Tehnična podpora
Motorsko zaščitno stikalo je ključna komponenta za zaščito asinhronskega motorja pred preobremenitvami in kratkimi stiki. Da bi razumeli, kako deluje zaščita, je pomembno najprej poznati osnovno delovanje asinhronskega motorja.
Predstavljamo Konfigurator izgub moči – uporabniku prijazno orodje, zasnovano za optimizacijo delovanja vaših električnih sistemov. Inženirjem, projektantom in monterjem omogoča natančen izračun izgub moči, kar zagotavlja varno in učinkovito obratovanje električnih inštalacij.
Daljinsko vklapljanje in izklapljanje trifaznega asinhronskega motorja s tipkali omogoča učinkovito in varno upravljanje motorja na daljavo. Ta metoda se pogosto uporablja v industriji za povečanje praktičnosti in zagotavljanje varnosti pri delu.
Pri načrtovanju nizkonapetostnih stikalnih naprav številni proizvajalci uporabljajo smernice iz standardov, da bi oblikovali in tržili izdelek, ki izpolnjuje vse potrebne zahteve in ne ogroža varnosti.
Pri sistemih sončne energije izbira pravih komponent ni samo vprašanje učinkovitosti, ampak gre za ključno varnostno odločitev. Med najpomembnejšimi komponentami so električne varovalke, ki ščitijo sisteme pred prekomernimi tokovi in napakami. Pogosto se pojavi razprava med varovalkami gPV, ki so zasnovane za fotonapetostne (PV) sisteme, in varovalkami gG, ki se uporabljajo v splošnih električnih aplikacijah. Čeprav so varovalke gPV dražje, njihova zasnova posebej obravnava edinstvene izzive sistemov sončne energije, zaradi česar so varnejša izbira.
Pomemben element pri zaščiti človeka (tudi imetja in živali) pred vplivi električnega toka je ozemljitev dela – to je točke električnega napajalnega sistema in ozemljitev izpostavljenih prevodnih delov.
Ker električna vozila (EV) postajajo vse bolj razširjena, se povečuje tudi povpraševanje po hitri in zanesljivi polnilni infrastrukturi. Posledično je vedno več pozornosti namenjene zagotavljanju, da polnilnice – zlasti hitre DC polnilnice – delujejo učinkovito in so voznikom dostopne tudi med daljšimi potovanji. Ena ključnih izzivov pri vzdrževanju teh polnilnih postaj je zmanjšanje izpadov zaradi električnih napak, ki lahko povzročijo prekinitev delovanja in zamudo pri popravilih. V tej študiji primera predstavljamo, kako ETI-jev inovativni modul C IR omogoča napredno rešitev za nadzor in vzdrževanje električne napeljave v DC polnilnicah za električna vozila, kar izboljšuje zanesljivost in učinkovitost vzdrževanja.
Električna vozila (EV) so vse pogostejša, z njimi pa tudi potreba po zanesljivi in dostopni polnilni infrastrukturi.
Glavni namen DC polnilnic je hitro polnjenje baterije električnega vozila med daljšimi potovanji. Zato so polnilnice običajno nameščene ob avtocestah, pogosto na obstoječih bencinskih servisih. Razdalje med posameznimi polnilnimi postajami so lahko precejšnje, zato vsaka okvara v električni napeljavi povzroči nepričakovano in nezaželeno zaustavitev postaje. Zaradi velikih razdalj je tudi vzdrževanje zahtevnejše, saj vzdrževalna ekipa potrebuje čas, da doseže okvarjeno napravo. Kakršna koli informacija o morebitni napaki je zato zelo dragocena.
Pomemben element pri zaščiti človeka (tudi imetja in živali) pred vplivi električnega toka je ozemljitev dela - točke električnega napajalnega sistema (npr. transformatorska postaja 20/0,4 kV iz katere se napaja objekt) in ozemljitev izpostavljenih prevodnih delov. Izpostavljeni prevodni del (na primer ohišje štedilnika), normalno ni pod napetostjo, ob okvari, če pa fazni vodnik zaradi okvare pride v stik z ohišjem, pa je lahko nevarno, če se tega dela dotaknemo.
V vedno spreminjajočem se okolju električnih inštalacij je ostati na čelu inovacij ključnega pomena. Predstavljamo projekt PODIFER - podvig, namenjen razvoju specializiranih diferenčnih stikal za naslednjo generacijo električnih inštalacij, ki se brezhibno ujema z 'evropskim zelenim prehodom'. Te inštalacije naj bi vključevale različne polnilnike za električna vozila in sisteme za shranjevanje energije. Kratica pomeni "POsebna DIFERenčna stikala" v slovenščini, poudarjajoč poudarek na edinstvenih diferenčnih stikalih. Projekt si prizadeva za razvoj stikal, ki zadovoljujejo zaščitne potrebe naprednih električnih inštalacij ter igrajo ključno vlogo v evropski zavezi k trajnosti.
 | Matija Strehar Vodja razvoja stikal |
VN varovalke, pogosto imenovane tudi HH varovalke, so visokonapetostne varovalke z visoko prekinilno zmogljivostjo, namenjene za izmenične napetosti > 1 kV.
Najbolj razširjena uporaba VN varovalk je zaščita transformatorjev v distribucijskih omrežjih. Z nekaj izjemami se za kratkostično zaščito primarne strani energetskih transformatorjev uporabljajo rezervne (back-up) varovalke. Ker mednarodni standard IEC 60282-1 in usklajeni nemški standard VDE 0670, del 4, ne določata časovno-tokovnih karakteristik za VN varovalke, so celo nazivni toki definirani le preko dovoljenega dviga temperature kontaktnih delov. Zato nazivnih tokov VN varovalk različnih proizvajalcev ni mogoče neposredno primerjati. Izbor takih varovalk temelji izključno na podatkih proizvajalca. Namen tega članka je bralcem prikazati pravilen princip izbire srednjenapetostnih (SN) rezervnih talilnih vložkov za zaščito energetskih transformatorjev.
| Viktor Martinčič Produktni vodja za varovalčne sisteme, predsednik tehničnega odbora IEC za varovalke TC 32 |
Visokonapetostna varovalka, tokovno omejevalna varovalka, rezervna (back-up) varovalka, energetski transformator
Varovalke se uporabljajo že od samih začetkov električne distribucije. Čeprav pravi izumitelj varovalke ni znan, so pionirji distribucije hitro vključili varovalke kot »šibke točke« v tokokroge, da bi preprečili pregrevanje ožičenja zaradi prevelikih tokov in zaščitili občutljive žarnice pred nihanji napetosti. Varovalke so se hitro razvile v naprave, ki zaznajo tok, večji od običajnega, in ga hitro prekinejo – vse v samostojni, enostavno zamenljivi enoti. Čeprav se je raznolikost in kompleksnost varovalk tako povečala, da so potrebni uporabniški priročniki, kot je ta, varovalke še vedno zagotavljajo najvišjo stopnjo zaščite po najnižjih začetnih stroških.
Najpreprostejša definicija »varovalke« je, da gre za napravo, ki prevaja tok skozi prevodni del – talilni element –, ki se ob prevelikem toku zaradi samosegrevanja stopi in sproži prekinitev toka. Vse klasične varovalke tok prekinjajo po nastanku obloka med prekinitvami v talilnem elementu, ki nastanejo zaradi taljenja. Čas taljenja varovalke zato imenujemo tudi »predoblokovni« čas. Značilnost varovalk je, da se zaradi talilnega mehanizma pri začetku prekinitve skoraj ne pojavljajo »mehanski« vplivi. Varovalke imajo zato zelo izrazito inverzno časovno-tokovno odvisnost (višji tokovi dajejo krajše predoblokovne čase), kar omogoča izjemno kratke predoblokovne čase pri visokih tokovih, praktično brez omejitve. Prav ta navidezno preprost pojav je v največji meri zaslužen za univerzalni uspeh varovalk skozi zelo dolgo obdobje.
Na splošno so visokonapetostne varovalke (definirane kot varovalke, nazivno > 1.000 V AC) fizično večje in praviloma bolj kompleksne od nizkonapetostnih, saj morajo delovati pri precej višjih napetostih. VN varovalke lahko opravljajo eno ali obe od dveh osnovnih funkcij.
Prva funkcija je odziv na zmerno previsoke tokove, običajno imenovane »preobremenitev«. V tem primeru je nazivni tok varovalke (tok, ki ga je zasnovana prenašati neomejeno dolgo brez degradacije) presežen za razmeroma majhno količino (tipično manj kot 10-krat). Takšni tokovi so lahko posledica prevelike obremenitve tokokroga ali napake, ki obide le del bremena. Opozarjamo, da niso vse vrste varovalk zasnovane za uspešno delovanje pri zelo majhnih preobremenitvah; nekatere so namenjene delovanju le pri visokih tokovih.
Druga funkcija, ki jo praktično vse varovalke opravljajo, je odziv na bistveno višje tokove – »kratkostične« tokove. V tem primeru je skoraj celotno breme obvodeno zaradi velike napake, razpoložljivi tok (če ni omejen z zaščitno napravo – »prospektivni tok«) pa je lahko zelo visok. Vendar se različne vrste varovalk močno razlikujejo po največjem toku, ki ga lahko prekinejo, kar je pomemben dejavnik pri izbiri tipa varovalke za dano uporabo. Način odziva na visoke in nizke prekomerne tokove ter način dejanske prekinitve toka vodi do različnih razredov VN varovalk.
Prva osnovna delitev je na »tokovno omejevalne« in »netokovno omejevalne« vrste. »Tokovno omejevalna« (CL) opisuje razred varovalk, pri katerih se talilni element stali pred prvim vrhom kratkostičnega toka (v manj kot nekaj ms). Ob taljenju taka varovalka zelo hitro vnese upor v tokokrog, tako da tok preneha naraščati in se hitro prisili na nič (še pred naravno ničto tokovno vrednostjo). Ker maksimalni prospektivni vršni tok ni dosežen, varovalka omeji tok po velikosti in trajanju – od tod izraz »tokovno omejevalna«. Upoštevati je treba, da taka varovalka med delovanjem v sistem vnese kratek »konico« prenapetosti (stikalna napetost varovalke) pri omejevanju toka.
»Netokovno omejevalna« varovalka, običajno imenovana izpihalna (expulsion), ob enakih pogojih vnese v tokokrog le majhen upor, zato tok naraste skoraj do istega vrha, kot če se varovalka ne bi stopila. Izpihalno delovanje (nastanek plinov zaradi obloka in njihov izpih skupaj z ioniziranim materialom) ustvari fizično reženj, tako da se ob naravni ničti tokovni vrednosti oblok ne vzpostavi znova in tok se prekine. Tak tip varovalke torej omeji trajanje napake, ne pa tudi njene velikosti.
Pri visokih tokovih rezervne VN varovalke delujejo podobno kot nizkonapetostne varovalke z visoko prekinilno zmogljivostjo, običajno imenovane NH varovalke (nem.: Niederspannungs-Hochleistungs), glej sliko 1.
Vendar pa zaradi visoke povratne napetosti zahtevajo bistveno več zaporednih zožitev talilnega elementa, s čimer se ustrezno poveča število delnih oblokov. Fulgurit se ovija okoli izolacijskega jedra po poti talilnega elementa. Daljši kot oblok gori, debelejši postane fulgurit. Zato mora biti razmik med posameznimi ovoji talilnega elementa dovolj velik, da lahko stikalni oblok sledi zaviti poti in ne preide v ravno, vzdolžno smer. Prav tako mora biti razdalja med talilnim elementom in cevjo varovalke dovolj velika, da fulgurit ne pride v stik z notranjo steno (cevi) in da ne pride do porušitve cevi zaradi velikih temperaturnih razlik. Zadostno visoke stikalne napetosti za učinkovito omejevanje toka nastanejo zaradi medsebojnega delovanja visokega tlaka in intenzivnega hlajenja s talilnim kremenčevim peskom. Visoki kratkostični tokovi v varovalčni cevi ustvarijo visok tlak (do 100 bar) in pospešujejo prekinitev. Prekinilna zmogljivost je omejena le z mehansko odpornostjo ohišja varovalke na tlak.
Največji prekinilni tok I1, ki mora biti naveden na varovalki, mora biti večji od največjega pričakovanega kratkostičnega toka v obratovanju. Za zagotovitev pravilnega delovanja je potreben tudi minimalni prekinilni tok, da notranji tlak v varovalki doseže zadostno vrednost. Rezervne VN varovalke ne morejo prekiniti nižjih tokov. Če se zožitve talilnega elementa stopijo pri toku, manjšem od minimalnega prekinilnega, bi oblok gorel tako dolgo, da bi se pesek stalil in bi prišlo do uničenja porcelanske cevi. Glede na način vgradnje lahko to povzroči resne posledice.
Minimalni prekinilni tok I3, ki mora biti označen na napravi, je ena od značilnih nazivnih vrednosti varovalke. Za tokove pod I3, znane kot »prepovedano območje«, so časovno-tokovne karakteristike označene s črtkano linijo, kar pomeni, da varovalka kljub taljenju elementa ne bo sposobna prekiniti toka. Če se na mestu vgradnje VN rezervne varovalke pričakujejo tokovi v črtkanem območju karakteristike, je treba zagotoviti dodatne zaščitne naprave, npr. kombinacije stikalo-varovalka, ki so zasnovane za prekinitev takih tokov.
Namen varovalk
Treba je imeti v mislih, da je primarni namen varovalke transformatorja odstraniti okvarjen transformator iz sistema in zmanjšati tveganje »dogodkovne« odpovedi. Zaščita sistema in omejevanje območja, ki ga okvara prizadene, sta zato zelo pomembna. »Dogodkovna« odpoved transformatorja pomeni zunanjo poškodbo, ki lahko ogrozi ljudi ali premoženje. Poleg teh primarnih koristi lahko varovalke v določenih primerih zagotavljajo tudi zaščito pred preobremenitvijo ali sekundarnimi kratkimi stiki transformatorja. Čeprav to običajno zagotavlja sekundarna zaščita, se včasih zahteva tudi od primarnih varovalk (včasih kot »rezerva« sekundarni zaščiti). Pri izbiri varovalk za transformator je treba upoštevati naslednje želene lastnosti – nekatere se lahko medsebojno izključujejo, zato je treba upoštevati prioritete uporabnika:
a) zaščititi distribucijski sistem pred učinki napak na transformatorju ali v njem in uskladiti delovanje z naslednjo nadrejeno zaščito do največjega razpoložljivega kratkostičnega toka na mestu varovalke
b) zagotoviti čim boljšo zaščito transformatorja pred škodljivimi prehodnimi tokovi (tok skozi transformator ob sekundarni napaki zunaj transformatorja). Stopnja zaščite se določi s primerjavo časovno-tokovne krivulje izbrane varovalke in ustrezne kratkočasovne obremenilne krivulje transformatorja. Obe krivulji je treba prilagoditi razlikam med primarnimi/sekundarnimi faznimi in navitnimi tokovi glede na vezavo in možne tipe napak na sekundarni strani
c) zaznati in izolirati notranje napake transformatorja ter zmanjšati možnost porušitve kotla
d) omogočiti obremenitev transformatorja do maksimalnih praks uporabnika
e) prenesti kombinacijo magnetizacijskega zagonskega toka in priklopa bremena po kratki prekinitvi (do 1 min) ter po daljšem izpadu (30 min in več)
f) zagotoviti usklajenost z zaščitami na sekundarni strani transformatorja
g) prenesti sunke praznjenja skozi transformator z ozemljeno primarno navitjem, ki zaradi strele z dolgovalovnim potekom povzroči magnetno nasičenje (predvsem pri manjših transformatorjih do 25 kVA)
h) prenesti sunčne tokove, ki se lahko praznijo skozi prenapetostno zaščito, nameščeno na strani bremena pred zaščitenim transformatorjem.
Upoštevanje zagonskih tokov (inrush)
Varovalke se lahko poškodujejo, če zagonski tokovi povzročijo delno taljenje talilnih elementov. Magnetizacijski zagonski tokovi ob vklopu transformatorja so lahko visoki, zato jih je treba preveriti v okviru standardnega postopka izbire in koordinacije.
Ob vklopu transformatorja se lahko glede na preostali magnetni tok v jedru in fazo napetosti ob zapiranju stikala pojavijo razmeroma visoki zagonski tokovi. Preizkusi tipičnih transformatorjev in dolgoletne izkušnje z uporabo tokovno omejevalnih in izpihalnih varovalk so prinesli splošno sprejeta vodila za izbiro. Ta upoštevajo tipično vrednost prvega polvala in efektivno (r.m.s.) vrednost v času trajanja običajnega zagonskega toka. Vodila so podana z dvema točkama na časovno-tokovni ravnini, izraženima kot večkratnik nazivne tokovne vrednosti transformatorja. Če ni drugače določeno v navodilih proizvajalca transformatorja, se običajno uporabljata 25-kratnik nazivne vrednosti za 0,01 s (severnoameriška praksa) in/ali 12-kratnik za 0,1 s (splošna praksa). Vrednosti se lahko razlikujejo glede na velikost in zasnovo transformatorja. Te točke primerjamo z minimalno predoblokovno krivuljo varovalke. Če je pri teh točkah karakteristika varovalke nad in desno, varovalka ustrezno prenaša magnetizacijski zagonski tok transformatorja.
Splošna pravila
Tokovno omejevalne varovalke se pogosto uporabljajo za zaščito transformatorjev. Uveljavljena sta dva pristopa, ohlapno poimenovana »evropska« in »severnoameriška« praksa (v mnogih državah uporabljajo enega ali oba). Standardi IEC prepoznavajo razliko v preferenčnih napetostih in izolacijskih nivojih, zato uporabljamo ista izraza tudi pri zaščiti transformatorjev, čeprav nista geografsko zamejena. K izbiri enega ali drugega pristopa prispeva več razlogov; pomembna je gostota odjema. Kjer je veliko odjemalcev na majhnem območju, so večji transformatorji v kombinaciji z RMU (stikalo-varovalka s sprožilcem na udarni igli varovalke ali odklopnik) pogosto ekonomsko ugodnejši – to je »evropska« praksa. Kjer so odjemalci razpršeni, se pogosto posameznim hišam namenja lasten transformator. Kombinacija stikalo-varovalka je tam nepraktična, zato se uporabi bodisi varovalka s »polnim razponom« (Full-Range) bodisi kombinacija rezervne (Back-Up) in izpihalne varovalke, ki skupaj daje polni razpon – to je »severnoameriška« praksa in zahteva posebno koordinacijo.
Časovno-tokovne karakteristike talilnih vložkov
Časovno-tokovne karakteristike VN talilnih vložkov za zaščito transformatorjev naj imajo naslednje lastnosti:
a) razmeroma visok delovni tok v območju 0,1 s, da se prenese zagonski tok transformatorja in doseže dobra koordinacija z zaščitami na sekundarni strani (kjer so vgrajene)
b) razmeroma nizek delovni tok v območju 10 s, da se:
• zagotovi hitro čiščenje napak na navitjih, sekundarnih napak in po potrebi zemeljskih napak na primarni strani
• doseže dobra koordinacija z nadrejenimi zaščitami na strani vira.
Zato naj bodo predoblokovne časovno-tokovne karakteristike talilnih vložkov za to uporabo znotraj naslednjih mej:
If10 / Ir ≤ 6
za izpolnitev pogoja b)
If0,1 / Ir ≥ 7*(Ir / 100)0,25
za izpolnitev pogoja a)
kjer so vsi tokovi izraženi v amperih,
Ir je nazivni tok talilnega vložka;
If10 in If0,1 sta predoblokovna toka, ki ustrezata 10 s in 0,1 s, izražena kot srednji vrednosti s tolerancami po točki 4.11 standarda IEC 60282-1:2009.
Člen (Ir/100)0,25 upošteva dejstvo, da se predoblokovne časovno-tokovne karakteristike v nizu talilnih vložkov v kratkočasovnem območju razhajajo.
Koordinacija
Naslednja slika ponazarja tipično aplikacijo s talilnim vložkom na VN strani (ali več njih), transformatorjem in možnimi zaščitnimi napravami na strani vira in bremena.
Slika 2 – Karakteristike, povezane z zaščito VN/SN transformatorskega tokokroga
Transformator se najprej izbere glede na zahteve obratovanja. To določi nazivni tok transformatorja, dopustno preobremenitev (kjer je relevantno) in posredno tudi zagonski tok. Talilni vložki na VN strani se nato izberejo za optimalno zaščito tokokroga ob upoštevanju točk a)–d) spodaj.
Glede na sliko 2 velja:
a) minimalna predoblokovna časovno-tokovna karakteristika talilnega vložka na VN strani naj bo desno od točke A, ki definira značilnost zagonskega toka transformatorja. V praksi se lahko vzame približno 12-kratnik nazivne tokovne vrednosti transformatorja za trajanje 0,1 s
b) nazivni tok talilnega vložka na VN strani naj presega nazivni tok transformatorja:
• za znesek, ki omogoča dopustno preobremenitev transformatorja v obratovanju (glej IEC 60076-7 in IEC 60076-12)
• dodatno, če so vložki vgrajeni v ohišje, tako da ne pride do prekoračitve dovoljenih temperatur in da previsoka temperatura talilnega elementa ne povzroči preuranjenega delovanja
• dodatno, če bo temperatura okolice verjetno presegla vrednosti po točki 2 standarda IEC 60282-1:2009
c) v območju 10 s naj bo predoblokovni tok talilnega vložka na VN strani čim nižji, da se zagotovi največja zaščita transformatorja
d) za popolno koordinacijo med varovalkami na primarni in sekundarni strani oziroma drugimi zaščitami na bremenjski strani naj presečišče B med minimalno predoblokovno krivuljo na primarni strani in maksimalno delovno krivuljo naprave na sekundarni strani (pretvorjeno na primarno stran glede na razmerje) nastopi pri toku, večjem od maksimalnega kratkostičnega toka na bremenjski strani sekundarne zaščite.
Če želene stopnje koordinacije ni mogoče doseči, je treba ponovno preučiti izbor ali nastavitve nadrejene zaščite na strani vira. Podobno bo morda treba znižati najvišjo nazivno vrednost varovalk na sekundarni strani.
[1] IEC/TR 62655 Ed.1, 2013-05, Tehnično poročilo »Učni in aplikativni vodnik za visokonapetostne varovalke«
[2] Dr.Ing. Herbert Bessei, FuseXpert, »Fuse Manual, Power fuses, Manual for users of low-voltage and high-voltage fuses«, NH/HH Recycling, 4. izdaja 2011
[3] ETI Izlake – tehnične informacije o SN talilnih vložkih
RCD stikalo je mednarodni izraz in pomeni Residual Current Device oziroma zaščitna naprava na diferenčni tok. V slovenski elektro stroki, je še vedno uveljavljen izraz FI oziroma FID stikalo. Obstajata dve izvedbi zaščitnih tokovnih stikal: RCCB, zaščitno stikalo na diferenčni tok (Residual Current Circuit Breaker) in pa RCBO, zaščitno stikalo na diferenčni tok z nadtokovno zaščito (Residul Current Circuit Breaker with Overcurrent protection). V nadaljevanju tega bloga bomo govorili o RCD stikalu RCCB, torej brez nadtokovne zaščite.
Ker stikala nudijo visoko stopnjo zaščite pred električnim udarom, so ta stikala nepogrešljiva v stanovanjskih in poslovnih prostorih, zelo pogosto pa so obvezna, na primer v kopalnicah, požarno ogroženih objektih… V nadaljevanju bomo razložili razliko med tipom AC in tipom A, prav tako se bomo dotaknili tudi tipa B, ki bo v prihodnosti vedno več v uporabi.
Vsi uporabniki električnih naprav vemo, da je neprevidno in nepravilno ravnanje z električnimi inštalacijami in napravami lahko smrtno nevarno, lahko je tudi vzrok poškodbe in pa tudi požara. Uporaba RCD stikala bistveno zmanjšuje število smrtnih nesreč zaradi električnega udara, zmanjšuje pa tudi število požarov, kjer je lahko vzrok slabša izolacija kablov. Tako RCD stikalo, poleg možnosti stikalne manipulacije (vklop oz. izklop) uporabljamo za zaščito pri okvari, kot dodatno zaščito in pa tudi zaščito pred požarom.
Delovanje RCD stikala bomo v nadaljevanju poskusili razložiti na primeru RCD stikala tipa AC, potem pa bomo povzeli še tip A in tip B.
Na sliki 1 vidimo dvopolno RCD stikalo tipa AC. Kako vemo da je tip AC?
Slika 1: Dvopolno RCD (EFI 2P) stikalo (63 A / IDn=100 mA)
Da je tip AC vidimo po oznaki, ki je zgoraj desno v pravokotniku, kar tudi prikazuje slika 2.
Slika 2: prikaz na RCD stikalu, da gre za tip AC
Naslednja dva pomembna podatka na RCD stikalu sta nazivni tok (na sliki 1 je to 63 A), vrednosti pa standardizirano srečamo za tokove od 10 do 125 A. To je tok, ki ga zdržijo glavni kontakti. Naslednji pomemben podatek pa je nazivni diferenčni tok (IDn), danes bolj pravilno: naznačeni diferenčni tok. V praksi se največ uporabljajo RCD stikala z naslednjimi diferenčnimi tokovi: 10mA, 30 mA,100 mA, 300 mA in 500 mA (0,5 A).
Če pogledamo sliko 3 in si predstavljamo, da imamo RCD stikalo iz slike 1 tipa AC, poskušajmo razložiti delovanje stikala. Zamislimo si, da je upornost R na začetku zelo visoka in jo začnemo zmanjševati. Tok, ki ga meri A-meter narašča iz vrednosti 10mA, 20mA… , ko pa pride nekje med 50mA in 100 mA, pa stikalo izklopi. Vidimo, da tok teče po faznem vodniku (L) mimo RCD stikala in potem po nevtralnem vodniku (N) skozi RCD stikalo. Če bi tok tekel po faznem vodniku skozi RCD stikalo in po nevtralnem nazaj, izklopa ne bi bilo.
Slika 3: razlaga delovanja RCD stikala
Slika 4: štiripolno RCD stikalo v TT napajalnem sistemu (princip delovanja-potek okvarnega toka)
Ker RCD stikalo služi kot zaščita pred električnim udarom s samodejnim odklopom napajanja v električnih inštalacijah, poskušajmo to še bolje razložiti. RCD stikalo se vedno aktivira pri toku, ki se pojavi pri določeni napaki Tako v napajalnem sistemu TT (slika 4), pri okvari na posamezni napravi oziroma porabniku (na primer vodnik pod napetostjo pride v stik z ohišjem štedilnika, kar bi lahko bilo zelo nevarno za uporabnika). Okvarni tok steče preko ohišja štedilnika po zaščitnem vodniku (PE vodnik), nadalje preko zaščitne ozemljitve (Ra), ki je pri objektu, potem po zemlji do obratovalne ozemljitve (Ro) transformatorske postaje, potem pa po nizkonapetostnem navitju transformatorja in po faznem vodniku (preko nizkonapetostnega omrežja in sami nizkonapetosti inštalaciji) do porabnika. To predstavlja električni krog našega okvarnega toka. Vsa kovinska ohišja električnih naprav so namreč ozemljena z zaščitnim vodnikom, kjer je izolacija rumeno zelene barve. V RCD stikalu pride tako do nesimetrije električnega toka, saj vsota pritekajočih tokov ni enaka odtekajočim in RCD stikalo izklopi v času pod 30 ms, kar je zelo pomembno za varnost ljudi. Razlika tokov je znana pod imenom diferenčni tok. Če diferenčni tok preseže vrednost potrebno za sprožitev izklopilnega mehanizma RCD ja, bo RCD izklopil tokokrog. Na sliki 4 je prikazano štiripolno RCD stikalo (40 A/0,3), oziroma z diferenčnim tokom (IDn) 0,3 A. V tem primeru bo RCD stikalo izklopilo med 0,15A in 0,3 A. Ker je okvarni tok bistveno večji je izklop takojšen.
Sedaj pa smo spet pri tipu AC. AC tip je namreč občutljiv na izmenični diferenčni tok, torej tam kjer pričakujemo tokove okvare, ki bodo sinusne oblike (slika 2). AC tip RCD stikala dejansko proži med 50 in 100 % nazivnega diferenčnega toka, saj imajo proizvajalci določene dopustne meje.
Za inštalacije v običajnih objektih zelo pogosto uporabljamo AC stikala z diferenčnim tokom 0,3 A (slika 4). Če piše na RCD stikalu 40 /0,3A, pomeni 40 A električni tok, ki ga zdržijo glavni kontakti, 0,3 A pa je nazivni diferenčni tok. Varovalka pred RCD stikalom mora biti manjša kot 40 A, zaradi zaščite kontaktov samega RCD stikala.
Torej, RCD stikalo ne proži, kadar je vsota pritekajočih tokov po faznih vodnikih enaka odtekajočemu toku po nevtralnem vodniku. Proži torej, ko okvarni tok steče po zaščitnem vodniku mimo RCD stikala, in nastala tokovna nesimetrija ustvari pogoj za izklop stikala.
Na razloženem primeru je jasno, da RCD stikalo ne prekinja v primeru preobremenitve in pa kratkih stikov med faznimi vodniki oziroma faznim in nevtralnim vodnikom, kar marsikdo zmotno misli. Slika 5 prikazuje enopolni kratek stik, kjer izklaplja inštalacijski odklopnik ali varovalka, ne pa RCD stikalo, saj ni nesimetrije tokov v RCD stikalu. Izklaplja pri okvarnem toku, ki pa ga lahko imenujemo tudi zemeljski kratek stik.
Slika 5: primer enopolnega kratkega stika, kjer izklaplja inštalacijski odklopnik
Slika 6 prikazuje tip A RCD stikala, ki se ga spoznamo po oznaki v pravokotniku zgoraj desno , kar prikazuje tudi simbol na sliki 7.
Slika 6: Tip A RCD stikala (16A/300mA)
Slika 7: simbol tipa A, RCD stikala
A tip, je poleg izmeničnega toka občutljiv tudi za polvalni ali polnovalni usmerjeni izmenični tok (pulzirajoči enosmerni tok). Primer so prostori s povečano nevarnostjo, kot je npr. kopalnica, kjer je obvezno RCD stikalo z 0,03 A (30 mA) nazivnim diferenčnim tokom, saj se tam uporabljajo porabniki kot so feni, ki imajo pri določeni funkciji izvedeno polvalno usmerjanje z diodo. A tip RCD stikala pa proži med 35 in 140 % nazivnega diferenčnega toka. Torej pri RCD stikalu z diferenčnim tokom 30 mA proži med 10,5 mA in 42 mA. Proizvajalci imajo določene dopustne meje.
Slika 8 pa prikazuje RCD stikalo tipa B, ki pa je še bolj redek v električnih inštalacijah. Zaradi izjemnega porasta različnih elektronskih naprav z usmerniki pa se lahko pričakuje porast uporabe tega tipa RCD stikala.
Slika 8: štiripolno RCD stikalo tipa B (16A/30mA)
RCD stikalo tipa B pa prepoznamo po simbolih v tistih treh pravokotnikih zgoraj na sliki 8. B tip poleg izmeničnega in pulzirajočega enosmernega toka deluje tudi pri gladkem enosmernem diferenčnem toku, ter tudi pri visokofrekvenčnih tokovih. Uporablja se v objektih, kjer imamo npr. trifazne usmernike, frekvenčne pretvornike in ostale elektronske naprave. B tip RCD stikala pa proži med 50 in 200 % nazivnega diferenčnega toka.
Več podrobnosti o FID-stikalah lahko najdete v našem priročniku.
Tukaj pa je še povzetek različnih tipov FID-stikal in njihovih področij uporabe.
