakelvermogen is de foutwaarde, wat betekent dat de grootste stroom die de zekering veilig kan onderbreken zonder het lichaam of de houder te scheuren. De nominale spanning, vooral in DC-circuits, kan niet worden afgeleid uit een AC-gegevensblad. De gebruikscategorie geeft aan welk soort belasting de zekering moet beschermen.

De terminologie veroorzaakt hier echte verwarring. In de Britse en Commonwealth-documentatie staat vaak HBC-zekering, wat een hoog uitschakelvermogen betekent, en BS 88-zekeringen worden vaak op deze manier geëtiketteerd. IEC-documenten geven de voorkeur aan een hoog breekvermogen. De twee namen beschrijven hetzelfde gedrag, dus de nuttige vraag voor een leverancier is niet wat er op het label staat, maar tegen welke norm en tegen welke testgegevens de zekering is verklaard.

Binnen in de zekering: constructie en stroombegrenzing

Een HRC-zekering is een eenvoudig apparaat met zeer weinig onderdelen. Een keramisch lichaam gemaakt van speksteen of porselein bevat een zilveren of koperen element, meestal met verschillende verkleinde delen over de lengte. De resterende ruimte is stevig opgevuld met kwartszand en de uiteinden zijn afgesloten door doppen, tags of bladcontacten die in de houder grijpen.

Wanneer er een breuk optreedt, smelt het element op het smalste gedeelte en ontstaat er een boog in het zand. Door de hitte smelt het zand samen tot een glasachtige massa, bekend als fulguriet, die energie absorbeert en de boogspanning steil omhoog drijft. Die stijgende boogspanning dwingt de foutstroom binnen de eerste kwartcyclus naar nul, doorgaans 4 ms tot 6 ms bij 50 Hz en zelden meer dan 10 ms.

Deze snelle actie geeft HRC-zekeringen hun stroombeperkende karakter. De piekdoorlaatstroom die wordt waargenomen door stroomafwaartse kabels, rails, contactors en relaiscontacten is een fractie van wat het netwerk zou kunnen leveren als de fout zich vrij zou kunnen ontwikkelen. Contacten die onder een onbeperkte fout zouden lassen, overleven vaak wanneer de stroomopwaartse zekering de energie beperkt.

Een vaak voorkomende misvatting: een zekering die vast blijft zitten tijdens het starten van de motor is niet defect. Een motor trekt gedurende een paar seconden zes tot acht keer de nominale stroom, en de tijd-stroomcurve van een gG- of ben-zekering wordt opzettelijk getekend om die inschakelstroom te negeren.

Beoordelingsvelden die bepalen of de zekering werkt

De eerste controle is de verwachte kortsluitstroom op de zekeringpositie. Het komt voort uit de impedantie van de voedingstransformator, de kabellengte en -doorsnede, plus eventuele bijdragen van motoren of omvormers. Het breekvermogen moet die waarde met een marge overschrijden, en niet alleen maar evenaren.

De tweede controle betreft de doorgelaten energie, uitgedrukt als I2t-waarden. Er is een smeltwaarde en een totale ophelderingswaarde, en de ophelderingswaarde moet onder de weerstand van de stroomafwaartse kabel, stroomrail of halfgeleider blijven. Voor selectiviteit tussen twee gG-zekeringen in serie is een verhouding van ongeveer 1,6 op 1 tussen de stroomopwaartse en stroomafwaartse nominale stromen een gebruikelijk uitgangspunt.

Vaak wordt de derde controle helemaal overgeslagen: hitte. Zekeringen dissiperen stroom, en in een afgesloten behuizing kan de omgevingstemperatuur ver boven de 35 graden Celsius blijven, waar de nominale stroom van een NH-zekering moet worden verlaagd.

Het voorvoegsel is belangrijk. Een zekering van categorie g heeft een volledig bereik en kan zowel overbelasting als kortsluiting aan. Een zekering uit de categorie a heeft een gedeeltelijk bereik en moet worden ondersteund door een ander apparaat, meestal een thermisch overbelastingsrelais in een motorstarter. Door een AM-zekering als enige bescherming voor een kabel te plaatsen, wordt de overbelastingsbeveiliging volledig opgeheven.

Typen en montageformaten

• NH-steekzekeringen: gebouwd volgens DIN 43620, maten NH00 tot NH4, tot ongeveer 1250 A en 690 V AC, standaard in industriële verdeelborden en hoofdpanelen.
• Cilindrische zekeringen: maten 10x38, 14x51 en 22x58, ongeveer 1 A tot 100 A, gebruikelijk in stuurcircuits, instrumentbenodigdheden en kleine behuizingen.
• D- en D0-zekeringen: inschroefbare typen met maatringen die fysiek voorkomen dat een zekering met een groter vermogen in dezelfde houder wordt geplaatst, handig wanneer ongeoorloofd vergroten een risico vormt.
• BS 88-zekeringen: veel gebruikt in industriële installaties in Groot-Brittannië en oudere apparatuur, verkrijgbaar in vastgeschroefde en clip-in-vormen.
• Halfgeleiderzekeringen: aR en soortgelijke klassen met zeer lage I2t voor aandrijvingen, gelijkrichters en softstarters.
• PV- en DC-zekeringen: nominaal 1000 V of 1500 V DC voor strings en batterijrekken, met interne constructie geschikt voor DC-bogen.

De compatibiliteit van de houder is onderdeel van de zekeringwaarde, en niet van een afzonderlijk accessoirebesluit. Een zekeringelement van 120 kA, geïnstalleerd in een houder met een vermogen van 50 kA, geeft de hele installatie een storingsclassificatie van 50 kA, en dat is wat de inspecteur zal registreren. Dezelfde logica is van toepassing op de scheider en op de kabelafsluitingen.

HRC-zekeringen coördineren met relais in bedieningspanelen

Een zekering beschermt het circuit, niet het relais. Het beperkt de energie die de contacten bereikt tijdens een fout, maar doet niets aan de normale belastingsstroom. Als een verwarming van 16 A wordt geschakeld door een relais met contacten van 5 A, zullen deze contacten uitvallen, ongeacht of de stroomopwaartse zekering een nominaal vermogen van 100 kA heeft of niet. De contactwaarden moeten worden gelezen voor het daadwerkelijke belastingstype, waarbij AC-1 wordt gebruikt voor ohmse belastingen, AC-3 voor het schakelen van motoren, en vaak een veel lager cijfer voor DC.

Als de belastingsstromen hoger zijn, is een vermogensrelais met 30 A- of 40 A-contacten en een gedefinieerde schakelcategorie het gebruikelijke antwoord, stroomopwaarts beschermd door een HRC-zekering die geschikt is voor de kabel in plaats van voor het relais zelf. De zekeringcurve en de contactwaarde moeten samen worden bekeken, omdat de zekering ervoor zorgt dat de boogenergie bij het contact binnen een overleefbaar bereik blijft.

CYT90 SPDT-vermogensrelais met hoge stroomsterkte Voor schakelen met hogere belasting biedt dit compacte relais uit de CYT90/T90-serie 20A/30A-contacten en SPDT-configuratie, met meerdere montageopties. Bekijk Product →

In DIN-railinstallaties combineren relaismodules een op rails gemonteerde contactdoos met een insteekrelais, zodat spoelcircuit en contactcircuit afzonderlijk kunnen worden beveiligd en vervangen. De module heeft een standaard railbreedte en een defect relais kan worden verwisseld zonder het paneel opnieuw te bedraden of de zekeringinstallatie te verstoren.

MCYF3 14F 16A modulaire railrelaismodule Modulaire 14F railrelaismodule met maximaal 16 A per kanaal en 32-kanaals configuraties, geschikt voor gecentraliseerde industriële schakelingen en schaalbare paneelconstructies. Bekijk Product →

Vergrendelende relais dekken een ander risico af. Wanneer een zekering een fout opheft, zakt de stuurspanning meestal in. Een standaardrelais valt uit en de machinetoestand wordt ongedefinieerd, terwijl een magnetisch houdrelais zijn laatste positie behoudt en alleen opzettelijk kan worden gereset. Dat gedrag is van belang in systemen waar een onverwachte positieverandering na een trip een mechanisme kan verplaatsen of een indicatie kan verliezen.

CYF3-S 14F magnetisch vergrendelingsrelais Een 14F magnetisch vergrendelingsrelais dat zijn laatste contactpositie vasthoudt nadat de spoelstroom is verwijderd, waardoor de machinestatus na fouten behouden blijft. Bekijk Product →

Voor schakelen met lage stroomsterkte en hoge spanning worden reed-relais gebruikt in plaats van vermogensrelais, vaak op DC-circuits die ook een DC-zekering hebben. De schakelsituaties waarbij die koppeling zinvol is, worden beschreven in dit overzicht van reed-relais toepassingen .

Een praktische selectiereeks

1. Controleer of het circuit AC of DC is en registreer de systeemspanning inclusief transiënte niveaus.
2. Verkrijg de verwachte kortsluitstroom op de zekeringpositie uit gegevens van het elektriciteitsnet, de transformator of de omvormer.
3. Zorg ervoor dat de nominale spanning van de zekering overeenkomt met die van het circuit, en kies een DC-serie voor DC-systemen.
4. Bereken de nominale stroom van de belasting en pas vervolgens derating toe op basis van de omgevingstemperatuur en de groepering van de behuizing.
5. Controleer of het uitschakelvermogen de verwachte kortsluitstroom met marge overschrijdt.
6. Controleer I2t tegen de stroomafwaartse weerstand en controleer de selectiviteit tegen het stroomopwaartse beveiligingsapparaat.
7. Controleer of de houder, scheider en kabelaansluitingen dezelfde foutclassificatie hebben als de zekeringverbinding.

Veel voorkomende fouten in het veld

• Het toepassen van AC-spanningsgegevens op een DC-circuit, waar de boog zich heel anders gedraagt.
• Het overdimensioneren van de zekering om hinderlijk doorslaan te voorkomen in plaats van het opsporen van de oorzaak, zoals een verkeerde curve of een falende motor.
• I2t negeren als het stroomafwaartse apparaat een halfgeleider of een relaiscontact met een laag vermogen is.
• Een zekering vervangen zonder de houder te inspecteren op sporen, verkleuring of gebarsten keramiek.
• HRC behandelen als één universeel producttype wanneer NH-, cilindrische, BS 88- en halfgeleiderzekeringen niet uitwisselbaar zijn.
• Het verwijderen van een zekering onder belasting zonder de juiste scheider.
• Ervan uitgaande dat een zekering met gedeeltelijk bereik op zichzelf bescherming tegen overbelasting biedt.

Normen, gegevensbladen en verificatie

Een zekering met een hoog breekvermogen is slechts zo goed als de standaard waaraan deze wordt getest. IEC 60269 heeft betrekking op laagspanningszekeringen en is onderverdeeld naar toepassing, inclusief algemene industriële zekeringen, D-type zekeringen, halfgeleiderzekeringen en PV-zekeringen. BS 88 bestrijkt het Britse bereik en UL 248 bestrijkt het Noord-Amerikaanse bereik. Wanneer een leverancier een uitschakelvermogen vermeldt, vraag dan bij welke spanning dit is geverifieerd en onder welke norm, want een waarde van 120 kA bij 415 V AC heeft geen gewicht in een batterijrek van 600 V DC.

Vermogensdissipatie, omgevingsreductiecurven en doorlaat-I2t-grafieken moeten uit hetzelfde gegevensblad komen als het breekvermogen. Door cijfers uit verschillende bronnen te combineren, sluipen coördinatiefouten in een paneeltekening.

Zorg voor de juiste bescherming

Een HRC-zekering verdient zijn naam op één specifiek moment, en dat moment wordt bepaald door drie cijfers: uitschakelvermogen tegen toekomstige foutstroom, I2t tegen stroomafwaartse weerstand, en nominale stroom tegen echte belasting en echte omgevingstemperatuur. De relais zitten stroomafwaarts van die beslissing, en hun contactwaarderingen verdienen dezelfde zorg als de zekering. Als u een relais aan een beveiligd circuit koppelt en de contactwaarden, spoelspanningen of montage moet bevestigen, zijn de vragen die het vaakst naar voren komen tijdens het maken van offertes verzameld op onze Pagina met veelgestelde vragen .