Co to jest UZO: budowa, zasada działania, istniejące rodzaje i oznaczenia UZO

Każda sieć elektryczna powinna mieć urządzenie zabezpieczające, ale nie każdy wie, czym jest RCD i jaka jest zasada jego działania. Wyjaśnienie skrótu brzmi następująco – wyłącznik różnicowoprądowy (RCD).

To elektryczne niskonapięciowe urządzenie jest przeznaczone do wyłączania chronionego odcinka obwodu przy wystąpieniu prądu różnicowego przekraczającego wartość znamionową dla tego urządzenia.

W naszym artykule postaramy się szczegółowo przeanalizować budowę i zasadę działania RCD, omówić istniejące odmiany oraz zrozumieć, jakie informacje zawiera oznaczenie wyłączników różnicowoprądowych.

Przeznaczenie urządzenia zabezpieczającego

Obwód uziemienia RCD stanowi przewód PE neutralnych przewodzących obudów lub części mechanizmów elektrycznych o rezystancji nieprzekraczającej 4 omów.

W przypadku wystąpienia prądu upływu wymienione elementy wyposażenia mogą znajdować się pod napięciem, co stwarza zagrożenie dla życia ludzi i zwierząt przy kontakcie z nimi, a także dla mienia ogólnie.

Ratowanie przed porażeniem prądem – to powołanie omawianych urządzeń. Po wykryciu prądu upływu odłączają napięcie.

Największe niebezpieczeństwo polega na tym, że takie zakłócenia w obwodzie są niewidoczne, a w rzadkich przypadkach wyczuwalne, gdy przy dotknięciu urządzenia można poczuć lekki wstrząs elektryczny.

Główną przyczyną tego zjawiska jest naruszenie warstwy izolacyjnej przewodów. Niekontrolowane procesy mogą wyrządzić duże szkody, dlatego urządzenia zabezpieczające zyskują dużą popularność w warunkach domowych.

Oddziaływanie sieci przewodzących na organizm ludzki może mieć opłakane skutki. Problem ten został rozwiązany za pomocą przyrządów kontrolno-pomiarowych RCD, należących do segmentu zabezpieczeń. Podstawowe wymagania dotyczące montażu i użytkowania opisane są w IEC 60364

Zastosowanie RCD zyskało największą popularność w sieciach jednofazowych z prądem przemiennym i uziemieniem linii neutralnej, a także o napięciu do 1 kW w formacie domowego zasilania elektrycznego.

Wykonanie konstrukcyjne RCD

Opcjonalne cechy mechanizmu ochronnego pomogą zrozumieć zasadę działania RCD, a mianowicie odwzorowywaną reakcję urządzenia na upływ prądu.

Do kluczowych węzłów roboczych należą:

• transformatorowy czujnik różnicowy;
• organ rozruchowy — mechanizm przerywający nieprawidłowo działający obwód elektryczny;
• przekaźnik elektromagnetyczny;
• blok kontrolny.

Do czujnika podłączone są przeciwne uzwojenia – faza i zero. W normalnym trybie pracy sieci, te elementy półprzewodnikowe wytwarzają w rdzeniu strumienie magnetyczne o przeciwnych kierunkach względem siebie. Dzięki temu strumień magnetyczny jest równy zero.

Transformator składa się z zamkniętego stalowego rdzenia, na który nałożone są dwie cewki: pierwotna – podłączona do źródła prądu przemiennego, wtórna – podłączona do obciążenia. Ilekroć transformator zwiększa napięcie prądu przemiennego, tyle samo razy zmniejsza się natężenie prądu.

Do uzwojenia wtórnego, nawiniętego na rdzeń magnetyczny transformatora, podłączony jest przekaźnik elektromagnetyczny. Jeśli w sieci są spełnione standardowe warunki pracy, nie jest on zaangażowany.

W przypadku wystąpienia upływu prądu całe działanie ulega radykalnej zmianie. Przewody fazowy i neutralny zaczynają przepuszczać różne wartości prądu. Teraz wartość siłowa i kierunek strumieni magnetycznych na rdzeniu transformatora również będą miały różne parametry.

W zwojach wtórnych pojawia się prąd i po osiągnięciu zadanych wartości następuje zadziałanie przekaźnika elektromagnetycznego. Jest on połączony w parze z mechanizmem wyzwalającym. To połączenie w odpowiednim momencie reaguje i rozłącza sieć elektryczną.

Zgodnie z wymogami bezpieczeństwa pożarowego kontrole urządzenia zabezpieczenia różnicowego przeprowadza się regularnie, nie rzadziej niż raz w miesiącu. W tym celu na urządzeniu znajduje się specjalny przycisk «TEST»

Węzeł kontrolny stanowi mechanizm rezystancyjny – określone obciążenie podłączone z pominięciem czujnika różnicowego. Element ten symuluje upływ prądu i w ten sposób przeprowadzana jest kontrola sprawności urządzenia. Więcej o metodach kontroli mówiliśmy w tym artykule.

Zasada działania RCD polega na: podawaniu prądu z linii fazowej na rezystancję kontrolną, a następnie – na przewód neutralny, z pominięciem czujnika.

W ten sposób powstają warunki różnych wartości prądu na wejściu i wyjściu urządzenia. Ten brak równowagi powinien doprowadzić do uruchomienia węzła wyłączającego.

W zależności od producentów, układ schematyczny może się różnić, jednak zasada stosowana w działaniu RCD będzie identyczna we wszystkich modelach.

Zasada działania mechanizmu zabezpieczającego

Rozważmy, do czego potrzebne jest stosowanie RCD. Działanie urządzenia ochronnego opiera się na metodzie pomiarowej.

Rejestrowane są parametry wejściowe i wyjściowe prądów przepływających przez transformator. Jeśli pierwsza wartość jest większa od drugiej, oznacza to, że w obwodzie elektrycznym występuje upływ prądu i urządzenie wykonuje wyłączenie. Jeśli parametry są identyczne, urządzenie nie reaguje.

W układzie dwuprzewodowym urządzenie różnicowoprądowe nie zadziała, jeśli przez przewody fazowy i neutralny przepływa prąd o jednakowej sile. Jeśli występuje różnica tych wartości, oznacza to, że w sieci nastąpiło przebicie izolacji i mechanizm ochronny odłączy uszkodzony odcinek.

Dla lepszego zrozumienia rozważmy, jak będzie działać RCD w domowej rozdzielnicy z układem dwubiegunowym.

Do górnych listew zaciskowych podłączony jest wejściowy przewód dwużyłowy (faza i zero). Do dolnych listew zaciskowych podłączone są faza i zero, doprowadzone do odcinka obciążenia, na przykład do gniazda zasilania bojlera lub czajnika elektrycznego. Ochronne uziemienie urządzenia będzie realizowane przewodem z pominięciem RCD.

W standardowym trybie pracy, przepływ elektronów odbywa się po linii fazowej od kabla wejściowego do grzejnika elektrycznego bojlera/czajnika, przepływając przez urządzenie różnicowoprądowe. Z powrotem przemieszczają się do ziemi ponownie przez RCD, jednak po linii neutralnej.

Jeżeli osoba dotknie obudowy przewodzącego urządzenia, na którym w wyniku przebicia pojawił się potencjał, w tej sytuacji upływ prądu będzie przepływać przez ciało człowieka, na co urządzenie reaguje niemal natychmiastowo, odłączając system zasilania.

Na przykład, w grzejniku (TEN) urządzenia uszkodzona została izolacja. W ten sposób przez znajdującą się wewnątrz wodę prąd będzie częściowo przewodzony przez obudowę, a następnie odprowadzany do ziemi za pomocą przewodów urządzenia ochronnego.

Pozostała część prądu powróci linią neutralną przez RCD. Jednak jego siła będzie mniejsza o wartość upływu w porównaniu z prądem wejściowym.

Różnicę wskaźników oblicza transformator różnicowy. Jeśli liczba jest większa od dozwolonej, urządzenie natychmiastowo reaguje i przerywa obwód.

W innym naszym artykule podaliśmy zalecenia dotyczące wyboru i prawidłowego podłączenia RCD do bojlera.

Celowość stosowania RCD

Rozważmy, po co należy stosować RCD i przed jakimi negatywnymi czynnikami oddziaływania urządzenie zapewnia ochronę.

Przede wszystkim — zwarcie fazy z obudową urządzeń elektrycznych. Zazwyczaj do newralgicznych elementów zalicza się grzejniki (TENy) podgrzewaczy i pralek. Warto zauważyć, że przebicie powstaje tylko wtedy, gdy element wytwarzający ciepło jest nagrzewany pod działaniem prądu.

Także przy nieprawidłowym podłączeniu przewodów. Na przykład, jeśli stosuje się skręty bez puszki zaciskowej, które następnie są zatapiane w ścianie i zakrywane warstwą tynku. Ponieważ powierzchnia ma podwyższoną wilgotność, ten skręt będzie przebiciem powodującym upływ w ścianę.

Mechanizm różnicowy zabezpieczający w tym przypadku będzie stale odłączać zasilanie linii, dopóki odcinek całkowicie nie wyschnie lub dopóki nie zostanie przerobiony węzeł połączeniowy.

Zabezpieczenie automatyczne jest skutecznie stosowane w warunkach domowych: w grupach elektrycznych do łazienki, kuchni i gniazdach z dużą liczbą zasilanych urządzeń. Idealnym rozwiązaniem jest, gdy tego typu urządzenia są zainstalowane w każdej grupie gniazd.

Zakres zastosowania urządzeń ochronnych jest dość zróżnicowany – od budynków użyteczności publicznej po duże przedsiębiorstwa. Wyposaża się w nie konstrukcje i schematy elektrotechniczne przeznaczone do odbioru i dystrybucji: rozdzielnice w budynkach mieszkalnych, systemy zasilania dla indywidualnego odbioru itd. Najważniejsze przy tym jest właściwe wybranie RCD pod kątem mocy.

Rodzaje urządzeń i ich klasyfikacja

Firmy produkcyjne wyposażają swoje wyroby w różnorodne możliwości, które należy uwzględnić przy określaniu potrzebnego rodzaju RCD, wychodząc od konkretnych warunków eksploatacji sieci elektrycznej.

Aby zwykły konsument mógł dobrać potrzebne urządzenie różnicowoprądowe spośród różnorodności oferowanych modeli, stworzono system klasyfikacji, oparty na następujących cechach:

• zasada działania;
• rodzaj prądu różnicowego;
• opóźnienie czasowe wyłączającego prądu różnicowego;
• liczba biegunów;
• metoda montażu.

Następnie przyjrzymy się bliżej każdej z tych klasyfikacji.

Klasyfikacja #1 — według metody załączania

Istnieją tylko dwie metody załączania – elektromechaniczna i elektroniczna. W pierwszym przypadku automat odłączy zasilanie na uszkodzonej linii niezależnie od napięcia sieci. Główny organ roboczy to rdzeń toroidalny z uzwojeniami.

W przypadku powstania upływu, w obwodzie wtórnym powstaje napięcie do uruchomienia przekaźnika polaryzowanego, co prowadzi do aktywacji mechanizmu wyłączającego.

Dla urządzeń typu elektromechanicznego nie jest wymagane napięcie zewnętrzne. Źródłem ich zadziałania jest prąd różnicowy na linii uszkodzenia.

Funkcjonowanie urządzenia z elektroniką całkowicie zależy od dodatkowego napięcia, tzn. wymagane jest zewnętrzne zasilanie. Tutaj organem roboczym jest płyta elektroniczna ze wzmacniaczem.

Wewnątrz takiego mechanizmu nie ma dodatkowych źródeł gromadzących energię, więc do pracy układu wykorzystywana jest energia z sieci zewnętrznej, a jeśli nie ma napięcia – urządzenie nie przerwie obwodu.

Określenie typu urządzenia: do zacisków baterii paluszkowej „AA” przylutować dwa przewody. Włączyć RCD i podłączyć do wejścia bloku ochronnego, a następny – do wyjścia. Linie podłącza się do jednego bieguna. Jeśli urządzenie wyłączy się – oznacza to, że jest to typ elektromechaniczny, jeśli nie – elektroniczny.

Przykład działania elektronicznego RCD zainstalowanego na linii z gniazdkiem, z którego zasilana jest kuchenka mikrofalowa: nastąpiło zerwanie fazy zerowej, a dodatkowo w tym samym okresie powstaje uszkodzenie instalacji elektrycznej kuchenki mikrofalowej i dochodzi do zwarcia fazy z obudową, tj. na obudowie pojawia się niebezpieczny potencjał.

Jeśli dotkniemy kuchenki, elektroniczny typ zabezpieczenia nie zostanie uruchomiony, ponieważ nie ma sieci zasilającej. Właśnie z powodu zawodności w porównaniu z elektromechanicznym odpowiednikiem to urządzenie jest mniej rozpowszechnione.

Klasyfikacja #2 — według rodzaju prądu upływu

Wszystkie modele produkowanych wyłączników bezpieczeństwa są dodatkowo dzielone według prądu obciążenia przepływającego przez urządzenie. Przetwarzają one napięcie o zadanym formacie drgań.

Na obudowie wszystkich urządzeń oraz w paszporcie podana jest wartość znamionowa napięcia roboczego. Parametr ten musi odpowiadać zakresowi prądu znamionowego urządzeń elektrycznych.

Typ AC zostanie aktywowany przy natychmiastowym powstaniu zmiennego napięcia upływu w kontrolowanym obwodzie lub przy jego falowym narastaniu. Urządzenia te są oznaczone napisem «AC» lub symbolem «~».

Najbardziej odpowiedni format dla zastosowań domowych – RCD-AC. Model ten jest najtańszy spośród urządzeń o podobnym działaniu. W paszporcie urządzeń elektrycznych producenci często podają konkretny model wyłącznika ochronnego odpowiedni dla tego produktu.

Typ A zadziała przy natychmiastowym powstaniu zmiennego lub tętniącego prądu przebicia w kontrolowanym obwodzie lub przy jego powolnym narastaniu.

Taki mechanizm można zastosować w każdej z przedstawionych sytuacji. Na obudowie wyłącznika znajduje się skrót «A» lub symbol, jak na obrazku graficznym w prostokącie. .

Najczęściej typ A jest podłączany do obwodu, w którym regulacja obciążenia odbywa się poprzez obcinanie szczytu sinusoidy, na przykład korekcja prędkości obrotów silnika za pomocą przekształtnika tyrystorowego.

Koszt modelu A jest wielokrotnie wyższy w porównaniu z AC, ponieważ dodatkowo kontroluje się tutaj napięcie stałe powstające w urządzeniach przekształcających energię.

RCD podtypu B są skuteczne do wywołania reakcji w podległym obwodzie elektrycznym dla prądu upływu stałego, zmiennego lub przekształconego (wyprostowanego).

To drogie urządzenie, przeznaczone do obiektów przemysłowych. W warunkach domowych nie są stosowane.

Przedstawione urządzenia ochrony różnicowoprądowej typu A, B i AC są zaprojektowane na czas zadziałania 0,02-0,03 s.

Klasyfikacja #3 — według rodzaju opóźnienia czasowego

Ta klasyfikacja zakłada podział na dwa typy: S i G. Automatyczną ochronę typu S można scharakteryzować jako reakcję selektywną. Opóźnienie czasowe zadziałania odpowiada zakresowi 0,15-0,5 s. Wskazane jest wybranie tego typu w przypadku grupowego podłączenia RCD.

Schemat rozdzielnicy mieszkaniowej z dwiema grupami obciążenia, gdzie podłączone są dwa różne typy urządzeń ochronnych: AC lub A, oraz S

Zgodnie ze schematem, w rozdzielnicy znajdują się dwie grupy obciążenia w postaci gniazd nr 1 i nr 2, do których podłączono RCD typu A, a na wejściu pomieszczenia drugi wyłącznik – S.

Jeśli nastąpi przebicie w jednej wiązce, urządzenie wejściowe zadziała tylko wtedy, gdy urządzenie zbiorcze nie spełni swojej funkcji i nie odłączy uszkodzonego odcinka.

Selektywność zadziałania przerwania obwodu można zrealizować za pomocą innej metody – poprzez nastawy prądu upływowego. Ta metoda jest najczęściej stosowana.

Schemat rozdzielnicy mieszkaniowej z dwiema grupami obciążenia, gdzie podłączone są dwa różne typy urządzeń ochronnych: AC z nastawą przebicia, oraz drugie A, ale z większą wartością

Weźmy schemat analogiczny do poprzedniego i zmodyfikujmy go w następujący sposób: wyłącznik grupowy wybieramy typu AC, ale z nastawą prądu różnicowego 0,03 A, a na wejściu będzie analogiczne urządzenie, ale o wartości 0,1 A.

Są sytuacje, gdy prąd różnicowy w obwodzie uszkodzenia przekracza znamionowe nastawy dwóch urządzeń ochronnych. W pierwszym schemacie selektywność nie zostanie naruszona, a w drugim – prąd wyłączenia może spowodować zadziałanie dowolnego z podłączonych urządzeń.

Urządzenie o formacie G również charakteryzuje się selektywnym zasadą działania i posiada opóźnienie 0,06-0,08 s. Wszystkie opisane typy selektywne są zaprojektowane na działanie ekstremalnych prądów – do 15 kA.

Niektóre modele RCD posiadają system regulacji nastawy elementu różnicowego, inne nie mają takiej możliwości. Jednak do celów domowych odpowiedni jest drugi wariant wykonania.

Prąd ograniczenia jest ważnym parametrem wyboru, ponieważ to właśnie dzięki niemu zapewniane jest bezpieczeństwo.

Na przykład, w pomieszczeniach o podwyższonej wilgotności, zasilanie urządzeń elektrycznych odbywa się z podłączeniem w obwód urządzeń wyłączających z nastawą 0,01 A. Dla standardowych warunków domowych – 0,03 A.

Do organizacji ochrony przeciwpożarowej budynków – 0,1-0,3 A. Zalecamy zapoznać się z poradami dotyczącymi wyboru przeciwpożarowego RCD oraz szczegółami jego montażu.

Klasyfikacja #4 — według liczby biegunów

Ze względu na to, że automatyczne urządzenie działa na zasadzie porównywania wartości prądu przepływającego przez nie, liczba biegunów wyłącznika będzie identyczna z liczbą linii przewodzących prąd.

Dwubiegunowy RCD oznaczany jest jako 2P. Jest włączany w obwód jednofazowy w celu zapewnienia ochrony ludzi i zapobiegania możliwym przyczynom pożarów.

Oznaczenie czterobiegunowych RCD to 4P. Są przeznaczone do pracy w sieci trójfazowej. Możliwa jest również kombinacja instalacji, na przykład urządzenie z czterema biegunami jest wprowadzane do sieci dwuprzewodowej.

Jednak w takim przypadku nie zostanie wykorzystany cały potencjał urządzenia, co jest nieopłacalne ekonomicznie.

Podczas instalacji wyłącznika ochronnego należy wziąć pod uwagę prawdopodobieństwo, że prąd obciążenia może przekroczyć maksymalne wartości robocze urządzenia. Dlatego dodatkowo instaluje się wyłącznik automatyczny o napięciu znamionowym nie większym niż prąd roboczy systemu bezpieczeństwa.

Klasyfikacja #5 — według sposobu montażu urządzenia

Ponieważ różnicowe urządzenia ochronne są wykonywane w różnych obudowach, można je stosować jako stacjonarne lub przenośne.

W drugim przypadku urządzenie jest wyposażone w przedłużacz. Urządzenia mocowane na szynie DIN montowane są w rozdzielnicy elektrycznej, która znajduje się w korytarzu lub w mieszkaniu.

Istnieją również wersje wykonania takie jak RCD-gniazdo i RCD-wtyczka. Zarówno w pierwszym, jak i drugim przypadku każde urządzenie elektryczne podłączone za pomocą takiego mechanizmu w przypadku awarii nie stanowi zagrożenia dla człowieka.

Pełne objaśnienie oznaczeń

Obowiązkowo na obudowie urządzenia znajduje się nazwa firmy produkującej. Następnie występuje standaryzowane oznaczenie z numerem seryjnym.

Do dekodowania skrótu użyjemy następującego przykładu [F][X]00[X]-[XX]:

• [F] – urządzenie ochronne różnicowoprądowe;
• [X] – format wykonania;
• 00 – cyfrowe lub alfanumeryczne oznaczenia serii;
• [X] – liczba biegunów: 2 lub 4;
• [XX] – charakterystyki według rodzaju prądu upływu: AC, A i B.

Również tutaj będą oznaczone parametry znamionowe urządzenia, na które przy wyborze należy zwrócić szczególną uwagę.

Dekodowanie skrótu: 1 – marka; 2 – typ urządzenia; 3 – typ selektywny; 4 – zgodność z normami europejskimi; 5 – znamionowy prąd roboczy i nastawa; 6 – maksymalne napięcie robocze przemienne; 7 – prąd znamionowy, który urządzenie może wytrzymać; 8 – zdolność załączania i wyłączania różnicowego; 9 – schemat elektryczny; 10 – ręczne sprawdzenie działania; 11 – oznaczenie położenia przełącznika

Do maksymalnych parametrów, na które zaprojektowane są urządzenia, należą: napięcie Un, prąd In, różnicowa wartość prądu rozwierania obwodu IΔn, zdolność załączania i wyłączania Im, zdolność łączeniowa przy zwarciu Icn.

Podstawowe wartości oznaczeń powinny być umieszczone w taki sposób, aby pozostawały widoczne po zamontowaniu urządzenia. Niektóre parametry mogą być naniesione z boku lub na panelu tylnym, widoczne tylko do montażu produktu.

Wyjścia przeznaczone wyłącznie do podłączenia przewodu neutralnego oznaczone są łacińskim symbolem «N». Na tryb wyłączenia RCD wskazuje symbol «O» (okrąg), włączenia — krótka pionowa kreska «I».

Nie na każdym produkcie naniesione są optymalne temperaturowe wskaźniki otoczenia. W modelach, w których znajduje się symbol — oznacza to, że zakres trybu pracy wynosi od -25 do +40 °C, jeśli brak jakichkolwiek oznaczeń — chodzi o standardowe wskaźniki od -5 do +40 °C.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Materiał wideo ze szczegółowym przeglądem wszystkich elementów składowych mechanizmów ochronnych, ich przeznaczenia oraz zasad współdziałania między sobą:

Opis wszystkich typów wyłączników ochronnych, a także porady, jak dokonać właściwego wyboru:

Odpowiedź na odwieczne pytanie: na czym się zdecydować – na wyłączniku różnicowoprądowym z zabezpieczeniem nadprądowym, czy na RCD + sekrety montażu:

Stosowanie RCD – to korzystne i właściwe rozwiązanie nie tylko z punktu widzenia oszczędności, ale również bezpieczeństwa pożarowego oraz ochrony człowieka.

Zaleca się maksymalnie wykorzystać jego potencjał w warunkach domowych, instalując na wszystkich grupach elektrotechniki w celu zapewnienia pełnej izolacji od wpływu elektryczności.

Czy mają Państwo pytania dotyczące zasady działania lub klasyfikacji urządzeń ochronnych (RCD)? A może chcą Państwo uzupełnić przedstawiony materiał przydatnymi informacjami? Proszę pisać swoje uwagi w bloku komentarzy, zadawać pytania – eksperci i kompetentni odwiedzający naszą stronę postarają się udzielić Państwu jak najbardziej wyczerpujących odpowiedzi.