wyŁączniki różnicowoprądowe - El-It
Transkrypt
wyŁączniki różnicowoprądowe - El-It
E i O spr zęt el ek t r o in s ta la cyjny Łączniki modułowe w budownictwie mieszkaniowym – wyłączniki różnicowoprądowe W cyklu składającym się z dwóch artykułów przedstawiamy rozwiązania techniczne stosowane w wyłącznikach różnicowoprądowych i przetężeniowych. Wyłączniki różnicowoprądowe są powszechnie stosowane w instalacjach elektrycznych. Zapewniają ochronę przed dotykiem pośrednim, bezpośrednim i mogą chronić przed pożarem instalacji elektrycznej. Ich właściwy dobór wymaga pewnej wiedzy. Wyłączniki do zabezpieczeń przetężeniowych, zwane wyłącznikami nadprądowymi bądź miniaturowymi, praktycznie zastąpiły bezpieczniki w instalacjach domowych. Niewielkie wymiary i bezpieczeństwo obsługi to bezsprzeczne zalety tych urządzeń. Cechą wspólną tych urządzeń jest modułowa budowa (szerokość 1 modułu aparatu wynosi 17,5 mm). Wyłączniki różnicowoprądowe Wyłączniki różnicowoprądowe (rys. 1) są przeznaczone do ochrony osób przed dotykiem pośrednim, gdy dostępne części przewodzące instalacji są połączone z właściwym przewodem ochronnym. Historia tych aparatów zaczęła się w 1955 r., gdy profesor Gottfried Biegelmeier uzyskał patent na wyłącznik różnicowoprądowy. W 1980 r. pierwsze urządzenie różnicowoprądowe w obudowie modułowej pojawiło się na rynku. Urządzenia te służą do samoczynnego wyłączenia obwodu lub grupy odbiorów, gdy Rys. 1. Wyłącznik różnicowoprądowy do instalacji jedno- i trójfazowych firmy EATON MOELLER wystąpi niebezpieczne napięcie dotykowe grożące porażeniem prądem elektrycznym. Takie niebezpieczne napięcie może pojawić się na częściach przewodzących. Wyłączniki tego typu służą również jako uzupełnienie ochrony przed dotykiem bezpośrednim (ochrony podstawowej), gdy zawiodą inne sposoby ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym oraz spełniają rolę ochrony przed pożarami wywołanymi prądami doziemnymi, gdy nie zadziała zabezpieczenie nadprądowe. Jeżeli wyłączniki mają wbudowane zabezpieczenie nadprądowe, służą także do ochrony przed skutkami przepływu prądów przetężeniowych. Stosowanie wyłączników różnicowoprądowych lub innych środków ochrony przeciwporażeniowej jest wymagane w instalacjach nowych lub modernizowanych przez rozporządzenie ministra infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. ze zmianą z dnia 12 marca 2009 r. (Dz. U. Nr 56, poz. 461) w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Stosowanie wyłączniElektroinstalator 10/2009 www.elektroinstalator.com.pl 52 ków różnicowoprądowych w sieci TN-C zgodnie z normami wymaga rozdzielenia co najmniej w pobliżu wyłącznika przewodu PEN na PE i N. W sieci TN-S wyłącznik taki może być stosowany bez ograniczeń. Określenia dotyczące wyłączników różnicowoprądowych W literaturze, katalogach i na schematach wyłączniki różnicowoprądowe oznacza się symbolem RCD (residual current device), RCCB (residual current circuit breaker) lub I∆. Natomiast wyłączniki różnicowoprądowe z wbudowanym zabezpieczeniem nadprądowych oznacza się jako RCBO. Norma PN-EN 61008–1:2007 definiuje wyłącznik różnicowoprądowy jako łącznik mechanizmowy przeznaczony do załączania, przewodzenia i wyłączania prądów w normalnych warunkach pracy i powodujący otwarcie zestyków, gdy prąd różnicowy osiągnie określoną wartość w określonych warunkach dostępnych, czyli na metalowych częściach obudowy odbiorników energii elektrycznej. Inne pojęcia związane z wyłącznikami różnicowoprądowymi typu RCCB i RCBO to m.in: n prąd różnicowy (I∆) – suma wektorowa chwilowych wartości prądów przepływających w obwodzie głównym wyłącznika RCCB lub RCBO (wyrażona wartością skuteczną); n prąd różnicowy zadziałania – wartość prądu różnicowego, który powoduje zadziałanie wyłącznika RCCB lub RCBO w określonych warunkach; n prąd różnicowy niezadziałania – wartość prądu różnicowego, przy której i poniżej której wyłącznik RCCB lub RCBO nie zadziała w określonych warunkach. Budowa i działanie wyłączników różnicowoprądowych Przekładnik prądowy sumujący (Ferrantiego) wbudowany w wyłącznik modułu różnicowoprądowego porównuje prądy, które płyną w przewodach L i N. W warunkach pracy normalnej, niczym nie zakłóconej, w obu przewodach płynie jednakowy prąd. W razie uszkodzenia izolacji powstanie w chronionym obwodzie prąd różnicowy I∆, płynący do części przewodzącej dostępnej. W wyniku tak powstałej asymetrii w rdzeniu przekładnika modułu różnicowoprądowego pojawia się strumień magnetyczny oraz prąd w obwodzie wtórnym przekładnika. Jeśli wartość prądu upływowego przekroczy zadaną wartość (I∆n), element wyzwalający powoduje otwarcie zestyków wyłącznika różnicowoprądowego i wyłączenie Ospr zęt elektroinstalacyjny Rys. 2. Wyłącznik różnicowoprądowy z aparatem RESTART AUTOTEST firmy GEWISS prądu w przewodach L i N. Podobnie działają trójfazowe wyłączniki różnicowoprądowe, które są zwykle urządzeniami czterobiegunowymi. Rozłączane są przewody fazowe i przewód neutralny. Wyłączniki różnicowoprądowe jednofazowe mają szerokość dwóch modułów, trójfazowe zwykle trzech lub czterech modułów. Wyłączniki różnicowoprądowe z wbudowanym zabezpieczeniem nadprądowym (RCBO) mogą mieć szerokość czterech modułów dla prądów znamionowych do 32 A i więcej dla prądów znamionowych wyższych niż 32 A. Wyłączniki są wyposażone w przycisk kontrolny T, który umożliwia sprawdzenie działania aparatu. Częstość sprawdzenia powinna być zgodna z zaleceniami producenta. Należy pamiętać, że w ten sposób nie sprawdza się, czy właściwie są przyłączone i chronione odbiorniki za badanym wyłącznikiem różnicowoprądowym. W trakcie sprawdzenia następuje przerwanie obwodu elektrycznego. Jest to kłopotliwe, jeśli wyłącznik np. zasila wiele odbiorników z wyświetlaniem daty i czasu bez podtrzymania bateryjnego (są to urządzenia wideo, ale także coraz częściej kuchenki elektryczne i mikrofalowe, lodówki i inne urządzenia). Czasem przerywanie obwodu może być niepożądane, jeśli zasilane są np. odbiorniki medyczne. Firma GEWISS proponuje wyłącznik różnicowoprądowy (rys. 2), który pozwala uniknąć tego problemu, gdyż jest wyposażony w specjalną przystawkę służącą do automatycznego samosprawdzania. Przystawka zawiera styki równoległe, na które zasilanie jest przełączane na czas sprawdzenia. Jeśli wyłącznik działa poprawnie, to wtedy zasilanie jest ponownie przełączane na styki wyłącznika, jeśli nie, to cały obwód jest rozłączany. Firma EATON MOELLER oferuje dwa różne rozwiązania. Jednym z nich jest przystawka do wyłącznika różnicowoprądowego. Zadaniem tego aparatu montowanego przed lub za wyłącznikiem różnicowoprądowym jest sygnalizacja zakłóceń w obwodzie, które potencjalnie mogą wyzwolić skojarzony wyłącznik. Miejscem zastosowania są obwody, gdzie nagłe wyłączenie może być kłopotli- Rys. 3. Wyłącznik różnicowoprądowy cyfrowy PDIM firmy EATON MOELLER E i we. Drugim rozwiązaniem jest wyłącznik różnicowoprądowy cyfrowy PDIM (rys. 3), który umożliwia lokalną i zdalną informację o prądzie upływu w trzech zakresach: 0–30%, 30–50% i ponad 50% prądu wyzwolenia. Zaletami tej konstrukcji ma być ograniczenie niepożądanych wyłączeń oraz większe bezpieczeństwo i wygoda. Klasyfikacja wyłączników różnicowoprądowych Wyłączniki różnicowoprądowe można klasyfikować m.in: a) według użytkowania w zakresach temperatury otoczenia n -5°C do +40°C; n od -25°C do +40°C (oznaczane ); b) od działania przy prądzie różnicowym zawierającym składowe stałe: n typu AC: stosuje się w sieciach, w których prądy doziemne mają przebieg sinusoidalny (oznaczenie ); n typu A: są stosowane tam, gdzie prądy doziemne są wyprostowane lub pulsujące. Jest to typowe dla odbiorników o charakterystyce nieliniowej, głównie elektronicznych (oznaczenie ); n typu B: są stosowane tam, gdzie występują prądy doziemne stałe lub o małej częstotliwości, np. urządzenia energoelektroniczne w sieciach przemysłowych (oznaczenie ). Warto wspomnieć, że w wielu krajach (np. w Niemczech) stosowanie wyłączników typu AC jest ograniczone przepisami (jak należy sądzić z uwagi na to, że coraz częściej mamy do czynienia z odbiornikami o charakterystyce nieliniowej). Natomiast w projekcie nowelizacji normy IEC 62423 znalazły się wyłączniki różnicowoprądowe typu F, które mają być typem pośrednim między A i B; c) od zwłoki działania (gdy występuje prąd różnicowy): n bezzwłoczny: typ do ogólnego zastosowania. Wyłączniki różnicowoprądowe poddawane są dwóm rodzajom prób udarem prądowym: 200 A, 0,5 μs/100 kHZ (prąd 25 A dla IΔn ≤10 mA) oraz 3000 A, 8/20 μs . Podczas tej drugiej próby wyłącznik zwłoczny nie powinien zadziałać, wyłącznik ogólnego typu (bezzwłoczny) może zadziałać. Stosowanie wyłączników różnicowoprądowych bezzwłocznych może być kłopotliwe ze względu na występujące tzw. niepożądane wyłączenia. Najczęściej mogą one powstawać w czasie nieustalonej pracy instalacji elektrycznej (włączenie lub wyłączenie dużej liczby źródeł światła, urządzeń grzejnych, silników). Wtedy przez kilkadziesiąt milisekund mogą występować w instalacji prądy, które mają charakter podobny do prądu upływowego. Dla wyeliminowania tego zjawiska producenci wprowadzili do oferty wyłączniki, które mają wbudowaną pewną zwłokę czasową (zwykle 10 ms lub do 20 ms ) i odporność na prądy udarowe często równą wyłącznikom zwłocznym. Ponieważ znormalizowane wartości maksymalnego czasu wyłączania dla prądu IΔn wynoszą dla wyłączników ogólnego zastosowania 0,3 s – są to w rozumieniu normy nadal wyłączniki bezzwłoczne (ale dla odróżnienia określane jako krótkozwłoczne – niewrażliwe na prądy płynące w stanach nieustalonych). Zwykle wyłączniki krótkozwłoczne to wyłączniki typu A; n zwłoczny typ S: do układów selektywnych. Wyłączniki są oznakowane symbolem . Mają zastosowanie m in. w układach instalacji elektrycznych, gdzie wyłączniki różnicowoprądowe są połączone szeregowo. Wyłącznik selektywny działa z pewnym określonym opóźnieniem (wynosi ono do 0,5 s przy wyzwalaniu prądem różnicowym znamionowym) wtedy, gdy wyłączniki w obwodach odbiorczych nie wyłączą uszkodzenia; d) od prądu znamionowego różnicowego IΔn: 53 Elektroinstalator 10/2009 www.elektroinstalator.com.pl E i n I∆n O spr zęt el ek t r o in s ta la cyjny ≤ 30 mA – stosowane jako zabezpieczenie w ochronie przeciwporażeniowej: ochrona przed dotykiem pośrednim i uzupełnienie ochrony przed dotykiem bezpośrednim (ochrony podstawowej). Są to urządzenia o wysokiej czułości, prąd zadziałania wynosi zwykle ok. 50% wartości prądu znamionowego różnicowego. Te wartości prądu I∆n są zbliżone do wartości dolnego progu prądu mogącego spowodować porażenie; n I∆n > 30 mA – są stosowane jako zabezpieczenie przeciwpożarowe (o znamionowym prądzie różnicowym nie większym niż 500 mA) – wtedy są instalowane na początku układu rozdzielczego; e) od sposobu zabezpieczenia nadprądowego: n w yłączniki różnicowoprądowe mogą mieć dodatkowo wbudowane zabezpieczenie nadprądowe (wyłączniki typu RCBO). Takie wyłączniki stosuje się do zabezpieczania pojedynczych obwodów albo w tych obwodach instalacji, które charakteryzują się większym prawdopodobieństwem występowania prądów upływowych (np. w wilgotnych pomieszczeniach). Dla wyłączników typu RCBO definiuje się dwa parametry związane ze zwarciową zdolnością łączeniową: n zdolność znamionowa łączeniowa zwarciowa (Icn) jest to wartość prądu wyłączalnego zwarciowego granicznego, przypisana wyłącznikowi przez producenta; n zdolność znamionowa załączania i wyłączania prądu różnicowego (IΔm) przypisana wyłącznikowi przez producenta jako wartość skuteczna składowej okresowej Elektroinstalator 10/2009 www.elektroinstalator.com.pl 54 spodziewanego prądu różnicowego, który wyłącznik jest zdolny załączyć, przewodzić i wyłączyć w określonych warunkach. Ten sam wyrób może mieć różne wartości Icn i IΔm. Aby wyłącznik różnicowoprądowy bez wbudowanego zabezpieczenia nadprądowego nie reagował na prąd zwarciowy płynący w obwodzie, powinien mieć prąd znamionowy dostosowany do przewidywanego obciążenia w obwodzie . Jest to spowodowane ograniczoną zdolnością zwarciową tych wyłączników. Jeśli możliwe jest wystąpienie większych prądów zwarciowych, wyłączniki RCCB powinny być chronione przed skutkami zwarcia zgodnie za pomocą wyłączników nadprądowych lub bezpieczników połączonych szeregowo z wyłącznikami różnicowoprądowymi. Wyróżnia się dwa parametry: prąd znamionowy zwarciowy umowny (Inc) i prąd znamionowy różnicowy zwarciowy umowny (I∆c) – są to określone przez producenta odpowiednio wartość skuteczna prądu spodziewanego i wartość prądu spodziewanego różnicowego, które wyłącznik RCCB chroniony przez zabezpieczenie zwarciowe może wytrzymać w określonych warunkach, bez doznania nieodwracalnych zmian wpływających ujemnie na jego dalsze działanie. Katalogi producentów powinny podawać zalecane wartości prądów odpowiednich bezpieczników. Odpowiednie oznaczenie znajduje się także na wyłączniku (np. ) co oznacza, że RCCB wytrzymuje prąd zwarciowy 10000 A (pod warunkiem zabezpieczenia go bezpiecznikiem topikowym gG 80 A). Andrzej Kieliszek