Over elektrische beveiligingsapparatuur voor "dummies": reststroomapparaat (RCD)

Stel je het volgende voor - er is een wasmachine in je badkamer geïnstalleerd. Ongeacht het bekende merk, apparaten van elke fabrikant zijn onderhevig aan storingen en, zeg, het meest banale gebeurt er - de isolatie op het netsnoer is beschadigd en het netwerkpotentieel verschijnt op de machine. En dit is niet eens een storing, de auto blijft werken, maar het wordt al een bron van verhoogd gevaar. Immers, als we tegelijkertijd de carrosserie en de waterleiding aanraken, zullen we het elektrische circuit door onszelf sluiten. En in de meeste gevallen zal het fataal zijn.

Om deze vreselijke gevolgen te voorkomen, werden ze uitgevonden RCD - aardlekschakelaars.

RCD - Dit is een hogesnelheidsbeveiligingsschakelaar die reageert op de differentiaalstroom in de geleiders die elektriciteit leveren aan de beveiligde elektrische installatie - dit is de "officiële" definitie. In een meer begrijpelijke taal zal het apparaat de verbruiker van de netvoeding loskoppelen als er een stroomlekkage optreedt naar de PE (aarding) geleider.

Laten we eens kijken naar het werkingsprincipe van de RCD. Voor meer duidelijkheid toont de figuur zijn "interne" schakelschema:

Het hoofdknooppunt van de RCD is differentiële stroomtransformator. Anders wordt het een nul-volgorde stroomtransformator genoemd. Om het ons gemakkelijker te maken en niet in termen van verwarring te raken, laten we dit apparaat gewoon een huidige transformator noemen.

Zoals uit de figuur blijkt, heeft het in dit geval drie wikkelingen. De primaire en secundaire wikkelingen zijn opgenomen in respectievelijk de fase- en neutrale draden en de derde wikkeling is verbonden met het startelement, dat wordt uitgevoerd op gevoelige relais of elektronische componenten.

Afhankelijk hiervanonderscheid maken tussen elektromechanische en elektronische aardlekschakelaars.  

Het opstartapparaat is verbonden met een uitvoerend besturingsapparaat, dat een stroomcontactgroep met een aandrijfmechanisme omvat. De testknop wordt gebruikt om de gezondheid van de aardlekschakelaar te controleren en te controleren. Stel je nu voor dat een belasting is aangesloten op de uitgang van ons circuit. Uiteraard zal er onmiddellijk een stroom in het circuit verschijnen, die door de wikkelingen I en II zal stromen. Om het werkingsprincipe van de aardlekschakelaar verder te beschouwen, gaan we over op een meer visueel schema:

In de normale modus, in afwezigheid van lekstroom, stroomt in het circuit langs de geleiders die door het venster van het magnetische circuit van de stroomtransformator lopen werkende stroom laden. Het zijn deze geleiders die de primaire en secundaire wikkelingen van de huidige transformator linksom verbonden vormen. Deze stromen zijn gelijk in grootte en tegengesteld in richting: I1 = I2. Ze induceren in de magnetische kern van de stroomtransformator gelijk, maar tegengestelde magnetische fluxen F1 en F2. Het blijkt dat de resulterende magnetische flux gelijk is aan nul, de stroom in de derde (uitvoerende) wikkeling van de differentiële transformator is ook gelijk aan nul en het startelement 2 bevindt zich in deze rusttoestand en de RCD werkt in de normale modus.

Wanneer een persoon open geleidende delen of het lichaam van een elektrisch apparaat aanraakt waarbij een isolatie-storing is opgetreden bij de fase (primaire) wikkeling van de stroomtransformator, naast de belastingsstroom I1, stroomt een extra stroom - lekstroom (IΔ wordt aangegeven in het diagram), wat voor een stroomtransformator is differentiaal (differentieel: I1-I2 = IΔ).

Het blijkt dat onze stromen ongelijk zijn, daarom zijn magnetische fluxen ook ongelijk, die elkaar niet langer opheffen. Hierdoor verschijnt er een stroom in de derde wikkeling.Als deze stroom de ingestelde waarde overschrijdt, wordt het startelement geactiveerd en werkt het op de actuator 3.

De actuator, bestaande uit een veeractuator, een triggermechanisme en een groep vermogenscontacten, opent het elektrische circuit, waardoor de eenheid wordt losgekoppeld van het netwerk. Voor het periodiek bewaken van de bruikbaarheid (bruikbaarheid) van de aardlekschakelaar is een testknop 4 aanwezig die in serie is geschakeld met de weerstand. De weerstandswaarde is zodanig gekozen dat de differentiaalstroom gelijk is aan de nominale stroom van de reststroom van de aardlekschakelaar (we zullen het later hebben over de parameters van de aardlekschakelaar). Als de aardlekschakelaar wordt geactiveerd door op deze knop te drukken, werkt deze correct. Doorgaans wordt deze knop aangeduid met "TEST".

Driefasige aardlekschakelaars werken ongeveer hetzelfde principe als eenfase. In driefasige aardlekschakelaars lopen vier draden door het kernvenster - drie fasen en nul. Schakelschema de eenvoudigste driefasige aardlekschakelaar wordt weergegeven in de afbeelding:

Een driefasige aardlekschakelaar omvat een stroomonderbreker 1, die wordt bestuurd door een element 2, dat een uitschakelsignaal ontvangt van de secundaire wikkeling 3 van een stroomtransformator 4, door het venster waarvan er een neutrale werkdraad N en fasedraden L1, L2 en L3 (5) passeren.

Als de belasting gelijk is in de nul- en fase (of driefasige) draden, is hun geometrische som gelijk aan nul (de stroom in de fasedraad van een enkelfasige aardlekschakelaar vloeit in één richting, en de stroom in de neutrale draad stroomt exact dezelfde waarde in de tegenovergestelde richting). Daarom is er geen stroom in de secundaire wikkeling van de stroomtransformator.

In het geval van stroomlekkage naar het geaarde geval van de stroomontvanger, en wanneer een persoon die op de grond of op de geleidende vloer staat per ongeluk de fasedraad van het elektrische netwerk raakt, wordt de gelijkheid van stromen in de primaire wikkeling van de stroomtransformator geschonden, omdat de lekstroom langs de fasedraad zal passeren, naast de belastingsstroom, en een stroom zal verschijnen in zijn secundaire wikkeling - net zoals in de bovenstaande beschrijving van de werking van een enkelfasige aardlekschakelaar. De stroom die vloeit in de secundaire wikkeling van de transformator werkt op het bedieningselement 2, dat door de schakelaar 1 de verbruiker van het stroomnet loskoppelt. Het uiterlijk van een driefasige aardlekschakelaar wordt weergegeven in de afbeelding:

Laten we eens kijken naar praktische schema's voor het opnemen van aardlekschakelaars in schakelborden.
RCD-schakelcircuit voor eenfase-ingang. Hier passen we een schakelcircuit toe met een afzonderlijke nul (N) en massa (PE) bussen. Zoals u in de afbeelding kunt zien, wordt de RCD (5) geïnstalleerd na de ingangsschakelaar en daarna worden stroomonderbrekers geïnstalleerd om afzonderlijke lussen te beschermen en te schakelen. Vooruitkijkend wil ik opmerken dat de aanwezigheid van een automatische - RCD-verbinding verplicht is, omdat de RCD geen huidige bescherming biedt, zowel thermische als kortsluiting. In plaats van deze "combinatie" - automatisch - aardlekschakelaar, kunt u één universeel apparaat gebruiken. Daarover later echter meer.

Het circuit van de aardlekschakelaar met driefasige ingang. In tegenstelling tot het vorige schema wordt bescherming geboden voor zowel eenfase- als driefasige consumenten. Bovendien wordt de combinatie van de invoer van nul en "gemalen" banden (PEN) gebruikt. Het elektriciteitsmeetapparaat - een elektrische meter - is aangesloten tussen de ingangsschakelaar en de aardlekschakelaar. Zoals u zich herinnert uit de beoordelingen over meetschema's, moeten alle schakelapparaten die vóór het meetapparaat zijn geïnstalleerd, worden verzegeld met een energieleverancier. Bijgevolg moet het ontwerp van de openingsschakelaar dit toelaten.

Daarvoor hadden we het alleen over elektromechanische aardlekschakelaars. Maar als je het je herinnert, zei ik dat er soms elektronische apparaten zijn. In principe is een elektronische aardlekschakelaar op dezelfde manier opgebouwd als een elektromechanische.

In plaats van een gevoelig magneto-elektrisch element wordt een vergelijkingsapparaat gebruikt (het meest voorkomende voorbeeld is bijvoorbeeld een comparator).Voor zo'n circuit heb je je eigen ingebouwde voeding nodig, omdat je het elektronische circuit met iets moet voeden.

De differentiaalstroom is erg klein, daarom moet deze worden versterkt en omgezet in een spanningsniveau, waaraan wordt geleverd vergelijkingsapparaat - comparator. Dit alles vermindert natuurlijk de algehele betrouwbaarheid van het apparaat, vergeleken met de elektromechanische, hier is alleen het geval - hoe eenvoudiger, hoe beter. En om eerlijk te zijn, ben ik helemaal geen gecertificeerde elektronische aardlekschakelaars tegengekomen. Daarom kan ik niet iets goeds of slechts over hen zeggen. Laten we daarom elektronische aardlekschakelaars buiten beschouwing laten en stilstaan ​​bij een van de belangrijkste punten bij het overwegen van elektromechanische beschermende uitschakelingsapparatuur - hun parameters:

RCD's hebben de volgende hoofdparameters:

netwerktype - eenfase (drie draden) of drie fasen (vijf draden)

nominale spanning -220/230 - 380/400 V

nominale laadstroom - 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100 A

nominale brekende differentiaalstroom - 10, 30, 100, 300 mA

type differentiaalstroom - AC (wisselende sinusvormige stroom die plotseling of langzaam toeneemt), A (zoals AC, extra gelijkgerichte rimpelstroom), B (wisselend en constant), S (vertraagde responstijd, selectief), G (zoals selectief, alleen de vertragingstijd is korter).

Ik wil een belangrijk punt noteren met betrekking tot de parameters van aardlekschakelaars. Velen worden misleid door de nominale laadstroom die op het apparaatlichaam is afgezet en deze wordt voor dezelfde parameter gebruikt als in de stroomonderbreker. Deze parameter in aardlekschakelaars kenmerkt echter alleen de "doorvoerstroomcapaciteit", misschien is deze uitdrukking niet helemaal correct, maar ik heb hem geïntroduceerd voor de toegankelijkheid van het concept van "nominale aardlekstroom".

De UZO-laadstroom kan niet worden beperkt en het is noodzakelijk om deze te beschermen tegen stroomoverbelasting en kortsluitstromen door stroomonderbrekers, die bescherming bieden tegen stroomoverbelasting en kortsluitstromen. De laadstroom van de aardlekschakelaar moet zo worden gekozen dat deze een stap (het nominale stroombereik) meer is dan de nominale stroom van de stroomonderbreker van de beschermde lijn. Dat wil zeggen, als er een belasting wordt beschermd door een stroomonderbreker voor een stroom van 16 Ampère, dan moet de RCD worden geselecteerd voor een laadstroom van 25 Ampère.

Dit roept de logische vraag op - waarom niet zowel de stroomonderbreker als de aardlekschakelaar in één geval combineren, vooral wanneer de aardlekschakelaar wordt gebruikt om slechts één stroomlus te beschermen? In dit geval werken ze inderdaad nog steeds "achter elkaar". Dit punt is in het vorige artikel enigszins aangestipt. Welnu, de vraag is heel logisch en dergelijke apparaten bestaan ​​natuurlijk. Ze worden differentiële stroomonderbrekers of gewoon diffavtomaten genoemd.

In de figuur zie je gewoon zo'n apparaat. Dit is een driefasige differentiaalstroomonderbreker. Net als bij de driefasige aardlekschakelaar heeft deze vier klemmen - fase en nul en een TEST-knop. Als het stilstaat bij zijn interne structuur, is hier iets nieuws moeilijk te zeggen. Dit is een stroomonderbreker en aardlekschakelaar in één fles.

De kosten van diffavomaten zijn vrij hoog. Driefasige modellen van bekende buitenlandse fabrikanten kosten bijvoorbeeld ongeveer 100 euro. Relatief duur plezier. De bundel AB + aardlekschakelaars zal echter ongeveer vergelijkbare kosten hebben, en in plaats van vier standaard modules van 17,5 mm op een DIN-rail (met een driefasige versie) zijn er acht nodig. Dus in sommige gevallen hebben diffavomaten nog steeds de voorkeur, vooral als er een probleem is met de vrije ruimte in het distributiepaneel.

Hoe de prestaties van een aardlekschakelaar of een differentiaalautomaat controleren? We hebben de knop TEST al genoemd. Een dergelijke controle is echter zeer oppervlakkig en weerspiegelt niet altijd de echte essentie van dingen. Daarom worden voor objectieve verificatie testcircuits of gespecialiseerde apparaten gebruikt.

Mikhail Tikhonchuk