LABORATORIUM

1.       Wstęp

Skutecznym sposobem zabezpieczania się przed możliwością porażenia prądem elektrycznym jest wyłącznik różnicowoprądowy. W skrócie wyłącznik różnicowoprądowy nazywany jest RCD (od angielskiego Residual Current Device), w potocznej mowie nazywany jest „różnicówką”. Zasadniczym celem instalowania wyłącznika jest ochrona przed tzw. dotykiem pośrednim. Większość osób jest świadoma, że nie należy dotykać przewodów pod napięciem (dotyk bezpośredni). Jednak nie zachowujemy takich środków ostrożności wobec dotyku np. całkiem zwyczajnej lodówki. Tymczasem w przypadku awarii jej obudowa może się znaleźć pod wysokim napięciem. Wyłącznik RCD ogranicza takie skutki uszkodzenia urządzeń, w tym też możliwość powstania pożaru.

2.       Budowa

Rys. 1: Schemat wyłącznika różnicowoprądowego

1-      Zestyki torów prądowych, wraz z zamkiem i dźwignią załączającą

2-      Wyzwalacz różnicowoprądowy, czyli przekaźnik spolaryzowany

3-      Przekładnik Ferrantiego, pierścień ferromagnetyczny, przez który przechodzą przewody fazowe i przewód neutralny

4-      Obwód testowania wyłącznika, umożliwia jego sprawdzenie w trakcie eksploatacji

3.       Zasada działania

W czasie normalnej pracy sieci elektrycznej suma prądów (gdy są sinusoidalne) płynących przez przekładnik jest równa zero (zgodnie z I prawem Kirchoffa). Stąd na uzwojenia wtórnym przekładnika nie wyidukuje się siła elektromotoryczna, przekaźnik spolaryzowany jest zamknięty (zwora przyciągana przez magnes trwały) i tym samym styki są zamknięte, czyli wyłącznik przepuszcza przez siebie prąd

Jeśli natomiast w chronionym obwodzie pojawi się prąd upływowy (np. przez ciało człowieka lub do ziemi przez przewód ochronny PE), to wtedy ilość prądu wpływającego nie będzie równa prądowi wypływającemu, więc będzie różna od zera. W uzwojeniu wtórnym wyidukuje się siła elektromotoryczna, która powoduje przepływ prądu przez cewkę przekaźnika spolaryzowanego. Jeśli różnica prądów będzie większa niż deklarowany próg zadziałania (tj. próg upływu), przekaźnik spolaryzowany zostanie otwarty, zwalniając zamek i otwierając styki główne, przez co wyłącznik nie będzie przepuszczał prądu (przerwa w obwodzie zasilającym).

Istnieje także możliwość testowania wyłącznika, polegająca na sprawdzeniu poprawności działania przekładnika Ferrantiego. Przycisk testujący poprzez wbudowaną rezystancję zwiera przewód fazowy od strony niezabezpieczonej wyłącznikiem RCD z przewodem neutralnym od strony zabezpieczonej. W ten sposób przez wyłącznik płynie prąd tylko w torze fazowym, a suma prądów będzie różna od zera. Wyłącznik powinien więc zadziałać.

4.       Podział wyłączników różnicowoprądowych

a)      z uwagi na zasadę działania:

- wyłączniki o działaniu bezpośrednim, wyzwalacz takiego wyłącznika pobudzany jest jedynie prądem różnicowym, bez konieczności obecności napięcia w sieci

- wyłączniki o działaniu pośrednim, zastosowano specjalny wzmacniacz prądowy zapewniający odpowiednio dużą moc potrzebną do zadziałania wyłącznika

b)      ze względu na możliwość wyłączania prądów zwarciowych:

- wyłączniki bez wyzwalaczy nadprądowych

- wyłączniki z wyzwalaczami nadprądowymi, są wyposażone jak wyłączniki nadprądowe w wyzwalacze nadprądowe o charakterystykach B i C. Są jednak droższe, bardziej skomplikowane i bardziej zawodne.

c)      Z uwagi na kształt prądu różnicowego:

- wyłączniki o wyzwalaniu typu AC, przystosowane do działania wyłącznie przy prądzie przemiennym sinusoidalnym

- wyłączniki o wyzwalaniu typu A, przystosowane do działania wyłącznie przy prądzie przemiennym sinusoidalnym oraz przy prądzie pulsującym ze składową stałą nieprzekraczającą 6 mA

- wyłączniki o wyzwalaniu typu B, których działanie jest zapewnione przy prądzie przemiennym sinusoidalnym oraz przy prądzie stałym o niewielkim tętnieniu niezależnie od biegunowości.

d)      Ze względu na czas działania:

- wyłączniki bezzwłoczne

- wyłączniki zwłoczne (selektywne) typu S, do układów wymagających selektywności

e)      Ze względu na czułość zadziałania (próg):

- wysokoczułe (prąd nie większy niż 30 mA)

- średnioczułe (pomiędzy 30 a 500 mA)

- niskoczułe (powyżej 500 mA)

5.       Zastosowanie wyłącznika różnicowoprądowego

Wyłącznik różnicowoprądowy jest stosowany jako ochrona dodatkowa, obok samoczynnego wyłączenia zasilania, działającego przy bezpośrednim zwarciu faza – przewód neutralny lub międzyfazowego. Wykrywa on znacznie mniejsze prądy upływu, które nie spowodują zadziałania zabezpieczeń nadprądowych ze względu na dużą rezystancję (np. przez ludzkie ciało). Wyłączniki różnicowoprądowe stosuje się w układach sieci TN-S, TN-C-S, TT oraz IT (rzadziej). Wyłączniki różnicowoprądowe powinny być:

- łącznikami izolacyjnymi (w stanie otwarcia powinny zapewniać bezpieczną przerwę izolacyjną)

- wyposażone w napęd ręczny umożliwiający zamykanie i otwieranie wyłącznika

- wyposażone w widoczne wskaźniki, otwarcia i zamknięcia wyłącznika

- urządzeniami klasy ochronności II

- o stopniu ochrony obudowy co najmniej IP 2X

- wyposażone w człon kontrolny (popularny przycisk TEST)

Rys. 2: Popularne na Polskim rynku wyłączniki różnicowoprądowe jedno i trójfazowe.

Rys. 3: Schemat sieci TN-C-S wraz z zastosowanym wyłącznikiem różnicowoprądowym

6.       Zbędne zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego

Zjawisko zbędnych zadziałań wyłączników różnicowoprądowych jest znane przede wszystkim ich użytkowników, projektantom i wykonawcom sieci elektrycznych. Głównymi przyczynami są:

1)      Błędy popełniane na etapie wykonawstwa i odbioru instalacji, np. połączenie przewodu N bezpośrednio z PE, połączenie przewodu N z przewodami N z innych chronionych obwodów

2)      Nieprawidłowo dobrany wyłącznik różnicowoprądowy, rzeczywisty prąd zadziałania jest niższy niż np. prądy upływowe samej instalacji (np. długie trasy przewodów, filtry przeciwzakłóceniowe).

3)      Przepięcie i towarzyszący mu prąd różnicowy.

7.       Tabela pomiarowa

Pomiary zostały wykonane miernikiem SONEL MRP – 120, o nr seryjnym 280759/65, badanym obwodem była sieć TN-S. + oznacza pomiary dla fazy dodatniej, - dla fazy ujemnej (-90 st.)