Instalowanie urządzeń RCD

Spis treści

1. Warunki doboru wyłączników różnicowoprądowych

     Przy doborze wyłączników różnicowoprądowych należy spełnić szereg warunków sieciowych i środowiskowych, a także uwzględnić:

– charakter instalacji i rodzaj urządzeń z niej zasilanych,
– wartość prądu upływowego w instalacji wraz z wyposażeniem,
– układ sieci w jakim wyłącznik będzie zastosowany (TN. TT, IT),
– rodzaj ochrony przeciwporażeniowej,
– prąd szczytowy obciążenia i prąd zwarciowy oraz
– kształt przebiegu prądu różnicowego.

1.1. Dobór ze względu na typ ochrony i znamionowy prąd różnicowy
     Wyłączniki różnicowoprądowe mogą być stosowane w ochronie przeciwporażeniowej przy uszkodzeniu, w ochronie przeciwporażeniowej uzupełniającej ochronę podstawową i w ochronie przeciwpożarowej.
     Dobór wartości znamionowego prądu różnicowego wyłącznika różnicowoprądowego wymaga uwzględnienia spodziewanych wartości prądów upływowych w obwodach chronionych przez wyłącznik oraz funkcje ochronne, jakie ma spełniać. Z uwagi na prądy upływowe urządzeń i przewodów istotny jest podział instalacji na wydzielone układy lub grupy odbiorników, tak ażeby ograniczyć możliwość zbędnych wyłączeń. Ze względu na wartość znamionowego prądu różnicowego wyłączniki mogą spełniać różne funkcje ochronne, np.:

a) ochrona przed porażeniem elektrycznym przy uszkodzeniu – I∆n ≤ 1 A (nie ogranicza się prądu znamionowego I∆n z wyjątkiem specjalnych instalacji lub lokalizacji określonych w arkuszach 700 normy PN-HD 60364),
b) ochrona uzupełniająca ochronę podstawowa i/lub ochronę przy uszkodzeniu  – I∆n ≤ 30 mA;
c) ochrona instalacji przed pożarami spowodowanymi prądami doziemnymi – I∆n ≤ 500 mA.

1.2. Dobór ze względu na prąd znamionowy ciągły
     Prąd znamionowy ciągły wyłączników różnicowoprądowych jest to największy prąd, jakim wyłącznik można obciążyć długotrwale w stanie zamkniętym. Odpowiedni wyłącznik dobiera się z ciągu liczb określających prądy znamionowe ciągłe: 6,10,13,16,20,25,32,40,50,63, 80,100, 125 A oraz dotychczas niewykorzystywane: 160, 200, 250, 400, 630 A. Prąd szczytowego obciążenia obwodu nie powinien przekraczać znamionowego prądu ciągłego wyłącznika RCD.

1.3. Dobór ze względu na wartość napięcia znamionowego
     Dobór wyłącznika różnicowoprądowego ze względu na wartość napięcia znamionowego związany jest szczególnie z:

– napięciem znamionowym izolacji,
– rezystancją izolacji,
– odstępami izolacyjnymi,
– wytrzymałością elektryczną przerwy bezpiecznej (wyłączników izolacyjnych).

     Ze względu na zdolność łączenia napięcie wyłącznika nie może być mniejsze od napięcia znamionowego instalacji.
     Zalecane wartości napięcia znamionowego wyłączników różnicowoprądowych wynoszą:

a) 110 i 120 V – wyłączniki 2-biegunowe do obwodów odbiorczych jednofazowych (standard północnoamerykański),
b) 230 V – wyłączniki 2 – biegunowe o dwóch torach prądowych, do obwodów jednofazowych,
c) 400 V – wyłączniki 3 – i 4 – biegunowe do obwodów trójfazowych 230/400 V oraz 2 – biegunowe do obwodów zasilanych napięciem międzyprzewodowym 400 V.

1.4. Dobór ze względu na częstotliwość znamionową
     Częstotliwość znamionowa wyłącznika ma wpływ na:

– działanie różnicowego układu wyzwalającego,
– nagrzewanie toru prądowego, a także
– na zdolność łączenia.

     Częstotliwość znamionowa zwykłych wyłączników różnicowoprądowych wynosi: 50 i/lub 60 Hz. Wyłączniki różnicowoprądowe zbudowane do stosowania w instalacjach elektrycznych o innych częstotliwościach są odpowiednio oznaczone. Wyłącznik bez oznaczonej częstotliwości prądu nadaje się do obwodów 50 Hz (60 Hz).

1.5. Dobór ze względu na obciążalność zwarciową
     Znamionowa obciążalność zwarciowa wyłącznika różnicowoprądowego określa jego odporność w stanie zamkniętym na cieplne skutki przepływu prądu zwarciowego, zagrażające szczepieniem styków i brakiem zadziałania w razie wystąpienia prądu różnicowego, Przy doborze wyłącznika należy zwrócić uwagę, czy początkowy prąd zwarciowy w miejscu zainstalowania wyłącznika nie przekracza znamionowej obciążalności wyłącznika i na konieczność dobezpieczenia.
     Ze względu na obciążalność zwarciową rozróżnia się następujące rodzaje wyłączników różnicowoprądowych:

a) wyłączniki różnicowoprądowe bez wyzwalaczy nadprądowych (RCCB) o zdolności wyłączania co najmniej równej 10-krotnej wartości prądu znamionowego ciągłego, ale nie mniejszej niż 500 A. Takie wyłączniki należy dobezpieczyć;
b) wyłączniki różnicowoprądowe z wyzwalaczami nadprądowymi (RCBO) o zdolności wyłączania porównywalnej z wyłącznikami nadprądowymi. Wyłączniki te wymagają dobezpieczenia w przypadku, gdy warunki zwarciowe w miejscu zainstalowania przekraczają ich zwarciową zdolność wyłączania.

1.6. Dobór ze względu na czas zadziałania
     Czas wyłączenia wyłącznika różnicowoprądowego jest to czas mierzony od chwili wystąpienia prądu różnicowego do chwili otwarcia zestyków wszystkich biegunów wyłącznika.
     W obwodach, w których wymagane jest uzyskanie selektywności zadziałania, należy dobrać w odpowiednich punktach wyłączniki selektywne. Uzyskanie warunku selektywności wymaga jednakże odpowiedniego zróżnicowania znamionowych prądów różnicowych wyłączników mających pracować selektywnie. Najczęściej wyłączniki muszą spełniać warunek 3- lub nawet 5-krotnej różnicy prądów In.

1.7. Dobór ze względu na ochronę od wpływów zewnętrznych
     Należy sprawdzić, czy temperatury pracy wyłącznika nie przekraczają zakresu temperatur znamionowych. W przypadku ewentualnego narażenia wyłącznika na zapylenie albo działanie wody należy rozważyć konieczność doboru wyłącznika o obudowie wykonanej w odpowiednim stopniu ochrony IP.
     Niespełnienie tego warunku może spowodować, że wyłącznik nie zadziała właściwie w sytuacji zagrożenia porażeniowego lub będzie on powodował zbędne wyłączenia instalacji.

1.8. Dobór ze względu na wykrywanie określonego kształtu przebiegu prądu różnicowego
     Dobór wyłącznika różnicowoprądowego ze względu na przydatność do wykrywania określonego kształtu przebiegu prądu różnicowego jest niezwykle istotny, ponieważ źle dobrany wyłącznik może w ogóle nie reagować na prąd różnicowy znacznie przekraczający znamionowy prąd różnicowy wyłącznika.
     Podział wyłączników różnicowoprądowych ze względu na zdolność do wykrywania określonego kształtu przebiegu prądu różnicowego jest następujący:

a) wyłączniki o wyzwalaniu typu AC, przystosowane do działania wyłącznie przy prądzie uszkodzeniowym przemiennym;
b) wyłączniki o wyzwalaniu typu A, przystosowane do działania przy prądzie uszkodzeniowym przemiennym, jak również przy prądzie uszkodzeniowym pulsującym jednokierunkowym o dowolnej biegunowości, ze składową stałą do 6 mA;
c) wyłączniki o wyzwalaniu typu B, których działanie jest zapewnione zarówno przy różnicowym prądzie przemiennym, jak i przy prądzie uszkodzeniowym pulsującym jednokierunkowym ze składową stałą nie większą niż 6 mA i przy prądzie stałym o niewielkim tętnieniu.

     Dobór wyłącznika wiąże się z podanymi przez producenta oznaczeniami literowymi i symbolami graficznymi; oznaczenia te powinny być umieszczone bezpośrednio na wyłączniku.

▲ do góry

2. Stosowanie wyłączników różnicowoprądowych

2.1. Wyłączniki różnicowoprądowe pełnią w instalacjach elektrycznych następujące funkcje ochronne:

1) ochronę uzupełniającą ochronę podstawową za pomocą wysokoczułych wyłączników różnicowoprądowych o znamionowym prądzie różnicowym zadziałania IΔn ≤ 30 mA,
2) ochronę przy uszkodzeniu przez samoczynne wyłączenie zasilania przy użyciu wyłącznika różnicowoprądowego o znamionowym prądzie różnicowym zadziałania IΔn ≤ 1 A, współpracującego z dobranym do chronionego obwodu wyłącznikiem nadprądowym.
3) ochronę przeciwpożarową za pomocą wyłączników różnicowoprądowych selektywnych o znamionowym prądzie różnicowym I∆n ≤ 500 mA (ochrona przed pożarami spowodowanymi prądami doziemnymi).

2.2. Wyłączniki różnicowoprądowe stosowane w obwodach specjalnych instalacji lub lokalizacji
     Wymagania związane z ochroną uzupełniającą podane w arkuszach 700 normy PN-HD 60364 dotyczą stosowania wyłączników różnicowoprądowych, które  pełnią następujące funkcje ochronne w obwodach specjalnych instalacji lub lokalizacji:

1) Wszelkie obwody w pomieszczeniach kąpielowych – powinny być objęte ochroną uzupełniającą za pomocą jednego lub większej liczby wyłączników różnicowoprądowych wysokoczułych (IΔn ≤ 30 mA), (PN-HD 60364-7-701:2010-09);
2) Wszelkie obwody sauny, z wyjątkiem obwodu ogrzewacza sauny – powinny być objęte ochroną uzupełniającą za pomocą jednego lub większej liczby wyłączników różnicowoprądowych wysokoczułych o IΔn ≤ 30 mA (PN-HD 60364-7-703:2007);
3) Na terenie placu budowy i rozbiórki – obwody gniazd wtyczkowych o prądzie znamionowym nie przekraczającym 32 A oraz inne obwody, z których zasila się urządzenia ręczne o prądzie znamionowym nieprzekraczającym 32 A, powinny być chronione za pomocą wyłączników różnicowoprądowych wysokoczułych (IΔn ≤ 30 mA);
4) W gospodarstwach rolniczych i ogrodniczych – do ochrony przy uszkodzeniu przez samoczynne wyłączenie zasilania przy użyciu wyłączników różnicowoprądowych o następującym różnicowym prądzie zadziałania:

a) IΔn ≤ 30 mA – w obwodach odbiorczych zasilających gniazda wtyczkowe o znamionowym prądzie ≤ 32 A,
b) IΔn ≤ 100 mA – w obwodach odbiorczych zasilających gniazda wtyczkowe o znamionowym prądzie >32 A,
c) IΔn ≤ 300 mA w pozostałych obwodach.
Jeżeli ważna jest niezawodność zasilania, to zaleca się stosować wyłączniki zwłoczne lub krótkozwłoczne (PN-HD 60364-7-705:2007);

5) W ograniczonych przestrzeniach przewodzących – obwody urządzeń stałych wykonanych w klasie ochronności II, powinny być objęte ochroną uzupełniającą za pomocą wyłączników różnicowoprądowych wysokoczułych o znamionowym prądzie różnicowym IΔn ≤ 30 mA (PN-HD 60364-7-706″2007);
6) W instalacjach na terenie kempingów – gniazdo wtyczkowe powinno być indywidualnie chronione za pomocą wyłącznika różnicowoprądowego wysokoczułego o znamionowym prądzie różnicowym IΔn ≤ 30 mA.
Podobne wymaganie dotyczy obwodu odbiorczego przeznaczonego do przyłączenia na stałe domku ruchomego albo przemieszczalnego domku wypoczynkowego (PN-HD 60364-7-708:2017-11);
7) W instalacjach na terenie portów jachtowych – każde gniazdko wtyczkowe o prądzie znamionowym nieprzekraczającym 63 A powinno być indywidualnie chronione za pomocą wyłącznika różnicowoprądowego o pradzie zadziałania  IΔn≤ 30 mA. Podobne wymaganie dotyczy obwodu odbiorczego przeznaczonego do przyłączenia na stałe łodzi mieszkalnej (PN-HD 60364-7-709:2010);
8) W instalacjach tymczasowych na terenie targów, wesołych miasteczek i cyrków – wszystkie obwody odbiorcze oświetleniowe (oprócz oświetlenia awaryjnego), gniazd wtyczkowych o prądzie znamionowym nieprzekraczającym 32 A oraz urządzenia przenośne o obciążalności nieprzekraczającej 32 A przyłączone za pomocą przewodu giętkiego, powinny być objęte ochroną uzupełniającą za pomocą wyłączników różnicowoprądowych wysokoczułych (IΔn ≤ 30 mA). Nie dotyczy to gniazd wtyczkowych zasilanych z obwodów SELV ani objętych ochroną przez separację ochronną. Samoczynne wyłączenie zasilania obiektów tymczasowych powinno następować w złączu instalacji za pomocą wyłączników różnicowoprądowych zwłocznych o IΔn ≤ 300 mA (PN-HD 60364-7-740:2009);
9) Urządzenia oświetleniowe wiat przystankowych komunikacji publicznej, planów miast i miejscowości, reklam i podobne – powinny być objęte ochroną uzupełniającą za pomocą wyłączników różnicowoprądowych o prądzie IΔn ≤ 30 mA . (PN-HD 60364-7-714:2012);
10) Obwody zasilające grzejniki – powinny byc objęte ochroną uzupełniającą za pomocą wyłączników RCD o prądzie znamionowym IΔn ≤ 30 mA. (PN-HD 60364-7-753:2014-12).

2.3. Instalowanie wyłączników różnicowoprądowych w obwodach z wyłącznikami nadprądowymi
     Wyłączniki różnicowoprądowe nie są przewidziane do pełnienia funkcji zabezpieczenia instalacji elektrycznych przed skutkami przeciążeń. Nie reagują także na prądy zwarciowe lub uszkodzeniowe płynące w przewodach czynnych. Z tego względu zaleca się, aby w każdym obwodzie z wyłącznikiem różnicowoprądowym stosować również wyłączniki nadprądowe. Wymaganie to nie dotyczy wyłączników różnicowoprądowych z wbudowanym członem nadprądowym.
     Na rysunku 1. przedstawiono przykłady usytuowania wyłączników różnicowoprądowych w obwodach z wyłącznikami nadprądowymi.


Rys. 1. Przykłady usytuowania wyłączników różnicowoprądowych
a) jeden wyłącznik chroni całą instalację (nie zaleca się),
b) jeden wyłącznik chroni jeden obwód, c) jeden wyłącznik chroni dwa obwody.

▲ do góry

2.4. Przenośne urządzenia różnicowoprądowe
     Przenośne urządzenia różnicowoprądowe stosowane są przede wszystkim wtedy, gdy obwody gniazd wtyczkowych instalacji stałej nie są chronione wyłącznikami różnicowoprądowymi pomimo istniejących zagrożeń porażeniem lub gdy urządzenia elektryczne użytkowane są poza strefą oddziaływania głównych połączeń wyrównawczych obiektu.
     Od przenośnych urządzeń różnicowoprądowych wymaga się działania nie tylko przy prądzie różnicowym, ale także po pojawieniu się na przewodzie ochronnym napięcia większego niż dotykowe dopuszczalne długotrwale oraz przy przerwaniu przewodu ochronnego.
     Szczegółowe wymagania dla urządzeń przenośnych lub ręcznych określa norma PN-HD 639 S1:2011 – wersja polska Sprzęt elektroinstalacyjny — Przenośne urządzenia różnicowoprądowe bez wbudowanego zabezpieczenia nadprądowego do użytku domowego i podobnych zastosowań (PRCD). Różnicowy prąd zadziałania przenośnych urządzeń różnicowoprądowych IΔn ≤ 30 mA. Urządzenia te stosuje się szczególnie na placach budowy, na kempingach oraz w pomieszczeniach wilgotnych.
     W pierwszych wykonaniach urządzeń różnicowoprądowych PRCD przewód ochronny nie przechodził przez okno przekładnika sumującego i nie był rozłączany. W takim układzie zabezpieczenie nie reagowało na błędne połączenia i niektóre uszkodzenia w instalacji zasilającej (Rys. 2), na przykład:

a) zabezpieczenie różnicowoprądowe nie wykrywało doziemienia przy jednoczesnym przerwaniu przewodu ochronnego (Rys. 2a),
b) błędnego połączenia w gnieździe wtyczkowym (Rys. 2b), a także
c) przerwania przewodu PEN (Rys 2c).


Rys. 2. Zagrożenia, które nie są eliminowane przez przenośne urządzenia
różnicowoprądowe PRCD z nierozłączalnym przewodem ochronnym

a) przerwany przewód ochronny PE, doziemienie do części przewodzącej dostepnej,
b) błędne połączenie przewodów L i PE w podwójnym gniazdku wtyczkowym,
c) przerwanie przewodu PEN w gniazdku wtyczkowym.

     Inaczej jest w przypadku urządzeń PRCD z rozłączalnym przewodem ochronnym PE, w których przez okno przekładnika sumującego przechodzi przeciwnie nawinięty przewód PE (Rys. 3). Liczba zwojów przewodu PE jest większa niż liczba zwojów przewodów L i N. Urządzenie to może być wyposażone w wyzwalacz podnapięciowy działający w razie przerwania przewodu PEN lub przy zamianie przewodu PEN (PE) z przewodem L, a także wtedy, gdy na przewód PE przedostaje się niebezpieczne napięcie z obcego obwodu (Rys. 3).


Rys. 3. Urządzenie różnicowoprądowe PRCD z rozłączalnym przewodem ochronnym PE

     Wadą urządzenia różnicowoprądowego PRCD z rozłączalnym przewodem PE może być sytuacja, kiedy w przypadku uszkodzenia  przewodu obcego obwodu część przewodząca dostępna znajdzie się pod napięciem. W konsekwencji urządzenie PRCD wykryje uszkodzenie i wyłączy obwód zasilający odbiornik, jednak zagrożenie porażeniem będzie istniało nadal, ponieważ metalowa obudowa odbiornika pozostaje pod napięciem przeniesionym z uszkodzonego przez nią obcego obwodu.
     Skutecznym rozwiązaniem eliminującym tego typu zagrożenie porażeniem jest zastosowanie przenośnego urządzenia różnicowoprądowego PRCD z nierozłączalnym przewodem PE (Rys. 4). W tym układzie pętla zwarcia doziemnego zachowa ciągłość elektryczną, co umożliwi zadziałanie zabezpieczenia uszkodzonego obcego obwodu.


Rys. 4. Urządzenie różnicowoprądowe PRCD z nierozłączalnym przewodem ochronnym PE

     Układ z rozłączalnym przewodem PE zastosowano również w konstrukcji przenośnego urządzenia różnicowoprądowego PRCD-S (ang. portable residual current device – safety), w którym przewód ochronny nie przechodzi przez okno przekładnika sumującego. W razie pojawienia się napięcia z obcego obwodu na części przewodzącej dostępnej chronionego odbiornika, PRCD-S otwiera się, ale zachowuje ciągłość przewodu ochronnego, co sprzyja zadziałaniu zabezpieczenia obcego obwodu (Rys. 5). W razie przerwania przewodu ochronnego w instalacji zasilającej urządzenie rozłącza wszystkie bieguny łącznie z biegunem PE.


Rys. 5. Urządzenie różnicowoprądowe PRCD-S z rozłączalnym przewodem ochronnym PE,
przewód ochronny PE nie przechodzi przez okno przekładnika sumującego.

▲ do góry

3. Instalowanie wyłączników różnicowoprądowych

3.1. Instalowanie wyłączników różnicowoprądowych w układzie TN
     Instalowanie wyłączników różnicowoprądowych w obwodach instalacji elektrycznej w układzie TN zależy w szczególności od właściwie zaprojektowanej i poprawnie wykonanej instalacji oraz od eliminacji negatywnych zjawisk, w wyniku których działanie wyłączników nie będzie możliwe lub nastąpi ich zbędne zadziałanie.
     Do najczęściej występujących nieprawidłowości podczas instalowania wyłączników RCD zalicza się:

a) błędy popełniane przy projektowaniu i wykonawstwie oraz nie ujawnione w czasie odbioru instalacji,
b) nieprawidłowo dobrany i/lub zainstalowany niesprawny wyłącznik różnicowoprądowy,
c) błędne połączenia przewodów neutralnych N i przewodów ochronnych PE w obwodach chronionych RCD, np.

– gdy przewody neutralny N  i ochronny PE zostały zamienione lub połączone ze sobą,
– w obwodzie chronionym przewód N jest uziemiony lub połączony z przewodem N innych obwodów chronionych;

d) w obwodzie chronionym zostały przyłączone filtry przeciwzakłóceniowe wykazujące znaczne pojemności doziemne,
e) zbyt długie trasy obwodów chronionych z użyciem metalowych rur lub korytek albo przewodów ekranowanych (wykazujące znaczne upływności doziemne – od 0,5 do 1 mA na 1 m długości przewodu),
f) brak właściwej ochrony przeciwprzepięciowej instalacji elektrycznej w obiekcie.

     Przepięcie pochodzenia atmosferycznego albo łączeniowe w sieci elektroenergetycznej oraz brak koordynacji zabezpieczeń różnicowoprądowych z ogranicznikami przepięć w instalacji mogą być
przyczyną zadziałania wyłączników podczas odprowadzania prądu udarowego do ziemi lub
zwiększonej upływności ograniczników warystorowych (np. wskutek starzenia).

3.2. Instalowanie wyłączników różnicowoprądowych w sieci o układzie TN-C-S
     W sieci o układzie TN-C-S wyłącznik różnicowoprądowy może być stosowany wyłącznie w części układu TN-S (Rys. 6). Ochrona przy uszkodzeniu przez samoczynne wyłączenie zasilania będzie zapewniona po przyłączeniu do części przewodzących dostępnych odbiorników Klasy I:

a) w części sieci o układzie TN-C – przewodu ochronno-neutralnego (PEN), natomiast
b) w części TN-S – przewodu ochronnego PE.


Rys. 6. Przykład stosowania wyłącznika różnicowoprądowego w układzie TN-C-S

3.3. Instalowanie wyłączników różnicowoprądowych w układzie TT
     Zgodnie z PN-HD 60364-4-41 w instalacjach elektrycznych wykonanych w układzie TT do ochrony przy uszkodzeniu powinny być stosowane wyłączniki różnicowoprądowe, poprzedzone wyłącznikiem różnicowoprądowym selektywnym – jako rezerwowego urządzenia wyłączającego.
     Do ochrony przy uszkodzeniu w układzie TT może być użyte zabezpieczenie nadprądowe pod warunkiem, że będzie stale zapewniona odpowiednio mała wartość impedancji pętli zwarciowej Zs.
     Zastosowane urządzenie nadprądowe musi zapewnić samoczynne wyłączenie zasilania w określonym czasie. Jednak ostre wymagania dotyczące czasów samoczynnego wyłączenia zasilania w praktyce wymagają stosowania w każdym przypadku wyłączników różnicowoprądowych.
     Wymaga się, aby wszystkie części przewodzące dostępne wszystkich odbiorników Klasy I. w instalacji elektrycznej o układzie TT były przyłączone do uziemienia ochronnego RA indywidualnie lub grupowo, przewodem  ochronnym (uziemiającym) oznaczonym kolorem zielono-żółtym. Przykład stosowania wyłącznika różnicowoprądowego w sieci o układzie TT przedstawiono na rysunku 7.
     Jeżeli do ochrony przy uszkodzeniu w układzie TT stosowane jest urządzenie różnicowoprądowe o różnicowym prądzie zadziałania IΔn, to należy sprawdzić wartość napięcia dotykowego względem ziemi odniesienia.
     Zgodnie z normą PN-HD 60364-4-41:2017-09 powinny być spełnione:

a) warunek dotyczący określonego czasu wyłączenia oraz
b) warunek wynikający ze wzoru:

gdzie:
RA – rezystancja uziemienia ochronnego części przewodzących dostępnych, w Ω;
UL – napięcie dotykowe dopuszczalne długotrwale, w V;
Ia – prąd wyłączający urządzenie ochronne w wymaganym czasie, w A.

     Jeżeli urządzeniem ochronnym jest urządzenie różnicowoprądowe, to prądem wyłączającym jest znamionowy prąd różnicowy I∆n.
     Przy zwarciu części czynnej z częścią przewodzącą dostępną powinno nastąpić samoczynne wyłączenie urządzenia od sieci w wymaganym czasie lub obniżenie napięcia dotykowego na częściach przewodzących do wartości bardzo niskiego napięcia bezpiecznego UL.
     Schemat przyłączenia wyłącznika różnicowoprądowego w sieci o układzie TT przedstawia rysunek 7.


Rys. 7. Przykład stosowania wyłącznika różnicowoprądowego w układzie TT

3.4. Instalowanie wyłączników w układzie IT
     W sieci o układzie IT wyłączniki różnicowoprądowe mogą być stosowane do wyłączania przy pojedynczym zwarciu doziemnym lub tylko przy zwarciach doziemnych podwójnych. Jeżeli wyłącznik różnicowoprądowy ma wyłączać przy pojedynczym zwarciu doziemnym, to musi być wyłącznikiem wysokoczułym, o prądzie IΔn mniejszym od prądu pojedynczego zwarcia doziemnego (Rys. 8).
     W sieci o małych pojemnościach i dużych rezystancjach izolacji przewodów sieci względem ziemi, tym samym o bardzo małym prądzie ziemnozwarciowym, stosuje się niekiedy w praktyce dodatkowe uziemienie Ra punktu neutralnego sieci IT przez dużą impedancję Z. Zadaniem takiego uziemienia jest zwiększenie prądu pojedynczego zwarcia doziemnego w sieci do wartości wystarczającej do zadziałanie wyłącznika różnicowoprądowego.
     Części przewodzące dostępne odbiorników klasy I. w sieci o układzie IT powinny być przyłączone do uziemienia ochronnego RA indywidualnie, grupowo lub zbiorowo przewodem ochronnym (uziemiającym). Schemat wyłącznika różnicowoprądowego w sieci o układzie IT, przy pojedynczym zwarciu z ziemią, przedstawiono na rys. 8.


Rys. 8. Przykład stosowania wyłącznika różnicowoprądowego w układzie IT,
wyłączającego zasilanie odbiorników przy pojedynczym zwarciu doziemnym

Oznaczenia: Z – impedancja o dużej wartości, Ra – uziemienie dodatkowe
RA – uziemienie ochronne.

     Jeżeli wyłączniki różnicowoprądowe mają wyłączać tylko przy podwójnych zwarciach doziemnych (Rys. 9), to mogą być stosowane wyłączniki średnioczułe lub niskoczułe, gdyż prądy zwarć podwójnych są z reguły duże, wielokrotnie większe od prądów IΔn wyłączników różnicowoprądowych.


Rys. 9. Przykład stosowania wyłączników różnicowoprądowych w sieci o układzie IT
wyłączających zasilanie odbiorników przy podwójnym zwarciu doziemnym
Oznaczenia: Z – impedancja o dużej wartości, Ra – uziemienie dodatkowe
RA – uziemienie ochronne.

▲ do góry

4. System ochrony grupowej

     Przy szeregowym połączeniu wyłączników różnicowoprądowych, celem zachowania selektywności (wybiórczości) ich zadziałania, należy zastosować wyłączniki typu S (selektywny). Przy szeregowym połączeniu wyłączników różnicowoprądowych selektywność zostaje zachowana, jeżeli:

1) ich zestawione pasmowe charakterystyki t = f (I ) nie przecinają się, a pozioma odległość jest większa niż wartość różnicy prądów różnicowych przez nie płynących;
2) każdy poprzedzający wyłącznik posiada odpowiednią zwłokę zadziałania w stosunku do następnego (za wyjątkiem ostatniego).

     Dopuszcza się również stosowanie zwłoki czasowej nie większej niż 1 s (dla głównego wyłącznika typu S). W przypadku zasilania urządzeń, które podczas rozruchu powodują pojawienie się udarów prądowych, należy instalować wyłączniki różnicowoprądowe krótkozwłoczne.
     Wyłączniki różnicowoprądowe w połączeniu szeregowym powinny spełniać jednocześnie następujące warunki:

1) charakterystyka czasowo-prądowa zadziałania urządzenia ochronnego różnicowoprądowego, zainstalowanego po stronie zasilania, powinna znajdować się powyżej charakterystyki czasowo-prądowej zadziałania urządzenia ochronnego różnicowoprądowego zainstalowanego po stronie obciążenia,
2) wartość znamionowego prądu różnicowego urządzenia ochronnego różnicowoprądowego zainstalowanego po stronie zasilania, powinna być równa co najmniej trzykrotnej wartości znamionowego prądu różnicowego urządzenia ochronnego różnicowoprądowego zainstalowanego po stronie obciążenia.
3) w przypadku zasilania urządzeń, które podczas rozruchu powodują pojawienie sie udarów prądowych należy instalować wyłączniki różnicowoprądowe krótkozwłoczne,
4) dopuszcza się również stosowanie zwłoki czasowej nie większej niż 1s (dla głównego wyłącznika RCD selektywnego).

4.1. Preferowany system ochrony grupowej zapewnia właściwą ochronę przed porażeniem prądem elektrycznym i pożarami wywołanymi prądami doziemnymi, a jednocześnie gwarantuje niezawodność zasilania elektrycznego (Rys.10).
     W skład ochrony grupowej wchodzą co najmniej dwa urządzenia ochronne różnicowoprądowe:

a) po stronie zasilania – urządzenie ochronne różnicowoprądowe selektywne S,
b) po stronie obciążenia (obwody odbiorcze) – urządzenie ochronne różnicowoprądowe bezzwłoczne lub krótkozwłoczne.


Rys. 10. System ochrony grupowej

     W przypadku zasilania w układzie ochrony grupowej obwodów niechronionych wyłącznikami różnicowoprądowymi 30 mA należy przyjąć, że obwody te nie spełniają warunków selektywności działania w odniesieniu do poprzedzającego wyłącznika różnicowoprądowego.
     W takiej sytuacji nadmierna wartość prądów doziemnych w tych obwodach spowoduje zadziałanie wyłącznika różnicowoprądowego i przerwę w dostawie energii elektrycznej do wszystkich obwodów rozpatrywanego układu zasilania.

▲ do góry

4.2. Selektywność działania wyłączników różnicowoprądowych
     W instalacjach elektrycznych występują wspólne tory zasilające odbiorniki chronione przez dwa lub trzy wyłączniki różnicowoprądowe, pełniące różne funkcje ochronne, o różnych znamionowych prądach różnicowych I∆n.
     Przy takim szeregowym (kaskadowym) połączeniu wyłączników różnicowoprądowych wymagana selektywność ich działania będzie zachowana, jeżeli:

1) zestawione pasmowe charakterystyki czasowo-prądowe t = f (I) wyłączników zainstalowanych na kolejnych stopniach zabezpieczeń instalacji elektrycznej nie będą się przecinać ani stykać i będą od siebie odpowiednio oddalone (Rys. 11),
2) każdy poprzedzający wyłącznik posiada odpowiednią zwłokę zadziałania w stosunku do następnego (za wyjątkiem ostatniego).

a) schemat instalacji:

b) charakterystyki czasowo-prądowe kolejnych wyłączników różnicowoprądowych:


Rys.11. Zasady doboru znamionowego prądu różnicowego zadziałania wyłączników różnicowoprądowych
a) schemat instalacji, b) charakterystyki działania kolejnych wyłączników.

     Prąd różnicowy i prąd upływowy w w instalacjach i urządzeniach elektrycznych
     Ze względu na dobór i działanie wyłączników różnicowoprądowych przyjmuje się prąd różnicowy o wartości chwilowej równej sumie geometrycznej wartości chwilowych prądów płynących w instalacji elektrycznej we wszystkich przewodach czynnych (L1;L2;L3;N).
     Prąd różnicowy występujący w określonym miejscu sieci lub instalacji nie dotkniętej zwarciem, można uważać za sumę geometryczną prądów upływowych występujących we wszystkich urządzeniach instalacji.
     Wartość prądu różnicowego w instalacji należy zmierzyć lub ocenić na podstawie:

– stanu izolacji przewodów instalacji,
– ich długości oraz
– liczby, rodzaju i stanu urządzeń odbiorczych.

     W instalacjach i urządzeniach jednofazowych prąd upływowy iu (wartość chwilowa), w sprawnym urządzeniu, płynie od części czynnych do ziemi. W urządzeniu prądu przemiennego zawiera on:

1) składową czynną iR płynącą przez rezystancję izolacji doziemnej oraz
2) składową pojemnościową ic płynącą przez doziemną pojemność kondensatorów przyłączonych do części przewodzących dostępnych lub do przewodu ochronnego, filtrów przeciwzakłóceniowych, przewodów, uzwojeń maszyn i innych elementów instalacji.

     W wielofazowym urządzeniu prądu przemiennego wypadkowy prąd upływowy jest geometryczną (wektorową) sumą prądów upływowych poszczególnych faz. Prąd ten zawiera składową czynną wywołaną upływnością izolacji oraz składową pojemnościową wynikająca z pojemności izolacji oraz pojemności przyłączonych kondensatorów (np. filtrów przeciwzakłóceniowych).
     Wybór prądu zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego zależy od sumarycznego ustalonego i przejściowego prądu upływowego występującego w instalacji i urządzeniach elektrycznych; przy czym: prąd upływowy jest to prąd, który w niezakłóconej instalacji elektrycznej (nie dotkniętej zwarciem) płynie od części czynnych do ziemi.
     Ustalony prąd upływowy Iu (wartość skuteczna), płynący po zaniknięciu przebiegu przejściowego występującego przy włączaniu urządzeń, można obliczyć ze wzoru:

przy czym IR , IC – są składowymi ustalonego prądu upływowego.

     Przy projektowaniu nowych obiektów przyjmuje się szacunkową ocenę prądów upływowych instalacji w oparciu o największe dopuszczalne wartości tych prądów dla pojedynczych urządzeń, określonych w normach przedmiotowych.
     Natomiast w obiektach istniejących prąd upływowy i prąd różnicowy całej instalacji, grupy obwodów bądź pojedynczego obwodu czy odbiornika, ustala się na podstawie pomiarów. Uzyskane w tym przypadku wyniki mogą być wykorzystane do ustalenia znamionowego różnicowego prądu zadziałania wyłączników różnicowoprądowych i selektywności ich działania.

Zasady ustalania znamionowego prądu różnicowego zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego
     Znamionowy różnicowy prąd zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego I∆n powinien być co najmniej 3 – krotnie większy od maksymalnego roboczego prądu upływowego występującego w chronionej instalacji elektrycznej.
     Na przykład w obwodzie, w którym ustalony prąd różnicowy posiada wartość I∆max, należy dobrać wyłącznik różnicowoprądowy o znamionowym różnicowym prądzie zadziałania I∆n spełniający następujący warunek:

przy czym  kb jest współczynnikiem bezpieczeństwa przyjmowanym w przedziale od (1,2 do 1,5).

     Wyłącznik selektywny B, niezależnie od zwłoki czasowej, powinien mieć znamionowy różnicowy prąd zadziałania spełniający następujący warunek w stosunku do każdego z wyłączników na kolejnym niższym stopniu zabezpieczeń:

przy czym:
prąd I∆d jest największym spodziewanym ustalonym prądem różnicowym oddziałującym
na wyłącznik A, a nie oddziałującym na rozpatrywany wyłącznik B.
W zasadzie jest to największy ustalony prąd upływowy wszystkich rozpatrywanych obwodów, łącznie
z obwodem A, lecz z wyłączeniem obwodu B;
Prądy I∆nB oraz I∆d dodaje się arytmetycznie, jeśli wszystkie obwody, w których one występują są obwodami jednofazowymi zasilanymi z tej samej fazy, albo są obwodami trójfazowymi (Rys. 11).

     Zabezpieczenie wyłącznikami różnicowoprądowymi o I∆n= 30 mA tylko wybranych obwodów z grupy obwodów chronionych wyłącznikiem różnicowoprądowym selektywnym S może spowodować, że obwody niechronione (4 i 5 na rysunku 12) nie spełniają warunku selektywności w odniesieniu do poprzedzającego wyłącznika różnicowoprądowego. Nadmierna wartość prądów doziemnych w tych obwodach spowoduje zadziałanie głównego wyłącznika różnicowoprądowego, a w konsekwencji – przerwę w dostawie energii elektrycznej do wszystkich obwodów rozpatrywanego układu zasilania.
     Ten problem powinien być rozwiązany na etapie projektowania.


Rys. 12. Przykład zasilania przy niepełnym wyposażeniu obwodów w wyłączniki różnicowoprądowe

▲ do góry