Zasada działania RCD w sieci jednofazowej lub trójfazowej. Zasada działania RCD i schemat okablowania

UZO jest oddzielnym rodzajem ochronnego urządzenia elektrycznego wraz z automatyczne przełączniki (AB). Chociaż ich celem jest właśnie ochrona elektryczna, tak jak w przypadku AV, ale zasady ich pracy są różne.

Dlaczego RCD, jeśli istnieje AB?

Z biegiem czasu izolacja elektryczna części elektrycznych urządzeń przewodzących prąd, w tym elementów grzejnych, przewodów, kabli zasilających i kabli, nieuchronnie się starzeje. A następnie z nich przez przewodzące obudowy różnych urządzeń elektrycznych, tak zwane prądy upływu zaczynają wpływać do ziemi, w zakresie od dziesiątek mikroamperów do jednostek miliamperów.

Regularne urządzenia AV nie reagują na pojawianie się prądów upływowych - w końcu stanowią one nieznaczny udział prądów znamionowych odbiorników elektrycznych. Jednak ich wygląd (dokładniej, prąd przekraczający pewien dopuszczalny limit) jest sygnałem alarmowym. Jest to ostrzeżenie o zbliżaniu się do sytuacji awaryjnej, a aby temu zapobiec, potrzebujesz specjalnego ochronnego urządzenia elektrycznego - RCD.

Ponadto, jak wiadomo, prąd niezwalniający (konwulsyjny), który stanowi śmiertelne zagrożenie dla osoby (w określonym czasie ekspozycji), wynosi tylko 10 mA. Dlatego potrzeba tworzenia urządzenia bezpieczeństwa reagując na prądy upływu w tym zakresie wartości odczuwano od samego początku szerokiego przenikania energii elektrycznej do codziennego życia.

Objaśnienie urządzenia

Spróbujmy wyjaśnić zasadę działania RCD za pomocą analogii hydraulicznej. Zakładamy, że woda przepływa przez zamknięty obieg ogrzewania wody oraz prąd elektryczny przez przewody. Jeśli gdzieś w rurze grzewczej znajduje się otwór, przez który przepływa woda. Dlatego jego przepływ (analog prądu elektrycznego) przez dwa odcinki rur, z których jeden znajduje się na wlocie obwodu, a drugi na jego wylocie, będzie różny. Podobnie, z prądami upływu w urządzeniu. Możesz porównać, ile prądu znajduje się w urządzeniu i ile to kosztuje. W jednofazowym urządzeniu elektrycznym prąd wchodzi przez przewód fazowy i gaśnie na zero, więc wystarczy porównać prądy w tych dwóch przewodach. Jest to zasada działania RCD w sieci jednofazowej. Jeśli bieżące wartości na wejściu i wyjściu urządzenia nie są takie same, to odłączy je ono od sieci w czasie rzędu kilku milisekund. Taki krótki czas reakcji jest konieczny, ponieważ prądy upływu przekraczające wartość prądu uszkodzeniowego RCD mogły być spowodowane właśnie przez osobę stykającą się z obudową przewodzącą urządzenia.

Prąd zadziałania

Jednak operacja RCD bardzo długo działała w środowisku domowym. Przede wszystkim konieczne było dokładne określenie wielkości prądu upływu, który byłby bezpieczny dla ludzi w czasie reakcji urządzenia. Próby zaprojektowania wyłączników RCD dla prądów upływu poniżej 10 mA doprowadziły do ​​stworzenia dużych, złożonych i kosztownych urządzeń, a ponadto podatnych na fałszywe alarmy z różnych przetworników elektromagnetycznych.

Na początku lat 80. XX wieku. w oparciu o eksperymenty z ochotnikami, prąd ich działania został wybrany jako 30 mA, a także stworzono transformatory małogabarytowe z rdzeniami pierścieni ferrytowych (zwanymi różnicowymi), które stały się czujniki prądu wyciek. Do sprzedaży wszedł elektromechaniczny mechanizm różnicowy UZO-DM z prądem odpowiedzi od 20 do 30 mA, które są dziś najbardziej popularne w życiu codziennym. Zwykle litery DM są opuszczane, a urządzenie nazywa się po prostu RCD.

Zasada działania RCD i schemat okablowania

Prądy przepływające przez przewody fazowe i zerowe w różnych kierunkach wzbudzają dwa identyczne strumienie magnetyczne F1 i F2 w rdzeniu pierścienia transformatora, ale magnetyczne wektory indukcyjne odpowiadające tym strumieniom są kierowane w rdzeniu i wzajemnie się kompensują. Dlatego całkowity strumień magnetyczny w rdzeniu wynosi zero, podobnie jak pole elektromagnetyczne w uzwojeniu wtórnym transformatora.

Jeśli pojawi się prąd upływu zbliżony do prądu aktywacji spowodowany wadą izolacji, a następnie F1 F2, strumień magnetyczny pojawia się w rdzeniu, prowadząc do EMF w uzwojeniu wyjściowym, które może generować prąd wystarczający do uruchomienia elementu progowego RCD. Co więcej, zatrzask grupy styków mocy jest wyciągnięty, a jego styki otwarte. Jest to zasada działania wszystkich typów RCD.

We wszystkich typach takich urządzeń, po kliknięciu przycisku "Test" tworzona jest sztuczna sytuacja przecieku, aby sprawdzić działanie urządzenia. Pole wyboru lub przycisk z samoblokowaniem służy do ponownego włączenia RCD po operacji testowej.

Rodzaje RCD

Znane są elektromechaniczne i elektroniczne typy takich urządzeń ochronnych. Zasada działania RCD i schemat połączeń obu typów są takie same, ale urządzenia pierwszego typu nie potrzebują zasilania i mają prosty i niezawodny projekt. Ich działanie zapewnia wystarczający prąd upływu w chronionym urządzeniu elektrycznym.

Elektroniczny RCD wymaga napięcia zasilania, ponieważ element progowy jest zaprojektowany jako obwód elektroniczny, który wzmacnia mały prąd w uzwojeniu wyjściowym transformatora i wytwarza impuls dla przekaźnika wykonawczego.

W tym względzie, sam transformator i elektroniczny RCD o mniejszym rozmiarze, wielkości i mocy. Moduł elementu progowego ze wzmacniaczem jest zasilany sterowanym obwodem, a jeśli przewód jest przerwany w jego obwodzie zasilania, to takie urządzenie traci swoją funkcjonalność. Istnieją inne zagrożenia podczas korzystania z elektronicznych wyłączników RCD. Na przykład uszkodzenie jego elementów elektronicznych podczas przepięcia przepięciowego w sieci zasilającej.

Ponieważ niezawodność elektronicznych RCD jest niższa niż w przypadku elektromechanicznych, ich koszt jest również niższy.

Trójfazowy RCD

Aparat trójfazowy, w przeciwieństwie do jednofazowego, ma cztery bieguny zamiast dwóch, ponieważ przewodnik neutralny przechodzi przez oba typy urządzeń. Zasada działania trójfazowego RCD jest taka sama jak w przypadku wersji jednofazowej.

Rdzeń transformatora obejmuje cztery przewody - trójfazowy i jeden zero. Całkowity prąd w przewodach trójfazowych (tak zwany prąd zerowy) jest zawsze równy w stosunku do prądu w przewodzie neutralnym i przeciwnie do niego w kierunku (wewnątrz RCD). W tym przypadku rdzeń transformatora nie jest namagnesowany, w jego uzwojeniu wyjściowym nie ma prądu. Jeśli w zabezpieczanym urządzeniu pojawił się prąd upływowy, w rdzeniu pojawia się zmienny strumień magnetyczny, sugerując emf w uzwojeniu wyjściowym transformatora. Prąd proporcjonalny do prądu upływu zaczyna przepływać przez niego, a jeśli prąd upływu przekracza prąd odpowiedzi, RCD odłącza urządzenie. Bilans prądów w jednostce kontrolnej RCD jest naruszony i działa.

Trójfazowy RCD bez przewodu neutralnego

Aby chronić przed prądami upływowymi silniki indukcyjne, którego uzwojenia połączone są w trójkąt lub gwiazdę z neutralnym punktem neutralnym, stosowane jest połączenie czterobiegunowego RCD z pustym zerowym zaciskiem. Przy braku prądów upływowych w fazach silnika suma prądów w przewodach fazowych jest bardzo mała i nie jest w stanie wyzwolić zabezpieczenia. Pojawienie się prądu upływu z przewodów fazowych przez obudowę silnika do ziemi powoduje, że prąd o zerowej sekwencji cyrkuluje przez transformator UZO, na który reaguje aparat elektryczny. Ogólna zasada działania RCD w tym przypadku nie ulega zmianie.

Funkcje aplikacji jedno- i trójfazowych RCD

Trójfazowe 4-biegunowe urządzenia mają dość duże prądy odpowiedzi, co pozwala na ich stosowanie tylko do ochrony przeciwpożarowej, a także AB z wyzwalaczami termicznymi. Zabezpieczenie linii grupowych do gniazd w pokojach, kuchni i łazience lub ochrona poszczególnych linii energetycznych potężnych urządzeń elektrycznych (pralki, zmywarki, kuchenki elektryczne, elektryczne podgrzewacze wody) powinny być wykonywane na dwubiegunowych jednofazowych wyłącznikach RCD o nominalnych prądach upływu od 20 mA do 30 mA .

Aby praca RCD w sieci jednofazowej była bezpieczna, sama musi być chroniona przed przetężeniem (z długotrwałą pracą działającego urządzenia elektrycznego) zainstalowanego przez AB z wyzwalaczem termicznym przed nim.

Praca RCD bez uziemienia

Jak wiecie, w starych, sowieckich budynkach okablowanie mieszkalne nie miało oddzielnego przewodu ochronnego połączonego z pętlą uziemienia. Założono, że jego funkcję pełni zerowy przewód roboczy (tzw system zasilania TN-C ze zwykłymi zerowymi przewodami roboczymi i ochronnymi). A ponieważ we wszystkich wydaniach PUE obowiązuje zakaz instalacji w przewodach ochronnych aparatów zabezpieczających, 2-biegunowe wyłączniki RCD, które jednocześnie przerywają fazę i zera, również podlegają zakazowi. Nawet ostatnia, 7. bieżąca edycja OES w punkcie 7.1.80 potwierdziła niedopuszczalność instalowania wyłączników RCD w sieciach przy użyciu systemu TN-C. Faktem jest, że podczas ich działania rejestrowano przypadki porażenia prądem.

Powodem tego była różnica w czasie odpowiedzi styków urządzenia, która jest jednostką milisekund. Ale jeśli pierwszy kontakt był odłączony w przewodzie neutralnym, to podczas awarii izolacji na obudowie domowego urządzenia elektrycznego, konsument był w pełnym napięciu fazowym, więc te kilka milisekund wystarczało na śmiertelną porażkę.

W przypadku mieszkań bez zerowych przewodów ochronnych niedopuszczalne jest instalowanie wspólnego UZD, ale oddzielne takie urządzenia mogą być instalowane w grupowych przewodach wylotowych ze wspólnym przewodem ochronnym lub w linii zasilania poszczególnych urządzeń elektrycznych, jeżeli przewody ochronne grup wyjściowych lub wylotów są podłączone do ich złączy zerowych wzdłuż najkrótszej ścieżki.

W tym przypadku przerwa wewnątrz RCD neutralnego drutu roboczego przed fazą nie prowadzi do przerwania przewodu ochronnego urządzenia elektrycznego, ponieważ część przewodu ochronnego od końcówki zerowej wejścia przez gniazdo i przewód zasilający urządzenia elektrycznego pozostanie nienaruszona.