str. 1 Temat: Wyłączniki różnicowo-prądowe.

Transkrypt

1 Temat: Wyłączniki różnicowo-prądowe. Podstawowym elementem wyłącznika różnicowoprądowego jest przekładnik sumujący (rys. 4.19). Przy jednakowej liczbie zwojów przewodów fazowych i neutralnego, nawiniętych na rdzeń przekładnika lub przechodzących przez okno przekładnika, suma geometryczna prądów oraz przepływ i strumień magnetyczny Φ, wytworzony przez te prądy, są równe zeru i L1 + i L2 + i L3 + i N = 0 Φ = 0 Rys Wyłącznik różnicowoprądowy trójfazowy o działaniu bezpośrednim: a) szkic przedstawiający zasadę budowy; b) sposób instalowania; 1 przekładnik sumujący; 2 przekaźnik różnicowoprądowy; 3 zamek wyłącznika; R d opornik ograniczający; PK przycisk kontrolny Jeżeli w zasilanym obwodzie wystąpi osłabienie lub uszkodzenie izolacji doziemnej, powodujące przepływ prądu upływowego I do ziemi lub przewodu ochronnego PE, to suma prądów w przewodach przekładnika sumującego przestaje być równa zeru. W rdzeniu przekładnika sumującego powstanie wtedy zmienny w czasie strumień magnetyczny, który w cewce napięciowej przekaźnika różnicowoprądowego indukuje napięcie o wartości zależnej od prądu I Gdy prąd ten jest większy niż określona wartość, zwana prądem wyzwalającym, wówczas nastąpi zadziałanie przekaźnika wywołujące wyłączenie wyłącznika. Jeżeli w zasilanym obwodzie występują prądy upływowe powodowane uszkodzeniem izolacji lub wskutek naturalnych właściwości odbiorników o wartościach większych niż prąd wyzwalający wyłącznika, to nie jest możliwe załączenie takiego obwodu (urządzeń), często w pełni sprawnego technicznie. W takich przypadkach może być zasadne zastosowanie mniej czułych wyłączników różnicowoprądowych. Opisana zasada działania wyłączników różnicowoprądowych jest wykorzystana na potrzeby ochrony przeciwporażeniowej. Uszkodzenia wywołujące przepływ doziemnych prądów upływowych o wartościach większych niż prądy wyzwalania wyłączników powodują przeważnie zagrożenie porażeniem prądem elektrycznym. Są one przez wyłącznik wykrywane, a obwody takie i urządzenia wyłączane. Obecnie są rozpowszechnione, w różnym stopniu, dwie konstrukcje wyłączników różnicowoprądowych, o działaniu pośrednim i bezpośrednim. str. 1

2 W wyłącznikach o działaniu pośrednim stosuje się wzmacniacze elektroniczne, co pozwala na wykorzystanie materiałów magnetycznych o przeciętnych właściwościach oraz dowolne, bardzo proste kształtowanie charakterystyk czasowo-prądowych, przede wszystkim przez nastawienie wartości prądów wyzwalających I N i czasów działania. Wadą tego rozwiązania jest brak działania w przypadku przerwy lub zaniku napięcia w obwodzie zasilającym wzmacniacz. Ogranicza to możliwość stosowania tych wyłączników jako zabezpieczeń przeciwporażeniowych. W wyłącznikach o działaniu bezpośrednim dzięki zastosowaniu tzw. przekaźnika spolaryzowanego z małym magnesem trwałym (rys. 4.20) uzyskano wysoką czułość działania wyłączników bez zwiększenia masy i wymiarów przekładników sumujących. W rozwiązaniach tych osiągnięto wysoką czułość przy ograniczonych wydatkach na elementy obwodu magnetycznego. W warunkach pracy normalnej zwora przekaźnika jest przytrzymywana przez magnes trwały w pozycji umożliwiającej załączenie wyłącznika. Przy przepływie prądu różnicowego na strumień magnetyczny pochodzący od magnesu trwałego nakłada się strumień pochodzący od prądu różnicowego. Wskutek tego droga przepływu strumienia magnetycznego magnesu trwałego zostaje zaburzona, co prowadzi do odpadnięcia zwory przekaźnika różnicowoprądowego. Wyłączniki różnicowoprądowe są budowane na następujące wartości znamionowe prądów różnicowych wyzwalających (I N ): 10, 30, 100, 300, 500 i 1000 ma. Wyłączniki o znamionowym prądzie różnicowym 10 lub 30 ma określa się jako wysokoczułe. Wyłączniki o znamionowych prądach wyzwalających 500 i 1000 ma nie są w zasadzie przeznaczone do stosowania jako zabezpieczenia przeciwporażeniowe, lecz mogą stanowić dobre zabezpieczenie przeciwpożarowe, ograniczające możliwość wybuchu pożaru instalacji, powodowanego uszkodzeniem izolacji i przepływem prądów upływowych doziemnych. Wyłączniki różnicowoprądowe działające pod wpływem prądów różnicowych sinusoidalnych określa się jako wyłączniki typu AC. Rozpowszechnienie się urządzeń energoelektronicznych spowodowało, że w obwodach z takimi urządzeniami w przypadkach uszkodzeń wywołujących przepływ prądów doziemnych mogą płynąć prądy różne od sinusoidalnych, na które nie reagują wyłączniki różnicowoprądowe typu AC. Było to przyczyną pojawienia się nowych konstrukcji aparatów różnicowoprądowych, określanych jako wyłączniki typu A, reagujących na prądy wyprostowane jedno- lub dwu-połówkowo, a także na prądy pulsujące będące jedynie częścią sinusoidy. Dla wyłączników tego typu, oprócz znamionowego prądu różnicowego, podaje się również pewien zakres wartości prądów o przebiegu odkształconym, pod których wpływem powinno nastąpić działanie wyłącznika. str. 2

3 W instalacjach elektrycznych stosunkowo często zasadne jest zastosowanie wyłączników różnicowoprądowych w obwodach odbiorczych i liniach zasilających (rys.4.21). Aby spełnić wymagania dotyczące selektywności działania połączonych szeregowo wyłączników, konieczne jest w liniach zasilających instalowanie wyłączników różnicowoprądowych tzw. selektywnych, oznaczonych symbolem S, charakteryzujących się mniejszą czułością, przeważnie 100 lub 300 ma i nieco dłuższymi czasami działania. Przy prądzie różnicowym większym niż dwukrotna wartość prądu różnicowego znamionowego czas działania wyłączników selektywnych nie powinien być dłuższy niż 0,2 s. Czas działania wyłączników różnicowoprądowych nieselektywnych (zwykłych) przy prądzie różnicowym ok. 5 I N wynosi ms. Obecnie niektóre urządzenia, głównie o przeznaczeniu przemysłowym są zasilane poprzez sterowane układy prostownikowe lub przetwornice częstotliwości (rys. 4.22). W przypadku niektórych uszkodzeń w obwodach takich mogą płynąć prądy różnicowe doziemne praktycznie stałe lub o bardzo małej częstotliwości, na które nie reagują wyłączniki typu AC ani typu A. Stworzyło to zapotrzebowanie na wyłączniki różnicowoprądowe działające również pod wpływem prądów różnicowych stałych i przemiennych o niewielkiej częstotliwości. Aparaty takie, oznaczone symbolem B i zwane wyłącznikami typu B, zawierają dwa przekładniki sumujące oraz przekaźniki różnicowoprądowe, z których jeden zespół reaguje na prądy sinusoidalne i pulsujące, a drugi na prądy różnicowe stałe i o niewielkiej częstotliwości (rys. 4.23). str. 3

4 Specjalny układ pomiarowo-wyzwalający (rys. 4.23b) wykrywa przepływ prądu różnicowego stałego. Generator częstotliwości wymusza stały przepływ prądu przez uzwojenie przekładnika sumującego PS2. Jeżeli przez wyłącznik przepływa prąd różnicowy stały, to następuje podmagnesowanie rdzenia magnetycznego i zmniejszenie przenikalności magnetycznej względnej µ r obwodu magnetycznego oraz indukcyjności L obwodu uzwojenia przekładnika sumującego. Powoduje to zwiększenie się zarówno prądu podwyższonej częstotliwości, jak i spadku napięcia U na rezystancji R. Po przekroczeniu pewnej ustalonej wartości składowej stałej prądu różnicowego następuje działanie wyłącznika. Jeżeli składowa stała prądu różnicowego jest mniejsza od tej wartości (prądu wyzwalającego), to indukcyjność L jest na tyle duża, że spadek napięcia U nie osiąga wartości powodującej działanie członu E. Moduł elektroniczny E (rys. 4.23a) jest zasilany ze wszystkich trzech faz i przewodu neutralnego N. Wyłącznik działa poprawnie nawet wówczas, gdy wystąpi uszkodzenie (przerwa) w dwóch z czterech przewodów zasilający lub obniży się napięcie zasilające do 0,7 napięcia znamionowego fazowego. Wyłączniki różnicowoprądowe typu B działają skutecznie również przy prądach różnicowych o częstotliwości bardzo różnej od przemysłowej (rys. 4.24). str. 4

5 Obecnie w Polsce są dostępne wyłączniki różnicowoprądowe wysokiej jakości, o różnych parametrach technicznych i przeznaczeniu, wytwarzane przez firmy krajowe i koncerny międzynarodowe. Wytwarzane są również wyłączniki różnicowoprądowe, które oprócz wyzwalacza (przekaźnika) różnicowoprądowego mają wyzwalacze przeciążeniowe i zwarciowe. Wyłączniki takie są jednak mniej rozpowszechnione. Jeżeli zdolność łączeniowa takich wyłączników nie jest mniejsza od spodziewanych prądów zwarciowych, to w obwodach z takimi wyłącznikami można nie stosować innych zabezpieczeń przetężeniowych (przeciążeniowych i zwarciowych). W przypadku instalowania wyłączników różnicowoprądowych bez wyzwalaczy przetężeniowych oraz w obwodach, w których prądy zwarciowe są większe niż prądy wyłączalne wyłączników różnicowoprądowych, konieczne jest zastosowanie bezpieczników, wyłączników instalacyjnych lub dowolnych innych wyłączników jako dodatkowych zabezpieczeń przetężeniowych. Prądy znamionowe bezpieczników podaje z reguły wytwórca wyłączników. Wyłączniki różnicowoprądowe gwarantują bardzo skuteczną ochronę przez porażeniem prądem elektrycznym, pod warunkiem jednak, że są prawidłowo dobrane i zainstalowane. W innym przypadku mogą nie zapewniać żadnej ochrony lub mogą występować trudności przy załączaniu lub zbędne wyłączenia sprawnych technicznie obwodów i odbiorników. Przy doborze wyłączników różnicowoprądowych powinny być uwzględnione m.in. następujące warunki i parametry techniczne: napięcie i prąd znamionowy ciągły, typ wyłącznika: AC, A, B, zwykły, selektywny, czułość wyłącznika (znamionowy prąd różnicowy I N ), częstotliwość, na jaką wyłącznik jest zbudowany, stopień ochrony obudowy (IPXX) Do prawidłowego działania wyłączników różnicowoprądowych w sieciach i instalacjach o układzie TN konieczna jest obecność osobnego przewodu ochronnego PE, nie łączącego się za wyłącznikiem z przewodem neutralnym N ani z innymi przewodami ochronnymi PE. Krajowe urządzenia różnicowoprądowe to głównie wyłączniki różnicowoprądowe typu AC oraz A, dwu- i czterobiegunowe o działaniu bezpośrednim, na prąd przemienny i pulsujący: serii P300 firmy Legrand FAEL, na prąd znamionowy ciągły od 16 do 80 A i znamionowy prąd różnicowy 0,01; 0,03; 0,1; 0,3 i 0,5 A oraz typu VSHFI firmy Elester zwykłe i selektywne na prąd znamionowy ciągły od 16 do 63 A i znamionowy prąd różnicowy od 0,01 do 0,5 A. str. 5