Ochrana osob a zařízení před reziduálními proudy

Jak zajišťuje správná volba proudového chrániče bezpečnost obsluhy, minimalizaci prostojů a ziskovost

Úvod

Technologie se neustále rychle vyvíjejí a výrobci strojů čelí výzvě navrhování takových výrobků, které jejich zákazníkům umožňují vyrábět rychleji, efektivněji a s nižšími náklady. Vývoz zařízení je stále složitější, protože elektrotechnické normy se často v jednotlivých zemích liší.

Výrobci a jejich koncoví uživatelé se stále více obracejí na své dodavatele s žádostmi o podporu při snižování velikosti interních týmů projektantů. Jedním aspektem této problematiky je ochrana elektrických obvodů, která může mít dopad jak na bezpečnost, tak na prostoje stroje. Poruchy elektroinstalace mohou mít fatální účinky na lidi a mohou způsobit poruchy stroje a požáry, nebo ovlivnit výrobu.

Funkce proudových chráničů

Reziduální proudy v elektrických instalacích jsou způsobeny buď poruchou, nebo jsou vytvářeny elektrickými zařízeními, například frekvenčními měniči. Úlohou proudových chráničů (RCD) je automaticky odpojit napájení, pokud může porucha představovat bezpečnostní riziko.

Reziduální proudy mohou vznikat z mnoha důvodů a mohou nabývat mnoha forem. Největší výzvou je schopnost rozlišit mezi různými druhy reziduálního proudu při současné ochraně osob a zařízení a na druhé straně zamezit nežádoucímu vybavení souvisejícímu s běžnými svodovými proudy zařízení v instalaci. Řešením je rozpoznat různé formy reziduálního proudu, k nimž může docházet, a navrhnout podle toho vhodné RCD.

Druhy ochrany

Zařízení musí chránit obsluhu před nebezpečím úrazu elektrickým proudem, jak během běžného používání, tak při poruchách. Při přímém nebo nepřímém dotyku může dojít i k životu ohrožujícím nehodám.

Přímý dotyk nastane, když se osoba dotkne elektrické součásti pod napětím, která má být pod napětím za běžného provozu. Nepřímý dotyk je poruchou, kdy se vodivá součást, která není izolovaná ani pod napětím a lze se jí dotknout, dostane pod napětí vlivem poruchy.

Existuje více druhů požadované ochrany: základní, při poruše, doplňková a požární. Základní ochrana zamezuje kontaktu se součástmi pod napětím izolací, nebo krytem. Porucha zahrnuje situace, kdy selže izolace (základní ochrana) a napájení je automaticky odpojeno proudovým chráničem. Doplňková ochrana chrání před nebezpečným zásahem elektrickým proudem a před situacemi, kdy selže základní ochrana a ochrana při poruše. Požární ochrana využívá RCD pro zamezení požárům způsobeným závadami izolace.

Typy proudových chráničů

Zařízení RCD jsou dělena do skupin podle průběhu reziduálního proudu, které mohou rozpoznat a na něž mohou reagovat. Dále tím, zda jsou závislé nebo nezávislé na napětí a zda je jejich působení okamžité nebo zpožděné.

Schopnost reagovat na různé průběhy proudu je důležitá a vybrané RCD musí být vhodné pro každý druh reziduálního proudu. Dále je velmi důležité všimnout si různé úrovně působení pro každý průběh.

K dispozici jsou různé typy proudových chráničů, každý pro použití s odlišnými průběhy proudu. Střídavý (AC) typ rozpoznává pouze střídavé reziduální proudy, ovšem tyto typy jsou v mnoha zemích EU nepřípustné. Typ A rozpoznává střídavé a pulzující stejnosměrné (DC) reziduální proudy, často vytvářené na jednofázových vstupech. RCD typu F se používají zejména pro aplikace s jednofázovými frekvenčními měniči. Tyto obvody se vyznačují reziduálními proudy s vyššími harmonickými proudy. Mohou rozpoznávat také střídavé a pulzující stejnosměrné reziduální proudy.

Proudové chrániče typu B mohou rozpoznat střídavé a pulzující stejnosměrné reziduální proudy, stejně jako vyhlazené stejnosměrné reziduální proudy. RCD tohoto typu jsou určeny pro použití v třífázových systémech s frekvencí 50/60 Hz. Typ Bfq splňuje požadavky typu B a je určen pro obvody, které zahrnují výkonové frekvenční měniče pro pohony s regulovanými otáčkami. Typ B+ má frekvenční charakteristiku definovanou do 20 kHz a poskytuje vynikající ochranu před rizikem vzniku požáru způsobeným svodovými proudy v aplikacích s elektronickými pohony.

Navíc k výše uvedenému existují RCD typu G, „Li“ a S se zpožděním, a mají tedy schopnost odolávat mžikovým přepětím pro zamezení nežádoucího vypnutí.

Klasifikace zařízení RCD

RCD je obecný pojem pro všechna zařízení pro ochranu před reziduálními proudy. Standardní proudový chránič se označuje RCCB. Existují ale také další druhy RCD, které jsou popsány níže.

Chráničová relé jsou zařízení pracující v kombinaci s měřicími transformátory proudu a stykačem pro řešení vyšších proudových rozsahů až do 400 A. Ovšem chráničová relé v kombinaci s kompaktními jističi (MCCB) nabízí řešení až do 1 800 A.

Proudový chránič s nadproudovou ochranou (RCBO) je kombinací RCCB a instalačního jističe (MCB). Poskytuje ochranu proti přetížení, zkratu a úrazu elektrickým proudem a požární ochranu. A to vše jediným zařízením.

Z modulů proudových chráničů připojitelných k instalačním jističům lze vytvořit mnoho různých kombinací bez nutnosti mít na skladě velké množství výrobků. To poskytuje velkou míru variability a usnadňuje přizpůsobení kombinací RCD a MCB přístrojů.

Moduly proudových chráničů (chráničové spouště) jsou k dispozici i pro kompaktní jističe pro pokrytí aplikací do 250 A.

Digitální RCD

Digitální proudové chrániče v sobě slučují ochranné a digitální funkce, které spolupracují pro poskytnutí informace o aktuálním stavu instalace a pro zvýšení provozuschopnosti chráněné instalace nebo stroje. Digitální technologie se používá v RCCB i v RCBO. Přístroje jsou osazeny LED zajišťujícími informaci o aktuální úrovni reziduálního proudu a bezpotenciálovým kontaktem pro možnost vzdáleného varování. Tato předběžná varování umožňují personálu údržby vyřešit možné reziduální proudy před tím, než budou mít za následek přerušení provozu nebo poruchu. Redukcí požadavků na neplánovanou údržbu dochází ke snížení nákladů a další provozní úspory vznikají díky prodloužení testovacího intervalu na jeden rok.

Mezinárodní normy

Ochrana a bezporuchový provoz závisí na zajištění shody se všemi příslušnými místními a mezinárodními normami a směrnicemi.

Standardní RCD podle norem IEC/EN lze používat po celém světě, kromě USA a Kanady. Na severoamerickém trhu se namísto mezinárodních norem IEC používají normy UL, a proto pro vývoz do těchto oblastí musí být k dispozici RCD ve zvláštních verzích schválených podle UL. V několika dalších zemích jsou také požadována schválení podle norem konkrétní země.

Je důležité zajistit, aby RCD odpovídaly mezinárodním normám, jako jsou IEC/EN 61008 nebo UL1053, a aby byly označeny příslušnými značkami tak, jak to dělá společnost Eaton. Určením jednoho výrobku, který je prodáván po celém světě a jenž může být i celosvětově použit, zcela jistě ušetříte čas a související náklady.

Problémy s elektrickým rušením a jejich řešení

V elektrické instalaci mohou nastat různé stavy a výrobci strojů je musí při volbě vhodného RCD zvažovat.

V každé instalaci mohou za normálního provozu i bez poruchy izolace vznikat svodové proudy. RCD ovšem nemohou rozlišovat mezi těmito bezporuchovými svodovými proudy a proudy, které vznikají při poruchách a vybaví, pokud celkový svodový proud překročí dovolenou mez.

RCD typu U nebo Bfq mají frekvenční charakteristiky nastaveny tak, aby byly méně citlivé na reziduální proudy přio vyšších frekvencích. Tím se v průmyslových aplikacích zamezuje nežádoucím vybavením RCD kvůli reziduálním proudům způsobeným filtry frekvenčních měničů.

Dynamické svodové proudy jsou přechodové proudy v ochranném vodiči. Aby se zamezilo nežádoucímu vybavení, doporučuje se použít RCD se zpožděním - typ G nebo Li.

Nežádoucí vybavení RCD může být také způsobeno vysokými proudy z indukčních zátěží. Podle předmětné normy musí standardní RCD tolerovat až šestinásobek jejich jmenovitého proudu, aby se zajistila odolnost vůči nežádoucímu vybavení.

K nežádoucímu vybavení RCD mohou vést přepětí vytvářená při bouřkách. Pro zamezení tomuto problému nabízí společnost Eaton RCD typu G podle normy ÖVE E 8601.

Shrnutí

Proudové chrániče mohou chránit před újmou jak člověka, tak stroj, mohou eliminovat riziko požáru a snižovat prostoje rozpoznáním a reakcí na reziduální proudy. Jelikož mohou tyto proudy vznikat z mnoha důvodů a mohou nabývat mnoha forem, je důležité vybrat RCD s takovými charakteristikami, které zajišťují ochranu před skutečnými poruchami a přitom nezpůsobují nežádoucí vybavení vlivem špatného rozpoznání poruchy.

Součástí poslání společnosti Eaton je poskytovat řešení ochrany obvodů od prvotních kroků návrhu přes instalaci, údržbu až po dodávku náhradních dílů. Nadnárodní organizace společnosti Eaton a její sortiment mezinárodně schválených a pokrokových přístrojů a technologií je zajištěn místními výrobními závody, odbornými znalostmi a podporou.

Více informací naleznete na internetových stránkách www.eaton.eu/cz/cp/rcd.