UZO — cel, zasada budowy, wybór

Wyłączniki różnicowoprądowe (RCD) to jedne z najpopularniejszych urządzeń, z których korzystają zarówno korporacje budowlane, jak i prywatni odbiorcy. Ale jak upewnić się, że wybór jest właściwy RCD? Mam nadzieję, że ten artykuł ułatwi Państwu poruszanie się po nasyconym różnymi modelami rynku RCD.

Urządzenia prądu szczątkowego. Podstawy

Wyłączniki różnicowoprądowe (RCD) czyli inaczej zabezpieczenia różnicowoprądowe mają za zadanie chronić ludzi przed porażeniem prądem elektrycznym w przypadku zwarcia elektrycznego lub kontaktu z częściami instalacji elektrycznej pod napięciem, a także zapobiegać pożarom i pożarom, spowodowane prądami upływowymi i zwarciami doziemnymi... Funkcje te nie są charakterystyczne dla konwencjonalnych wyłączników automatycznych, które reagują tylko na przeciążenie lub zwarcie.

Jaki jest powód poszukiwania gaśnic do tych urządzeń?

Według statystyk przyczyną około 40% wszystkich występujących pożarów jest „zamykanie przewodów elektrycznych”.

W wielu przypadkach ogólna fraza „zwarcie w przewodach elektrycznych” często obejmuje wycieki elektryczne, które występują w wyniku starzenia się lub uszkodzenia izolacji. W takim przypadku prąd upływu może osiągnąć 500 mA. Eksperymentalnie stwierdzono, że kiedy przepływa prąd upływowy o takiej właśnie sile (a co to jest pół ampera? Ani termiczne, ani elektromagnetyczne wyzwolenie na prąd o takiej sile po prostu nie reaguje - tylko z tego powodu, że nie są one przeznaczone do to) przez maksymalnie pół godziny przez mokre trociny, samoistnie się zapalają. (I dotyczy to nie tylko trocin, ale ogólnie każdego pyłu).

A jak wyłączniki różnicowoprądowe chronią Ciebie i mnie przed porażeniem prądem elektrycznym?

Jeśli człowiek dotknie części pod napięciem, przez jego ciało przepłynie prąd, którego wartość jest współczynnikiem podziału napięcia fazowego (220 V) przez sumę rezystancji przewodów, uziemienia i samego ciała człowieka: Ipers = Uph / (Rpr + Rz + Rp ). W takim przypadku rezystancję uziemienia i okablowania można pominąć w porównaniu z rezystancją ciała ludzkiego, którą można przyjąć jako równą 1000 omów. Dlatego wartość prądu, o której mowa, wyniesie 0,22 A lub 220 mA.

Z literatury normatywnej i referencyjnej dotyczącej środków ochrony i bezpieczeństwa pracy wiadomo, że minimalny prąd, którego przepływ jest już odczuwany przez organizm ludzki, wynosi 5 mA. Kolejną znormalizowaną wartością jest tzw. prąd wyzwalania, równy 10 mA. Kiedy przepływ takiej siły przechodzi przez ludzkie ciało, następuje spontaniczny skurcz mięśni. Prąd elektryczny o natężeniu 30 mA może już spowodować paraliż oddechowy.Nieodwracalne procesy związane z krwawieniem i zaburzeniami rytmu serca rozpoczynają się w organizmie człowieka po przepływie przez organizm prądu o natężeniu 50 mA. Śmiertelna moc wyjściowa jest możliwa po wystawieniu na działanie prądu o natężeniu 100 mA. Oczywiste jest, że osoba powinna być już chroniona przed prądem równym 10 mA.

Tak więc szybka reakcja automatyki na prąd o natężeniu mniejszym niż 500 mA chroni obiekt przed pożarem, a na prąd o natężeniu mniejszym niż 10 mA — chroni człowieka przed skutkami przypadkowego dotknięcia części pod napięciem.

Wiadomo również, że można bezpiecznie trzymać część przewodzącą prąd, która znajduje się pod napięciem 220 V, przez 0,17 s. Jeśli część aktywna jest zasilana napięciem 380 V, czas bezpiecznego dotyku zostaje skrócony do 0,08 s.

Problem polega na tym, że tak mały prąd, nawet przez znikomo krótki czas, nie jest w stanie naprawić (i oczywiście wyłączyć) konwencjonalnych urządzeń ochronnych.

Dlatego takie rozwiązanie techniczne narodziło się w postaci rdzenia ferromagnetycznego z trzema uzwojeniami: — „zasilanie prądem”, „przewód prądowy”, „sterowanie”. Prąd odpowiadający napięciu fazowemu przyłożonemu do obciążenia i prąd płynący od obciążenia w przewodzie neutralnym indukują w rdzeniu strumienie magnetyczne o przeciwnych znakach. Jeśli nie ma wycieków w obciążeniu iw chronionej części okablowania, całkowity strumień wyniesie zero. W przeciwnym razie (dotyk, uszkodzenie izolacji itp.) suma dwóch prądów staje się różna od zera.

Strumień powstający w rdzeniu indukuje siłę elektromotoryczną w cewce sterującej. Przekaźnik jest podłączony do cewki sterującej przez precyzyjne urządzenie filtrujące wszelkie zakłócenia. Pod wpływem pola elektromagnetycznego występującego w cewce sterującej przekaźnik przerywa obwody fazowy i neutralny.

W wielu krajach stosowanie wyłączników różnicowoprądowych w instalacjach elektrycznych jest regulowane przez normy i standardy.Na przykład w Federacji Rosyjskiej - przyjęty w latach 1994-96 GOST R 50571.3-94, GOST R 50807-95 itp. Według GOST R 50669-94 RCD jest instalowany bez problemów w sieci energetycznej budynków mobilnych wykonanych z metalu lub z metalową ramą dla handlu ulicznego i usług domowych. W ostatnich latach administracje dużych miast, zgodnie z normami państwowymi i zaleceniami Glavgosenergonadzora, podjęły decyzje o wyposażeniu w te urządzenia zasobów budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej (w Moskwie — Rozporządzenie Rządu Moskwy nr 868 -RP z dnia 20.05.94r.).

UZO są różne... Trójfazowe i jednofazowe...

Ale podział RCD na podklasy na tym się nie kończy...

Obecnie na rynku rosyjskim istnieją 2 radykalnie różne kategorie RCD.

1. Elektromechaniczny (niezależny od sieci)

2. Elektroniczny (w zależności od sieci)

Rozważmy zasadę działania każdej z kategorii osobno:

RCD elektromechaniczne

Założyciele RCD są elektromechaniczni. Opiera się na zasadzie mechaniki precyzyjnej, tj. patrząc do wnętrza takiego RCD, nie zobaczysz komparatorów wzmacniaczy operacyjnych, logiki i tym podobnych.

Składa się z kilku głównych elementów:

1) Tak zwany przekładnik prądowy o sekwencji zerowej, którego celem jest śledzenie prądu upływu i przesyłanie go z pewnym Ktr do uzwojenia wtórnego (I 2), I ut = I 2 * Ktr (bardzo wyidealizowany wzór, ale odzwierciedlając istotę procesu).

2) Czuły element magnetoelektryczny (możliwy do zablokowania, tj. po uruchomieniu bez ingerencji z zewnątrz nie może powrócić do stanu początkowego — blokady) — pełni rolę elementu progowego.

3) Przekaźnik - zapewnia wyzwolenie, jeśli zamek jest włączony.

Ten typ RCD wymaga bardzo precyzyjnej mechaniki dla czułego elementu magnetoelektrycznego.Obecnie tylko kilka światowych firm sprzedaje elektromechaniczne wyłączniki różnicowoprądowe. Ich cena jest znacznie wyższa niż cena elektronicznych RCD.

Dlaczego elektromechaniczne RCD stały się powszechne w większości krajów świata? Wszystko jest bardzo proste - ten typ RCD zadziała, jeśli zostanie wykryty prąd upływowy na dowolnym poziomie napięcia w sieci.

Dlaczego ten czynnik (niezależnie od poziomu napięcia sieciowego) jest tak ważny?

Wynika to z faktu, że stosując działający (serwisowany) elektromechaniczny wyłącznik różnicowoprądowy gwarantujemy 100% czasu zadziałania przekaźnika i odpowiedniego odcięcia zasilania odbiornika.

W elektronicznych RCD ten parametr jest również duży, ale nie jest równy 100% (jak zostanie pokazane poniżej, wynika to z faktu, że przy pewnym poziomie napięcia sieciowego elektroniczny obwód RCD nie będzie działał) oraz w naszym każdy procent to możliwe ludzkie życie (albo bezpośrednie zagrożenie życia ludzkiego, gdy dotknie przewodów, albo pośrednie, w przypadku pożaru od przepalenia izolacji).

W większości tak zwanych „rozwiniętych" krajów elektromechaniczne wyłączniki różnicowoprądowe są standardem i urządzeniem obowiązkowym do powszechnego użytku. W naszym kraju następuje stopniowe przechodzenie do obowiązkowego stosowania wyłączników różnicowoprądowych, jednak w większości przypadków użytkownik jest nie podano informacji o rodzaju RCD, co prowadzi do korzystania z tanich elektronicznych RCD.

RCD elektroniczne

Każdy rynek budowlany jest zalewany takimi wyłącznikami różnicowoprądowymi. Koszty elektronicznych wyłączników różnicowoprądowych są w niektórych miejscach niższe niż elektromechanicznych nawet 10-krotnie.

Wadą takich RCD, jak już wspomniano powyżej, nie jest 100% gwarancja, że ​​jeśli RCD jest w dobrym stanie, zostanie wyzwolony w wyniku wystąpienia prądu upływu. Zaletą jest taniość i dostępność.

Zasadniczo elektroniczny RCD jest zbudowany w taki sam sposób jak elektromechaniczny (ryc. 1). Różnica polega na tym, że miejsce czułego elementu magnetoelektrycznego zajmuje element porównawczy (komparator, dioda Zenera). Żeby taki schemat zadziałał potrzebny będzie prostownik, mały filtr (chyba nawet KREN). Ponieważ przekładnik prądowy składowej zerowej jest obniżany (dziesiątki razy), potrzebny jest również obwód wzmacniający sygnał, który oprócz sygnału użytecznego wzmocni również zakłócenia (lub sygnał asymetrii obecny przy zerowym prądzie upływu) ) . Z powyższego wynika, że ​​moment wyzwolenia przekaźnika w tego typu RCD jest określony nie tylko przez prąd upływu, ale także przez napięcie sieciowe.

Jeśli nie możesz sobie pozwolić na elektromechaniczny wyłącznik różnicowoprądowy, to mimo wszystko warto zaopatrzyć się w elektroniczny wyłącznik różnicowoprądowy, ponieważ działa on w większości przypadków.

Zdarzają się również przypadki, w których nie ma sensu kupować drogiego elektromechanicznego wyłącznika różnicowoprądowego. Jednym z takich przypadków jest użycie stabilizatora lub zasilacza awaryjnego (UPS) podczas zasilania mieszkania/domu. W takim przypadku nie ma sensu brać elektromechanicznego RCD.

Od razu zaznaczam, że mówię o kategoriach RCD, ich zaletach i wadach, a nie o konkretnych modelach. Możesz kupić niskiej jakości RCD typu elektromechanicznego i elektronicznego. Kupując, poproś o certyfikat zgodności, ponieważ wiele elektronicznych RCD na naszym rynku nie ma certyfikatu.

Przekładnik prądowy o sekwencji zerowej (TTNP)

Zwykle jest to pierścień ferrytowy, przez który (wewnątrz) przechodzą przewody fazowe i neutralne, pełnią one rolę uzwojenia pierwotnego. Uzwojenie wtórne jest równomiernie nawinięte na powierzchni pierścienia.

Doskonały:

Niech prąd upływu będzie równy zeru.Prąd przepływający przez przewód fazowy tworzy pole magnetyczne równy co do wielkości polu magnetycznemu wytwarzanemu przez prąd płynący przez przewód neutralny i skierowany przeciwnie. Zatem całkowity strumień sprzężenia wynosi zero, a prąd indukowany w uzwojeniu wtórnym wynosi zero.

W momencie przepływu prądu upływu przez przewody (zerowe, fazowe) dochodzi do niezrównoważenia prądów w wyniku wystąpienia strumienia ze sprzężenia i indukcji prądu proporcjonalnego do prądu upływu do uzwojenia wtórnego.

W praktyce przez uzwojenie wtórne przepływa prąd niezrównoważenia, który jest określany przez zastosowany transformator. Wymóg dla TTNP jest następujący: prąd niezrównoważenia musi być znacznie mniejszy niż prąd upływu zredukowany do uzwojenia wtórnego.

Dobór RCD

Załóżmy, że zdecydowałeś się na rodzaj RCD (elektromechaniczny, elektroniczny). Ale co wybrać z ogromnej listy oferowanych produktów?

Możesz wybrać RCD z wystarczającą dokładnością, używając dwóch parametrów:

Prąd znamionowy i prąd upływu (prąd przerwania).

Prąd znamionowy to maksymalny prąd, który przepłynie przez przewód fazowy. Znając maksymalny pobór mocy, łatwo jest znaleźć ten prąd. Po prostu podziel zużycie energii w najgorszym przypadku (maksymalna moc przy minimalnym Cos (?)) przez napięcie fazowe. Nie ma sensu umieszczać RCD dla prądu większego niż prąd znamionowy maszyny przed RCD. Idealnie, z marginesem, bierzemy RCD dla prądu znamionowego równego prądowi znamionowemu maszyny.

Często spotykane są wyłączniki różnicowoprądowe o prądach znamionowych 10,16,25,40 (A).

Prąd upływowy (prąd wyzwalający) wynosi zwykle 10 mA, jeśli RCD jest zainstalowany w mieszkaniu / domu w celu ochrony życia ludzkiego, oraz 100-300 mA w przedsiębiorstwie, aby zapobiec pożarom, jeśli przewody zostaną spalone.

Istnieją inne parametry RCD, ale są one specyficzne i nie są interesujące dla zwykłych użytkowników.

Wyjście

W artykule omówiono podstawy rozumienia zasad działania wyłączników różnicowoprądowych oraz metody budowy różnych typów wyłączników różnicowoprądowych. Elektromechaniczne i elektroniczne wyłączniki różnicowoprądowe mają oczywiście prawo istnieć, ponieważ mają swoje odrębne zalety i wady.