Dr hab. inż. Sanisław Czapp Poliechnika Gdańska WYBRAE PROBEMY ISTAACYJE PRZY STOSOWAIU WYŁĄCZIKÓW RÓŻICOWOPRĄDOWYCH Sreszczenie Przedsawiono klasyfikację wyłączników różnicowoprądowych oraz zasady ich doboru i insalowania w insalacjach elekrycznych. Omówiono czynniki wpływające na prawidłowe działanie wyłączników i zwrócono uwagę na błędy popełniane przy ich sosowaniu. Wymieniono obwody, w kórych insalowanie wyłączników różnicowoprądowych jes obowiązkowe, a w kórych niezalecane. Zwrócono uwagę na problemy działania wyłączników różnicowoprądowych przy prądach różnicowych odkszałconych. Przedsawiono zasosowanie specjalnych konsrukcji wyłączników różnicowoprądowych, jakimi są przenośne urządzenia różnicowoprądowe. 1. Wsęp Podsawową zaleą wyłączników różnicowoprądowych jes o, że umożliwiają wykrywanie prądów doziemnych rzędu miliamperów, co jes nieosiągalne w przypadku zabezpieczeń nadprądowych (wyłączników nadprądowych i bezpieczników). Jes o bardzo isone, jeżeli człowiek ma być chroniony przed skukami rażenia spowodowanego bezpośrednim doknięciem przewodu pod napięciem. Ta korzysna cecha może jednak sprawiać problemy w obwodach, w kórych nauralne prądy doziemne wynikające z przyłączonych filrów przeciwzakłóceniowych są sosunkowo duże i powodują zbędne zadziałania wyłączników różnicowoprądowych. Wyłączniki różnicowopradowe są wrażliwe na kszał prądu różnicowego. Przy silnym odkszałceniu ego prądu wyłącznik różnicowoprądowy może w ogóle nie reagować, mimo że prąd różnicowy przyjmuje warość wielokronie większą niż znamionowy prąd różnicowy zadziałania wyłącznika. W insalacjach z wyłącznikami różnicowoprądowymi szczególnie isone jes właściwe wykonanie insalacji, ponieważ błędne połączenia, jak np. zamiana przewodu neuralnego z ochronnym, czy połączenie przewodów i w obwodzie odbiorczym uniemożliwią jej poprawne użykowanie. Sosowanie wyłączników różnicowoprądowych wymaga szczególnej rozwagi, gdyż nierudno doprowadzić do rozwiązania, w kórym zainsalowany wyłącznik różnicowoprądowy nie będzie chronił w przypadku zagrożenia porażeniowego, a będzie zbędnie wyzwalał, kiedy akiego zagrożenia nie ma. 2. Podsawowe paramery wyłączników różnicowoprądowych 2.1. Wprowadzenie Wyłączniki różnicowoprądowe wysępują w najprzeróżniejszych wykonaniach [6, 7, 8], różni producenci sosują odmienne oznaczenia dla określenia ych samych paramerów wyłącznika. Poniżej przedsawiono podział wyłączników różnicowoprądowych biorąc pod uwagę najisoniejsze paramery. r 141-142 3
2.2. apięcie znamionowe U n Jes związane z napięciem znamionowym izolacji i określa wymagania odnośnie do odsępów izolacyjnych aparau oraz rezysancji izolacji. Jes również związane obciążalnością zwarciową oraz działaniem członu konrolnego i nie powinno być znacznie większe (>20%) od napięcia znamionowego sieci. 2.3. Znamionowy prąd różnicowy zadziałania I Dn Zalecane [4, 9, 10] warości znamionowego prądu różnicowego zadziałania I Dn wyłączników różnicowoprądowych są nasępujące: 0,0060,010,030,10,20,30,5 1235102030 A. Dokonując wyboru znamionowego prądu różnicowego zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego należy pogodzić dwa sprzeczne kryeria. Z jednej srony prąd en powinien być jak najmniejszy, a z drugiej srony nie może dochodzić do zbędnych zadziałań spowodowanych usalonymi prądami upływowymi. 2.4. Znamionowy prąd ciągły I n Jes o największy prąd, jakim wolno wyłącznik długorwale obciążać w sanie zamknięym. Znormalizowane warości są nasępujące: 6 10 13 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 A; norma [2] podaje ponado warości: 160 200 250 400 630 A, kóre doychczas nie były wykorzysywane przez producenów. Prąd szczyowego obciążenia obwodu nie powinien przekraczać znamionowego prądu ciągłego dobranego wyłącznika różnicowoprądowego. 2.5. iczba biegunów Wyłącznik różnicowoprądowy powinien przerywać wszyskie przewody czynne (1, 2, 3, ). W związku z ym są porzebne nasępujące wyłączniki różnicowoprądowe: wyłączniki dwubiegunowe (a nie jednofazowe) w obwodach jednofazowych, wyłączniki czerobiegunowe (a nie rójfazowe) w obwodach rójfazowych z przewodem neuralnym, wyłączniki rójbiegunowe w obwodach rójfazowych bez przewodu neuralnego. Dopuszcza się wykorzysanie wyłączników czerobiegunowych w obwodach jednofazowych. ależy przy ym pamięać, aby przewody i insalacji przyłączyć w sposób zapewniający działanie obwodu konrolnego wyłącznika, zn. aby reagował on na naciśnięcie przycisku konrolnego TEST. 2.6. Obciążalność zwarciowa Z ego punku widzenia rozróżnia się nasępujące rodzaje wyłączników: a) Wyłączniki różnicowoprądowe bez wyzwalaczy nadprądowych RCCB (ang. residual curren operaed circui-breakrers wihou inegral overcurren proecion) o zdolności wyłączania co najmniej równej 10-kronej warości prądu znamionowego ciągłego, ale nie mniejszej niż 500 A. Takie wyłączniki należy dobezpieczyć. Przykładowe oznaczenia wyłączników związane z koniecznością dobezpieczenia podano poniżej. 4
125 6000 6000 10000 Ochrona przeciwporażeniowa Obciążalność zwarciowa 6 ka przy dobezpieczeniu bezpiecznikiem gg o prądzie znamionowym I nb 63 A Obciążalność zwarciowa 6 ka przy dobezpieczeniu bezpiecznikiem gg o prądzie znamionowym Inb 125 A Obciążalność zwarciowa 10 ka przy dobezpieczeniu bezpiecznikiem gg o prądzie znamionowym Inb 63 A ajwiększy dopuszczalny prąd znamionowy wkładki bezpiecznikowej jes związany z wyrzymywanym przez wyłącznik różnicowoprądowy skukiem cieplnym prądu zwarciowego i wyrzymywaną warością szczyową prądu zwarciowego. Znajomość ych paramerów jes isona, jeżeli wyłącznik różnicowoprądowy ma być dobezpieczony nie bezpiecznikiem, a wyłącznikiem nadprądowym. Musi on ograniczać wspomniane paramery zwarciowe w sopniu nie gorszym niż bezpiecznik wskazany przez producena. b) Wyłączniki różnicowoprądowe z wyzwalaczami nadprądowymi RCBO (ang. residual curren operaed circui-breakrers wih inegral overcurren proecion) o zdolności wyłączania porównywalnej z wyłącznikami nadprądowymi. Takie wyłączniki mają symbol graficzny, kóry informuje o znamionowym prądzie zwarciowym umownym, np. 6000 oznacza warość ego prądu równą 6 ka. Wyłączniki akie mają eż podany yp charakerysyki, jak wyłączniki nadprądowe, np. B16. 2.7.Przydaność do wykrywania określonego kszału przebiegu prądu różnicowego Właściwy dobór wyłącznika różnicowoprądowego ze względu na en paramer jes niezwykle isony, ponieważ źle dobrany wyłącznik może w ogóle nie reagować na prąd różnicowy znacznie przekraczający znamionowy prąd różnicowy wyłącznika [1]. a przykład, na prądy wyprosowane z zasady nie reagują wyłączniki ypu AC. W ablicy 1 przedsawiono podział wyłączników różnicowoprądowych ze względu na zdolność do wykrywania określonego kszału przebiegu prądu różnicowego. 2.8. Opóźnienie wyzwalania Ze względu na opóźnienie wyzwalania wyróżnia się wyłączniki różnicowoprądowe: bezzwłoczne bez określonego czasu przerzymywania i bez dodakowych oznaczeń, krókozwłoczne o gwaranowanym czasie przerzymywania co najmniej 10 ms; nadające się do obwodów odbiorczych o dużym przejściowym prądzie różnicowym, w zależności od producena oznaczane G, VSK, KV, KVP, Hpi, HI, zwłoczne (selekywne) o gwaranowanym czasie przerzymywania co najmniej 40 ms; zapewniające wybiorczość działania z wyłącznikami bezzwłocznymi bądź krókozwłocznymi, oznaczane S. Ponado produkowane są przekaźniki różnicowoprądowe współpracujące z wyłącznikami nadprądowymi, w kórych można nasawiać warość znamionowego prądu różnicowego zadziałania, np. 0,030,10,313510 A, jak i zwłokę zadziałania, np. 0,060,10,315 s. r 141-142 5
Tablica 1. Rodzaje wyłączników różnicowoprądowych ze względu na zakres uczulenia na kszał przebiegu prądu różnicowego [4, 9, 10] Oznaczenie lierowe i symbol graficzny Przebieg prądu różnicowego, przy kórym jes zapewnione wyzwalanie wyłącznika AC prąd przemienny sinusoidalny (na ogół 50/60 Hz) A prąd przemienny sinusoidalny (na ogół 50/60 Hz), prąd pulsujący sały, prąd pulsujący sały ze składową wygładzoną 6 ma, z ew. serowaniem fazowym i niezależnie od biegunowości. a rysunku 1 przedsawiono pasmowe charakerysyki czasowo-prądowe wyłączników różnicowoprądowych: bezzwłocznego o I Dn = 30 ma, 6 B lub krókozwłocznego G o I Dn = 30 ma, zwłocznego S o I Dn = 300 ma. prąd przemienny sinusoidalny (na ogół 50/60 Hz), prąd przemienny sinusoidalny o częsoliwości nieprzekraczającej 1000 Hz, prąd przemienny sinusoidalny ze składową wygładzoną o warości większej spośród dwóch: 0,4I Dn i 10 ma, prąd pulsujący sały ze składową wygładzoną o warości większej spośród dwóch: 0,4 I Dn i 10 ma, prąd sały z układów prosowniczych, j.: -z prosownika dwupulsowego zasilanego napięciem międzyprzewodowym w przypadku wyłączników 2-, 3- i 4-biegunowych, -z prosownika rójpulsowego (układ gwiazdy) albo z prosownika sześciopulsowego w przypadku wyłączników 3- i 4-biegunowych, prąd sały wygładzony, z ew. serowaniem fazowym i niezależnie od biegunowości. 2.9.Dopuszczalny zakres emperaury ooczenia Ten paramer określa, w jakich emperaurach będzie działał poprawnie układ wyzwalający wyłącznika. Jes o szczególnie ważne, jeśli wyłącznik ma pracować na wolnym powierzu. Warunki ooczenia silnie wpływają na niezawodność wyłączników różnicowoprądowych [8]. Sosuje się nasępujące oznaczenia: brak oznaczenia lub 5 C - 25 Wyłącznik do zainsalowania w ogrzewanym lub nieogrzewanym pomieszczeniu, dopuszczalny zakres emperaury ooczenia od 5 do + 40 C. Obecnie rakuje się jako wykonanie normalne bez oznaczeń Wyłącznik mrozoodporny do zainsalowania na wolnym powierzu. Dopuszczalny zakres emperaury ooczenia od 25 do + 40 C
a) b) [ms] [ms] 500 500 450 450 400 400 350 350 300 300 250 250 200 200 150 150 100 100 50 40 30 ma bezzwłoczny 15 30 60 150 (I n ) (2I n ) (5I n ) I [ma] 50 40 10 30 ma krókozwłoczny G 15 30 60 150 (I n ) (2I n ) (5I n ) I [ma] c) [ms] 500 450 400 Rys. 1. Charakerysyki czasowo-prądowe wyłączników różnicowoprądowych: a) bezzwłocznego o I = 30 ma, Dn b) krókozwłocznego o I = 30 ma, Dn c) zwłocznego o I = 300 ma Dn 350 300 250 200 150 100 300 ma zwłoczny S 60 50 40 150 300 600 1500 (I n ) (2I n ) (5I n ) I [ma] r 141-142 7
3. Dobór wyłączników różnicowoprądowych 3.1. Wprowadzenie Przysępując do doboru wyłączników różnicowoprądowych należy na wsępie usalić warunki sieciowe i środowiskowe, w kórych wyłączniki mają pracować. ależy swierdzić, w jakim układzie sieci (T, TT, IT) dany wyłącznik będzie zasosowany, jaką ochronę ma zapewniać (dodakową, uzupełniającą, przeciwpożarową), jaki jes prąd szczyowego obciążenia obwodu oraz spodziewany prąd zwarciowy. Porzebne są informacje o usalonym i/lub przejściowym prądzie upływowym, co rzuuje na dobór znamionowego prądu różnicowego zadziałania wyłącznika oraz jego zwłoczność. Konieczne jes eż rozpoznanie urządzeń odbiorczych pod względem kszału przebiegu prądu różnicowego. Trzeba również usalić, w kórych obwodach zasosowanie wyłączników różnicowoprądowych jes obowiązkowe, w kórych ylko zalecane, a w kórych niezalecane czy wręcz zabronione. 3.2. Obowiązek sosowania wyłączników różnicowoprądowych Obowiązek sosowania oraz największy dopuszczalny znamionowy prąd różnicowy wyłączników różnicowoprądowych wynika z wymagań wieloarkuszowej normy P-HD 60364 Insalacje elekryczne niskiego napięcia 1, kórej wiele arkuszy przywołano w rozporządzeniach [29, 30]. P-HD 60364-4-41:2009 [13], Punk 411.3.3 W obwodach gniazd wyczkowych ogólnego przeznaczenia o prądzie znamionowym nieprzekraczającym 20 A, kóre są użykowane przez laików 2 oraz w obwodach z urządzeniami przenośnymi o znamionowym prądzie nieprzekraczającym 32 A użykowanymi na zewnąrz pomieszczeń, należy sosować ochronę uzupełniającą za pomocą wyłączników różnicowoprądowych wysokoczułych ( I Dn 30 ma). Z powyższego zapisu wynika, że obecnie obwody niemal wszyskich gniazd wyczkowych powinny być chronione wyłącznikami różnicowoprądowymi wysokoczułymi. Dopuszczalne odsępswo doyczy np. gniazd wyczkowych wykorzysywanych przez osoby wykwalifikowane w obiekcie przemysłowym. P-IEC 60364-4-482:1999 [14], Punk 482.2.10 Do ochrony przeciwpożarowej nadają się wyłączniki różnicowoprądowe o znamionowym prądzie różnicowym zadziałania nie większym niż 500 ma. P-HD 60364-5-559:2010 [16], Punk 559.9 a sanowiskach wysawowych zawierających oprawy oświeleniowe, do ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączanie zasilania należy sosować wyłączniki różnicowoprądowe o znamionowym prądzie różnicowym zadziałania nie większym niż 30 ma. P-HD 60364-7-701:2010 [17], Punk 701.415.1 Wszelkie obwody w pomieszczeniach kąpielowych, nie ylko obwody gniazd wycz- kowych, powinny być objęe ochroną uzupełniającą za pomocą jednego lub większej 1) iekóre arkusze ej normy mają jeszcze nazwę: P-IEC 60364 Insalacje elekryczne w obiekach budowlanych 2) Ko o jes laik obszernie wyjaśniono w publikacji: Musiał E.: is Pana Andrzeja Kasprzaka. Miesięcznik SEP Informacje o ormach i Przepisach Elekrycznych, 2010, nr 131, s. 116-118 [5] 8
r 141-142 Ochrona przeciwporażeniowa liczby wyłączników różnicowoprądowych wysokoczułych (I Dn 30 ma). Wymaga- nie o nie doyczy obwodów SEV oraz V ani obwodów objęych ochroną przez separację elekryczną pojedynczego odbiornika. P-HD 60364-7-702 [18], Punky 702.410.3.101.2; 702.410.3.101.3; 702.55.101.3; 702.55.104.2; 702.55.105 W przypadku zasosowania samoczynnego wyłączania zasilania należy wykorzysy- wać wyłączniki różnicowoprądowe o I Dn 30 ma. Punk 702.53 Jeżeli źródło SEV insaluje się w srefie 2, o obwód zasilający o źródło powinien być chroniony wyłącznikiem różnicowoprądowym o I Dn 30 ma. Jeżeli urządzenia rozdzielcze, serownicze, gniazda wyczkowe znajdują się w srefie 2 i są zasilane z obwodu separowanego (separacja elekryczna pojedynczego odbior- nika), a źródło obwodu separowanego znajduje się w srefie 2, o powinno ono być chronione wyłącznikiem różnicowoprądowym o I Dn 30 ma. P-HD 60364-7-703:2007 [19], Punk 703.412.5 Wszyskie obwody sauny, z wyjąkiem obwodu ogrzewacza sauny, powinny być objęe ochroną uzupełniającą za pomocą jednego lub większej liczby wyłączników różnicowoprądowych wysokoczułych I Dn 30 ma. P-HD 60364-7-704:2010 [20], Punk 704.410.3.10 a erenie placu budowy i rozbiórki obwody gniazd wyczkowych o prądzie znamio- nowym nieprzekraczającym 32 A oraz inne obwody, z kórych zasila się urządzenia ręczne o prądzie znamionowym nieprzekraczającym 32 A powinny być chronione za pomocą wyłączników różnicowoprądowych wysokoczułych (I Dn 30 ma). Wyma- ganie o nie doyczy obwodów SEV oraz V ani obwodów objęych ochroną przez separację elekryczną pojedynczego odbiornika. Punk 704.411.3.2.1 Do ochrony przez samoczynne wyłączanie zasilania w obwodach gniazd wyczko- wych o prądzie znamionowym przekraczającym 32 A należy zasosować wyłączniki różnicowoprądowe o znamionowym prądzie różnicowym I 500 ma. P-HD 60364-7-705:2007 [21], Punk 705.411.1 W gospodarswach rolniczych i ogrodniczych do ochrony przez samoczynne wyłączanie zasilania należy zasosować wyłączniki różnicowoprądowe o nasępującym znamionowym prądzie różnicowym: I Dn 30 ma w obwodach odbiorczych zasilających gniazda wyczkowe o zna- mionowym prądzie nieprzekraczającym 32 A, I Dn 100 ma w obwodach odbiorczych zasilających gniazda wyczkowe o zna- mionowym prądzie przekraczającym 32 A, w pozosałych obwodach I Dn 300 ma Jeżeli ważna jes niezawodność zasilania, o zaleca się sosować wyłączniki zwłoczne lub krókozwłoczne. Dn 9
P-HD 60364-7-706:2007 [22], Punk 706.410.3.10 W ograniczonych przesrzeniach przewodzących obwody urządzeń sałych wykona- nych w klasie ochronności II, powinny być objęe ochroną uzupełniającą za pomocą wyłączników różnicowoprądowych wysokoczułych ( I 30 ma). P-HD 60364-7-708:2010 [23], Punk 708.531.2 W insalacjach na erenie kempingów każde gniazdo wyczkowe powinno być indy- widualnie chronione za pomocą wyłącznika różnicowoprądowego wysokoczułego ( I Dn 30 ma). Podobne wymaganie doyczy obwodu odbiorczego przeznaczonego do przyłączenia na sałe domku ruchomego albo przemieszczalnego domu wypoczynkowego. P-HD 60364-7-709:2010 [24], Punk 709.531.2 W insalacjach na erenie porów jachowych każde gniazdo wyczkowe powinno być indywidualnie chronione za pomocą wyłącznika różnicowoprądowego o I Dn 30 ma. Podobne wymaganie doyczy obwodu odbiorczego przeznaczonego do przyłączenia na sałe łodzi mieszkalnej. P-HD 60364-7-740:2009 [26], Punk 740.412.5 W insalacjach ymczasowych na erenie argów, wesołych miaseczek i cyrków wszys- kie obwody odbiorcze oświeleniowe (oprócz oświelenia awaryjnego), gniazd wycz- kowych o prądzie znamionowym nieprzekraczającym 32 A oraz urządzenia przenośne o obciążalności nieprzekraczającej 32 A przyłączone za pomocą przewodu giękiego powinny być objęe ochroną uzupełniającą za pomocą wyłączników różnicowoprądo - wych wysokoczułych ( I Dn 30 ma). ie doyczy o gniazd wyczkowych zasilanych z obwodów SEV ani objęych ochroną przez separację elekryczną. Punk 740.481.3.1.3 Samoczynne wyłączanie zasilania obieków ymczasowych powinno nasępować w złączu insalacji za pomocą wyłączników różnicowoprądowych o I Dn 300 ma. Po- winny o być wyłączniki zwłoczne. 3.3. Kiedy wyłączniki różnicowoprądowe są niezalecane Wyłączników różnicowoprądowych nie zaleca się sosować w syuacjach, kiedy pierwszorzędne znaczenie ma ciągłość zasilania. Tak jes np. w insalacjach bezpieczeńswa (oświelenie awaryjne, pompy pożarnicze ip.). Oo przykładowe i niepełne posanowienia norm, z kórych wynika, w jakich przypadkach wyłączniki różnicowoprądowe są niezalecane. P-HD 60364-5-56:2010 [15], Punk 560.5.3 Zaleca się sosować środki ochrony przeciwporażeniowej, kóre nie powodują samoczynnego wyłączania w przypadku pierwszego uszkodzenia. P-IEC 60364-7-714:2003 [25], Punk 714.413.1 Ochrona za pomocą samoczynnego wyłączania zasilania. W przypadku układu TT z uziomem o wysarczająco małej rezysancji, zalecana jes ochrona przez wyłączenie 10 Dn
r 141-142 Ochrona przeciwporażeniowa za pomocą bezpieczników lub wyłączników. Zasosowanie urządzenia ochronnego różnicowoprądowego w złączu, w przypadku pojedynczego zwarcia w jednym urządzeniu oświeleniowym, może spowodować wyłączenie całej insalacji oświelenia i sworzyć niebezpieczeńswo dla użykowników. 3.4. Typ ochrony i prąd wyłączający Wyłączniki różnicowoprądowe mogą być sosowane w ochronie przeciwporażeniowej dodakowej (ochronie przy uszkodzeniu), ochronie przeciwporażeniowej uzupełniającej i ochronie przeciwpożarowej. Typ ochrony, w kórej zasosowano wyłącznik różnicowoprądowy wpływa na wymagany znamionowy prąd różnicowy wyłącznika: ochrona dodakowa brak ograniczeń co do prądu I Dn (z wyjąkiem niekórych insalacji specjalnych omawianych w arkuszach serii 700 normy P-HD 60364), ochrona uzupełniająca I Dn 30 ma, ochrona przeciwpożarowa I Dn 500 ma. W ochronie dodakowej przez samoczynne wyłączanie zasilania znamionowy prąd różnicowy może być niemal dowolnie duży (z wyjąkiem niekórych insalacji specjalnych), byle ylko zosał spełniony warunek skueczności ochrony, kóry dla najpopularniejszego układu sieci (układ T) jes wyrażony nasępująco: gdzie: I a prąd wyłączający zabezpieczenia [A], U o znamionowe napięcie sieci względem ziemi [V], Z s impedancja pęli zwarciowej [W]. Prąd wyłączający zależy od ypu wyłącznika i określonego przez normę [13] największego dopuszczalnego czasu wyłączania zasilania (ablica 2). Tablica 2. Prąd wyłączający I a wyłączników różnicowoprądowych [4] w zależności od naj- większego dopuszczalnego czasu wyłączania zasilania podanego w normie [13] Czas Prąd wyłączający I a wyłączników różnicowoprądowych wyłączania bezzwłocznych i krókozwłocznych selekywnych [s] AC A (30 ma) B AC A B 0,2 2IDn 4IDn 4IDn 2IDn 2,8IDn 4IDn 0,4 IDn 2IDn 2IDn 2IDn 2,8IDn 4IDn 5 IDn 2IDn 2IDn IDn 1,4IDn 2IDn Dodanie wyłącznika różnicowoprądowego znacznie uławia uzyskanie skueczności ochrony w obwodach z zabezpieczeniami nadprądowymi o dużym prądzie znamionowym i dużym prądzie wyłączającym. Tak może być np. w obwodach zabezpieczonych wkładkami opikowymi zwłocznymi lub wyłącznikami nadprądowymi o charakerysyce ypu D. Jeżeli zabezpieczenie nadprądowe nie wyłącza ego zwarcia w czasie podanym w ablicy 2, o rolę urządzenia wyłączającego może przejąć zainsalowany dodakowo wyłącznik różnicowoprądowy. (1) 11
Jeżeli zaem w obwodzie znajdują się różne urządzenia wyłączające, o jako prąd wyłączający przyjmuje się wynik najkorzysniejszy i on jes podsawą sprawdzenia warunku samoczynnego wyłączania zasilania. a rysunku 2 przedsawiono zasadę określania prądu wyłączającego I a w obwodach, w kórych znajdują się różne urzą- dzenia wyłączające. 1 2 3 4 C16 C16 gg25 gg25 30 ma yp A 100 ma yp AC M M I a = 160 A I a = 60 ma I a = 180 A I a = 100 ma W poszczególnych obwodach znajdują się nasępujące urządzenia zabezpieczające: 1 wyłącznik nadprądowy insalacyjny C16 w obwodzie oświeleniowym, 2 wyłącznik nadprądowy insalacyjny C16 oraz wyłącznik różnicowoprądowy ypu A o I Dn = 30 ma w obwodzie gniazd wyczkowych, 3 zesaw bezpiecznik gg25 sycznik przekaźnik przeciążeniowy, 4 zesaw bezpiecznik gg25 sycznik przekaźnik przeciążeniowy oraz wyłącznik różnicowoprądowy ypu AC o I = 100 ma Dn Rys. 2. Prąd wyłączający I w obwodach z różnymi zabezpieczeniami. Wymagany czas wyłąa czania zasilania 0,4 s, układ T 3.5. Insalowanie wyłączników różnicowoprądowych Przez wyłącznik różnicowoprądowy powinny przechodzić wszyskie przewody czynne obwodu, zn.: a) w obwodach jednofazowych przewód fazowy i przewód neuralny, b) w obwodach rójfazowych z przewodem neuralnym przewody fazowe 1, 2, 3 i przewód neuralny, c) w obwodach rójfazowych bez przewodu neuralnego przewody fazowe 1, 2, 3. Dość częso pojawia się pyanie o możliwość zasosowania wyłącznika różnicowoprądowego w isniejących, sarych insalacjach o układzie T-C. Oóż jes o układ sieci, w kórym nie należy sosować wyłączników różnicowoprądowych [13]. W ym układzie sieci wyłącznik różnicowoprądowy może nie reagować w syuacji zagrażającej porażeniem i może zbędnie wyzwalać, kiedy zagrożenia porażeniowego nie ma. a rysunku 3a odbiornik nie syka się z przewodzącym podłożem i przepływ prądu uszkodzeniowego spowodowanego uszkodzeniem izolacji podsawowej urządzenia nie jes wykrywany przez wyłącznik różnicowoprądowy. Mimo zagrożenia porażeniowego wyłącznik różnicowoprądowy nie reaguje. W syuacji na rysunku 3b nie ma zagrożenia porażeniowego, a wyłącznik zbędnie wyzwala. Prąd, czyli część prądu obciążenia urządzenia, kóre syka się z przewodzącym podłożem, z powodu połączenia przewodu z zaciskiem i zaciskiem w gnieździe wyczkowym powraca do punku neuralnego ransformaora przez 12
ziemię. Z ego powodu suma geomeryczna prądów w przewodach przechodzących przez przekładnik sumujący wyłącznika nie jes równa zero. a) b) I D = I I = 0 1 2 3 I > I > I I I I - I > 1 2 3 -!!! c) 1 2 3 - I > I >! Ł Rys. 3. Skuki zasosowania wyłączników różnicowoprądowych w układzie T-C. Wyłącznik różnicowoprądowy: a) nie reaguje w syuacji zagrażającej porażeniem; b), c), d) zbędnie wyzwala przy braku zagrożenia porażeniowego. Wykrzyknik (!) wskazuje przyczynę niewłaściwego działania wyłączników różnicowoprądowych r 141-142 Rys. 3d) znajduje się na nasępnej sronie 13
Rys. 3d) I > - 1 2 3! Ł Podobnie jes w przypadku przedsawionym na rysunku 3c. Załączenie odbiornika (po prawej sronie rysunku), kóry jes prawidłowo chroniony wyłącznikiem różnicowoprądowym (obwód odbiorczy ma oddzielny przewód neuralny i przewód ochronny) sprawia, że wyzwala wyłącznik, kóry chroni obwód (po lewej sronie rysunku) z odbiornikiem sykającym się z przewodzącym podłożem. Wyzwolenie ego wyłącznika nasępuje nawe wedy, kiedy chronione urządzenie nie jes akualnie uruchomione (pokazany na rysunku 3c łącznik Ł jes owary). Zbędne zadziałanie wysąpi również wedy, gdy wyłącznik różnicowoprądowy jes zainsalowany na począku insalacji (rys. 3d). Sprawia o, że zasilania są pozbawione wszyskie obwody odbiorcze. Zbędne wyzwalanie wyłączników różnicowoprądowych może nasępować z powodu niewłaściwych połączeń w insalacji. Jednym z częsych błędów jes połączenie przewodu z przewodem za wyłącznikiem (rys. 4a). W akim przypadku część prądu obciążenia obwodu powraca przewodem wywołując zbędne zadziałania. Takie błędne połączenie może również swarzać zagrożenie porażeniowe. Jeżeli prąd pobierany przez odbiornik jes niewielki i wyłącznik różnicowoprądowy nie wyzwala zbędnie, a nasąpi uszkodzenie izolacji odbiornika, o część prądu uszkodzeniowego popłynie przewodem ochronnym, a druga część przewodem neuralnym i nie jes wykrywana przez wyłącznik różnicowoprądowy. W insalacjach z wyłącznikami różnicowoprądowymi należy zwrócić uwagę na połączenia obwodów odbiorczych z szyną w rozdzielnicach. a rys. 4b przedsawiono przypadek, w kórym połączono przewody dwóch obwodów chronionych odrębnymi wyłącznikami różnicowoprądowymi. Połączenie o wykonano za wyłącznikami różnicowoprądowymi. Jeżeli zosanie załączony odbiornik w obwodzie B, o jego prąd obciążenia powróci przewodem obwodu B i przewodem obwodu A. Oworzą się obydwa wyłączniki, en w obwodzie B i, co ciekawe, en w obwodzie A, mimo że obwód en nie jes załączony pod napięcie (pokazany na rys. 4b łącznik Ł jes owary). 14
Możliwych przypadków niewłaściwych połączeń, z powodu kórych wyłączniki różnicowoprądowe niewłaściwie działają, jes znacznie więcej. a) b) - I I - I Ł I B I B - I A I B I B - I A I > I I > I >! I A! I I A I B I B obwód A obwód B Rys. 4. Przyczyny zbędnego działania wyłączników różnicowoprądowych: a) połączenie przewodów i za wyłącznikiem różnicowoprądowym, b) połączenie za wyłącznikiem różnicowoprądowym przewodów różnych obwodów Aby uniknąć zbędnych zadziałań wyłączników różnicowoprądowych nie należy chronić zby wielu obwodów jednym wyłącznikiem różnicowoprądowym. Ze względów niezawodnościowych najlepiej sosować zasadę, że jeden wyłącznik różnicowoprądowy chroni jeden obwód (rys. 5a). Wyjąkowo można zasosować jeden wyłącznik różnicowoprądowy na dwa lub rzy obwody (rys. 5b). iewłaściwe jes rozwiązanie z rys. 5c, w kórym jeden wyłącznik różnicowoprądowy chroni całą insalację odbiorczą. W akim rozwiązaniu prąd różnicowy w jakimkolwiek obwodzie odbiorczym powoduje zadziałanie wyłącznika różnicowoprądowego i pozbawia zasilania wszyskie obwody odbiorcze. a) b) c) 30 ma 30 ma 100 ma 100 ma 30 ma 100 ma 30 ma Rys. 5. Możliwe usyuowanie wyłączników różnicowoprądowych: a) jeden wyłącznik chroni jeden obwód, b) jeden wyłącznik chroni dwa obwody, c) jeden wyłącznik chroni całą insalację rozwiązanie niewłaściwe r 141-142 15
3.6. Przejściowe i usalone prądy upływowe Prawidłowe działanie wyłączników różnicowoprądowych jes również uwarunkowane doborem wyłączników różnicowoprądowych ze względu na przejściowe i/lub usalone prądy upływowe. a rysunku 6 przedsawiono przebieg prądu w przewodzie ochronnym przy załączaniu obwodu zawierającego kilka kompuerów osobisych. Warość szczyowa prądu osiąga 3 A i może spowodować zbędne zadziałanie wyłącznika różnicowoprądowego bezzwłocznego. Aby uniknąć zbędnych zadziałań należy w akich obwodach insalować wyłączniki krókozwłoczne, a nie bezzwłoczne. aomias należy unikać w obwodach odbiorczych wyłączników zwłocznych (selekywnych), ponieważ są one przeznaczone do obwodów rozdzielczych jako zabezpieczenia poprzedzające wyłączniki bezzwłoczne bądź krókozwłoczne. Rys. 6. Przebieg prądu w przewodzie ochronnym podczas załączania obwodu zasilającego kompuery osobise Przy doborze wyłącznika różnicowoprądowego należy uwzględnić bilans usalonych prądów upływowych w chronionym obwodzie. Przyjmuje się, że na przykład jednoska kompuerowa może być źródłem usalonego prądu upływowego w przedziale 1 3 ma (usalony prąd upływowy w obwodzie kompuerowym jes widoczny na rys. 6). Wypadkowy prąd upływowy w obwodzie powinien być mniejszy niż 0,5I Dn (niekiedy przyjmuje się nawe 0,33 I Dn ) dobranego wyłącznika różnicowoprądowego. Przykładowo, w obwodzie z wyłącznikiem różnicowoprądowym o IDn = 30 ma (0,5 IDn = 15 ma) zaleca się insalować nie więcej niż 4 kompuery: 4 (1 3 ma) = 4 12 ma < 15mA. Jeżeli urządzenia są zasilane z różnych faz insalacji, o należy pamięać, że prądy upływowe pochodzące od ych urządzeń należy dodawać z uwzględnieniem ich argumenów oraz przesunięcia poszczególnych faz (120 ). Wypadkowy prąd różnicowy jes sumą geomeryczną prądów upływowych płynących w poszczególnych fazach rozparywanej insalacji. W insalacji o rzech obwodach odbiorczych zasilanych z różnych faz insalacji (rys. 7), największej warości prądu w przewodzie ochronnym należy się spodziewać przy załączeniu jednego (rys. 8a) lub dwóch obwodów (rys. 8b), a nie, jak mogłoby się wydawać, wszyskich rzech obwodów (rys. 8c). 16
Syuacja komplikuje się jeżeli oprócz prądów o charakerze czynnym pojawiają się prądy o charakerze pojemnościowym. I u1 = 5 ma 1 I u2 I u3 = 5 ma = 5 ma 2 3 Rys. 7. Insalacja z rzema obwodami jednofazowymi zasilanymi z różnych faz; w każdym obwodzie płynie prąd upływowy o warości 5 ma i charakerze czynnym a) b) c) I u1 I u1 I u1 I = 5 ma I = 5 ma I = 0 I u2 I u3 I u2 Rys. 8. Wykresy przedsawiające sumowanie prądów upływowych w przypadku, gdy w obwodach odbiorczych wysępują prądy upływowe czynne o warości 5 ma (insalacja z rys. 7). Prąd upływowy płynie: a) ylko w fazie 1, b) w fazach 1 i 2, c) w każdej fazie 3.7. Obwody o prądach różnicowych odkszałconych Dobór wyłącznika różnicowoprądowego do obwodu o odkszałconym prądzie różnicowym należy rozpocząć od rozpoznania właściwości obwodu z punku widzenia kszału prądu ziemnozwarciowego (różnicowego). W ablicy 3 przedsawiono wybrane przykładowe układy przekszałnikowe z podaniem kszału prądu ziemnozwarciowego i informacji o przydaności poszczególnych ypów wyłączników różnicowoprądowych. Jeżeli prąd różnicowy może być jednokierunkowy, o w rachubę wchodzą ylko wyłączniki o wyzwalaniu ypu A lub B. Wyłączniki ypu A wysarczają w układach prosowniczych zasilanych jednofazowo i nie zawierających filru prądu sałego (układy nr 2, 3 w ablicy 3). W przypadku zasosowania filru prądu sałego należy dobrać wyłączniki różnicowoprądowe ypu B. Podobnie należy posąpić w układzie prosownika zasilanego rójfazowo, gdyż prąd różnicowy w jego obwodzie wyjściowym charakeryzuje się niewielkim ęnieniem. Coraz częściej spoykanym obwodem o niesinusoidalnym prądzie różnicowym jes obwód silnika o prędkości obroowej regulowanej za pomocą przemiennika częsoliwości. W obwodzie akim widmo prądu różnicowego zależy od zasosowanej częsoliwości PWM (Pulse Widh Modulaion) przekszałnika oraz akualnej prędkości obroowej silnika. a rysunku 9 przedsawiono przykładowy przebieg prądu ziemnozwarciowego i jego widmo przy znamionowej prędkości obroowej silnika r 141-142 17
i częsoliwości PWM równej 3 khz. W przebiegu ym oprócz składowej o częsoliwości 50 Hz jes wiele innych składowych, głównie składowa o częsoliwości PWM (3 khz). Są eż składowe, kórych częsoliwość jes wielokronością częsoliwości PWM. Rysunek 10 również przedsawia przebieg prądu ziemnozwarciowego i jego widmo ampliudowe, ale dla skrajnie niskiej prędkości obroowej silnika, dla kórej częsoliwość użykowa wynosi 1 Hz. Prądy ziemnozwarciowe (różnicowe) zawierające wyższe harmoniczne, w szczególności e wysokich rzędów, sprawiają, że czułość wyłączników różnicowoprądowych pogarsza się. Może się zdarzyć, że przy odkszałconym przebiegu prądu różnicowego wyłącznik różnicowoprądowy o znamionowym prądzie różnicowym zadziałania równym 30 ma zadziała dopiero wedy, gdy prąd osiągnie warość 500 ma lub nawe większą. Zdarza się eż, że wyłączniki w ogóle nie reagują na silnie odkszałcony prąd różnicowy. Tablica 3. Przebieg prądu ziemnozwarciowego (różnicowego) w obwodach różnych przekszałników [1, 11, 12] p. Rodzaj przekszałnika Układ połączeń Przebieg prądu różnicowego Przydane wyłączniki różnicowoprądowe i B i D 1 Bez przekszałnika AC, A, B i B Prosownik 2 jednopulsowy A, B i D 3 Prosownik i dwupulsowy D i B nieserowany, zasilany napięciem A, B fazowym i Prosownik B i D jednopulsowy 4 B z filrem prądu sałego 5 Prosownik rójfazowy sześciopulsowy nieserowany 1 2 3 i B i B i B i D B 6 Pośredni przemiennik częsoliwości 1 2 3 i B i B PPf M i B i D AC*, A*, B* * Wyłącznik różnicowoprądowy o znanej charakerysyce działania przy różnych częsoliwościach prądu różnicowego 18
Przy prądzie różnicowym zawierającym wyższe harmoniczne, zwłaszcza harmoniczne wysokiego rzędu, jak w obwodzie wyjściowym pośredniego przemiennika częsoliwości, należy posługiwać się charakerysyką prądu zadziałania wyłącznika w funkcji częsoliwości. Jak wynika z badań auora, przy prądach różnicowych o podwyższonej częsoliwości lub odkszałconych charakerysyki działania wyłączników różnicowoprądowych, również ypu B, mogą być zróżnicowane. Zdarza się, że przy wysokiej częsoliwości lub znacznym udziale wyższych harmonicznych w prądzie różnicowym lepiej od wyłączników ypu A czy B działają wyłączniki ypu AC. iesey poza nielicznymi wyjąkami w kaalogach producenów nie ma informacji o charakerysykach działania wyłączników różnicowoprądowych przy częsoliwościach innych niż 50/60 Hz. Przeprowadzono badania działania wyłączników różnicowoprądowych przy przebiegach prądu różnicowego zawierających harmoniczne dominujące w rzeczywisych przebiegach prądu ziemnozwarciowego na zaciskach silnika zasilanego z przemiennika częsoliwości. Aby uławić porównanie charakerysyk działania wielu wyłączników różnicowoprądowych oraz wyeliminować wpływ zakłóceń, prądy odkszałcone wymuszano generaorem laboraoryjnym; częsoliwość PWM przyjęo równą 1000 Hz. Badania przeprowadzono dla rzech przebiegów prądu różnicowego. a) b) i i () () E E 10 ms 10 ms i E () 10 ms 0,5 A 0,5 A 3 khz 0,1 A 0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 [khz] 0,1 A 0 50 Hz 150 Hz 0,5 3 khz 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 [khz] Rys. 9. Oscylogramy prądu ziemnozwarciowego i () przy doziemieniu na zaciskach silnika E i widmo ampliudowe ego prądu w zakresie częsoliwości: a) 0 25 khz; b) 0 5 khz; częsoliwość użykowa 50 Hz (znamionowa prędkość obroowa silnika), częsoliwość PWM 3 khz a) b) 0,5 A i E () 10 ms 0,5 A i E () 10 ms 0,1 A 3 khz 0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 [khz] 0,1 A 0 1 Hz 150 Hz 0,5 3 khz 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 [khz] Rys. 10. Oscylogramy prądu ziemnozwarciowego i () przy doziemieniu na zaciskach silnika E i widmo ampliudowe ego prądu w zakresie częsoliwości: a) 0 25 khz; b) 0 5 khz; częsoliwość użykowa 1 Hz (skrajnie niska prędkość obroowa silnika), częsoliwość PWM 3 khz r 141-142 19
Pierwszy przebieg prądu odwzorowuje prąd ziemnozwarciowy przy znamionowej prędkości obroowej silnika, przy kórej częsoliwość użykowa wynosi 50 Hz. Prąd en, oznaczony 50 Hz + PWM, zawiera składowe o nasępujących częsoliwościach: 50 Hz składowa o częsoliwości użykowej, 150 Hz składowa będąca superpozycją 3. harmonicznej częsoliwości użykowej oraz przebiegu o częsoliwości napięcia względem ziemi punku środkowego prosownika, 1000 Hz składowa o częsoliwości PWM impulsowania falownika, 900 i 1100 Hz składowe o częsoliwości głównych inerharmonicznych odniesione do częsoliwości impulsowania. Drugi przebieg odwzorowuje prąd ziemnozwarciowy przy doziemieniu na zaciskach silnika obracającego się z prędkością równą połowie prędkości znamionowej. Częsoliwość użykowa wynosi wedy 25 Hz. Prąd en, oznaczony 25 Hz + PWM, zawiera składowe o nasępujących częsoliwościach: 25 Hz składowa o częsoliwości użykowej, 75 Hz 3. harmoniczna częsoliwości użykowej, 150 Hz składowa o częsoliwości napięcia względem ziemi punku środkowego prosownika, 1000 Hz składowa o częsoliwości PWM impulsowania falownika. Trzeci przebieg odwzorowuje prąd ziemnozwarciowy przy doziemieniu na zaciskach silnika obracającego się ze skrajnie niską prędkością obroową, dla kórej częsoliwość użykowa wynosi 1 Hz. Prąd en, oznaczony 1 Hz + PWM, zawiera składowe o nasępujących częsoliwościach: 150 Hz składowa o częsoliwości napięcia względem ziemi punku środkowego prosownika (składowa o częsoliwości użykowej 1 Hz jes pomijalnie mała), 1000 Hz składowa o częsoliwości PWM impulsowania falownika. a rysunku 11 przedsawiono prąd zadziałania wyłączników różnicowoprądowych przy przebiegach oznaczonych 50 Hz + PWM, 25 Hz + PWM, 1 Hz + PWM oraz przebiegu nieodkszałconym oznaczonym sin 50 Hz. Symbole RCD6, RCD7 id. oznaczają wyłączniki wybrane spośród szerokiej gamy egzemplarzy poddanych badaniom. Symbole e pozwalają porównać wyniki badań ego samego wyłącznika w różnych warunkach. a podsawie wyników badań zaprezenowanych na rysunku 11 można swierdzić, że prąd zadziałania wyłączników różnicowoprądowych silnie wzrasa, jeżeli zwarcie doziemne lub doyk bezpośredni części czynnej nasąpi przy niskich prędkościach obroowych silnika. Prąd en może znacząco przekraczać znamionowy prąd różnicowy zadziałania I Dn wyłączników różnicowoprądowych. Zgodnie z analizą widmową prądu (rys. 9 i 10), przy bardzo niskich prędkościach obroowych harmoniczne o wysokiej częsoli- wości sają się dominującymi i wiele z badanych wyłączników różnicowoprądowych o I Dn = 30 ma nie reaguje na prąd różnicowy o warości nawe kilku amperów przy przebiegu prądu 1 Hz + PWM. 20
a) b) RCD7 RCD6 RCD8 RCD9 RCD10 Ochrona przeciwporażeniowa RCD19 RCD12 RCD18 RCD15 RCD17 I [ma] 180 150 120 90 60 30 0 sin50hz 50Hz+PWM 25Hz+PWM 1Hz+PWM Przebieg prądu RCD8 RCD9 RCD10 nie wyzwalają nawe przy 5 A I [ma] 330 300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 0 sin50hz 50Hz+PWM 25Hz+PWM 1Hz+PWM Przebieg prądu RCD18 RCD15 RCD17 nie wyzwalają nawe przy 5 A Rys. 11. Prąd zadziałania wybranych wyłączników różnicowoprądowych przy prądach różnicowych zawierających wiele wyższych harmonicznych. Wyłączniki: a) 30 ma ypu AC, b) 30 ma ypu A Pogorszona czułość wyłączników różnicowoprądowych przy prądach różnicowych o znacznym udziale harmonicznych wysokich rzędów jes związana z charakerysykami prądu zadziałania wyłączników w funkcji częsoliwości. a rys. 12 przedsawiono prąd zadziałania wyłączników różnicowoprądowych w zakresie częsoliwości 50 1000 Hz dla przebiegu sinusoidalnego. 1000 800 RCD8 RCD15 RCD12 r 141-142 I [ma] 600 400 200 0 RCD6 RCD7 RCD19 0 50 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 f [Hz] Rys. 12. Charakerysyka prądu zadziałania wyłączników różnicowoprądowych w funkcji częsoliwości. Wyłączniki 30 ma ypu AC: RCD6, RCD7, RCD8; ypu A: RCD12, RCD15, RCD19 Widać, że niekóre wyłączniki wyzwalają w całym ym zakresie częsoliwości, choć z różną czułością. Inne wyzwalają ylko przy częsoliwości do 300 400 Hz. Wyłączniki mało wrażliwe na zmianę częsoliwości prądu różnicowego (RCD7, RCD19) charakeryzują się dobrymi własnościami przy silnie odkszałconych prądach różnicowych z dużą zawarością harmonicznych wysokich rzędów. Wyłączniki, kóre wyzwalają ylko przy sosunkowo niewielkich częsoliwościach prądu różnicowego (RCD8, RCD12, RCD15) mają zwiększony prąd zadziałania przy prądach odkszałconych bądź w ogóle wedy nie wyzwalają. Z analizy działania wielu wyłączników różnicowoprądowych wynika, że jeżeli przy częsoliwości prądu różnicowego 1000 Hz wyłącznik wyzwala np. przy 100 ma, o przy przebiegu 1 Hz + PWM, gdzie PWM = 1000 Hz, jego prąd zadziałania eż nie przekracza warości 100 ma. 21
Jeżeli wyłącznik różnicowoprądowy ma zabezpieczać obwód, w kórym mogą się pojawić prądy ziemnozwarciowe i sałe, i przemienne odkszałcone, o należy dobrać wyłącznik, kóry poprawnie reaguje przy dowolnym kszałcie prądu mogącym się pojawić w chronionym obwodzie. Tak jes na przykład w obwodzie pośredniego przemiennika częsoliwości, jeżeli wyłącznik różnicowoprądowy znajduje się przed przemiennikiem. Zwarcie w obwodzie pośredniczącym wywołuje przepływ prądu sałego, o kszałcie zależnym od zasosowanego układu prosowniczego, naomias zwarcie w obwodzie wyjściowym przemiennika prądu przemiennego ze znacznym udziałem wyższych harmonicznych. O kszałcie przebiegu prądu różnicowego decyduje kszał napięcia względem ziemi. Z ego powodu nie wszyskie obwody o odkszałconym prądzie obciążenia charakeryzują się odkszałconym prądem różnicowym. Silnie odkszałcony prąd pobierają niekóre lampy wyładowcze, ale w razie zwarcia doziemnego na ich zaciskach prąd różnicowy jes odkszałcony mniej więcej w akim sopniu jak napięcie robocze. 4. Przenośne urządzenia różnicowoprądowe Przenośne urządzenia różnicowoprądowe PRCD (ang. porable residual curren devices) są o zabezpieczenia (rys. 13), kóre służą do ochrony przeciwporażeniowej dodakowej i/lub uzupełniającej przy użykowaniu urządzeń przenośnych i ręcznych. a) b) gniazdo wyczkowe z wbudowanym zabezpieczeniem urządzenie różnicowoprądowe wkładane do gniazda różnicowoprądowym wyczkowego c) przedłużacz z zabezpieczeniem różnicowoprądowym d) przenośna rozdzielnica z przedłużaczem wyposażonym w zabezpieczenie różnicowoprądowe [31, 32] Rys. 13. Przenośne urządzenia różnicowoprądowe 22
W szczególności wedy, gdy wykorzysywane obwody gniazd wyczkowych insalacji sałej nie są chronione wyłącznikami różnicowoprądowymi, a wysępuje duże zagrożenie porażeniem. Są bardzo przydane, gdy urządzenia elekryczne wykorzysuje się poza srefą oddziaływania głównych połączeń wyrównawczych budynku. Sosuje się je na placach budowy, na erenie kempingów oraz w pomieszczeniach wilgonych i mokrych. adają się również do niemodernizowanych insalacji elekrycznych, zwłaszcza jako urządzenia zinegrowane z gniazdem wyczkowym lub do niego bezpośrednio wkładane 1. Przenośne urządzenia różnicowoprądowe mają znamionowy prąd różnicowy zadziałania I Dn 30 ma. Szczegółowe wymagania dla urządzeń PRCD są za- ware w normie [27]. Od przenośnych urządzeń różnicowoprądowych wymaga się działania nie ylko przy prądzie różnicowym, ale akże po pojawieniu się na przewodzie ochronnym napięcia większego niż doykowe dopuszczalne długorwale oraz przy przerwaniu przewodu ochronnego. Wykorzysanie urządzeń PRCD szeroko omówiono w [2, 3]. W pierwszych konsrukcjach PRCD przewód ochronny nie przechodził przez okno przekładnika sumującego i nie był rozłączany. To sprawiało, że zabezpieczenie nie reagowało na błędne połączenia i niekóre uszkodzenia w insalacji zasilającej (rys. 14). ie wykrywało doziemienia przy jednoczesnym przerwaniu przewodu ochronnego (rys. 14a), błędnego połączenia w gnieździe wyczkowym (rys. 14b) ani przerwania przewodu (rys. 14c). Inaczej jes w przypadku urządzeń PRCD z rozłączalnym przewodem ochronnym, w kórych przez okno przekładnika sumującego przechodzi przeciwnie nawinięy przewód (rys. 15). iczba zwojów przewodu jes większa niż liczba zwojów przewodów i. Urządzenie o może mieć wbudowany wyzwalacz podnapięciowy działający w razie przerwania przewodu lub przy zamianie przewodu () z przewodem, a akże wedy, gdy na przewód przedosaje się niebezpieczne napięcie z obcego obwodu. Rozwiązanie z rozłączalnym przewodem ma jednak wady. W syuacji z rys. 15 beoniarka uszkadza przewód obcego obwodu. W wyniku ego uszkodzenia przewodząca konsrukcja beoniarki znajduje się pod napięciem. Urządzenie PRCD wykrywa uszkodzenie i wyłącza obwód zasilający beoniarkę. To jednak nie likwiduje zagrożenia porażeniowego, konsrukcja beoniarki nadal jes pod napięciem przeniesionym z uszkodzonego przez nią obcego obwodu. Gdyby zasosować PRCD z nierozłączalnym przewodem, pęla zwarcia doziemnego zachowałaby ciągłość i mogłoby zadziałać zabezpieczenie obcego obwodu uszkodzonego przez beoniarkę (rys. 16). Dla wyeliminowania wad rozwiązania z niezrozłączalnym przewodem i rozwiązania z rozłączalnym przewodem opracowano konsrukcję PRCD-S (ang. porable residual curren device safey). Konsrukcja a zawiera układ elekroniczny analizujący san chronionego obwodu (rys. 17). Przewód ochronny nie przechodzi przez okno przekładnika sumującego. W razie pojawienia się napięcia z obcego obwodu na chronionym urządzeniu, PRCD-S wprawdzie owiera się, ale zachowuje ciągłość przewodu ochronnego, co 1) Urządzenia zinegrowane z gniazdem wyczkowym lub do niego bezpośrednio wkładane nazywane są SRCD (ang. fixed socke-oule residual curren devices). Pojawiły się na rynku przed ypowymi urządzeniami PRCD i są nadal produkowane r 141-142 23
sprzyja zadziałaniu zabezpieczenia obcego obwodu (rys. 18). aomias w razie przerwania przewodu ochronnego ( lub ) w insalacji zasilającej, rozłącza wszyskie bieguny łącznie z biegunem. a) b) ' ' ' ' ' ' jednoczesne doziemienie i przerwanie przewodu błędne połączenie w gnieździe wyczkowym c) ' ' ' przerwanie przewodu Rys. 14. Zagrożenia, kóre nie są eliminowane przez przenośne urządzenia różnicowoprądowe PRCD z nierozłączalnym przewodem ochronnym 24
zabezpieczenie obcego obwodu M ' ' ' Rys. 15. Urządzenie PRCD z rozłączalnym przewodem ochronnym brak możliwości zadziałania zabezpieczenia obcego obwodu zabezpieczenie obcego obwodu M ' ' ' Rys. 16. Urządzenie PRCD z nierozłączalnym przewodem ochronnym umożliwia zadziałanie zabezpieczenia obcego obwodu Deekcja prądu różnicowego Konrola przewodu r 141-142 Ocena sensorowa Rys. 17. Urządzenie PRCD-S z nierozłączalnym przewodem ochronnym, deekcją napięcia z obcego źródła i konrolą sanu przewodu ochronnego 25
M ' ' ' Rys. 18. Urządzenie PRCD-S owiera się, ale nie rozłącza przewodu w razie pojawienia się niebezpiecznego napięcia z obcego obwodu Przenośne urządzenie różnicowoprądowe, z przewodem przechodzącym przez okno przekładnika sumującego, może mieć w ym przewodzie szeregowy warysor eliminujący zbędne zadziałania spowodowane niewielką różnicą poencjałów pomiędzy przewodem a ziemią lokalną. Dopiero po przekroczeniu określonego napięcia (np. 20 V) warysor przewodzi i nasępuje wyłączenie obwodu. Takie urządzenie jes oznaczane symbolem PRCD-K (rys. 19). Deekcja prądu różnicowego warysor Rys. 19. Urządzenie PRCD-K z rozłączalnym przewodem ochronnym i warysorem w przewodzie 5. Przykłady Przykład 1 Dobrać wyłącznik różnicowoprądowy, kóry ma chronić rzy obwody jednofazowe, jak na rys. 20. Każdy z obwodów charakeryzuje się określonym usalonym prądem upływowym. W obwodach zasilanych z faz 2 i 3 płynie prąd upływowy 26
o charakerze czynnym o warościach odpowiednio: I 2R = 5 ma i I 3R = 6 ma. W obwodzie zasilanym z fazy 1 płynie prąd upływowy zawierający składową czynną I 1R = 4 ma i pojemnościową I 1C = 4 ma. 3-faz I 1R = 4 ma I 1C = 4 ma 1 I n =? I 2R = 5 ma 2 1-faz I 3R = 6 ma 3 Rys. 20. Schema insalacji do przykładu 1 Rozwiązanie Prądy upływowe należy zapisać w posaci zespolonej uwzględniając przesunięcia (120 ) poszczególnych faz: jf wypadkowy prąd upływowy w fazie 1 I 1 1 = 5, 7 e ( prąd upływowy w fazie 2 2-120) I 2 5 = e j f ( -240) prąd w upływowy fazie 3 I3 6 = e j f 3 Możliwe wariany załączenia dwóch lub rzech obwodów dają nasępujące warości wypadkowego prądu upływowego: I + I = 1,5 ma I + I = 9,2 ma I + I = 5,6 ma I + I + I = 5,1 ma 1 2 1 3 2 3 1 2 3 ajwiększy wypadkowy prąd upływowy pojawi się po załączeniu obwodów w fazie 1 i 3 i on jes podsawą doboru wyłącznika różnicowoprądowego. Znamionowy prąd różnicowy zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego powinien być nie mniejszy niż 2 9,2 = 18,4 ma. ależy dobrać wyłącznik o I Dn 30 ma. Przykład 2 Dobrać wyłącznik różnicowoprądowy główny ypu AC, kóry ma poprzedzać wyłączniki różnicowoprądowe ypu AC bezzwłoczne, zainsalowane w obwodach odbiorczych, jak na rys. 21. 3-faz 30 ma 30 ma 30 ma 1 3 3-faz I n =? 30 ma 30 ma 3-faz 3 100 ma 100 ma 100 ma 3-faz 2 1 Rys. 21. Schema insalacji do przykładu 2 r 141-142 27
Rozwiązanie Wyłącznik różnicowoprądowy główny powinien być wyłącznikiem zwłocznym (selekywnym). Dobierając znamionowy prąd różnicowy wyłącznika głównego należy usalić, czy obwody odbiorcze są jednofazowe czy rójfazowe oraz w jakie wyłączniki są wyposażone. Biorąc pod uwagę wyłączniki w obwodach rójfazowych oraz obwodach jednofazowych określonej fazy, należy uszeregować je według malejącego prądu wyłączającego i dodać e prądy bezpośrednio albo mnożąc przez współczynniki uwzględniające niejednoczesność prądów upływowych. Według projeku przepisów [28] współczynniki uwzględniające niejednoczesność prądów upływowych przyjmują nasępujące warości: Kolejny numer obwodu z wyłącznikiem różnicowoprądowym Współczynnik c 1 2 3 4 5 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Dla każdej z faz wykonuje się oddzielne obliczenia i faza, w kórej obliczeniowy prąd jes największy decyduje o doborze wyłącznika głównego. Poniżej przedsawiono wyniki obliczeń. Wyłącznik Charakerysyka Faza 1 [ma] Faza 2 [ma] Faza 3 [ma] I Dn [ma] obwodu I D c I D I D c I D I D c I D 100 100 100 30 30 30 30 30 3-faz 1 2 3-faz 3-faz 1 3 3 100 100 różnicowoprądowy główny S o Dn (2 216 = 432 ma). 30 30 30 100 80 18 12 6 100 100 30 30 100 80 18 12 100 30 30 100 24 18 30 12 30 6 30 6 Suma 290 216 290 216 220 160 W fazach 1 i 2 prąd wyłączający jes decydujący wynosi z uwzględnieniem niejednoczesności prądów upływowych 216 ma. ależy zaem dobrać wyłącznik I 500 ma Przykład 3 W insalacji jak na rys. 22 układy prosownicze są zasilane z obwodów jednofazowych. Jaki należy zasosować yp wyłączników różnicowoprądowych: AC, A czy B? a) b)?? I > I > Rys. 22. Schema insalacji do przykładu 3. Układy prosownicze zasilane z obwodu jednofazowego: a) jednopulsowy, b) jednopulsowy z filrem prądu sałego 28
Rozwiązanie Zgodnie z ablicą 3 niniejszego arykułu, w przypadku układów prosowniczych z rys. 22a nie należy sosować wyłączników różnicowoprądowych ypu AC. Wyłączniki ego ypu nie reagują na prąd wyprosowany głównie za sprawą własności zasosowanego przekładnika sumującego [7]. a rysunku 23 przedsawiono przebieg napięcia w uzwojeniu wórnym przekładnika wyłącznika ypu AC i przekładnika wyłącznika ypu A przy prądzie pierwonym półfalowym. Przekładnik wyłącznika różnicowoprądowego ypu AC (rys. 23a) nie nadaje się do wykrywania prądów różnicowych jednokierunkowych, w obwodzie wórnym nie indukuje się prakycznie żadne napięcie. W uzwojeniu wórnym przekładnika wyłącznika różnicowoprądowego ypu A przy przebiegu jednokierunkowym półfalowym (rys. 23b) indukuje się wysarczająco duże napięcie. W przypadku układu prosowniczego z rys. 22a należy więc zasosować wyłącznik różnicowoprądowy ypu A. W rachubę wchodzi również wyłącznik różnicowoprądowy ypu B, ale jes o zabezpieczenie koszowne iw ym przypadku nie jes wymagane. a) b) 1 A i p () 0,5 A i p () 1 V e s () 10 V e s () 10 ms 10 ms Rys. 23. Prąd pierwony półfalowy i p() i napięcie wórne e s(): a) przekładnik wyłącznika ypu AC, b) przekładnik wyłącznika ypu A a) b) 1 A i p () 0,5 A i p () 1 V e s () 5 V e s () 10 ms 10 ms Rys. 24. Prąd pierwony jednokierunkowy z prosownika jednopulsowego z filrem prądu sałego i p() i napięcie wórne e s(): a) przekładnik wyłącznika ypu AC, b) przekładnik wyłącznika ypu A r 141-142 29