Ochrana proti úniku pomocí proudových chráničů a svodových relé v třífázových elektrických sítích

Od 80. let až do současnosti jsou různé typy proudových chráničů (RCD) široce inzerovány a používány v praxi provozování střídavých elektrických sítí do 1000 V. RCD reaguje na rozdílový proud, tzn. na proudu získaném jako výsledek sčítání proudů všech tří fází a nulového vodiče v obvodu proudového transformátoru všech vodičů napájejících zátěž.

Podle regulačních dokumentů jsou proudové chrániče dalšími typy ochrany člověka před úrazem elektrickým proudem při dotyku s tělem elektrické instalace, která se náhodně pod napětím v sítích, kde hlavními typy ochrany jsou nadproudová ochrana, ochranné uzemnění a uzemnění.

Nadproudovou ochranu zajišťují jističe, pojistky a tepelné spouště. Při nízkých proudech jednopólového zkratu k tělu (země) v důsledku snížení úrovně izolace a také při přerušení nulového ochranného vodiče (nouzový režim) není uzemnění dostatečně účinné, proto funkce ochrany osob před úrazem elektrickým proudem musí být prováděno proudovým chráničem.

Činnost proudového chrániče jako elektrického ochranného zařízení je založena na principu omezení doby působení elektrického proudu na lidské tělo v důsledku rychlosti spínače, když se osoba dotýká prvků elektrické instalace pod napětím.

Předpokládá se, že ze všech známých elektrických ochranných zařízení je RCD jediný, který poskytuje ochranu osobě před úrazem elektrickým proudem při dotyku živé části. To však není pravda.

Důležitou vlastností proudového chrániče je jeho schopnost poskytovat ochranu proti vznícení a požáru v případě možného poškození izolace, vadné elektroinstalace a elektrického zařízení. Takovou ochranu lze však provést pouze v případě zkratů mezi elektrickým vedením a tělesem elektroinstalace, tato ochrana však vůbec nereaguje na zkraty mezi vodiči v ochranné zóně proudového chrániče.

Proudové chrániče lze použít v elektrických sítích s uzemňovacími systémy TN–S a TN–C–S. RCD jsou široce používány v mnoha zahraničních zemích (USA, Německo, Rakousko, Španělsko, Anglie, Itálie, Japonsko atd.). Právním základem pro používání elektrických sítí s pevně uzemněným neutrálem s uzemňovacími systémy TN–S a TN–C–S u nás jsou doporučení Mezinárodní elektrotechnické komise o klasifikaci zemnících a neutralizačních zařízení IEC 364-3- 93, které jsou zakotveny ve státní normě GOST R50571-2-94 a požadavky PUE 7. vydání, kapitoly 1, 6 a 7 [1].

Současně je pro elektrické instalace uvedené v odstavci 7.-1.1 PUE normativně zakázáno používat tradiční systém uzemňovacího zařízení TN-C s kombinovaným uzemněním a nulovým vodičem, TN-C-S a TN-S jsou regulovány systémy, ve kterých nulový pracovní vodič a nulový ochranný vodič pracují odděleně. Pro systémy TN–S a TN–C–S se doporučuje použití proudových chráničů.

V systému TN-S (obr. 1) jsou nulový pracovní vodič N a nulový ochranný vodič PE položeny odděleně v celé síti od uzemněného neutrálu zdroje energie (transformátoru nebo generátoru). V tomto případě se nulový pracovní vodič N používá pro napájení jednofázové zátěže a jako nulový vodič pro asymetrickou třífázovou zátěž za účelem vyrovnání napětí na fázích spotřebiče.

Obrázek 1 – Systém uzemnění a uzemnění TN-S v sítích třífázového střídavého proudu

Nulový ochranný vodič PE je připojen ke skříním elektrických zařízení (ochranné uzemnění).

Elektrická síť se systémem TN–C–S je kombinací systémů TN–C a TN–S. V tomto případě je kombinovaný nulový pracovní, také známý jako nulový ochranný, vodič PEN rozdělen v určitém bodě B (obr. 2) na nulový pracovní N a nulový ochranný vodič PE. PE vodič se používá výhradně pro uzemnění rámů zařízení. Po oddělení bodu B je napájecí síť přeměněna na pětivodičovou. Se systémem TN–S lze proudový chránič instalovat na libovolné místo v síti.

U systému TN-C-S je instalace proudového chrániče přípustná pouze za bodem oddělení B vodiče PEN na vodič N a vodič PE. Za bodem oddělení je zakázáno spojovat (kombinovat) vodiče N a PE. Vodič N je od pouzder izolován a pro vodiče PE a N jsou určeny samostatné svorky nebo přípojnice Oddělení vodiče PEN v systému TN–C–S se obvykle provádí na vstupu do elektroinstalace. V oddělovacím bodě je vodič PEN uzemněn k opakovanému zemnicímu vodiči.

Obrázek 2 – Třífázová čtyřvodičová síť s pevně uzemněným neutrálem s uzemňovacím systémem TN – C – S, vybavená proudovým chráničem (RCD)

Princip fungování proudového chrániče je jednoduchý. Je známý již dlouhou dobu [2] a je široce implementován v reléové ochraně a měřicí technice, kde je založen, stejně jako u proudových chráničů, na proudovém filtru s nulovou složkou. Tento filtr je postaven na třech proudových transformátorech a někdy na jednom (TZL, TZLM, TNP atd.) a používá se ke sledování izolace v energetických sítích 6-35 kV.

V proudovém chrániči pokrývá transformátor svodového proudu (LCT, obr. 2), také nazývaný diferenciální transformátor proudu (DCT), všechny vodiče, které se podílejí na napájení elektrické instalace. Při napájení jednofázové zátěže procházejí oknem transformátoru dva vodiče: fázový a nulový pracovní. V normálním provozu je součet magnetických toků vodičů tvořících primární vinutí transformátoru TTU nulový, tj.:

a) s třífázovou zátěží: F1 + F2 + F3 – F0 = 0
b) s jednofázovou zátěží: F1 – F0 = 0

Nerovnováha magnetických toků je prakticky nulová a nebere se v úvahu. Proudový chránič (obr. 3) obsahuje tři hlavní funkční prvky: snímač unikajícího proudu TTU, citlivý orgán CB a spínací zařízení A2.

Obrázek 3 – Třífázová čtyřvodičová síť s izolovaným nulovým vodičem a systémem IT uzemnění bez uzemnění zařízení

Snímač svodového proudu nebo transformátor svodového proudu TTU je toroidní proudový transformátor, jehož jádro je vyrobeno z permalloy. Primárním jednozávitovým vinutím TTU jsou vodiče všech tří fází a nulový pracovní vodič. Sekundární vinutí TTU má obvykle velký počet závitů umístěných po celém toroidu s konstantním stoupáním vinutí. Citlivý orgán nouzového řídicího systému, často přímo působící relé, slouží k přeměně signálu přijatého z TTU na řídicí akci k vypnutí spínacího zařízení.

Při absenci svodového proudu je RCD v „pohotovostním“ režimu. V případě úniku z kteréhokoli vodiče bude svodový proud Iut procházet kolem TTU k neutrálu napájecího transformátoru. Součet magnetických toků vodičů nebude nulový. Výsledný tok, úměrný svodovému proudu, způsobí v sekundárním vinutí TSU proud, který bude procházet citlivým orgánem EC (např. proudovým relé). Citlivý orgán dá signál k vypnutí části sítě s únikem.

V souladu s GOST R 51 326.1-99 a GOST R 51 327.1-99 domácí průmysl zvládl výrobu nové řady dvou- a čtyřpólových souprav RCD pro jmenovité napětí 220/400 V s frekvencí 50 Hz následujících typů [3]:

• diferenciální spínač VD1-63, pro jmenovité proudy 16-100 A;
• diferenciální automat AD12/AD14, pro jmenovité proudy 6-63 A;
• automatický diferenciální proudový spínač AVDT32, pro jmenovité proudy 6-32 A.

Pevný (diskrétní) jmenovitý rozdílový proud (nastavení spouště pro svodový proud těchto proudových chráničů je 10, 30, 100, 300 mA. Podobné zahraniční proudové chrániče mají nastavení vypínání pro svodový proud do 3000 mA. Přístroje AD12/14 a AVDT32 jsou vybaveny obvodem jističe schopné ochrany proti přetížení a zkratu zkraty Doba odezvy těchto zařízení není delší než 40 ms.

Přes všechny výhody však mají RCD řadu významných nevýhod.

Alternativou k proudovým chráničům jsou svodová relé (RU), která jsou široce používána v elektrických sítích s izolovaným neutrálem s IT uzemňovacími systémy a lze je použít v sítích s uzemňovacími systémy TN–C a TN–C–S. Svodové relé v sítích s izolovaným neutrálem se systémem uzemnění IT, jakož i se systémem TN–C–S (po rozdělení vodiče PEN v bodě B na vodiče PE a N, obr. 2) se používá v podmínkách zvýšené nebezpečí a při provozu elektrických instalací v nebezpečném prostředí

Výsledné jedno- a vícefázové úniky jsou doprovázeny relativně malými proudy, ale mohou být nebezpečné, pokud k úniku dojde přes lidské tělo. Tyto netěsnosti jsou nebezpečné i z hlediska požárů a výbuchů v prostředí při vzniku elektrického oblouku mimo nevýbušné prostory. Ochrana proti svodovému proudu pomocí rozváděče často poskytuje bezpečnost během mezifázových poruch, když se poruchový oblouk nebo zkratované vodiče dotknou uzemněných částí nebo krytů zařízení.

Svodová relé byla vyvíjena a široce používána v domácím průmyslu i v zahraničí od 60.-70. let minulého století. Věnují se jim četné práce výzkumných a konstrukčních ústavů; jsou poměrně široce zastoupeny v odborné literatuře a periodických technických časopisech.

Úpravy a parametry únikového relé jsou velmi rozmanité:
RU-1, RU-2, RUV-1, RUV-2 – v normálním a nevýbušném provedení;

UAKI je zařízení pro automatickou kontrolu izolace sítě s postupným nastavením kompenzace kapacity sítě vůči zemi;

• AZAK – proudové chrániče s automatickou plynulou kompenzací kapacity sítě vůči zemi;
• АБК – bezkontaktní spínací zařízení v nevýbušném a jiskrném provedení a mnoho dalších.

Pokud se osoba dotkne živé části sítě, nebude zajištěna její bezpečnost, protože svodový proud skrz osobu ve většině případů překročí přípustnou hodnotu (6 mA). Pokud je svodový proud přes osobu menší než 30, 100,0 300 mA, RCD nebude fungovat. Na rozdíl od proudového chrániče je citlivost svodového relé stejně vysoká na dotyk v jakémkoli bodě sítě, bez ohledu na vzdálenost napájecího transformátoru (obr. 3). Pro svodové relé je tedy ochranná zóna celá síť před a za místem instalace rozváděče.

Významnou nevýhodou RCD je, že toto zařízení svým principem činnosti a konstrukcí nemůže deformovat kanonickou charakteristiku, která určuje poměr jedno-, dvou- a třífázových úniků takových zařízení.

Kanonická charakteristika zařízení na ochranu proti úniku má tvar:

kde R’, R” a Rcr jsou odpor jedno-, dvou- a třífázového nastavení odezvy úniku.

Z toho vyplývá, že při volbě nastavení spouštění jednofázového úniku se automaticky nastaví požadovaná hodnota spouštění třífázového úniku. Při provozu elektrických sítí je nutné, aby při vysokém nastavení jednofázové únikové odezvy R’ zůstalo nastavení třífázového úniku nezměněno nebo se snížilo Rcr, tzn. je nutná deformace kanonické charakteristiky, která umožňuje volit nastavení odezvy nezávisle na sobě. Deformovaná kanonická charakteristika má podobu:

R’ : R” : Rcr = 1 : n : k,

kde n, k jsou libovolná čísla.

Tuto vlastnost mají zařízení pro automatické nepřetržité monitorování izolace rozváděče. Zařízení RU umožňují provozovat elektrické sítě velké délky a větvení s vysokou, rovnoměrnou citlivostí na jednofázový únik v kterémkoli místě sítě – na kontakt člověka s živou částí. To je velmi důležité v provozních podmínkách, protože je obtížné udržet vysoký izolační odpor všech tří fází sítě na velké délce a rozvětvené síti. Při použití RCD je taková ochrana proti úniku proudu nemožná.

Je třeba poznamenat, že při rozdělení vodiče PEN na N a PE se síť s pevně uzemněným neutrálem v ochranné zóně v podstatě změní na elektrickou síť s izolovaným IT neutrálem, ve které lze rozváděč provozovat.

Závažnou nevýhodou proudového chrániče je také to, že toto zařízení ve srovnání se svodovým relé nereaguje na zkraty mezi fázovým a nulovým vodičem, když je zkratový proud menší než aktuální nastavení nadproudové ochrany, která může vést k vznícení elektrického vedení, požáru. V tomto případě je součet magnetických toků primárního vinutí transformátoru TTU nulový. Navíc, když je fáze zkratována k nulovému pracovnímu vodiči, může se potenciál „přenést“ podél nulového vodiče celou sítí, což je nebezpečné pro obsluhující personál.

Při konstrukci a instalaci elektrické sítě pomocí třífázového RCD je vyžadována pětivodičová síť a čtyřpólový spínač, zatímco při použití rozváděče je čtyřvodičová síť postavena s nejběžnějším třípólovým spínačem. S ohledem na složitost instalace sítě s proudovým chráničem a chyby při instalaci, jak ukazuje praxe, obsluhující personál často vyřazuje proudový chránič z provozu, čímž porušuje pravidla technického provozu a bezpečnostní předpisy.

Při provozu elektrických sítí s uzemňovacími systémy TN-S, TN-C-S a IT by se tedy mělo upřednostňovat použití svodových relé, protože RCD má řadu významných nevýhod.

Řekneme vám, co je RCD, jak si jej vybrat, jak vypočítat RCD před nákupem, vysvětlíme princip fungování a jak jej nainstalovat.

Sdílet:
Odkaz zkopírován

RCD neboli proudový chránič je umístěn v elektrických panelech domů a bytů. RCD ochrání dům před požárem a obyvatele před úrazem elektrickým proudem v případě poruchy elektrického vedení nebo elektrických spotřebičů. Proto je povinné jej instalovat do moderních domů a bytů. Řekneme vám, jak vybrat ten správný RCD pro váš dům a byt.

Jak RCD funguje?

Když zapneme například elektrický spotřebič, přepnutím vypínače zapneme světlo, spustí se proud. Proud prochází fázovým vodičem, napájí žárovku a poté se vrací nulovým vodičem zpět do panelu.

Někdy ale dojde k úniku: proud se nevrací, ale vytéká špatnou izolací drátu nebo vadným elektrickým spotřebičem. Tato situace je nebezpečná a může vést k požáru.

To je monitorováno proudovým chráničem: kontroluje rozdíl proudu mezi dvěma vodiči, tedy rozdílový proud. Pokud zařízení detekuje únik, vypne síť. Proto se jinak nazývá spínač zbytkového proudu (RCB).

“Někteří lidé si pletou RCD a automatické proudové spínače – nejsou totéž. Automatická zařízení chrání před přetížením a zkraty, RCD chrání před úniky proudu. Obě zařízení jsou důležitá a pracují v tandemu, aby byla zajištěna bezpečnost elektrické sítě.

Průmysl vyrábí zařízení, která kombinují automatické zařízení a RCD v jednom krytu. Říká se jim diferenciální automaty (difavtomaty) a spojují vlastnosti obou zařízení. Jsou levnější, ale v případě poruchy vyřadí napájení z celé sítě, což ztěžuje nalezení vadné části elektroinstalace.“

Evgeny Kuzovkin, inženýr

Pro podporu při nákupu a prodeji nemovitosti můžete kontaktovat agenty Samolet Plus.

Typy RCD

Nesprávně vybraný RCD bude fungovat příliš pozdě a nebude chránit obyvatele domu. Nebo se naopak spustí bez důvodu při sebemenší změně proudu.

Svodovým proudem

Různé místnosti vyžadují RCD s různou citlivostí na svodový proud.

Například ve vlhkých místnostech: koupelny, kuchyně, garáže je potřeba proudový chránič 10 mA. Pro zásuvky a osvětlení suchých místností – při 30 mA. Aby nedošlo k vyhoření všech rozvodů v bytě, je vhodný 100 mA RCD. A pokud potřebujete chránit soukromý dům nebo chatu, pak již 300 mA.

Stojí za zmínku, že pokud je elektrické vedení provedeno s vysokou kvalitou, pak RCD nemusí fungovat roky. Abyste se ujistili, že funguje, zkontrolujte jej jednou měsíčně stisknutím tlačítka „TEST“ na těle RCD.

Podle jmenovitého proudu

Toto je aktuální hodnota, při které RCD zůstává funkční. Pokud hodnota proudu překročí hodnotu jmenovitého proudu, RCCB se nevypne, shoří. Proto je důležité instalovat proudové chrániče ve spojení s jističi.

„Doporučuji nastavit RCD o hodnotu vyšší než jistič. Například pro 10 A stroj nainstalujte 16 A RCD atd.

Protože při přetížení sítě se stroj se zpožděním vypne. A i když stroj neodpojil síť od napájení, RCD pracuje s proudem vyšším, než jsou jeho možnosti, přehřívá se a selhává.“

Evgeny Kuzovkin, inženýr

Podle typu svodového proudu a doby odezvy

Vyberte proudový chránič typu A Chrání domácí spotřebiče a elektroinstalaci před přepětím. Existuje levnější varianta – AC typ RCD. Toto zařízení ale neochrání moderní technologie, pouze ty zastaralejší. Proudové chrániče typu A a AC jsou spouštěny okamžitě, během doby od 25 do 40 ms.

Podle počtu fází

Vyrábějí jedno- a třífázové proudové chrániče. Jednofázové proudové chrániče jsou instalovány v jednofázové síti. Pro třífázovou síť potřebujete jeden čtyřkontaktní RCD (tři fáze a nula) nebo tři jednofázové. V bytech nejčastěji postačí jednofázové VDT.

Spínací kapacitou a zkratovým proudem

Výrobci vyrábějí RCCB s rezervou – pro 1 000 A a 1 500 A. Je lepší, aby parametr zkratového proudu v RCD nebyl menší než 6 000 A.

Podle provozní teploty

Pro instalaci do elektrického panelu uvnitř bytu nebo domu jsou vhodné RCD s provozními teplotami od -5C do +40C. Na ulici – od -25 C do +60 C a elektrický panel, kde je zařízení umístěno, je třeba izolovat.

Jak si vybrat RCD pro byt a dům

Jaké parametry RCD je třeba zkontrolovat před nákupem:

• Pro dům potřebujete protipožární RCD se svodovým proudem 300 mA. Není třeba instalovat takový RCD do panelu pro váš byt, protože developer to dělá sám;
• Pro proudový chránič, který bude chránit před úrazem elektrickým proudem, je vhodné zařízení se svodovým proudem do 30 mA. Méně se nedoporučuje, může dojít k falešným poplachům;
• zvolte typ A, je univerzální;
• v bytech a domech s jednofázovou sítí – jednofázový RCD. A kde je třífázová síť – jeden třífázový RCD nebo tři jednofázové;
• spínací proud – od 500 A, zkratový proud – od 6 000 A;
• teplota – od -25 do +40 – závisí na místě instalace.

Označení hlavních parametrů na tělese RCD

Nákup, prodej, pronájem bytu, žádost o hypotéku a další služby zajistí tým Samolet Plus

Vyvodit závěry

• RCD je speciální zařízení, které nechrání před zkratem a přetížením, ale chrání před únikem proudu.
• RCD musí být instalováno ve spojení s jističi. A hodnocení RCD by mělo být o jednu hodnotu vyšší než hodnocení stroje.
• Při výběru věnujte pozornost rychlosti odezvy, jmenovitému proudu a svodovému proudu, spínacím schopnostem a fázovému schématu.
• Můžete nainstalovat jeden RCD, nebo jich můžete nainstalovat několik. Druhá možnost je dražší, ale spolehlivější.

„Samolet Plus“ je online platforma a kanceláře po celém Rusku. Všechny služby pro:

• nákupy nemovitostí,
• prodej nemovitostí,
• pronájem nemovitostí po celém Rusku.

Stejně jako různé doplňkové služby:

• interiérový design;
• velká rekonstrukce bytů;
• pomoc při přemístění;
• vybavení bytu;
• pojištění;
• oceňování majetku;
• protiúčet – možnost výměny starého bytu za nový.

Autor: Jevgenij Kuzovkin, copywriter a inženýr s 10 lety zkušeností. Píšu o designu, renovaci a marketingu