Urządzenia różnicowoprądowe

 

(aktualizacja 24.03.2009 r.)

Spis treści:

• Zasada działania

• Typy, parametry i czasy wyłączenia

• Instalowanie

• Wybór prądu zadziałania

• Zbędne zadziałania i zawodność

• Oznaczenia wyłączników RCD

• Przeglądy wyłączników RCD

Urządzenia ochronne różnicowoprądowe

1. Zasada działania

Skuteczną ochronę przeciwporażeniową i przeciwpożarową w instalacjach elektrycznych zapewniają wielofunkcyjne urządzenia ochronne różnicowoprądowe (RCD - skrót ang. "Residual Current Device"), występujące jako:

- wyłączniki ochronne różnicowoprądowe, lub

- wyłączniki współpracujące z przekaźnikami różnicowoprądowymi.

Urządzenia ochronne różnicowoprądowe mogą spełniać w instalacjach elektrycznych, następujące funkcje:

1.1 ochrona przy dotyku pośrednim jako element samoczynnego wyłączenia zasilania,

1.2 uzupełnienie ochrony przed dotykiem bezpośrednim, przy zastosowaniu urządzeń różnicowoprądowych o

   znamionowym różnicowym prądzie zadziałania nie większym niż 30 mA,

1.3 ochrona przeciwpożarowa budynku przy zastosowaniu urządzeń różnicowoprądowych, o znamionowym

    różnicowym prądzie zadziałania nie większym niż 500 mA.

Wyłączniki budowane są na znamionowy różnicowy prąd zadziałania I_Δn. Rzeczywisty prąd zadziałania wyłączników różnicowoprądowych musi być większy od 0,5 I_Δn do  I_{Δn ,} jednak nie większy niż I_Δn.

Spełnienie tego wymagania, przy poprawnym doborze wyłącznika różnicowoprądowego, zapewnia jego działanie tylko przy powstaniu uszkodzenia w instalacji, a zapobiega zbędnemu działaniu powodowanemu przez robocze prądy upływowe.

Urządzenia ochronne różnicowoprądowe można stosować we wszystkich układach sieci z wyjątkiem układu TN-C po stronie obciążenia.

Ze względu na rodzaj prądu uszkodzeniowego, na które wyłączniki reagują, wyłączniki różnicowoprądowe dzielą się na:

a) wyłączniki różnicowoprądowe o wyzwalaniu typu AC, przystosowane do działania wyłącznie przy prądzie

  uszkodzeniowym przemiennym,

b) wyłączniki różnicowoprądowe o wyzwalaniu typu A, przystosowane do działania przy prądzie

   uszkodzeniowym

  przemiennym, jak również przy prądzie uszkodzeniowym pulsującym jednokierunkowym o dowolnej biegunowości lub

  sterowanym fazowo sterownikiem tyrystorowym, ze składową stałą do 6 mA.

Rys. 1a. Uproszczony schemat trójfazowego wyłącznika  różnicowoprądowego

o działaniu niezależnym od napięcia sieci

Oznaczenia: T - przycisk kontrolny "TEST"; R_T - rezystor ograniczający zmodelowany prąd zwarcia.

Głównym elementem wyłącznika jest przekładnik prądowy Ferrantiego. Przez przekładnik powinny przechodzić wszystkie przewody czynne obwodu zasilające chroniony odbiornik lub grupę odbiorników. Przekładnik ma na wspólnym rdzeniu nawiniętych tyle uzwojeń ile przewodów ma obwód. Prądy w uzwojeniach indukują w rdzeniu przekładnika strumienie magnetyczne, których wielkość odpowiada natężeniom prądu. Jeżeli stan izolacji obwodu jest dobry, to suma wartości chwilowych prądów w przewodach przechodzących przez przekładnik Ferrantiego jest równa zeru.

Jeżeli w wyniku uszkodzenia izolacji w chronionym obwodzie nastąpi upływ prądu do ziemi, to w obwodzie popłynie prąd różnicowy I_Δ, natomiast suma prądów w przewodach czynnych nie jest równa zeru. Pod wpływem tej różnicy strumień indukuje w dodatkowym uzwojeniu prąd, który przepływając przez przekaźnik  spolaryzowany wyłącznika RCD, powoduje samoczynne jego wyłączenie.

Aby w przypadku uszkodzenia izolacji w odbiorniku z metalową obudową mogło dojść do natychmiastowego zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego, to musi być spełniony warunek przyłączenia wszystkich części przewodzących dostępnych instalacji:

- w układzie TN - do uziemionego punktu sieci za pomocą przewodów ochronnych PE lub PEN,

- w układach TT i IT -  do uziomu ochronnego R_A,

 

c) wyłączniki różnicowoprądowe o wyzwalaniu typu B nadają się do stosowania w instalacjach prądu przemiennego, których działanie jest zapewnione przy przy prądzie różnicowym przemiennym, jak również przy prądzie uszkodzeniowym pulsującym jednokierunkowym o dowolnej biegunowości lub sterowanym fazowo sterownikiem tyrystorowym pulsującym ze składową stałą do 6 mA i z prądem stałym z niektórych układów prostownikowych.

 

 

Rys. 1b Budowa  wyłącznika  różnicowoprądowego o wyzwalaniu typu B.

Oznaczenia: T - przycisk kontrolny "TEST"; R_T - rezystor ograniczający zmodelowany prąd zwarcia;

TR₁ - pierwszy przekładnik prądowy z układem A reagującym na prądy przemienne i jednokierunkowe pulsujące ze składowa stałą nie większą niż 6 mA; TR₂ - drugi przekładnik prądowy z układem EW zależnym od napięcia sieci, wykrywającym prądy stałe o niewielkim tętnieniu.

 

Głównymi zaletami stosowania wyłączników różnicowoprądowych jest to, że zapewniają one:

- absolutną wybiórczość ochrony, nawet przy zastosowaniu wspólnego uziomu pomocniczego dla wielu odbiorników,

- wszechstronne możliwości ich stosowania we wszystkich rodzajach pomieszczeń,

- ochronę przed powstaniem pożaru,

- ochronę przed porażeniem prądem, nawet na skutek bezpośredniego dotknięcia ręką części obwodu elektrycznego

  pod napięciem (ochrona przed dotykiem bezpośrednim).

2. Typy, parametry i czasy wyłączenia

Wyłączniki różnicowoprądowe charakteryzują następujące parametry:

1) napięcie znamionowe:

    a) wyłączników jednofazowych dwubiegunowych - 230 V,

    b) wyłączników trójfazowych trójbiegunowych i czterobiegunowych - 400 V,

2) prąd znamionowy ciągły I_n  - 6,8,10,13,16,20,25,32,40,63 A, a także 100,125,160 A,

3) prąd znamionowy różnicowy zadziałania I_Δn -  6,10,30,100,300,500, 1000, 3000 mA,

4) częstotliwość znamionowa f - zwykłych wyłączników różnicowoprądowych wynosi: 50 i/lub 60 Hz. Wyłączniki

    różnicowoprądowe zbudowane do stosowania w instalacjach prądu o wyższych częstotliwościach są odpowiednio

    oznaczone.

Ze względu na czułość wyłączniki różnicowoprądowe dzielą się na:

- wysokoczułe, których prąd I_Δn  nie przekracza 30 mA,

- średnioczułe, których prąd I_Δn  jest > 30 mA i ≤ 500 mA,

- niskoczułe,    których prąd I_Δn jest > od 500 A.

 

Ze względu na zachowanie się wyłącznika w stanach przejściowych wyłączniki różnicowoprądowe dzieli się na:

- wyłączniki bezzwłoczne, reagujące z czasem własnym wyłącznika na pojawiający się w obwodzie prąd

  uszkodzeniowy (bez oznaczenia na obudowie),

- wyłączniki bezzwłoczne, o zwiększonej odporności na prąd uszkodzeniowy udarowy, przetrzymujące bez

  zadziałania udar o kształcie 8/20 μs o wartości szczytowej do 500 A (oznaczone na obudowie rysunkiem udaru

  prądowego),

- wyłączniki krótkozwłoczne, o zwłoce czasowej 10 ms, o odporności na prąd uszkodzeniowy udarowy

  przetrzymujące bez zadziałania udar o kształcie 8/20 μs o wartości szczytowej do 3 kA (oznaczone na obudowie

  literą G umieszczoną w kwadracie),

- wyłączniki zwłoczne, nazywane też wyłącznikami selektywnymi, przeznaczone do szeregowej współpracy z

  wyłącznikami bezzwłocznymi (oznaczone na obudowie literą S umieszczonej w kwadracie).

 

Czasy wyłączenia, wymagane przy zakłóceniach (pojawianiu się prądu uszkodzeniowego) przez normy:

- PN-EN 61008-1:2007/ISI:2008  Wyłączniki różnicowoprądowe bez wbudowanego zabezpieczenia nadprądowego do

  użytku domowego i podobnego (RCCB)--Część 1: Postanowienia ogólne  oraz

- PN-EN 61009-1:2008 Wyłączniki różnicowoprądowe z wbudowanym zabezpieczeniem nadprądowym do użytku

  domowego i podobnego (RCBO)--Część 1: Postanowienia ogólne,  zależą od krotności prądu uszkodzeniowego I_Δ w

  stosunku do wartości prądu znamionowego wyłącznika  I_Δn(I_Δn,2 I_Δn5 I_Δn ) oraz od typu wyłącznika.

 

W tablicy 1 przedstawiono znormalizowane  wartości czasu wyłączania i czasu niezadziałania wyłączników  różnicowoprądowych.

Tablica 1. Wartości czasu wyłączania i czasu niezadziałania wyłączników różnicowoprądowych

Wartości prądów uszkodzeniowych niesinusoidalnych wyłączników A i B powiększa się przy pomiarze czasu zadziałania przez zastosowanie współczynnika 1,4 w przypadku wyłączników, których znamionowy różnicowy prąd zadziałania jest większy od 0,01 A i przez 2, w przypadku wyłączników, których prąd jest co najmniej równy 0,01 A.

Charakterystyki czasowo-prądowe wyłączników różnicowoprądowych

Rys.1c Zestawienie pasmowych charakterystyk czasowo-prądowych wyłączników

różnicowoprądowych: 1. bezwłocznego  I_Δn= 30 mA,  2. zwłocznego I_Δn  = 300 mA

G - charakterystyka czasów przetrzymywania wyłączników krótkozwłocznych (co najmniej 10 ms).

 

Charakterystyki czasowo-prądowe wyłączników różnicowoprądowych zainstalowanych na poszczególnych stopniach ochrony instalacji elektrycznej, nie powinny się w żadnym przypadku przecinać ani stykać  (jak na rys. 1c). 

 

3. Instalowanie wyłączników różnicowoprądowych

3.1. Instalowanie wyłączników w sieci o układzie TN

W sieci o układzie TN, wyłącznik różnicowoprądowy może być stosowany pod warunkiem, że instalacja odbiorcza za wyłącznikiem będzie zbudowana w układzie TN-S. Oznacza to, że przed wyłącznikiem różnicowoprądowym przewód PEN sieci o układzie TN-C powinien zostać rozdzielony na dwa oddzielne przewody: przewód neutralny  N i przewód ochronny PE.

Rys. 2. Przykład stosowania wyłącznika różnicowoprądowego

w sieci o układzie TN-S

W sieci o układzie TN-C-S, do części przewodzących dostępnych (metalowych obudów) odbiorników I klasy ochronności należy podłączyć przewód ochronny PE. Przewód ten powinien być izolowany od przewodu neutralnego N sieci odbiorczej, mieć barwę żółto-zieloną i przekrój odpowiadający przekrojowi przewodów fazowych.

Uwaga: gdy przewód ochronny PE nie jest żyłą przewodu wielożyłowego lub nie jest prowadzony we wspólnej osłonie z przewodami czynnymi, to minimalny przekrój żyły przewodu ochronnego nie może być mniejszy niż:

- 2,5 mm² - gdy przewód ten jest chroniony przed mechanicznymi uszkodzeniami, lub

- 4,0 mm² - gdy przewód nie jest chroniony przed mechanicznymi uszkodzeniami.

Schemat ideowy wyłącznika różnicowoprądowego w  układzie TN-C-S przedstawiono na rys.3.

Rys.3 Przykład stosowania wyłącznika różnicowoprądowego w s układzie TN-C-S.

3.2. Instalowanie wyłączników różnicowoprądowych w układzie TT

W układzie tym, części przewodzące dostępne wszystkich odbiorników I klasy ochronności powinny być uziemione indywidualnie lub grupowo przez przyłączenie do ich zacisków ochronnych uziemionego przewodu ochronnego PE.

Schemat ideowy wyłącznika różnicowoprądowego w sieci o układzie TT przedstawiono na rys.4.

Rys.4 Przykład stosowania wyłącznika różnicowoprądowego w układzie TT

3.3. Instalowanie wyłączników różnicowoprądowych w układzie TN-C/TT

W uzasadnionych przypadkach można stosować sieć o układzie TT z wyłącznikiem różnicowoprądowym zasilaną z sieci TN-C. W takim przypadku należy w sieci o układzie TN-C zainstalować urządzenie ochronne różnicowoprądowe, a części przewodzące dostępne zasilanych urządzeń przyłączyć do uziemienia ochronnego, tworząc w ten sposób po stronie obciążenia układ sieci TT.

Rezystancja uziemienia RA powinna być odpowiednia dla znamionowego prądu różnicowego zainstalowanego urządzenia ochronnego różnicowoprądowego. Cały układ sieci będzie wtedy układem TN-C/TT (rys. 5).

Rys.5. Układ TN-C z grupą odbiorników zasilanych przez wyłącznik różnicowoprądowy,

połączonych w sieć o układzie TT ze wspólnym uziemieniem ochronnym RA.

3.4. Instalowanie wyłączników w układzie IT

W układzie IT wyłączniki różnicowoprądowe mogą być stosowane dla zapewnienia skuteczności ochrony przy dotyku pośrednim i wyłączać sieć lub niektóre jej obwody przy pojedynczym zwarciu doziemnym lub tylko przy zwarciach doziemnych podwójnych.

Jeżeli wyłącznik różnicowoprądowy ma wyłączać przy pojedynczym zwarciu doziemnym, to musi być wyłącznikiem wysokoczułym, o prądzie I_Δn wyłącznika mniejszym od pojedynczego zwarcia doziemnego I_k zamykającego się do przewodów sieci przed wyłącznikiem, których izolacja nie jest uszkodzona, czyli I_Δn < I_k^'' + I_k^'''  (rys. 6).

W sieci o małej rozległości, a tym samym o małych pojemnościach i dużych rezystancjach izolacji Ci, Ri przewodów sieci względem ziemi, a w skutek tego - o bardzo małym prądzie ziemnozwarciowym I_k, stosuje się niekiedy w praktyce dodatkowe uziemienie punktu neutralnego sieci IT przez dużą impedancję Z. Zadaniem takiego uziemienia jest zwiększenie prądu pojedynczego zwarcia doziemnego w sieci do wartości powodującej zadziałanie wyłącznika różnicowoprądowego.

Rys. 6. Układ IT z wyłącznikiem różnicowoprądowym wyłączającym zasilanie

przy pojedynczym zwarciu doziemnym:

Oznaczenia: Z - dodatkowa impedancja uziemiająca, I_k^'- prąd pojedynczego zwarcia doziemnego zamykający się przez impedancję względem ziemi faz nieuszkodzonych za wyłącznikiem, I_k^'', I_k^'''- prądy pojedynczego zwarcia doziemnego zapewniające działanie wyłącznika różnicowoprądowego.

Jeżeli wyłączniki różnicowoprądowe mają wyłączać tylko przy podwójnych zwarciach doziemnych (międzyfazowych), to muszą być zainstalowane w obwodach zasilających pojedyncze urządzenia odbiorcze. Można wtedy stosować wyłączniki niskoczułe, gdyż prądy zwarć podwójnych są z reguły duże, wielokrotnie większe od prądów IΔn wyłączników różnicowoprądowych.

Rys. 7. Układ IT z wyłącznikami różnicowoprądowymi działającymi przy

podwójnym zwarciu doziemnym; I_kEE - prąd podwójnego zwarcia doziemnego.

System ochrony grupowej

Przy szeregowym instalowaniu urządzeń ochronnych różnicowoprądowych, celem zachowania selektywności (wybiórczości) ich działania, urządzenia powinny spełniać jednocześnie warunki:

- charakterystyka czasowo-prądowa zadziałania urządzenia ochronnego różnicowoprądowego, zainstalowanego po stronie zasilania, powinna znajdować się powyżej charakterystyki czasowo-prądowej zadziałania urządzenia ochronnego różnicowoprądowego zainstalowanego po stronie obciążenia,

- wartość znamionowego prądu różnicowego urządzenia ochronnego różnicowoprądowego  zainstalowanego po stronie zasilania powinna być równa co najmniej trzykrotnej wartości znamionowego prądu różnicowego urządzenia ochronnego różnicowoprądowego zainstalowanego po stronie obciążenia.

Preferowany jest system ochrony grupowej, zapewniający właściwą ochronę przed porażeniem prądem elektrycznym i pożarami wywołanymi prądami doziemnymi, a jednocześnie gwarantujący niezawodność zasilania elektrycznego (Rys.8)

W skład ochrony grupowej wchodzą co najmniej dwa urządzenia ochronne różnicowoprądowe: po stronie zasilania urządzenie ochronne różnicowoprądowe selektywne (s), po stronie obciążenia (obwody odbiorcze) urządzenie ochronne różnicowoprądowe bezzwłoczne lub krótkozwłoczne.

System ochrony grupowej przy zastosowaniu w obwodach urządzeń ochronnych różnicowoprądowych selektywnych (s) oraz bezzwłocznych lub krótkozwłocznych.

Rys. 8. System ochrony grupowej

Oznaczenia: t - zwłoka czasu zadziałania; [S] - symbol zwłoki czasowej;

ΔI - urządzenie ochronne różnicowoprądowe

 

4. Wybór znamionowego prądu zadziałania i miejsca stosowania wyłączników

    różnicowoprądowych

Dla uniknięcia zbędnego zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego, jego znamionowy różnicowy prąd zadziałania powinien być co najmniej 2…3- krotnie większy od maksymalnego roboczego prądu upływowego występującego w chronionej instalacji. Jednakże wartość prądu upływowego w instalacji należy zmierzyć lub ocenić na podstawie liczby i rodzaju stosowanych w instalacji odbiorników.

Największy wpływ na wartość tego prądu mają następujące urządzenia odbiorcze:

1) odbiorniki gospodarstwa domowego z napędem silnikowym (takie jak pralki, chłodziarki, odkurzacze itp.) mają dopuszczalny prąd upływowy nie większy niż 3,5 mA,

2) odbiorniki grzejne (takie jak piece elektryczne, ogrzewacze wody, kuchnie elektryczne) powinny mieć prąd upływowy nie większy niż 1 mA na 1 kW mocy, lecz nie więcej niż 5 mA,

3) urządzenia elektroniczne wyposażone w filtry przeciwzakłóceniowe takie jak na przykład komputery, posiadają znacząco duży prąd upływowy.

Wartość prądu upływowego zależy też od stanu izolacji przewodów instalacji, ich długości oraz stanu urządzeń odbiorczych. Z tego względu w rozległych instalacjach , z dużą ilością zasilanych odbiorników, nie jest możliwe stosowanie jednego wyłącznika RCD wysokoczułego (do 30 mA) dla ochrony całej instalacji. Jednak przy ograniczeniu rozległości instalacji (np. mieszkanie o powierzchni ok. 70 m²) i przy zwykle stosowanych odbiornikach, jak: pralka, chłodziarka, żelazko, a nawet elektryczny ogrzewacz wody o mocy do 1,5 kW - prąd roboczy upływowy nie przekracza zwykle wartości 10 mA i możliwe jest stosowanie wyłącznika o prądzie I_Δn = 30 mA.

W instalacjach, w których konieczne jest stosowanie wyłączników wysokoczułych, uzupełniających ochronę przed dotykiem bezpośrednim, często dla umożliwienia ich stosowania trzeba instalację podzielić na odrębne obwody (części) i każdy taki obwód zasilać przez oddzielny wysokoczuły wyłącznik różnicowoprądowy.

W instalacjach elektrycznych budynków mieszkalnych należy dążyć do ochrony jak największej części instalacji wysokoczułym wyłącznikiem różnicowoprądowym. W szczególności należy chronić obwody  gniazd wtyczkowych w łazience, kuchni, piwnicy i w garażu, ponieważ w tych miejscach występuje największe ryzyko porażenia prądem elektrycznym.

W obwodach, w których występują znaczne pojemności (np.: więcej niż 20 szt. opraw świetlówkowych, komputery czy ogrzewanie elektryczne), powinno się stosować wyłączniki różnicowoprądowe odporne na udary prądowe lub z opóźnieniem działania, w celu wyeliminowania  nieuzasadnionych wyłączeń.

Wysokoczułe wyłączniki różnicowoprądowe są wymagane w obwodach, w których konieczne jest wspomaganie ochrony przed dotykiem bezpośrednim, ze względu na trudne warunki środowiskowe użytkowania urządzeń albo w obwodach narażonych na przerwanie ciągłości elektrycznej lub uszkodzenie izolacji przewodu ochronnego

Błędem jest natomiast stosowanie RCD jako ochrony uzupełniającej przed dotykiem bezpośrednim np. w obwodach przeznaczonych do zasilania komputerów, czyli w obwodach z odbiornikami o niewielkiej mocy, ale z dużymi prądami upływowymi , pracującymi w bardzo bezpiecznych, z punktu widzenia ochrony przeciwporażeniowej, warunkach środowiskowych. Konsekwencją są zbędne zadziałania wyłączników RCD, powodowane w szczególności stanami przejściowymi w momencie załączania obwodu pod napięcie (najczęściej po zaniku napięcia i włączaniu źródła zasilania rezerwowego).

5. Zbędne zadziałania i zawodność wyłączników różnicowoprądowych

1) Zbędne zadziałania wyłącznika są często wynikiem błędnych połączeń w obwodzie za wyłącznikiem, np. gdy przewód neutralny N:

- jest połączony bezpośrednio z przewodem ochronnym PE lub uziemiony,

- jest połączony z przewodem neutralnym N innych obwodów na wspólnej szynie neutralnej rozdzielnicy.

2) Zbędne zadziałanie wyłącznika wywołuje, nie przekraczający wartości dopuszczalnej, ustalony prąd upływowy chronionego obwodu. Przyczyną jest najczęściej wadliwość wyłącznika, którego rzeczywisty prąd zadziałania jest mniejszy niż połowa znamionowego różnicowego prądu zadziałania (0,5·I_Δn).

3) Zbędne zadziałanie wyłącznika wywołuje przejściowy prąd różnicowy (przejściowy prąd upływowy) chronionego obwodu. Zdarza się to przy załączaniu grupy obwodów odbiorczych wykazujących znaczne pojemności doziemne.

4) Zbędne zadziałanie wyłącznika wywołuje przepięcie i towarzyszący mu przejściowy prąd różnicowy. Przyczyną mogą być przepięcie pochodzenia atmosferycznego albo łączeniowe w sieci elektroenergetycznej.

Zawodność wyłączników różnicowoprądowych

Przeprowadzone w wielu krajach w Europie oraz w Japonii i Stanach Zjednoczonych badania zawodności wyłączników różnicowoprądowych wykazały, że w zależności od środowiska pracy wyłącznika, jego konstrukcji a także czasu użytkowania, liczba niesprawnych wyłączników zawiera się od 2 do 20 %. Niesprawne wyłączniki wykazują najczęściej nadmierny rzeczywisty różnicowy prąd zadziałania. Jest to niewątpliwie sygnał dla użytkowników wyłączników różnicowoprądowych , aby maksymalnie zwiększyć częstość kontroli okresowych wyłączników, natomiast w warunkach środowiskowych stwarzających zwiększone zagrożenie, przeprowadzać kontrole codzienne, co najmniej przez sprawdzenie działania wyłącznika przyciskiem kontrolnym T.

Uwzględniając dużą zawodność wyłączników różnicowoprądowych, celowe jest stosowanie w obwodach z wyłącznikami różnicowoprądowymi wyłączników nadprądowych (w układzie sieci TN) lub innych tego typu wyłączników różnicowoprądowych (w układzie sieci TT). W tych przypadkach należy uzyskać wymagane: impedancję pętli zwarciowej Z i rezystancję uziemienia ochronnego R_A.

Tablica 2. Największa dopuszczalna rezystancja uziemienia i przewodu ochronnego R_A

Uziemienie ochronne musi spełniać następujący warunek:

gdzie:

R_A - suma rezystancji uziomu i przewodu ochronnego,

I_a -  prąd powodujący zadziałanie urządzenia ochronnego ( w przypadku RCD uwzględnia się I_Δn - znamionowy

      różnicowy prąd zadziałania),

U_L- napięcie dotykowe dopuszczalne długotrwale.

6. Oznaczenia wyłączników różnicowoprądowych

Oznaczenia wyłączników różnicowoprądowych powinny być umieszczone bezpośrednio na wyłączniku. Wyłączniki różnicowoprądowe przeznaczone do użytku domowego i podobnego budowane są w dwóch podstawowych rodzajach, oznaczonych w polskich normach jako:

- wyłaczniki RCCB - bez wbudowanego zabezpieczenia nadprądowego (zwarciowego) oraz

- wyłączniki RCBO - z wbudowanym zabezpieczeniem nadprądowym.

 

Uwaga: wyłączniki różnicowoprądowe reagują na prąd uszkodzeniowy płynący do ziemi albo do uziemionego przewodu PE przez izolacje lub przez ciało ludzkie. Nie reagują natomiast na prądy uszkodzeniowe (zwarciowe lub uszkodzeniowe) płynące jedynie w przewodach roboczych. Dopiero przy prądach bardzo dużych przekraczających 6 - krotnie wartość znamionowego prądu obciążenia I_n (6 I_n) możliwe jest zadziałanie wyłącznika spowodowane dopuszczalną niesymetrią budowy przekaźnika różnicowego. Dlatego też, w każdym obwodzie z wyłącznikiem różnicowoprądowym, konieczne jest stosowanie również zabezpieczeń nadprądowych w postaci wyłączników samoczynnych (lub bezpieczników w instalacjach przemysłowych).

Wymaganie to nie dotyczy wyłączników różnicowoprądowych z wbudowanym zabezpieczeniem nadprądowym (np. wyłączników typu P312 produkcji Legrand - FAEL).

 

W zależności od kształtu przebiegu prądu w czasie powodującego zadziałanie, urządzenia ochronne różnicowoprądowe dzielą się na:

a) urządzenia, których działanie jest zapewnione przy prądzie różnicowym przemiennym, oznaczone symbolem:

   
  lub AC,

b) urządzenia, których działanie jest zapewnione przy prądzie różnicowym przemiennym i przy prądzie jednokierunkowym pulsującym o składowej stałej nie przekraczającej 6 mA, oznaczone symbolem:

lub A,

c) urządzenia, których działanie jest zapewnione przy przy prądzie różnicowym przemiennym, stałym pulsującym ze składową stałą do 6 mA i stałym o niedużym tętnieniu, oznaczone symbolem:

lub B.

Wahania napięć, przepięcia atmosferyczne lub łączeniowe mogą, przez różne pojemności w sieci, spowodować przepływ prądów upływowych, które z kolei mogą być przyczyną zadziałania urządzeń ochronnych różnicowoprądowych.

Zjawisko to może wystąpić w odbiornikach z dużymi powierzchniami elementów lub dużą liczbą kondensatorów przeciwzakłóceniowych. Do odbiorników tych można zaliczyć wielkopowierzchniowe elementy grzejne, oprawy świetlówkowe, komputery, układy rentgenowskie itp. Dla uniknięcia błędnych zadziałań należy w wyżej wymienionych przypadkach stosować urządzenia ochronne różnicowoprądowe z podwyższoną wytrzymałością na prąd udarowy, oznaczone symbolami:

 ;
 ;
 ;
 .

Wyłączniki ochronne różnicowoprądowe muszą być chronione przed skutkami zwarcia. Na tabliczce znamionowej wyłącznika podawana jest jego wytrzymałość zwarciowa oraz maksymalna wartość prądu znamionowego wkładki bezpiecznikowej z dobezpieczającej ten wyłącznik.

Umieszczony na tabliczce znamionowej symbol
oznacza obciążalność prądową wyłącznika 6 kA przy dobezpieczeniu bezpiecznikiem   gG 63 A (I_bn ≤ 63 A)

Umieszczony na tabliczce znamionowej symbol
oznacza, że wyłącznik ochronny różnicowoprądowy mrozoodporny, może być stosowany w obniżonych temperaturach do -25^o C, np. na terenach budowy. Przy zastosowaniu wyłączników w takich warunkach należy przyjąć rezystancję uziemienia równą 0,8 wartości wymaganej dla normalnych warunków otoczenia, tj. dla zakresu temperatur od -5^o C do +40^o C.

Tablica 3. Symbole graficzne umieszczane na wyłącznikach różnicowoprądowych

 

7. Przeglądy wyłączników ochronnych różnicowoprądowych

Podstawowe wymagania dotyczące budowy i działania wyłączników różnicowoprądowych  podane są w normach:

- PN-EN 61008-1:2007/ISI:2008  Wyłączniki różnicowoprądowe bez wbudowanego zabezpieczenia nadprądowego do

  użytku domowego i podobnego (RCCB)--Część 1: Postanowienia ogólne  oraz

- PN-EN 61009-1:2008 Wyłączniki różnicowoprądowe z wbudowanym zabezpieczeniem nadprądowym do użytku

  domowego i podobnego (RCBO)--Część 1: Postanowienia ogólne,

- PN-IEC 755+A1+A2:1996 Wymagania ogólne dotyczące urządzeń ochronnych różnicowoprądowych.

Skuteczność funkcjonowania systemu ochrony przeciwporażeniowej w instalacji elektrycznej zależy w znacznej mierze od poprawności działania wyłączników ochronnych różnicowoprądowych (RCD). Przeglądy RCD przeprowadza się w trakcie okresowego przeglądu stanu ochrony przeciwporażeniowej instalacji elektrycznej.

W zakresie przeglądu należy uwzględnić:

1) badanie stanu ochrony przeciwporażeniowej, w tym prawidłowości połączeń przewodów L, N, PE;

2) kontrolne sprawdzenie działania wyłącznika przyciskiem „T”;

3) sprawdzenie rzeczywistej wartości różnicowego prądu zadziałania RCD;

4) pomiar czasu wyłączania RCD;

5) sprawdzenie napięcia dotykowego dla wartości prądu wyzwalającego.

5.1. Sprawdzanie ochrony przeciwporażeniowej w układzie TN

1.1 Pomiar impedancji pętli zwarciowej w obwodzie z RCD:

Sprawdzenie stanu ochrony przeciwporażeniowej w instalacji  TN z wyłącznikiem RCD należy wykonać po zbocznikowaniu wyłącznika (rys. 20).

W szczególności należy sprawdzić:

- czy działanie wyłącznika jest prawidłowe;

- czy impedancja pętli zwarciowej L-PE ma wartość nie większą niż największa dopuszczalna dla badanego obwodu;

- czy wszystkie części przewodzące dostępne podlegające ochronie są w sposób pewny połączone z przewodem ochronnym.

Rys. 20 Pomiar impedancji pętli zwarciowej w układzie TN-S (wyłącznik zbocznikowany)

Niektóre mierniki wielofunkcyjne, przystosowane są do pomiaru impedancji pętli zwarciowej prądem mniejszym niż połowa znamionowego różnicowego prądu zadziałania, bez potrzeby bocznikowania wyłączników różnicowoprądowych w badanym obwodzie. Taki pomiar może być obarczony znaczącym błędem i w konsekwencji nie uzyska się pewnego  potwierdzenia spełnienia warunków skuteczności ochrony przeciwporażeniowej.

1.2 Pomiar różnicowego prądu zadziałania RCD

Pomiar różnicowego prądu zadziałania może dotyczyć:

- prądu różnicowego sinusoidalnego dla wyłączników o wyzwalaniu typu AC,

- prądu różnicowego jednokierunkowego pulsującego (wyzwalanie A). Zachodzi w wyłączniku za pomocą tego samego

  układu wyzwalającego i uważa się, że osobne sprawdzenie nie jest konieczne,

- prądu wyprostowanego o małym tętnieniu (wyzwalanie B). Dokonuje osobny układ wyzwalający, zasilany z osobnego

  przekładnika Ferrantiego, co wymaga odrębnego sprawdzenia.

2.1. Kontrolne sprawdzenie działania wyłącznika przyciskiem „T”

Badanie wyłącznika rozpoczyna się w zasadzie od sprawdzenia jego działania przyciskiem kontrolnym „T” (TEST). Natychmiastowe zadziałanie wyłącznika potwierdza jego sprawność. Tego rodzaju próby należy wykonywać okresowo, zgodnie z instrukcją eksploatacji lub zgodnie ze wskazaniem producenta.

W sytuacji, gdy po naciśnięciu przycisku „T” wyłącznik nie zadziała, wskazane jest zaprzestanie dalszych prób. Wyłącznik należy uznać za niesprawny, nie nadający się do dalszej eksploatacji. Sprawdzenie zadziałania wyłącznika po naciśnięciu przyciskiem „T” ogranicza się wyłącznie do spowodowania przepływu przez wyłącznik zmodelowanego prądu zwarcia, który w rzeczywistości może być kilkakrotnie  większy od znamionowego różnicowego prądu zadziałania wyłącznika I_Δn.

Sprawdzenie rzeczywistej wartości różnicowego prądu zadziałania:

Wymaga się, aby rzeczywisty prąd zadziałania RCD zawarty był w przedziale: od  0,5 I_Δn do  I_Δn,

gdzie: I_Δn - jest znamionowym prądem różnicowym. 

1).  Badanie próbnikiem

Jest to najprostszy ale nie wystarczający sposób badania poprawności działania wyłącznika.

Pomiar próbnikiem (testerem) pozwala sprawdzić, czy prąd przy którym wyłącznik zadziałał, nie przekracza wartości znamionowego różnicowego prądu I_Δn.

Wartość różnicowego prądu zadziałania oraz prądu niezadziałania wyłącznika sprawdza się próbnikiem w sposób następujący:

a) zwiększa się narastająco, w czasie ok. 5 s, prąd od wartości 0,3·I_Δn do wartości 1,0 I_Δn sprawdzając, czy

    wyłącznik zadziała, oraz

b) przykłada się nagle, w czasie ok. 0,2 s, prąd o wartości 0,5·I_Δn sprawdzając, czy wyłącznik nie zadziała.

2). Pomiary miernikiem

Pomiar  rzeczywistego różnicowego prądu zadziałania miernikiem należy wykonać podobnie jak w pkt. 1) lecz przy odłączonym obciążeniu, zwiększając płynnie wartość prądu od 0,3·I_Δn do 1,3·I_Δn.

Wartość różnicowego prądu niezadziałania wyłącznika sprawdzamy  przykładając nagle, prąd o wartości 0,5·I_Δn.

Rys. 21 Pomiar rzeczywistego różnicowego prądu zadziałania oraz badanie niezadziałania  RCD

5.2. Badanie skuteczności ochrony przeciwporażeniowej w układzie TT

Celem badania jest pomiar uziemienia ochronnego i napięcia dotykowego U_L  w układzie TT. Pomiar taki może być wykonany z uziomem lub bez uziomu pomocniczego (rys. 22 i 23)

1) Badanie skuteczności ochrony z użyciem uziomu pomocniczego

Rys. 22 Zasada badania skuteczności ochrony z użyciem uziomu pomocniczego R_u (sondy napięciowej)

Układ pomiarowy z uziomem pomocniczym R_u jest dokładniejszy lecz trudniejszy do wykonania, ze względu na potrzebę pogrążenia sondy w ziemi. Uziom pomocniczy R_u powinien znajdować się poza zasięgiem leja potencjału uziomu ochronnego RA..Odległość między uziomami powinna być nie mniejsza niż 10÷20 m.

Wykonanie pomiaru:

Płynnie zmniejszać wartość rezystancji R_p do zadziałania wyłącznika.

- Mierzony jest prąd I_p = I_Δ przy którym urządzenie zadziała. Prąd ten nie powinien być większy niż I_Δn.

- W tym czasie mierzone jest napięcie uziomowe U_E, woltomierzem o rezystancji wewnętrznej R_v ≥ 40 kΩ,

  między dostępną częścią przewodzącą dostępną a niezależną elektrodą pomocniczą. Wyznacza się:

- rezystancję uziemienia:

- napięcie dotykowe:

2) Badanie skuteczności ochrony bez użycia sondy pomiarowej napięciowej

Rys. 23 Zasada badania skuteczności ochrony bez użycia sondy pomiarowej napięciowej

Wykonanie pomiaru:

- Przy otwartym wyłączniku W odczytać napięcie fazowe U₁ na woltomierzu o rezystancji wewnętrznej  R_v ≥ 40 kΩ.

- Zamknąć wyłącznik W.

- Płynnie zmniejszać wartość rezystancji R_P do zadziałania RCD.

- Prąd I_p przy którym urządzenie zadziała nie powinien być większy niż I_Δn.

- W tym czasie, przy zamkniętym wyłączniku W, odczytać mierzone napięcie U₂.  Wyznacza się:

- rezystancję uziemienia:

- napięcie dotykowe:

Różnica napięć powinna być znacząca, w przeciwnym razie wynik pomiaru może być obarczony błędem.

W układzie IT badanie skuteczności ochrony przeprowadza się podobnie jak w układzie TT pod warunkiem, że pętla zwarcia posiada odpowiednio małą impedancję.

---