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