Οι χαρακτηριστικές καμπύλες των μικροαυτομάτων παίζουν σημαντικό ρόλο στην σωστή επιλογή των υλικών ενός πίνακα τροφοδοσίας καθώς είναι σημαντικό να πετύχουμε επιλογική συνεργασία μεταξύ τους ώστε να παρέχουν την μέγιστη λειτουργικότητα και ασφάλεια.

Εισαγωγή

Οι μικροαυτόματοι χρησιμοποιούνται για την προστασία αγωγών και καλωδίων από υπερφορτίσεις και βραχυκυκλώματα αντί των ασφαλειών τήξης. Τα βασικά μέρη ενός μικροαυτόματου είναι η κινητή επαφή, το ελατήριο, το θερμικό στοιχείο, το ηλεκτρομαγνητικό στοιχείο και ο θάλαμος σβέσης τόξου. Όταν το ρεύμα γραμμής γίνει μεγαλύτερο από το ονομαστικό (υπερφόρτιση) θερμαίνεται ένα διμεταλλικό στοιχείο, το θερμικό στοιχείο κάμπτεται και διακόπτεται το κύκλωμα (θερμική προστασία).

Όταν έχουμε βραχυκύκλωμα στη γραμμή, το ρεύμα είναι πολύ μεγαλύτερο από το κανονικό , περνάει μέσα από το ηλεκτρομαγνητικό στοιχείο, προκαλεί έλξη του οπλισμού και άνοιγμα στις επαφές του μικροαυτόματου. Τα χαρακτηριστικά στοιχεία των μικροαυτομάτων είναι η Τάση λειτουργίας, το Ονομαστικό ρεύμα, το Ρεύμα διακοπής (κΑ) και η Χαρακτηριστική χρόνου-ρεύματος. 

Ονομαστικό Ρεύμα Μικροαυτομάτων

Το ονομαστικό ρεύμα των μικροαυτόματων επιλέγεται κατ' αρχήν βάσει της διατομής των καλωδίων που προστατεύουν, τα καλώδια έχουν προεπιλεγεί βάσει του φορτίου που θα κληθούν να εξυπηρετήσουν, τη μέγιστη επιτρεπτή πτώση τάσης και τη θερμική αντοχή τους σε βραχυκύκλωμα

Υπολογισμός μέγιστου ρεύματος βραχυκυκλώματος Μ/Τ

Το μέγεθος ενός βραχυκυκλώματος δεν είναι ίδιο σε κάθε σημείο της εγκατάστασης. Όσο μεγαλύτερου μήκους καλώδια μεσολαβούν από την πηγή του ρεύματος, δηλαδή από τον μετασχηματιστή διανομής της ΔΕΗ ή του ιδιωτικού υποσταθμού, και όσο μικρότερες είναι οι διατομές τους, τόσο πιο μικρό είναι το ρεύμα βραχυκυκλώματος σε κάποιο σημείο της εγκατάστασης. Όμως καθοριστική για το μέγεθος του βραχυκυκλώματος είναι η ισχύς του μετασχηματιστή που τροφοδοτεί τη χαμηλή τάση. Τα καλώδια απλώς στραγγαλίζουν την τιμή του μέγιστου ρεύματος βραχυκυκλώματος που δίνει ο μετασχηματιστής. Το μέγιστο διαρκές βραχυκύκλωμα που μπορεί να δώσει ένας μετασχηματιστής είναι καθορισμένο και βρίσκεται από τη σχέση :

"Βλέπουμε ότι όσο πιο πολλά τα kVA ή όσο πιο μικρή η % τάση βραχυκύκλωσης uκ, τόσο πιο ισχυρό βραχυκύκλωμα παράγει ο μετασχηματιστής."

Χαρακτηριστικές καμπύλες απόζευξης μικροαυτομάτων

Οι μικροαυτόματοι κατασκευάζονται και διατίθενται με τέσσερις χαρακτηριστικές καμπύλες λειτουργίας, σύμφωνα με τα πρότυπα IEC 60898, EN 60898, DIN VDE 0641-11. Οι συνθήκες απόζευξης προδιαγράφονται στα πρότυπα IEC 60364-4-41, DIN VDE 0100-410 και HD 384.4.41.S2.

"Οι χαρακτηριστικές καμπύλες των μικροαυτομάτων είναι διαγράμματα ρεύματος-χρόνου που για κάθε μεγέθους και τύπου μικροαυτόματο μας δίνουν τους χρόνους όπου αυτός ανοίγει (κόβει), για την κάθε τιμή ρεύματος σφάλματος που τον διαπερνά. Ανάλογα με τον τύπο των φορτίων οι μικροαυτόματοι επιλέγονται να έχουν χαρακτηριστική τύπου B,C,D για καλωδιακές γραμμές οικιακών και κτηριακών εγκαταστάσεων, τύπου Κ για κινητήρες και μετασχηματιστές και τύπου Ζ για ηλεκτρονικές συσκευές. "

Οι Μ/Σ και οι κινητήρες έχουν συνήθως ένα ισχυρό ρεύμα εκκίνησης, διάρκειας από κλάσμα δευτερολέπτου μέχρι και μερικά λεπτά. Υπό ορισμένες συνθήκες το μέγεθος του ρεύματος εκκίνησης θυμίζει και βραχυκύκλωμα. Οι κατάλληλοι μικροαυτόματοι πρέπει να το ξεχωρίζουν από το βραχυκύκλωμα για να μην εκτελούν άσκοπες αποζεύξεις. Αντίθετα οι ηλεκτρονικές συσκευές δεν αντέχουν σε υπερεντάσεις και καταστρέφονται πολύ γρήγορα, γι' αυτό έχουν ανάγκη ταχύτατων μικροαυτομάτων. Η ωμική και η επαγωγική αντίσταση των καλωδίων αυξάνουν σημαντικά, όσο το μήκος των καλωδίων μεγαλώνει και όσο η διατομή τους μικραίνει. Κατά συνέπεια, τα βραχυκυκλώματα που συμβαίνουν στο τέλος ενός καλωδίου μεγάλου μήκους (π.χ.100 m) έχουν πολύ μικρότερες τιμές από εκείνα που συμβαίνουν στην αρχή του καλωδίου, γιατί τα πρώτα στραγγαλίζονται από τη σύνθετη αντίσταση του καλωδίου. Γι' αυτό, είναι πιθανό, ένας μικροαυτόματος διακόπτης που προστατεύει αποτελεσματικά ένα μικρού μήκους καλώδιο, να μη μπορεί να το προστατεύσει αν έχει μεγάλο μήκος, διότι το βραχυκύκλωμα που συμβαίνει στο απομακρυσμένο από την πηγή άκρο του έχει στραγγαλιστεί τόσο, ώστε δεν αναγνωρίζεται από τον μικροαυτόματο ως βραχυκύκλωμα. Πιθανό αποτέλεσμα είναι να καεί το καλώδιο ή και να προκληθεί γενικευμένη πυρκαγιά. Γι' αυτό το λόγο, όταν έχουμε μεγάλου μήκους καλώδια, είναι σκόπιμο να ελέγχουμε υπολογιστικά και με τη βοήθεια των χαρακτηριστικών καμπυλών των μικροαυτόματων, αν το βραχυκύκλωμα στο τελικό άκρο των καλωδίων αναγνωρίζεται και κόβεται πράγματι από τον μικροαυτόματο που βρίσκεται στην αρχή του καλωδίου. 

Για αποτελεσματική προστασία των αγωγών των καλωδίων και του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού από υπερεντάσεις και βραχυκυκλώματα, πρέπει οπωσδήποτε να γίνεται σωστή επιλογή στη χαρακτηριστική καμπύλη λειτουργίας ρεύματος - χρόνου των στοιχείων προστασίας, όπως οι μικροαυτόματοι, ανάλογα με την εφαρμογή, δηλαδή τον τύπο του φορτίου:

• Χαρακτηριστική Β - Οι μικροαυτόματοι με χαρακτηριστική Β καλύπτουν ανάγκες προστασίας γραμμών διανομής κτιριακών και βιομηχανικών εγκαταστάσεων και ειδικότερα ωμικών φορτίων όπως γραμμών φωτισμού με λαμπτήρες πυράκτωσης.
• Χαρακτηριστική C - Οι μικροαυτόματοι με χαρακτηριστική C είναι κατάλληλοι για την προστασία γραμμών διανομής κτιριακών και βιομηχανικών εγκαταστάσεων και ειδικότερα κυκλωμάτων με ωμικά και ελαφρώς επαγωγικά φορτία.
• Χαρακτηριστική D - Οι μικροαυτόματοι με χαρακτηριστική D είναι κατάλληλοι για την προστασία γραμμών διανομής κτιριακών και βιομηχανικών εγκαταστάσεων και ειδικότερα για φορτία πολύ επαγωγικά ή με υψηλά ρεύματα εκκίνησης.
• Χαρακτηριστική K - Οι μικροαυτόματοι με χαρακτηριστική Κ είναι κατάλληλοι για την προστασία καλωδίων και εξοπλισμού. Χάρη στην αργή αντίδραση του μαγνητικού στοιχείου τους, επιτυγχάνεται η βέλτιστη προστασία σε κυκλώματα τροφοδοσίας κινητήρων αλλά και λαμπτήρων, ηλεκτρονικών μπάλαστ, κλιματιστικών, μικρών μετασχηματιστών κ.ά.
• Χαρακτηριστική Ζ - Οι μικροαυτόματοι με χαρακτηριστική Ζ είναι κατάλληλοι για την προστασία διατάξεων με ημιαγωγούς και για κυκλώματα μετασχηματισμού τάσης. Η ταχεία ενεργοποίηση του ηλεκτρομαγνητικού στοιχείου τους επιτρέπει τη βέλτιστη προστασία ιδιαίτερα ευαίσθητων συσκευών. 

Πίνακας Αντίδρασης Μικροαυτομάτων

"Για παράδειγμα ένας μικροαυτόματος με ονομαστηκό ρεύμα ΙΝ=20 Α και χαρακτηριστική Β δεν ανοίγει αν διαρρέεται από το μικρό ρεύμα για μία ώρα Ι1 = 1,13 x ΙΝ =1,13 x 20 = 22.6A. Ο ίδιος ο μικροαυτόματος ανοίγει σε χρόνο μικρότερο από μία ώρα (θερμική απόζευξη), αν το ρεύμα που τον διαρρέει είναι το μεγάλο Ι2 = 1,45 x IN = 1.45 x 20 = 29A ή ανοίγει σε χρόνο μικρότερο από 0,1sec (ηλεκτρομαγνητική απόζευξη), όταν διαρρέεται από ρεύμα πενταπλάσιο του ονομαστικού Ι5 = 5 x IN = 5 x 20 = 100A."

Επιλεκτικότητα ή επιλογική προστασία 

Επιλεκτικότητα λέμε τη δυνατότητα να κόβει με βεβαιότητα το σφάλμα κάθε φορά εκείνος ο μικροαυτόματος που βρίσκεται πιο κοντά στο σφάλμα και όχι o επόμενος ή μεθεπόμενος μικροαυτόματος που βρίσκεται πιο κοντά στην παροχή.

Η επιβεβαίωση της διασφάλισης επιλεκτικότητας γίνεται με τη βοήθεια των χαρακτηριστικών καμπυλών των μικροαυτομάτων που είναι συνδεδεμένοι στη σειρά. Συνήθως η επιλεκτικότητα συνδυάζεται και με κάποιας μορφής εφεδρεία προστασίας. Δηλαδή αν δε λειτουργήσει ο πλησιέστερος προς το σφάλμα μικροαυτόματος , ο επόμενος στη σειρά να παράσχει κάποια προστασία.

Η ελάχιστη επιτρεπτή διαφορά χρόνου για την επίτευξη επιλεκτικό τητας είναι 0,15 s. 

"Στο συνεχές ρεύμα τα ρεύματα ηλεκτρομαγνητικής απόζευξης αυξάνουν κατά 20%(κατά τον παράγοντα 1,2 x τιμή απόζευξης)."

Χαρακτηριστικές Καμπύλες Λειτουργίας

Αυγέρης Παναγιώτης 
Ηλεκτρολόγος Μηχανικός Τ.Ε.