Selektivitet i elsystem – koordination av säkringar och brytare

Selektivitet i elsystem: effektiv koordination av säkringar och brytare för minskat avbrott, förbättrat kortslutningsskydd och maximal driftssäkerhet.

Principen för selektivitet (ibland kallat diskriminering) bygger på en analys av flera egenskaper hos brytare och säkringar. Dessa egenskaper omfattar tid–ström (t–I eller utlöstids‑ström) kurvor, toppström (Ipeak) vid kortslutning och den energi som släpps igenom vid ett fel (anges ofta som I²t).

Tillverkare anger ofta i tekniska referensmanualer den maximala selektivitetsnivån som kan uppnås med två nominerade brytare i serie under givna kortslutningsförhållanden. Selektiviteten kan vara fullständig (total) eller partiell beroende på hur stor del av felströmområdet som kan diskrimineras.

Selektivitet kan ökas utöver den nedströms belägna brytarens brytförmåga, förutsatt att en lämplig uppströms belägen brytare väljs och inställs så att den inte löser ut för det aktuella felet. I praktiken uppnås detta med samordning av brytarens/tillsäkringens tid-, ström- och energi‑karakteristik.

Hur selektivitet fungerar

Selektivitet bygger på att uppströmsbrytaren, vid ett fel på en nedströmsgren, antingen löser ut senare än eller inte alls för den felström som nedströmsbrytaren klarar att hantera. Under felförhållanden ger impedansen i ledningsnätet och uppströmsbrytarens karaktäristik påverkan på felströmmens storlek och tidsförlopp. Om uppströmsbrytaren värms upp eller begränsar strömmen tillräckligt minskar den totala ”allvarligheten” i felet och därmed risken för att flera brytare löser ut samtidigt.

Typer av selektivitet

• Total (full) selektivitet – nedströmsbrytaren löser ut vid fel i sin krets medan uppströms aldrig löser ut för dessa fel. Vanligt mål i små och medelstora lågspänningsinstallationer.
• Partiell selektivitet – selektivitet uppnås endast för en del av felströmområdet (t.ex. upp till en viss strömnivå). Vid högre kortslutningsströmmar kan både brytare påverkas.
• Selektivitet med tidsinställning – tidstrappor (time grading) där uppströmsbrytaren har en fördröjd utlöstid i förhållande till nedströms.
• Selektivitet med energigradering – utnyttjar skillnader i I²t (särskilt viktigt vid säkringar) så att nedströms enhet klarar och begränsar energin utan att lösa ut.

Metoder och tekniker för koordination

• Överlappande t–I‑kurvor – jämför tid‑ström‑kurvor för upp‑ och nedströmsenheter grafiskt för att fastställa selektivitet.
• Tidsfördröjning / tidstrappor – ställa in längre utlöstider på uppströmsbrytaren så den inte löser ut före nedströmsenheten.
• Strömgradering – dimensionera säkringar/brytare så att uppströms enhet har högre utlöstgräns.
• Energi- och I²t‑analys – särskilt vid säkringar där let‑through energy är väsentligt för att avgöra om selektivitet kan uppnås.
• Aktiva lösningar – Zone Selective Interlocking (ZSI), selektiva jordfelsreläer, eller kommunicerande reläskydd som möjliggör snabb och selektiv undanmanövrering.
• Samleverantörskoordinering – samma tillverkare för upp‑ och nedströmsenheter förenklar ofta koordination då kurvor och tabeller är väl dokumenterade.

Praktiska steg för att uppnå selektivitet

• Bestäm systemets kortslutningsnivåer och nätimpedanser vid olika punkter.
• Samla t–I‑kurvor, Ipeak och I²t‑data från tillverkare för alla aktuella brytare och säkringar.
• Utför grafisk överlagring av kurvor eller använd tillverkarens/leverantörens beräkningsverktyg för koordination.
• Välj lämpliga inställningar för långtid, korttid, instantan och jordfelsfunktioner där sådana finns.
• Säkerställ en rimlig marginal (time grading margin) mellan ned‑ och uppströmsenheter för att undvika felaktiga samtidiga utlöst.
• Dokumentera koordinationen och verifiera i fält genom tester vid idrifttagning om möjligt.

Begränsningar och vanliga fallgropar

• Hög kortslutningsström kan överskrida den nivå där selektivitet är möjlig — då blir selektiviteten partiell eller går förlorad.
• Blandade produkter från olika tillverkare kan ha inkompatibla kurvor eller ofullständig dokumentation, vilket försvårar koordination.
• RCD/HPFI‑enheter (jordfelsbrytare) kan påverka selektivitet; för selektiv jordfelsbrytning krävs ofta selektiva typer eller föregående tidsuppläggning.
• Felaktigt valda tidsmarginaler eller för liten säkerhetsmarginal kan leda till onödiga utlösta eller att fel inte isoleras snabbt nog.

Standarder och verifiering

Vid dimensionering och verifiering är det lämpligt att beakta relevanta standarder för brytare och säkringar, till exempel IEC/EN‑standarder för lågspänningsbrytare och säkringar (t.ex. IEC 60947‑2 för industribrytare, IEC 60898/EN 60898 för vissa MCB och IEC 60269 för säkringar). Tillverkarnas koordineringsdata och applikationsguider är också viktiga referenser.

Sammanfattning

Selektivitet är en väsentlig del av elsäkerhet och driftsäkerhet. Genom att analysera t–I‑kurvor, Ipeak och I²t, använda lämpliga inställningar och i vissa fall aktiva koordineringsmetoder, kan man se till att fel isoleras så lokalt som möjligt. En strukturerad metod, med korrekta mätdata, tillverkarinformation och verifiering i anläggningen, ger bäst resultat.

Sök med bokstav