Kaskadkoppling Kaskadkoppling, som även kallas back-up skydd, används för att: spara kostnader, förenkla valet av apparater, genom att möjliggöra användandet av effektbrytare med standardprestanda. Kaskadkoppling Kaskadkoppling, eller back-up skydd, gör att apparater (effektbrytare, dvärgbrytare, motorskyddsbrytare) placerade efter en strömbegränsande effektbrytare får en förhöjd brytförmåga. Den strömbegränsande effektbrytaren hjälper apparat att bryta höga kortslutningsströmmar genom att begränsa felströmmarna. Kaskadkoppling gör det möjligt att använda en apparat med lägre brytförmåga än den maximala felström som kan uppkomma i installationspunkten. Starkströmsföreskrifterna ELSÄK-FS 1999:5, avsnitt 434.3 Egenskaper hos kortslutningsskydd beskriver detta. Under 434.3.1 sägs bl a att skyddens egenskaper skall vara samordnade så att det värde på I 2 t (strömvärmepuls) som skydden släpper genom inte överstiger det värde som kortslutningsskyddet på belastningssidan respektive de ledare som skyddas kan utsättas för utan att skadas. Denna samordning utförs av tillverkarna och presenteras i s k kaskadkopplingstabeller, där den nya, högre brytförmågan hos apparat kan utläsas. Applikationsområden Kaskadkoppling: gäller för alla apparater som återfinns den aktuella effektbrytaren, kan utökas till flera efter varandra följande nivåer, även om apparaterna då återfinns i olika ställverk/centraler. Starkströmsföreskrifterna (och motsvarande internationella standard IEC 60364) säger att uppströms kortslutningsskydd skall ha större brytförmåga, Icu, än den maximala kortslutningsströmmen som kan uppstå i installationspunkten. För kortslutningsskydd gäller att den brytförmåga, Icu, som skall beaktas kan vara den förhöjda brytförmågan genom kaskadkoppling. Funktionsprincip Så snart de två effektbrytarna börjar lösa ut (från punkt IB), kommer ett extra ljusbågsspänningsfall UAD1 att introduceras p g a kontaktrepulsionen i D1. Detta adderas till ljusbågsspänningsfallet UAD2 över kontakterna i D2, och hjälper på så vis D2 att bryta en högre felström genom en förstärkt strömbegränsning. Koordinationen mellan D1 och D2 medger en ökning av D2s prestanda enligt illustrationen till vänster: genomsläppt energi D2, lägre genomsläppt energi tack vare samverkan mellan D1 och D2, Icu för D2 när den föregås av D1. Då testerna för kaskadkoppling beskrivs i SS EN 60947-2, är det tillverkarna som provar apparatkombinationerna, och utger kaskadkopplingstabeller som i sig utgör en garanti för koordinationen mellan D1 och D2. Dessa tabeller utgör det underlag för samordning som krävs enligt Starkströmsföreskrifterna ELSÄK-FS 1999:5 avsnitt 434.3.1. 22
Kaskadkoppling Fördelar Kaskadkoppling gör att alla fördelar med god strömbegränsning kommer till sin fulla rätt. Alla påkänningar av en kortslutningsström är kraftigt reducerade: elektromagnetiska påkänningar elektrodynamiska påkänningar termiska påkänningar Installation av strömbegränsande effektbrytare resulterar i påtagliga förenklingar och besparingsmöjligheter i hela installationen: förenklat val av apparater med färdiga kaskadkopplingstabeller, kostnadsreduceringar på alla apparater. Kaskadtekniken medger användande av standardapparater istället för apparater med hög brytförmåga. Kaskadkopplingstabeller Kaskadkopplingstabellerna är: baserade på teoretiska beräkningar (jämförelse mellan den genomsläppta energin för de olika apparaterna i kombination, och den maximala genomsläppta energin som apparat kan uthärda), verifierade med praktiska prov i enlighet med SS EN 60947-2. 220/240 V anslutna effektbrytare i ett 380/415 V nät För 1 pol + N eller 2 poliga apparater (främst dvärgbrytare) anslutna till en fas + neutralledare i ett 380/415 V nät (TNS eller TT nät) skall tabellerna för 220/240 V användas. Exempel på kaskadkoppling i tre nivåer Anta att vi har tre aparater, A, B och C, i serie enligt illustrationen till vänster. Kaskadkoppling kan appliceras på ett av följande två sätt: uppströms apparat A koordineras med kaskadkoppling med både apparat B och C (även om kombinationen B + C inte ger någon kaskadeffekt). Det är tillräckligt att kontrollera att kombinationerna A + B respektive A + C ger en tillräcklig brytförmåga. varje apparatpar koordineras med kaskadkoppling var för sig, alltså A + B och B + C. I detta fall är det tillräckligt att kontrollera att kombinationerna A + B respektive B + C ger en tillräcklig brytförmåga Uppströms apparat A är en NS250L (Icu = 150 ka), för en maximal Ik = 80 ka vid dess anslutningar. En NS100N (Icu = 25 ka) kan användas i punkt B för en maximal Ik = 50 ka vid dess anslutningar. Den får en förhöjd brytförmåga om 150 ka tack vare kaskadkoppling med NS250L. En dvärgbrytare C60N (Icn = 10 ka) kan användas i punkt C för en maximal Ik = 27 ka vid dess anslutningar. Den får en förhöjd brytförmåga om 30 ka tack vare kaskadkoppling med NS250L. Notera att C60N för en förhöjd brytförmåga om 25 ka med uppströms NS100N, men: A + B = 150 ka A + C = 30 ka Innehåll applikation Un uppströms apparat apparat sid distribution 220/240 V Multi 9 Multi 9 24 380/415 V Multi 9 Multi 9 24 220/240 V Compact NS, C, Masterpact Compact, Multi 9 25 380/415 V Compact NS, C, Masterpact Compact, Multi 9 26 440 V Compact NS, C, Masterpact Compact, Multi 9 27 motorskydd 220/240 V Compact NS Compact NS, GV, Integral 28 380/415 V Compact NS Compact NS, GV, Integral 28 440 V Compact NS Compact NS, Integral 29 kaskadkoppling i installationer med flera parallella transformatorer 30 säkringar 380/415V Smältsäkring Multi 9 31 23
Uppströms: Multi 9 Kaskadkoppling, spänning 220/240 V och 380/415 V (1) Nedströms: Multi 9 Spänning 220/240 V uppströms DPN DPN N C60N C60H C60L C120N C120H NG125N NG125H NG125L 25 A 32/40 A 50/63 A NG125LMA 6 10 20 30 50 40 30 20 30 50 70 100 DPN 10 15 20 30 25 20 15 20 30 40 50 DPN N 20 30 50 40 30 20 30 30 40 50 C60N 30 50 40 30 30 50 50 70 C60H 50 50 70 70 C60L ( 25) 70 100 C60L (32-40) 50 70 100 C60L (50-63) 50 70 100 C120N 30 50 40 30 30 50 50 70 C120H 50 50 70 70 NG125N 70 Notera: DPN Vigi = DPN / C60LMA = C60L Spänning 380/415 V (1) uppströms C60N C60H C60L C120N C120H NG125N NG125L 25 A 32/40 A 50/63 A NG125LMA 10 15 25 20 15 10 15 25 50 C60N 15 25 20 15 15 25 36 C60H 25 25 36 C60L ( 25) 50 C60L (32-40) 25 50 C60L (50-63) 25 36 C120N 15 25 20 15 15 25 36 C120H 25 25 36 NG125N 36 (1) För 1P, 1P+N eller 2P apparater i TT eller TNS nät, använd tabellen för 220/240V. Notera: C60LMA = C60L. 24
Kaskadkoppling, spänning 220/240 V Uppströms: Compact NS och Masterpact Nedströms: Compact NS och Multi 9 uppströms NSC100N NS100N NS100H NS100L NS160N NS160H NS160L 42 85 100 150 85 100 150 DPN/DPN N 15 15 15 15 C60N 40 40 100 100 40 100 100 C60H 42 50 100 100 50 100 100 C60L ( 25) 65 100 100 65 100 100 C60L (32-40) 42 65 100 100 65 100 100 C60L (50-63) 42 65 100 100 65 100 100 NC100H/NC125H 42 65 100 100 65 100 100 NC100L 65 70 100 65 70 100 NC100LS 85 100 150 85 100 150 NC100LH/LMA 150 150 NG125N 60 70 85 60 70 85 NG125L/LMA 150 150 NSC100N 85 100 100 85 100 100 NS100N 100 150 100 150 NS100H 150 150 NS160N 100 150 NS160H 150 uppströms NS250N NS250H NS250L NS400N NS400H NS400L NS630N NS630H NS630L 85 100 150 85 100 150 85 100 150 C60N 40 60 60 C60H 50 65 65 C60L ( 25) 65 80 80 C60L (32-40) 65 80 80 C60L (50-63) 50 65 65 NC100H/NC125H 65 100 100 NC100L 65 70 100 NC100LS 85 100 150 NC100LH/LMA 150 NG125N 60 70 85 NG125L/LMA 150 NSC100N 85 100 100 85 100 100 85 100 100 NS100N 100 150 100 150 100 150 NS100H 150 150 150 NS160N 100 150 100 150 100 150 NS160H 150 150 150 NS250N 100 150 100 150 100 150 NS250H 150 150 150 NS400N 100 150 100 150 NS400H 150 150 NS630N 100 150 NS630H 150 uppströms NS630bL NS800L NS1000L Masterpact NT L1 Masterpact NW L1 150 150 150 150 150 NS100N 150 150 150 150 NS100H 150 150 150 150 NS160N 150 150 150 150 NS160H 150 150 150 150 NS250N 150 150 150 150 NS250H 150 150 150 150 NS400N 150 150 150 150 100 NS400H 150 150 150 150 NS630N 150 150 150 150 100 NS630H 150 150 150 150 NS630bN 150 150 150 100 NS630bH 150 150 150 NS800N 150 150 150 100 NS800H 150 150 150 NS1000N 150 100 NS1000H 150 NS1250N 100 25
Kaskadkoppling, spänning 380/415 V (1) Uppströms: Compact NS och Masterpact Nedströms: Compact NS och Multi 9 uppströms NSC100N NS100N NS100H NS100L NS160N NS160H NS160L brytförmåga ka rms 18 25 70 150 36 70 150 C60N 18 25 30 30 25 30 25 C60H 18 25 40 40 30 40 40 C60L ( 25) 40 40 30 40 40 C60L (32-40) 25 40 40 30 40 40 C60L (50-63) 25 40 40 30 40 40 NC100H/NC125H 18 25 30 30 25 30 30 NC100L 50 70 50 70 NC100LS 70 100 70 100 NC100LH/LMA 70 150 70 150 NG125N 36 70 36 36 70 NG125L/LMA 70 150 70 150 C120N/H 18 25 25 25 25 25 25 NSC100N 25 50 50 36 50 50 NS100N 70 150 36 70 150 NS100H 150 150 NS160N 70 150 NS160H 150 uppströms NS250N NS250H NS250L NS400N NS400H NS400L NS630N NS630H NS630L brytförmåga ka rms 36 70 150 45 70 150 45 70 150 C60N 25 30 30 C60H 30 30 30 C60L ( 25) 40 40 C60L (32-40) 30 40 40 C60L (50-63) 30 30 30 NC100H/NC125H 25 30 30 NC100L 50 70 NC100LS 70 100 NC100LH/LMA 70 150 NG125N 36 36 70 NG125L/LMA 70 150 C120N/H 25 25 25 NSC100N 36 50 50 45 50 50 45 50 50 NS100N 36 70 150 45 70 150 45 70 150 NS100H 150 150 150 NS160N 70 150 45 70 150 45 70 150 NS160H 150 150 150 NS250N 70 150 45 70 150 45 70 150 NS250H 150 150 150 NS400N 70 150 70 150 NS400H 150 150 NS630N 70 150 NS630H 150 uppströms NS630bN NS630bH NS630bL NS800H NS800L NS1000H NS1000L NS1250H NS1600H Masterpact Masterpact till NS1600N NT L1 NW L1 brytförmåga (ka rms) 50 70 150 70 150 70 150 70 70 150 150 NS100N 50 70 150 70 150 70 150 70 70 150 NS100H 150 150 150 150 NS160NE 50 70 150 70 150 70 150 70 70 150 NS160N 50 70 150 70 150 70 150 70 70 150 NS160H 150 150 150 150 NS250N 50 70 150 70 150 70 150 70 70 150 NS250H 150 150 150 150 NS400N 50 70 150 70 150 70 150 70 70 150 100 NS400H 150 150 150 150 NS630N 50 70 150 70 150 70 150 70 70 150 100 NS630H 150 150 150 150 NS630bN 70 150 70 150 70 70 150 100 NS630bH 150 150 150 NS800N 70 150 70 150 70 70 150 100 NS800H 150 150 150 NS1000N 70 150 70 70 100 NS1000H 150 NS1250N 70 70 100 (1) För 1P, 1P+N eller 2P apparater i TT eller TNS nät, använd tabellen för 220/240V. 26
Kaskadkoppling, spänning 440 V Uppströms: Compact NS och Masterpact Nedströms: Compact NS och Multi 9 uppströms NS100N NS100H NS100L NS160NE NS160N NS160H NS160L brytförmåga ka rms 25 65 130 25 25 65 130 NC100L 50 70 50 70 NC100LS 65 100 65 100 NC100LH/LMA 65 130 65 130 NSC100N 25 50 50 25 35 50 50 NS100N 65 130 35 65 130 NS100H 130 130 NS160N 65 130 NS160H 130 uppströms NS250N NS250H NS250L NS400N NS400H NS400L NS630N NS630H NS630L brytförmåga ka rms 35 65 130 42 65 130 42 65 130 NC100L 50 70 NC100LS 65 100 NC100LH/LMA 65 130 NSC100N 35 50 50 42 50 50 42 50 50 NS100N 35 65 130 42 65 130 42 65 130 NS100H 130 130 130 NS160N 65 130 42 65 130 42 65 130 NS160H 130 130 130 NS250N 65 130 42 65 130 42 65 130 NS250H 130 130 130 NS400N 65 130 65 130 NS400H 130 130 NS630N 65 130 NS630H 130 uppströms NS630bL NS800N NS800H NS800L NS1000N NS1000H NS1000L NS1250N NS1250H NS1600H Masterpact NT L1 NW L1 brytförmåga ka rms 130 50 65 130 50 65 130 50 65 65 150 150 NS100N 130 50 65 130 50 65 130 50 65 100 NS100H 130 130 130 100 NS160N 130 50 65 130 50 65 130 50 65 100 NS160H 130 130 130 100 NS250N 130 50 65 130 50 65 130 50 65 100 NS250H 130 130 130 100 NS400N 130 50 65 130 50 65 130 50 65 100 NS400H 130 130 130 100 NS630N 130 50 65 130 50 65 130 50 65 100 NS630H 130 130 130 100 NS630bN 65 130 65 130 65 65 100 65 NS630bH 130 130 100 NS800N 65 130 65 130 65 65 100 65 NS800H 130 130 100 NS1000N 65 130 65 65 100 65 NS1000H 130 NS1250N 65 65 65 27
Kaskadkoppling, motorskydd Uppströms: Compact NS Nedströms: Compact NS Integral och GV M Spänning 220/240 V uppströms NS100N NS100H NS100L NS160N NS160H NS160L brytförmåga ka rms 85 100 150 85 100 150 NS100N 100 150 100 150 NS100H 150 150 NS160N 100 150 NS160H 150 GV2M 23 A 85 100 100 85 100 100 Integral 18 10 A 85 100 150 85 100 150 Integral 32 25 A 85 100 150 85 100 150 Integral 63 32 A 85 100 150 85 100 150 uppströms NS250N NS250H NS250L NS400H NS400L NS630H NS630L brytförmåga ka rms 85 100 150 100 150 100 150 NS100N 100 150 100 150 100 150 NS100H 150 150 150 NS160N 100 150 100 150 100 150 NS160H 150 150 150 NS250N 100 150 100 150 100 150 NS250H 150 150 150 NS400N 100 150 100 150 NS400H 150 150 NS630N 100 150 NS630H 150 Integral 18 10 A 85 100 150 Integral 32 25 A 85 100 150 Integral 63 32 A 85 100 150 150 Spänning 380/415 V uppströms NSC100N NSA160N NS100N NS100H NS100L NS160N NS160H NS160L brytförmåga ka rms 18 30 25 70 150 36 70 150 NS100N 70 150 36 70 150 NS100H 150 150 NS160N 70 150 NS160H 150 GV2M 14 A 18 30 25 50 50 GV2L 18 A 70 150 GV2P 18 A 70 150 GV3M 70 150 70 150 150 Integral 18 10 A 70 150 70 150 150 Integral 32 25 A 70 150 70 150 150 Integral 63 32 A 70 150 70 150 150 uppströms NS250N NS250H NS250L NS400N NS400H NS400L NS630N NS630H NS630L brytförmåga ka rms 36 70 150 45 70 150 45 70 150 NS100N 36 70 150 45 70 150 45 70 150 NS100H 150 150 150 NS160N 70 150 45 70 150 45 70 150 NS160H 150 150 150 NS250N 70 150 45 70 150 45 70 150 NS250H 150 150 150 NS400N 70 150 70 150 NS400H 150 150 NS630N 70 150 NS630H 150 GV3M 70 150 Integral 18 10 A 70 150 Integral 32 25 A 70 150 Integral 63 32 A 70 150 70 150 28
Kaskadkoppling, motorskydd Uppströms: Compact NS Nedströms: Compact NS och Integral Spänning 440 V uppströms NS100N NS100H NS100L NS160N NS160H NS160L brytförmåga ka rms 25 65 130 25 65 130 NS100N 65 130 35 65 130 NS100H 130 130 NS160N 65 130 NS160H 130 Integral 32 16 A 65 130 65 130 Integral 63 25 A 65 130 65 130 uppströms NS250N NS250H NS250L NS400N NS400H NS400L NS630N NS630H NS630L brytförmåga ka rms 35 65 130 42 65 130 42 65 130 NS100N 35 65 130 42 65 130 42 65 130 NS100H 130 130 130 NS160N 65 130 42 65 130 42 65 130 NS160H 130 130 130 NS250N 65 130 42 65 130 42 65 130 NS250H 130 130 130 NS400N 65 130 65 130 NS400H 130 130 NS630N 65 130 NS630H 130 Integral 32 16 A 65 130 Integral 63 25 A 65 130 65 130 29
Kaskadkoppling Nät med parallella transformatorer Kaskadkoppling i installationer med flera parallella transformatorer Nedanstående tabeller indikerar lämpliga typer av inkommande och utgående effektbrytare för installatioenr med två eller tre parallella transformatorer. Följande antaganden gäller: uppströms högspänningsnät antas ha 500 MVA kortslutningseffekt transformatorerna är identiska, 20/0,4 kv, med normala Uk värden kortslutningsnivån på lågspänningssidan tar ingen hänsyn till impedansen i skensystemet (värsta fallet) apparaterna installeras i ställverk med omgivningstemperatur +30 C för at tkunna parallellkoppla transformatorer måste de ha: samma Uk värde samma omsättning samma kopplingstyp ett maximalt effektförhållande om 2 mellan transformatorerna kortslutningsnivån Ik anges som ett generellt värde, men kan i verkligheten variera med transformatorernas Uk värden: i tabellerna nedan finns därför även apparater med högre brytförmåga. Installationer med två parallella transformatorer Exempel: Antag två parallella 800 kva transformatorer. Inkommande effektbrytare är två Compact NS1250N. Installationen har två utgående grupper på 125 A respektive 630 A. Maximal kortslutningsström vid de utgående grupperna är 49,6 ka. 630 A gruppen kan skyddas med en Compact NS630N (skyddad genom kaskadkoppling till 50 ka). 125 A gruppen kan skydas med en Compact NS160H (70 ka), då ingen kaskadkoppling finns enligt tabellen. Transformatoreffekt (kva) 250 315 400 500 500 630 630 800 800 Max Ik vid D4 17600 22200 28200 35200 35200 44400 44400 37500 37500 Nominell märkström per transformator 352 444 564 704 704 887 887 1126 1126 Effektbrytare D1 och D2 NS400N NS630N NS630N NS800N NS800H NS1000N NS1000H NS1250N NS1250H Brytförmåga (ka) 45 45 45 50 70 50 70 50 70 Effektbrytare D4 Förstärkt brytförmåga (ka) NS100N 45 45 45 NS160N 45 45 45 50 50 NS250N 45 45 45 50 70 50 50 NS400N 50 70 50 70 50 70 NS630N 50 70 50 70 50 70 NS800N 70 70 NS1000N 70 Installationer med tre parallella transformatorer Transformatoreffekt (kva) 250 315 400 500 500 630 630 800 800 Max Ik vid D4 26400 33300 42300 52800 52800 66600 66600 56300 56300 Nominell märkström per transformator 352 444 564 704 704 887 887 1126 1126 Effektbrytare D1, D2 och D3 NS400N NS630N NS630H NS800N NS800H NS1000N NS1000H NS1250N NS1250H Brytförmåga (ka) 45 45 70 50 70 50 70 50 70 Effektbrytare D4 Förstärkt brytförmåga (ka) NS160N 45 45 45 NS250N 45 45 45 NS400N 70 50 70 50 50 50 50 NS630N 50 70 50 50 50 50 NS800N 70 70 NS1000N 70 30
Den välkända försäkringen framför dvärgbrytare är ett klassiskt exempel på kaskadkoppling, som vi t o m hade krav på för en tid sedan. Observera dock att en 100 A smältsäkring oftast är alldeles för stor att kunna ge ett back-up skydd för en dvärgbrytare! Kom också ihåg att i de fall apparat har tillräcklig brytförmåga är det helt ointressant hur stor märkström uppströms skydd har. Kaskadkoppling med smältsäkringar framför dvärgbrytare (försäkring) En smältsäkring har mycket goda strömbegränsande egenskaper vid höga kortslutningsströmmar. Den kan således användas som back-up skydd (försäkring) framför andra mindre apparater som dvärgbrytare. Då smältsäkringen samtidigt är väldigt långsam för små och medelhöga felströmmar blir koordinationsmöjligheterna ändå begränsade. Man kan inte ha för stor säkring framför t ex en dvärgbrytare då löser säkringen aldrig ut för den av dvärgbrytaren begränsade genomsläppta energin, och back-up skyddet uteblir (smältsäkringen kan ju inte hjälpa till och begränsa felströmmen om den inte löser ut). Jämfört med effektbrytare som skydd framför dvärgbrytare blir kombinationsmöjligheterna väldigt begränsade. Back-up skydd med Diazedsäkring (trög) Nedströms dvärgbrytare In (A) Max säkring (A) Max Ik (ka) C60N 0,5 2 35 70 3 6 40 70 10 16 50 70 10 40 63 70 50 63 80 70 C60H 0,5 6 40 70 10 25 63 70 32 50 80 70 63 100 70 C60L 0,5 6 50 70 10 63 70 16 20 80 70 25 63 100 70 Back-up skydd med gl säkring (enligt IEC269) Nedströms dvärgbrytare In (A) Max säkring (A) Max Ik (ka) C60N 0,5 4 40 100 6 50 100 10 63 100 16 32 80 100 40 63 100 100 C60H 0,5 6 50 100 10 20 80 100 25 32 100 100 40 63 125 100 C60L 0,5 6 63 100 10 80 100 16 100 100 20 32 125 100 40 63 160 100 31