Zone-selectieve vergrendeling (ZSI) — snellere uitschakeling zonder de selectiviteit tussen vermogensschakelaars te verliezen

De gids over LSI(G)-instellingen behandelt hoe selectiviteit tussen een bovenliggende en een onderliggende vermogensschakelaar wordt bereikt door de korte-tijdvertraging (tsd) van de bovenliggende schakelaar langer in te stellen dan de totale uitschakeltijd van de onderliggende schakelaar. Dit artikel behandelt een aanvullende techniek die deze vaste vertraging intelligenter maakt: zone-selectieve vergrendeling (zone selective interlocking, ZSI).

De keerzijde van gewone tijdgegradeerde selectiviteit

Bij een klassieke, tijdgegradeerde selectiviteitsinstelling is de tsd-vertraging van een bovenliggende schakelaar een vaste waarde, ongeacht waar de fout zich precies bevindt binnen de zone die deze schakelaar beschermt. Dit betekent dat de bovenliggende schakelaar, zelfs bij een fout die zich vlak onder hemzelf voordoet — waar geen enkele onderliggende schakelaar meer hoeft te worden afgewacht — toch de volledige, voor het diepste niveau van het net ontworpen vertraging aanhoudt. Bij een zware fout dicht bij de bovenliggende schakelaar betekent deze onnodig lange wachttijd een hogere energie-inbreng in de fout, en daarmee een hogere vlamboogenergie op precies die plek in de installatie waar de fout het zwaarst is (zie de [gids over vlamboogrisico en PBM](/guides/nen-3140/vlamboog)).

Hoe ZSI werkt: een restraint-signaal tussen opeenvolgende schakelaars

ZSI verbindt de elektronische uitschakeleenheden van opeenvolgende schakelaarniveaus met een dedicated signaalverbinding (bedraad of, bij modernere digitale relais, via een communicatieprotocol). Het principe:

• Ziet een onderliggende schakelaar een fout binnen zijn eigen korte-tijd- of aardfoutbereik, dan stuurt deze onmiddellijk een restraint-signaal naar de bovenliggende schakelaar(s) in zijn keten.
• Ontvangt een bovenliggende schakelaar dit restraint-signaal, dan houdt deze zijn normale, langere tsd-vertraging aan — precies zoals bij gewone tijdgegradeerde selectiviteit — zodat de onderliggende schakelaar de tijd krijgt om de fout zelf af te handelen.
• Ontvangt de bovenliggende schakelaar geen restraint-signaal binnen een korte responstijd, dan concludeert deze dat de fout zich in zijn eigen zone bevindt (dus niet verder afgehandeld gaat worden door een onderliggende schakelaar) en schakelt vrijwel onmiddellijk uit, in plaats van de volle, voor het diepste niveau bedoelde vertraging aan te houden.

Het resultaat is dat elke schakelaar in de keten voor een fout in zijn eigen, meest nabije zone bijna instantaan uitschakelt — met een lagere vlamboogenergie tot gevolg — terwijl de volledige selectiviteit tussen de niveaus behouden blijft voor een fout die zich daadwerkelijk verderop in de installatie bevindt.

ZSI is een aanvulling op, geen vervanging van, de LSI(G)-curve

Een schakelaar met ZSI behoudt zijn volledig ingestelde LSI(G)-curve (zie de gerelateerde gids) als achtervang: als de ZSI-signaalverbinding om wat voor reden dan ook niet functioneert of niet is aangesloten (bijvoorbeeld bij een schakelaar die (nog) niet in het ZSI-net is opgenomen), valt de schakelaar terug op zijn normale, tijdgegradeerde tsd-instelling. ZSI vervangt de onderliggende LSI(G)-instelling dus niet, maar maakt deze dynamisch: kort waar mogelijk, lang waar nodig voor selectiviteit.

Let op: de exacte bedrading, het gebruikte signaalprotocol en de mate waarin schakelaars van verschillende fabrikanten onderling ZSI-compatibel zijn, volgen uit de specificaties van de schakelaarfabrikant; dit artikel behandelt het principe, niet een pasklare bedradingsinstructie voor elk schakelaarmerk of -type.

Praktische relevantie

Bij het ontwerpen of beoordelen van een verdeelinrichting met meerdere niveaus van vermogensschakelaars is het zinvol te onderzoeken of ZSI beschikbaar en toepasbaar is, vooral op plekken waar het vlamboogenergie-risico voor personeel (bijvoorbeeld bij de hoofdverdeler) hoog is: ZSI kan daar een aanzienlijke reductie van de incident energy opleveren zonder de selectiviteit met onderliggende schakelaars op te geven — in tegenstelling tot het simpelweg verkorten van de tsd-instelling van de bovenliggende schakelaar, wat de selectiviteit juist zou ondermijnen.

Veelgemaakte fouten

1. Aannemen dat ZSI de noodzaak van correct ingestelde LSI(G)-curves wegneemt — ZSI werkt bovenop de onderliggende tsd-instelling, als dynamische verkorting daarvan wanneer er geen restraint-signaal binnenkomt, niet als vervanging.
2. De ZSI-signaalverbinding niet meenemen in de inbedrijfstellingstest — een niet-functionerende of verkeerd aangesloten signaalverbinding valt terug op de normale, langere vertraging, wat op zich veilig is voor selectiviteit maar de verwachte vlamboogenergiereductie tenietdoet.
3. Schakelaars van verschillende fabrikanten zonder verificatie ZSI-gekoppeld bedraden — niet elk protocol of elke signaalimplementatie is onderling compatibel.
4. ZSI toepassen als vervanging voor een correcte selectiviteitsberekening — ZSI verbetert de reactietijd bij een fout dicht bij de schakelaar, maar de onderliggende tsd-gradering moet nog steeds correct berekend zijn voor de situatie waarin geen restraint-signaal aanwezig is.

Gerelateerd

• Circuit-breaker instellingen — L, S, I en G in de LSI(G)-beveiligingscurve
• Vermogensschakelaar (MCCB) versus installatieautomaat (MCB)
• Vlamboog (arc flash) — risico, energie en PBM
• Verdeelinrichting & selectiviteit — §536