Wyłączniki ochronne różnicowoprądowe (RCD)

Są to urządzenia powodujące szybkie wyłączenie zasilania już w momencie niewielkiego pogorszenia stanu izolacji podstawowej, wywołującego przepływ tzw. prądu upływu.Instaluje się je w obwodzie bezpośrednio przed chronionymi urządzeniami. Działają w oparciu o pierwsze prawo Kirchhoffa (bilans prądów). Elementem wykrywającym prąd upływu jest tzw. przekładnik Ferrantiego (przetwornik sumujący prądy), który jest rodzajem transformatora o wielu uzwojeniach po stronie pierwotnej i tylko jednym uzwojeniu po stronie wtórnej (rys. 2.14b). Uzwojenie wtórne, nazywane różnicowym, steruje wyłączaniem napięcia zasilającego w przypadku, gdy suma prądów w uzwojeniach pierwotnych przekroczy wartość znamionowego różnicowego prądu wyzwalającego IΔN. Dla prawidłowego działania wyłącznika  różnicowoprądowego wszystkie przewody robocze zasilające odbiornik muszą przechodzić przez wyłącznik, a zacisk ochronny urządzenia musi być połączony przewodem ochronnym lub uziemiony (dla stworzenia drogi dla prądu upływu z chronionego elementu do ziemi lub przewodu ochronnego PE). Nie wolno łączyć z przewodem ochronnym ani uziemiać żadnego z przewodów przechodzących przez przekładnik Ferrantiego, gdyż będzie to powodowało nieuzasadnione zadziałanie wyłącznika. Wartość rezystancji uziemienia uziomu, w przypadku stosowania wyłączników różnicowoprądowych, może być znacznie większa niż przy stosowaniu zabezpieczeń przetężeniowych i zależy od znamionowego różnicowego prądu wyzwalającego IΔN. Prawidłowość działania wyłącznika różnicowoprądowego sprawdza się, wciskając przycisk kontrolny – TEST.

Do podstawowych parametrów wyłączników różnicowoprądowych należą:

• napięcie znamionowe UN,
• prąd znamionowy ciągły IN,
• prąd znamionowy różnicowy IΔN,
• częstotliwość znamionowa fN.

Rys. 2.14. Wyłącznik różnicowoprądowy
a) jednofazowy z członem nadprądowym typu AD004A firmy HAGER, b) schemat i sposób włączenia, c) trójfazowy typu F 364 firmy ABB
Źródło: www.hager.pl, www.abb.pl

Wyłącznik różnicowoprądowy powinien zadziałać, jeśli prąd upływu jest równy znamionowemu różnicowemu prądowi zadziałania IΔN. Wartość prądu znamionowego różnicowego wyłącznika dobiera się w zależności od miejsca jego zainstalowania, rodzaju obwodu i warunków środowiska. Do zabezpieczania obwodów odbiorczych stosowane są moduły kompaktowe zawierające wyłącznik ochronny różnicowoprądowy oraz człon nadprądowy z wyzwalaczem termicznym i elektromagnetycznym.

Wyłączniki różnicowoprądowe dzieli się w zależności od wartości prądu IΔN na:

• wysokoczułe, o prądach IΔN 10 mA oraz 30 mA,
• średnioczułe, o prądach IΔN 100 mA oraz 300 mA 500 mA,
• niskoczułe, o prądach IΔN 500 mA oraz 1000 mA.

Wyłączniki różnicowoprądowe o prądach IΔN 500 mA i 1000 mA stosowane są głównie jako zabezpieczenia przed pożarem związanym z uszkodzeniem izolacji i przepływem prądów doziemnych. Wyłączniki różnicowoprądowe powszechnego użytku są wyłącznikami typu AC i pracują prawidłowo przy prądach przemiennych o częstotliwości 50 Hz. Produkowane są również wyłączniki typu A, reagujące na prądy sinusoidalne oraz pulsujące (wyprostowane jednopołówkowo lub dwupołówkowo). Istnieją również wyłączniki różnicowoprądowe elektroniczne, które reagują na prądy upływu o niewielkich częstotliwościach oraz prądy stałe. Zawierają one dodatkowy generator zasilany ze wszystkich trzech faz zabezpieczanego obwodu, co zapewnia właściwą pracę, nawet przy zaniku napięcia w dwóch fazach. Oznaczane są one literą B. Aby zapewnić selektywność wyłączania, konieczne jest niekiedy stosowanie w instalacjach wyłączników różnicowoprądowych selektywnych o nieco wydłużonym czasie zadziałania. Oznaczane są one literą S. Uwaga: selektywne wyłączniki różnicowoprądowe działają w czasie nieprzekraczającym 0,2 s dopiero przy prądach dwukrotnie większych niż wartość znamionowego prądu różnicowego. Dobierając wyłączniki różnicowoprądowe należy pamiętać, że mają one charakterystykę pasmową i mogą zadziałać już przy prądach upływu o wartości połowy prądu wyzwalającego (0,5 IΔN). Więcej informacji na temat rodzajów wyłączników różnicowoprądowych, ich budowy i zasad stosowania znajdziesz w literaturze.

Wyłączniki sieciowe i stacyjne

Wyłączniki sieciowe i stacyjne należą do grupy aparatów przemysłowych. Wyłączniki w wykonaniu sieciowym mają prądy znamionowe ciągłe od 63 A do 800 A, przy wartości prądów wyłączalnych od 6 kA do 45 kA. Wyposażone są w napęd ręczny oraz wyzwalacze przeciążeniowe i zwarciowe, w starszych wersjach zwykle bez możliwości regulacji prądu nastawczego przeciążeniowego i zwarciowego. W nowoczesnych wykonaniach łączników sieciowych wbudowane wyzwalacze termiczne posiadają płynną regulację prądu nastawczego, często w kilku podzakresach, np. (0,63 – 0,8 – 1) x IN (rys. 2.14b). Również prąd zadziałania wyzwalaczy zwarciowych można nastawiać w kilku zakresach (5 – 6 – 7,1 – 8,5 – 10) x IN (rys. 2.15b). Istnieje możliwość opcjonalnego wewnętrznego oraz zewnętrznego wyposażenia dodatkowego.

Może to być:

• wyzwalacz napięciowy wzrostowy – do zdalnego otwierania wyłącznika,
• wyzwalacz podnapięciowy – powodujący samoczynne wyłączenie w przypadku nadmiernego obniżenia napięcia,
• zespoły styków pomocniczych do podłączenia obwodów sygnalizacji,
• styki alarmowe do sygnalizacji wyłączenia na skutek przetężenia,
• napęd silnikowy do zdalnego sterowania dźwignią wyłącznika,
• dodatkowy zespół napędowy ręczny przedłużony.

Tak bogate wyposażenie wyłączników sieciowych oraz nowoczesna konstrukcja umożliwiają:

• wyłączenie prądów przeciążeniowych według nastawionej charakterystyki,
• szybkie wyłączenie prądów zwarciowych według nastawionej charakterystyki,
• ograniczenie amplitudy spodziewanego prądu zwarciowego,
• ograniczenie energii prądu zwarcia.

Obecnie buduje się już wyłączniki mocy ze sterowaniem mikroprocesorowym, których możliwości są jeszcze szersze.

Rys. 2.15. Wyłączniki sieciowe
a) wyłącznik mocy serii H firmy HAGER, IN do 630 A, b) wyłącznik mocy serii EB firmy ETIPOLAM, In do 800 A
Źródło: www.hager.pl, www.etipolam.com.pl

Wyłączniki stacyjne przeznaczone są do montowania w rozdzielnicach przemysłowych dużej mocy oraz stacjach transformatoroworozdzielczych niskiego napięcia. Prądy znamionowe obecnie produkowanych aparatów tego typu mieszczą się w granicach 400 A do 5000 A, zaś prądy wyłączalne osiągają wartość 80 kA. Wyłączniki posiadają napęd silnikowy umożliwiający zdalne zamykanie. Wykonywane są w wersjach stałych i wysuwnych, do specjalnych szaf rozdzielczych dwuczłonowych, w których aparaty montowane są na wózkach. Głównym producentem aparatury stacyjnej była do niedawna firma APENA, a najbardziej rozpowszechnioną wersją wyłącznika stacyjnego były aparaty z serii APU, obecnie wycofane z produkcji. Aktualnie produkowane są starsze typy aparatów DS na prądy znamionowe od 1600 A do 5000 A, przy napięciu znamionowym 690 V / 50 Hz. Najnowszym rozwiązaniem jest wyłącznik MPACT o napięciu znamionowym 690V / 50 Hz i prądzie znamionowym od 800 A do 4000 A.

Rys. 2.16. Wyłączniki stacyjne produkcji firmy APENA
a) typ MPACT z napędem silnikowym, b) typ DS z napędem silnikowym
Źródło: www.apena.pl

Nowe rozwiązania wyłączników stacyjnych wyposażone są w elektroniczne, analogowe lub cyfrowe wyzwalacze nadprądowe, które charakteryzują się:

• wysoką dokładnością zadziałania w szerokim zakresie temperatur,
• szerokim zakresem nastawiania prądów zadziałania,
• możliwością kształtowania charakterystyk czasowoprądowych,
• możliwością łatwej zmiany prądów znamionowych u użytkownika,
• sygnalizacją przyczyny zadziałania wyłącznika,
• sygnalizacją przeciążenia tzw. „prealarm”,
• zachowaniem wytrzymałości zwarciowej nawet dla maksymalnych prądów znamionowych wyzwalaczy.

Najnowocześniejsze typy wyłączników stacyjnych wyposażone są już również w wyzwalacze mikroprocesorowe (np. MPACT – rys. 2.15a).

Opracowano na podstawie materiałów KOWEZIU.