Informacje o elektrycznych urządzeniach ochronnych dla „manekinów”: urządzenie różnicowoprądowe (RCD)

Wyobraź sobie, że - pralka jest zainstalowana w łazience. Niezależnie od znanej marki, urządzenia dowolnego producenta ulegają awarii i, powiedzmy, dzieje się najbardziej banalna - izolacja na przewodzie zasilającym jest uszkodzona, a potencjał sieci pojawia się na korpusie maszyny. I to nawet nie jest awaria, samochód nadal działa, ale już staje się źródłem zwiększonego niebezpieczeństwa. W końcu, jeśli jednocześnie dotkniemy zarówno karoserii, jak i rury wodnej, zamkniemy obwód elektryczny przez siebie. I w większości przypadków będzie to śmiertelne.

Aby uniknąć tych strasznych konsekwencji, zostały wynalezione RCD - wyłączniki różnicowoprądowe.

RCD - Jest to szybki przełącznik ochronny, który reaguje na prąd różnicowy w przewodach dostarczających energię elektryczną do chronionej instalacji elektrycznej - jest to „oficjalna” definicja. W bardziej zrozumiałym języku urządzenie odłączy konsumenta od zasilania, jeśli nastąpi upływ prądu do przewodu PE (uziemienia).

Spójrzmy na zasadę działania RCD. Dla większej przejrzystości na rysunku pokazano jego „wewnętrzny” schemat obwodu:

Głównym węzłem RCD jest różnicowy przekładnik prądowy. W inny sposób nazywa się to przekładnikiem prądowym o zerowej sekwencji. Aby nam to ułatwić i nie pomylić się, nazwijmy to urządzenie tylko transformatorem prądowym.

Jak widać na rysunku, w tym przypadku ma trzy uzwojenia. Uzwojenie pierwotne i wtórne są zawarte odpowiednio w przewodach fazowym i neutralnym, a trzecie uzwojenie jest połączone z elementem wyjściowym, który jest wykonywany na wrażliwych przekaźnikach lub elementach elektronicznych.

W zależności od tegorozróżnić elektromechaniczny i elektroniczny wyłącznik różnicowoprądowy.  

Urządzenie rozruchowe jest połączone z urządzeniem wykonawczym, które obejmuje grupę styków mocy z mechanizmem napędowym. Przycisk testowy służy do sprawdzania i monitorowania stanu RCD. Teraz wyobraź sobie, że obciążenie jest podłączone do wyjścia naszego obwodu. Oczywiście w obwodzie natychmiast pojawi się prąd, który przepłynie przez uzwojenia I i II. Aby dalej rozważyć zasadę działania RCD, przejdziemy do bardziej wizualnego schematu:

W trybie normalnym, przy braku prądu upływu, w obwodzie wzdłuż przewodów przechodzących przez okno obwodu magnetycznego przepływającego przekładnika prądowego prąd pracy obciążenie. To właśnie te przewodniki tworzą uzwojenie pierwotne i wtórne przekładnika prądowego połączone przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Prądy te będą równe pod względem wielkości i przeciwne do kierunku: I1 = I2. Indukują w rdzeniu magnetycznym przekładnika prądowego równe, ale przeciwnie skierowane strumienie magnetyczne F1 i F2. Okazuje się, że wynikowy strumień magnetyczny jest równy zeru, prąd w trzecim uzwojeniu (wykonawczym) transformatora różnicowego jest również równy zeru, a element początkowy 2 znajduje się w tym stanie w spoczynku, a RCD działa w trybie normalnym.

Gdy osoba dotyka otwartych części przewodzących lub korpusu urządzenia elektrycznego, do którego doszło do uszkodzenia izolacji na uzwojeniu fazowym (pierwotnym) przekładnika prądowego, oprócz prądu obciążenia I1, przepływa dodatkowy prąd - prąd upływowy (IΔ pokazano na schemacie), który dotyczy przekładnika prądowego różnicowy (różnica: I1-I2 = IΔ).

Okazuje się, że nasze prądy są nierówne, dlatego też strumienie magnetyczne są również nierówne, które już się nie znoszą. Z tego powodu prąd pojawia się w trzecim uzwojeniu.Jeśli ten prąd przekroczy ustawioną wartość, wówczas element startowy zostaje wyzwolony, działa na siłownik 3.

Element wykonawczy, składający się z napędu sprężynowego, mechanizmu spustowego i grupy styków mocy, otwiera obwód elektryczny, w wyniku czego jednostka zostaje odłączona od sieci. W celu okresowego monitorowania sprawności serwisowej (operatywności) wyłącznika RCD przewidziany jest przycisk testowy 4. Jest on połączony szeregowo z rezystorem. Wartość rezystora dobierana jest w taki sposób, aby prąd różnicowy był równy prądowi znamionowemu prądu resztkowego wyzwalacza RCD (o parametrach RCD porozmawiamy później). Jeśli RCD zostanie wyzwolony przez naciśnięcie tego przycisku, oznacza to, że działa poprawnie. Zazwyczaj ten przycisk jest oznaczony „TEST”.

Trójfazowe wyłączniki różnicowoprądowe działają w przybliżeniu na tej samej zasadzie co jednofazowe. W trójfazowych wyłącznikach RCD przez okno rdzenia przechodzą cztery przewody - trójfazowe i zerowe. Schemat połączeń najprostszy trójfazowy RCD pokazano na rysunku:

Trójfazowy RCD zawiera wyłącznik 1, który jest sterowany przez element 2, który odbiera sygnał wyzwalający z uzwojenia wtórnego 3 transformatora prądowego 4, przez którego okno przechodzi neutralny drut roboczy N i przewody fazowe L1, L2 i L3 (5).

Jeśli obciążenie jest równe w przewodach zerowym i fazowym (lub trójfazowym), ich suma geometryczna jest równa zero (prąd w przewodzie fazowym jednofazowego RCD płynie w jednym kierunku, a prąd w przewodzie neutralnym płynie dokładnie taką samą wartość w przeciwnym kierunku). Dlatego w uzwojeniu wtórnym przekładnika prądowego nie ma prądu.

W przypadku upływu prądu do uziemionej obudowy odbiornika mocy, a także gdy osoba stojąca na ziemi lub na przewodzącej podłodze przypadkowo dotknie drutu fazowego sieci elektrycznej, równość prądów w uzwojeniu pierwotnym transformatora prądowego zostanie naruszona, ponieważ prąd upływowy przejdzie wzdłuż drutu fazowego, oprócz prądu obciążenia, a prąd pojawi się w jego uzwojeniu wtórnym - tak jak w powyższym opisie działania jednofazowego wyłącznika RCD. Prąd przepływający przez uzwojenie wtórne transformatora działa na element sterujący 2, który poprzez przełącznik 1 odłącza odbiorcę od sieci. Wygląd trójfazowego wyłącznika różnicowo-prądowego pokazano na rysunku:

Rozważmy praktyczne schematy włączenia RCD do rozdzielnic.
Obwód przełączający RCD dla wejścia jednofazowego. Tutaj stosujemy obwód przełączający z osobnymi szynami zerowymi (N) i uziemiającymi (PE). Jak widać na rysunku, wyłącznik różnicowoprądowy (5) jest instalowany za wyłącznikiem wejściowym, a następnie instalowany jest w celu ochrony i przełączania poszczególnych pętli. Patrząc w przyszłość, chcę zauważyć, że obecność automatycznego połączenia RCD jest obowiązkowa, ponieważ RCD nie zapewnia ochrony prądowej, zarówno termicznej, jak i zwarciowej. Zamiast tej „kombinacji” - automatycznej - RCD, możesz użyć jednego uniwersalnego urządzenia. Więcej na ten temat później.

Obwód RCD z wejściem trójfazowym. W przeciwieństwie do poprzedniego programu ochrona jest zapewniona zarówno konsumentom jednofazowym, jak i trójfazowym. Ponadto stosowana jest kombinacja danych wejściowych opon zerowych i „gruntowych” (PEN). Miernik energii elektrycznej - licznik elektryczny - jest podłączony między wyłącznikiem wejściowym a RCD. Jak pamiętacie z recenzji na temat schematów pomiarowych, wszystkie urządzenia przełączające, które zostały zainstalowane przed urządzeniem pomiarowym, muszą być uszczelnione przez organizację dostarczającą energię. W związku z tym konstrukcja wyłącznika otwierającego powinna na to pozwolić.

Wcześniej rozmawialiśmy tylko o elektromechanicznych wyłącznikach RCD. Ale jeśli pamiętasz, wspomniałem, że czasami są urządzenia elektroniczne. Zasadniczo elektroniczny wyłącznik różnicowoprądowy jest zbudowany w taki sam sposób jak elektromechaniczny.

Zamiast wrażliwego elementu magnetoelektrycznego stosuje się urządzenie porównawcze (na przykład najczęstszym przykładem jest komparator).Do takiego obwodu potrzebujesz własnego wbudowanego zasilacza - w końcu musisz zasilić obwód elektroniczny czymś.

Prąd różnicowy jest bardzo mały, dlatego należy go wzmocnić i przekonwertować na poziom napięcia, do którego jest doprowadzany urządzenie porównawcze - komparator. Wszystko to oczywiście zmniejsza ogólną niezawodność urządzenia w porównaniu z elektromechanicznym, tutaj jest właśnie przypadek - im prościej, tym lepiej. I szczerze mówiąc, wcale nie spotkałem certyfikowanych elektronicznych RCD. Dlatego nie mogę powiedzieć o nich nic dobrego ani złego. Dlatego pozostawmy elektroniczne UZO na bok i skupmy się na jednym z głównych punktów rozważania elektromechanicznych ochronnych urządzeń wyłączających - ich parametrach:

RCD mają następujące główne parametry:

typ sieci - jednofazowy (trójprzewodowy) lub trójfazowy (pięcioprzewodowy)

napięcie znamionowe -220/230 - 380/400 V.

znamionowy prąd obciążenia - 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100 A.

znamionowy prąd różnicowy wyłączający - 10, 30, 100, 300 mA

rodzaj prądu różnicowego - AC (przemienny prąd sinusoidalny powstający nagle lub powoli rosnący), A (jak AC, dodatkowo rektyfikowany prąd tętnienia), B (przemienny i stały), S (opóźniony czas odpowiedzi, selektywny), G (jak selektywne, tylko czas opóźnienia jest krótszy).

Chcę zwrócić uwagę na jedną ważną kwestię dotyczącą parametrów wyłączników RCD. Wiele z nich jest wprowadzanych w błąd przez prąd znamionowy odkładany na korpusie urządzenia i jest przyjmowany dla tego samego parametru, co w wyłączniku. Jednak ten parametr w wyłącznikach różnicowoprądowych charakteryzuje jedynie „aktualną przepustowość”, być może to wyrażenie nie jest całkiem poprawne, ale wprowadziłem go dla dostępności koncepcji „znamionowego prądu obciążeniowego RCD”.

Prąd obciążenia UZO nie może być ograniczony i konieczne jest zabezpieczenie go przed przeciążeniami prądowymi i prądami zwarciowymi przez wyłączniki, które zapewniają ochronę przed przeciążeniem prądowym i prądami zwarciowymi. Prąd obciążenia RCD należy dobrać tak, aby był o jeden stopień (zakres prądu znamionowego) większy niż prąd znamionowy wyłącznika zabezpieczonej linii. Oznacza to, że jeśli obciążenie jest chronione przez wyłącznik nadprądowy dla prądu 16 A, wówczas należy wybrać RCD dla prądu obciążenia 25 A.

Rodzi to logiczne pytanie - dlaczego nie połączyć wyłącznika automatycznego i wyłącznika różnicowoprądowego w jednym przypadku, zwłaszcza gdy wyłącznik różnicowoprądowy służy do ochrony tylko jednej pętli zasilania? Rzeczywiście, w tym przypadku nadal działają „w tandemie”. Ten punkt został poruszony nieco w poprzednim artykule. Cóż, pytanie jest dość logiczne i takie urządzenia oczywiście istnieją. Nazywa się je wyłącznikami różnicowymi lub po prostu diffavtomatami.

Na rysunku widać takie urządzenie. Jest to trójfazowy różnicowy wyłącznik automatyczny. Podobnie jak w trójfazowym wyłączniku różnicowoprądowym, ma cztery cęgi - fazowy i zerowy oraz przycisk TEST. Jeśli skupia się na swojej wewnętrznej strukturze, trudno powiedzieć tutaj coś nowego. Jest to wyłącznik automatyczny i wyłącznik różnicowoprądowy w jednej butelce.

Koszt diffavomatów jest dość wysoki. Na przykład modele trójfazowe znanych zagranicznych producentów kosztują około 100 euro. Relatywnie droga przyjemność. Jednak wiązka wyłączników RCD AB + będzie miała w przybliżeniu porównywalny koszt i zamiast czterech standardowych modułów 17,5 mm na szynie DIN (w wersji trójfazowej) zajmie to osiem. Tak więc w niektórych przypadkach diffavomats są nadal preferowane, szczególnie jeśli występuje problem z wolną przestrzenią w panelu dystrybucji.

Jak sprawdzić działanie wyłącznika różnicowoprądowego lub automatu różnicowego? Wspomnieliśmy już o przycisku TEST. Jednak taka kontrola jest bardzo powierzchowna i nie zawsze odzwierciedla prawdziwą istotę rzeczy. Dlatego do obiektywnej weryfikacji stosuje się obwody testowe lub wyspecjalizowane urządzenia.

Michaił Tichonczuk