Co je proudový chránič (RCD): konstrukce, princip činnosti, stávající typy a značení RCD

Každá elektrická síť by měla mít ochranné zařízení, ale co je to UZO a jaký je princip jeho činnosti, ví jen málokdo. Vysvětlení zkratky zní takto – ochranné vypínací zařízení.

Tento elektrický nízkonapěťový přístroj je určen k vypínání chráněného úseku obvodu při vzniku diferenčního proudu, který překračuje jmenovitou hodnotu pro toto zařízení.

V našem článku se pokusíme podrobně rozebrat konstrukci a princip činnosti UZO, prozkoumat existující odrůdy a pochopit, jaké informace obsahuje značení ochranných vypínacích zařízení.

Účel ochranného přístroje

Zařízení uzemňovacího obvodu UZO je vodičem PE neutrálních vodivých skříní nebo částí elektrických mechanismů s odporem nejvýše 4 ohmy.

Při vzniku unikajícího proudu mohou být uvedené prvky zařízení pod napětím, což představuje nebezpečí pro život lidí a zvířat při dotyku s nimi, stejně jako pro majetek obecně.

Zachránit před úrazem elektrickým proudem – to je poslání těchto ochranných přístrojů. Při zjištění unikajícího proudu odpojují napětí.

Největší nebezpečí spočívá v tom, že tato porušení v obvodu jsou neviditelná a ve vzácných případech znatelná, kdy při dotyku s přístrojem lze pocítit lehký úder proudem.

Hlavní příčinou tohoto jevu je narušení izolační vrstvy vedení. Nekontrolované procesy mohou způsobit velké škody, proto ochranné zařízení získává velkou oblibu v domácích podmínkách.

Působení vodivých sítí na lidský organismus může mít tragické následky. Tento problém byl vyřešen pomocí kontrolních a měřicích přístrojů UZO, patřících do ochranného segmentu. Základní požadavky na montáž a použití jsou popsány v IEC 60364.

Použití UZO získalo největší rozšíření v jednofázových sítích se střídavým proudem a uzemněním neutrálního vedení, stejně jako s ukazateli napětí do 1 kW v rámci domácího elektrického napájení.

Konstrukční provedení UZO

Volitelné vlastnosti ochranného mechanismu pomohou pochopit princip činnosti proudového chrániče, konkrétně reprodukovatelnou reakci zařízení na únik proudu.

Mezi klíčové pracovní uzly patří:

• transformátorový diferenciální snímač;
• spouštěcí orgán – mechanismus, který přerušuje nesprávně fungující elektrický obvod;
• elektromagnetické relé;
• řídicí blok.

Ke snímači jsou připojeny protisměrné vinutí – fáze a nula. Při normálním provozu sítě vytvářejí tyto polovodičové prvky v jádře magnetické toky, které mají vůči sobě opačný směr. Díky tomu je magnetický tok roven nule.

Transformátor se skládá z uzavřeného ocelového jádra, na které jsou nasazeny dvě cívky: primární – připojena ke zdroji střídavého proudu, sekundární – připojena k zátěži. Kolikrát transformátor zvýší napětí střídavého proudu, tolikrát se sníží proud.

K sekundárnímu vinutí, navinutému na magnetickém obvodu transformátoru, je připojeno relé elektromagnetického typu. Pokud jsou v síti dodrženy standardní provozní podmínky, není aktivováno.

Při vzniku úniku proudu se celá činnost zásadně mění. Fázový a nulový vodič začnou propouštět různé velikosti proudu. Nyní budou mít silová hodnota a směr magnetických toků na jádře transformátoru rovněž odlišné parametry.

V sekundárních závitech vzniká proud a při dosažení stanovených hodnot dojde k sepnutí elektromagnetického relé. To je připojeno společně s vypínacím mechanismem. Tato dvojice v pravý okamžik zareaguje a rozpojí elektrickou síť.

Podle požadavků požární bezpečnosti se kontrolní prohlídky zařízení diferenciální ochrany provádějí pravidelně, nejméně jednou za měsíc. K tomu je na přístroji speciální tlačítko „TEST“.

Kontrolní uzel je tvořen rezistorovým mechanismem – určitá zátěž připojená mimo diferenciální snímač. Tento prvek simuluje únik proudu a tím se provádí kontrola funkčnosti zařízení. Více o metodách kontroly jsme hovořili v tomto článku.

Princip činnosti proudového chrániče spočívá v následujícím: přivedení proudu z fázové linky na kontrolní rezistor a poté na nulový vodič, přičemž se obchází snímač.

Tím se vytvoří podmínky rozdílných hodnot proudu na vstupu a výstupu zařízení. Tato nerovnováha by měla vést k aktivaci vypínacího uzlu.

V závislosti na vývojářích se může schématické uspořádání lišit, ale princip použitý v činnosti proudového chrániče bude u všech modelů identický.

Princip činnosti ochranného mechanismu

Zvažte, proč je třeba používat proudový chránič. Fungování ochranného přístroje je založeno na měřicí metodě.

Zaznamenávají se vstupní a výstupní parametry proudů protékajících transformátorem. Pokud je první hodnota větší než druhá, znamená to, že v elektrickém obvodu dochází k úniku proudu a přístroj provede odpojení. Pokud jsou parametry shodné, zařízení se nespouští.

V dvouvodičovém systému se diferenciální zařízení nespouští, pokud vodiči fáze a neutrálu prochází proud stejné síly. Pokud je v těchto hodnotách rozdíl, znamená to, že v síti došlo k průrazu izolace a ochranný mechanismus odpojí poškozený úsek.

Pro lepší pochopení zvažte, jak bude proudový chránič fungovat v domácím rozvaděči s dvoupólovou soustavou.

K horním svorkovnicím je připojen dvoužilový přívodní vodič (fáze a nulový vodič). K dolním svorkovnicím jsou připojeny fáze a nulový vodič vedené k místu zátěže, například k zásuvce pro napájení bojleru nebo rychlovarné konvice. Ochranné uzemnění spotřebiče bude provedeno kabelem, který obchází proudový chránič.

Při standardním pracovním režimu se pohyb elektronů uskutečňuje po fázovém vodiči z přívodního kabelu k elektrickému ohřívači bojleru/konvice, přičemž prochází přes přístroj diferenciální ochrany. Zpět se pohybují k zemi opět přes proudový chránič, avšak po nulovém vodiči.

Pokud se osoba dotkne krytu vodivého zařízení, na kterém se v důsledku průrazu objevil potenciál, v této situaci bude unikající proud procházet lidským tělem, na což zařízení prakticky okamžitě zareaguje a odpojí napájecí systém.

Například v topném tělese spotřebiče byla poškozena izolace. Tímto způsobem bude voda uvnitř částečně vést proud přes kryt a poté odcházet do země prostřednictvím vodiče ochranného zařízení.

Zbytky proudu se vrátí po nulovém vodiči přes proudový chránič. Jeho síla se však sníží o hodnotu úniku v porovnání s přívodním proudem.

Rozdíl hodnot vypočítává diferenciální transformátor. Pokud je číslo větší než povolené, přístroj okamžitě zareaguje a přeruší obvod.

V jiném našem článku jsme uvedli doporučení pro výběr a správné připojení proudového chrániče pro bojler.

Vhodnost použití UZO

Zvažte, proč je třeba používat proudový chránič a před jakými negativními faktory zařízení poskytuje ochranu.

Především se jedná o zkrat fáze na kryt elektrického zařízení. K problematickým místům patří zejména topná tělesa ohřívačů a praček. Stojí za zmínku, že k průrazu dochází pouze tehdy, když se teplo vytvářející součást zahřívá působením proudu.

Také při nesprávném připojení vodičů. Například pokud jsou použity zkroucené spoje bez svorkovnice, které jsou následně zapuštěny do stěny a zakryty vrstvou omítky. Vzhledem k tomu, že povrch má zvýšenou vlhkost, tento zkroucený spoj bude místem průrazu, který způsobí únik do stěny.

Diferenciální ochranný mechanismus v tomto případě bude neustále odpojovat vedení, dokud oblast zcela nevyschne nebo dokud není přepracován spojovací uzel.

Automatická ochrana se efektivně používá v domácích podmínkách: v elektrických skupinách pro koupelnu, kuchyň a zásuvky s velkým počtem napájených spotřebičů. Ideální variantou je, když jsou taková zařízení instalována na každé skupině zásuvek.

Oblast použití přehledových přístrojů je poměrně rozmanitá – od veřejných budov po rozsáhlé podniky. Jsou jimi vybaveny elektrotechnické konstrukce a schémata určená pro příjem a distribuci: rozvaděče v obytných domech, systémy napájení pro individuální spotřebu atd. Hlavní je při tom správně vybrat proudový chránič podle výkonu.

Typy přístrojů a jejich klasifikace

Vývojářské firmy vybavují své výrobky různými možnostmi, které je třeba zohlednit při určování potřebného typu proudového chrániče, vycházeje z konkrétních provozních podmínek elektrické sítě.

Aby si běžný spotřebitel mohl vybrat potřebné zařízení ochranného vypínání z množství nabízených modelů, byl vytvořen klasifikační systém založený na následujících charakteristikách:

• princip činnosti;
• druh diferenčního proudu;
• časové zpoždění vypínacího diferenčního proudu;
• počet pólů;
• způsob instalace.

Dále se podrobněji podíváme na každou z těchto klasifikací.

Klasifikace #1 — podle způsobu zapojení

Existují pouze dva způsoby zapojení – elektromechanický a elektronický. V prvním případě automat odpojí napájení na poškozeném vedení bez ohledu na napětí sítě. Hlavní pracovní orgán je toroidní jádro s vinutím.

Při vzniku úniku se v sekundárním obvodu vytvoří napětí pro aktivaci polarizačního relé, což vede k aktivaci vypínacího mechanismu.

Pro zařízení elektromechanického typu není vyžadováno vnější napětí. Zdrojem pro jejich spuštění je diferenční proud na poškozeném vedení.

Fungování přístroje s elektronickou výbavou zcela závisí na dodatečném napětí, tj. je vyžadováno vnější napájení. Zde je pracovním orgánem elektronická deska se zesilovačem.

Uvnitř takového mechanismu nejsou žádné další zdroje akumulující energii, proto se pro činnost obvodu používá elektřina z vnější sítě, a pokud není napětí, zařízení nepřeruší obvod.

Určení typu zařízení: na svorky tužkové baterie „AA“ připájejte dva vodiče. Zapněte proudový chránič (RCD) a připojte ho ke vstupu ochranného bloku a druhý vodič k výstupu. Vodiče připojte k jednomu pólu. Pokud se přístroj vypne, znamená to, že se jedná o elektromechanický typ; pokud ne, jedná se o elektronický typ.

Příklad činnosti elektronického proudového chrániče (RCD) instalovaného na lince se zásuvkou, ze které je napájena mikrovlnná trouba: došlo k přerušení nulové fáze, navíc v téže době vznikla porucha elektroinstalace mikrovlnné trouby a došlo ke zkratu fáze na kostru, tzn. že se na ní objevil nebezpečný potenciál.

Pokud se dotknete trouby, elektronický typ ochrany nebude aktivován, protože není napájecí síť. Právě kvůli nespolehlivosti ve srovnání s elektromechanickým protějškem se toto zařízení méně rozšířilo.

Klasifikace #2 — podle druhu unikajícího proudu

Všechny modely vyráběných bezpečnostních automatů se dále dělí podle zatěžovacího proudu procházejícího zařízením. Zpracovávají napětí daného tvaru kmitů.

Na těle všech přístrojů a v technickém listu je uvedena jmenovitá hodnota pracovního napětí. Tento parametr musí odpovídat rozsahu jmenovitého proudu elektrotechnického zařízení.

Typ AC bude aktivován při okamžitém vzniku střídavého unikajícího napětí v řízeném obvodu nebo při jeho vlnovitém nárůstu. Tyto přístroje jsou označeny nápisem „AC“ nebo symbolem „~“.

Nejvhodnější formát (form-faktor) pro domácí použití – proudový chránič (RCD) typu AC. Tento model je nejlevnější ze zařízení s podobnou funkcí. V technickém listu elektrotechniky výrobci často uvádějí konkrétní model ochranného automatu vhodný pro toto zařízení.

Typ A reaguje při okamžitém vzniku střídavého nebo pulzujícího svodového proudu v kontrolovaném obvodu, nebo při jejich pomalém nárůstu.

Tento mechanismus lze použít ve všech uvedených situacích. Na těle automatu je uvedena zkratka „A“ nebo symbol, jako na grafickém vyobrazení v obdélníku. .

Nejčastěji se typ A připojuje k obvodu, kde je prováděno řízení zátěže ořezáváním vrcholů sinusovky, například úprava hodnot otáček motoru tyristorovým měničem.

Model typu A je několikanásobně dražší ve srovnání s typem AC, protože zde je navíc prováděna kontrola stejnosměrného napětí vznikajícího ve výkonové měničové technice.

Proudové chrániče (RCD) podtypu B jsou účinné pro vyvolání reakce v podřízeném elektrickém obvodu při unikajícím stejnosměrném, střídavém nebo přeměněném (usměrněném) proudu.

Jedná se o drahé zařízení určené pro průmyslové objekty. V domácích podmínkách se nepoužívají.

Prezentovaná ochranná zařízení typů A, B a AC jsou navržena s dobou aktivace 0,02–0,03 s.

Klasifikace #3 — podle typu časového zpoždění

Tato klasifikace rozlišuje dva typy: S a G. Automatickou ochranu typu S lze charakterizovat selektivní reakcí. Časová prodleva vypínání odpovídá rozsahu 0,15–0,5 s. Je vhodné ji zvolit v případě skupinového připojení RCD.

Schéma bytového rozvaděče se dvěma skupinami zátěže, kde jsou připojeny dva různé typy ochranných zařízení: AC nebo A, a S

Podle schématu jsou v rozvaděči umístěny dvě skupiny zátěže ve formě zásuvek č. 1 a č. 2, ke kterým je připojen RCD typu A, a na vstupu místnosti je druhý automat – S.

Pokud dojde k poruše v jednom svazku, vstupní přístroj se aktivuje pouze tehdy, když kolektivní zařízení nesplní svou funkci a neodpojí vadnou část.

Selektivitu aktivace přerušení obvodu lze provést jinou metodou – pomocí nastavení svodového proudu. Tento způsob se nejvíce rozšířil.

Schéma bytového rozvaděče se dvěma skupinami zátěže, kde jsou připojeny dva různé typy ochranných zařízení: AC s nastavením poruchového proudu, a druhý A, ale s vyšší hodnotou

Vezmeme schéma podobné předchozímu a upravíme ho takto: skupinový automat volíme typu AC, ale s nastavením diferenciálního proudu 0,03 A, a na vstupu bude obdobné zařízení, ale s 0,1 A.

Existují situace, kdy diferenciální proud v poruchovém obvodu překročí jmenovité nastavení dvou ochranných přístrojů. U prvního schématu nebude selektivita narušena, ale u druhého – vypínací proud může spustit kterékoliv z připojených zařízení.

Přístroj tvarového faktoru G je rovněž založen na selektivním principu spouštění a má prodlevu 0,06–0,08 s. Všechny popsané selektivní typy jsou určeny pro extrémní proudy – až 15 kA.

Některé modely RCD mají systém regulace nastavení diferenciálního proudu, jiné tuto možnost nemají. Pro domácí účely je však vhodnější druhé provedení.

Omezovací proud je důležitým parametrem výběru, protože právě díky němu je zajištěna bezpečnost.

Například v místnostech se zvýšenou vlhkostí se napájení elektrospotřebičů provádí s připojením k obvodu ochranných zařízení s nastavením 0,01 A. Pro standardní domácí podmínky – 0,03 A.

Pro zajištění požární bezpečnosti budov – 0,1–0,3 A. Doporučujeme seznámit se s radami pro výběr protipožárního RCD a s detaily jeho montáže.

Klasifikace #4 — podle počtu pólů

Vzhledem k tomu, že automatické zařízení funguje na principu porovnávání velikostí proudu procházejícího skrze něj, bude počet pólů automatu identický s počtem proudovodných vedení.

Dvoupólový proudový chránič se označuje jako 2P. Zapojuje se do jednofázového obvodu pro zajištění ochrany osoby a prevenci možných příčin požáru.

Označení čtyřpólových proudových chráničů je 4P. Jsou určeny pro provoz v síti se třemi fázemi. Je také možná varianta kombinace instalace, například zařízení se čtyřmi póly je zavedeno do dvouvodičové sítě.

Nicméně při tom nebude realizován celý potenciál zařízení, což je ekonomicky nevýhodné.

Při instalaci ochranného jističe je třeba zvážit pravděpodobnost, že proud zátěže může překročit maximální provozní hodnoty zařízení. Proto se dodatečně instaluje jistič se jmenovitým napětím ne větším než je provozní proud bezpečnostního systému.

Klasifikace #5 — podle způsobu instalace přístroje

Jelikož jsou diferenciální ochranná zařízení provedena v různých pouzdrech, lze je použít jako stacionární nebo přenosná.

V druhém případě je přístroj vybaven prodlužovacím kabelem. Zařízení upevněná na DIN lištu se montují do elektrorozvaděče, který je umístěn buď na chodbě, nebo v bytě.

Existují také varianty provedení typu zásuvka s proudovým chráničem a vidlice s proudovým chráničem. V prvním i druhém případě jakýkoli elektrický spotřebič připojený prostřednictvím takového mechanismu při poruše nepředstavuje nebezpečí pro osobu.

Úplné vysvětlení značkovacích hodnot

Na těle zařízení je povinně uveden název vývojářské firmy. Dále následuje standardizované označení s uvedením sériového čísla.

Pro rozluštění zkratky použijeme tento příklad [F][X]00[X]-[XX]:

• [F] – ochranné vypínací zařízení;
• [X] – formát provedení;
• 00 – číselné nebo alfanumerické označení série;
• [X] – počet pólů: 2 nebo 4;
• [XX] – charakteristiky podle typu svodového proudu: AC, A a B.

Také zde budou uvedeny jmenovité parametry zařízení, na které je třeba při výběru věnovat zvláštní pozornost.

Rozluštění zkratky: 1 – značka; 2 – typ zařízení; 3 – selektivní typ; 4 – shoda s evropskými normami; 5 – jmenovitý provozní proud a nastavení; 6 – maximální střídavé provozní napětí; 7 – jmenovitý proud, který zařízení vydrží; 8 – diferenciální zapínací a vypínací schopnost; 9 – elektrické schéma; 10 – ruční kontrola funkčnosti; 11 – označení polohy přepínače.

Mezi maximální parametry, na které jsou zařízení dimenzována, patří: napětí Un, proud In, diferenční vybavovací proud IΔn, zapínací a vypínací schopnost Im, spínací schopnost při zkratech Icn.

Základní štítkové údaje musí být umístěny tak, aby zůstaly viditelné po instalaci přístroje. Některé parametry mohou být uvedeny na boku nebo na zadním panelu, viditelné pouze před montáží výrobku.

Vývody určené pouze pro připojení nulového vodiče se označují latinským symbolem «N». Na vypnutý režim proudového chrániče ukazuje symbol «O» (kroužek), zapnutý režim krátká svislá čárka «I».

Ne na každém výrobku jsou uvedeny optimální teplotní údaje okolního prostředí. U těch modelů, kde je symbol — to znamená, že rozsah pracovního režimu je od -25 do + 40 °C, pokud nejsou žádná označení — jedná se o standardní hodnoty od -5 do +40 °C.

Závěry a užitečné video k tématu

Video s podrobným přehledem všech součástí ochranných mechanismů, jejich účelu a principu vzájemného působení:

Popis všech typů ochranných jističů a také rady, jak správně vybírat:

Odpověď na věčnou otázku, na čem se rozhodnout – na diferenčním jističi, nebo na proudovém chrániči + tajemství montáže:

Použití proudového chrániče je výhodné a správné řešení nejen z hlediska úspory, ale také z hlediska požární bezpečnosti a ochrany člověka.

Doporučuje se maximálně využít jeho potenciál v domácích podmínkách, instalací na všechny skupiny elektrospotřebičů pro zajištění úplné izolace od působení elektřiny.

Máte-li dotazy ohledně principu činnosti nebo klasifikace proudových chráničů? Nebo chcete doplnit uvedený materiál užitečnými informacemi? Pište prosím své doplnění do komentářů, pokládejte otázky – odborníci a kompetentní návštěvníci našeho webu se vám pokusí co nejpodrobněji odpovědět.