Jak zvolit správný typ proudového chrániče?

Funkcí proudového chrániče je monitorování protékajících proudů směrem do obvodu a zpět. Jestliže se velikost proudů v obou směrech liší a část proudu uniká, proudový chránič tuto chybu detekuje a rychle obvod odpojí. K detekci unikajícího (reziduálního) proudu je využíván součtový proudový transformátor. Fungování proudového chrániče však ovlivňují rušivé jevy, které se v obvodech vyskytují, proto je nutné zvolit vhodný typ proudového chrániče.

Využití proudových chráničů

Proudové chrániče lze využít k následujícím třem principům ochrany:
– ochrana proti úrazu elektrickým proudem při poruše,
– doplňková ochrana proti dotyku vodivých částí pod napětím I_Δn ≤ 30 mA,
– ochrana před požárem I_Δn ≤ 300 mA.

Obr. 1. Proudový chránič LFE-40-4-030AC

Princip vyhodnocování reziduálního proudu uvedený v úvodu s sebou nese i negativa. Průběhy proudů tekoucích koncovými obvody jsou málokdy čistě sinusové. Vlivem stále vzrůstajícího počtu elektronických spotřebičů jsou tyto proudy různými způsoby zkresleny, což má vliv i na poruchové proudy daného obvodu. Reziduální proudy mohou být částečně usměrněny, mohou obsahovat vysokofrekvenční složky, dokonce mohou být i stejnosměrné. V konečném důsledku nemusí být tyto poruchy proudovým chráničem detekovány. V některých případech mohou dokonce vyřadit proudový chránič z provozu (nemusí dojít k vypnutí opravdové poruchy).

Aby se předešlo selhání proudových chráničů, je třeba pečlivě vybírat typ proudového chrániče podle konkrétního elektrického obvodu, který chceme chránit. Všechny proudové chrániče jsou určeny do střídavých obvodů. Liší se citlivostí na jednotlivé druhy reziduálních proudů.

Proudové chrániče typu AC

Proudové chrániče typu AC jsou určeny pro obvody, kde se vyskytují pouze střídavé reziduální proudy. Pulzující stejnosměrný reziduální proud nejsou tyto chrániče schopny korektně vyhodnotit a obvod při poruše vypnout. Stejnosměrné reziduální proudy (již od poměrně malých hodnot) snižují citlivost proudových chráničů typu AC, a od určité hodnoty je dokonce mohou „zaslepit“.

Obr. 2. Příklady zátěží pro typ AC

Proudové chrániče typu AC lze bezpečně použít pro zátěže, kde nehrozí generování nesinusových reziduálních proudů (elektrická topení, rychlovarné konvice, bojlery, motory, mikrovlnné trouby, osvětlení apod.).

Obr. 3. Tvar hysterezní křivky a její vliv na detekci reziduálního proudu

Proudové chrániče typu A

Proudové chrániče typu A jsou určeny pro obvody, kde se vyskytují kromě čistě střídavých reziduálních proudů i pulzující stejnosměrné reziduální proudy. Jsou schopny je detekovat díky  dlišnému materiálu součtového transformátoru. Hysterezní křivka dovoluje mírné posunutí střední hodnoty reziduálního proudu vzhledem k nulové střední hodnotě.

Proudové chrániče typu A se volí pro zátěže, jako jsou počítače, myčky, sušičky, pračky, spínaný zdroj LED osvětlení apod.), kde nelze vyloučit nenulovou střední hodnotu reziduálního proudu.

Z uvedeného je zřejmé, že použití chrániče typu AC pro obvod s nevhodnou zátěží může být nebezpečné. Proto je použití proudových chráničů typu AC v některých zemích dokonce zakázáno (např. Německo).

Obr. 4. Příklady zátěží pro typ A

Odborníci společnosti OEZ ověřovali vliv stejnosměrné složky reziduálního proudu na funkčnost proudového chrániče. Graf na obr. 5 znázorňuje hodnotu AC proudu (osa Y), při které vypnul proudový chránič, jímž protékal zároveň i DC proud (osa X). Je vidět rozdíl mezi proudovým chráničem typu AC a typu A.

Obr. 5. Reakce na reziduální proud

Proudový chránič typu AC přestává splňovat podmínky doplňkové ochrany (30 mA) již při DC proudu okolo 20 mA. Proudový chránič typu A je schopen podmínky doplňkové ochrany zajistit až do hodnoty DC proudu asi 60 mA (platí pouze pro proudové chrániče OEZ).

Při pohledu na reziduální proud z druhé strany, ze strany koncových zařízení, nalezneme informace v ČSN EN 61140 ed. 3, která stanovuje meze maximálního stejnosměrného proudu ochranným vodičem pro spotřebiče na střídavý proud podle dále uvedené tabulky:

Zařízení se jmenovitým proudem 10 A může teoreticky v souladu s uvedenou normou generovat stejnosměrný proud ochranným vodičem až 25 mA. Při takové hodnotě DC proudu již proudový chránič AC nesplňuje podmínky doplňkové ochrany. Potíž je v tom, že takový problém neodhalí ani revize, protože proudové chrániče se revidují nezatížené.

Je nutné si uvědomit, že doposud šlo o jeden proudový chránič na jedno koncové zařízení. Situace se ještě zhorší v případě, že se používá jeden proudový chránič k ochraně více vývodů, a tedy i více koncových zařízení. Reziduální DC proudy tekoucí vodičem PEN se sčítají a při zapnutí více spotřebičů naráz pravděpodobně překročí i mez únosnou pro proudové chrániče typu A. Stejnosměrné proudy překračující určitou hodnotu mohou vyřadit z provozu i proudové chrániče typu A. Tato kritická hodnota se liší v závislosti na použitém materiálu – tedy nepřímo závisí na výrobci proudového chrániče.

Je-li stejnosměrná složka DC proudu příliš vysoká, není magnetický obvod schopen vygenerovat dostatečně velkou amplitudu signálu pro vybavení proudového chrániče. Proudový chránič chybně nevyhodnotí reziduální proud jako poruchový, přestože jeho hodnota překročí bezpečnou mez. V takových případech není jiná možnost než obvody rozdělit a použít více proudových chráničů.

Obr. 6. Reakce na reziduální proud

Proudové chrániče typu F

Jestliže se v instalaci vyskytují spotřebiče, které mohou generovat reziduální proudy na vysokých frekvencích, je třeba použít proudové chrániče typu F. Tyto proudové chrániče mají na vyšších frekvencích upravenou charakteristiku a reagují až při vyšších hodnotách reziduálních proudů. Proud na vyšších frekvencích není pro lidský organismus tak nebezpečný jako při frekvenci 50 Hz. Tato korekce zamezí nechtěným vypnutím proudového chrániče.

Proudové chrániče typu F najdou uplatnění v obvodech se spotřebiči s regulací otáček, jako jsou moderní pračky s tepelným čerpadlem, sušičky, tepelná čerpadla apod. Reziduální proudy o vysokých frekvencích nejsou v běžných domácnostech tak velké, aby docházelo k nechtěným vybavením. Problémy začínají po připojení spotřebiče o vyšším výkonu, tedy pro průmyslové použití.

Proudové chrániče typu B

Proudové chrániče typu B je nutné použít u spotřebičů, které mohou generovat DC reziduální proud. Reagují totiž jak na střídavé, stejnosměrné pulzující, tak i na stejnosměrné reziduální proudy. V domovních instalacích může jít o nabíjecí stanice pro elektromobily apod.

Proudové chrániče typu B+

Reagují na stejné reziduální proudy jako proudové chrániče typu B. Jejich frekvenční charakteristika je ale upravena tak, že na vysokých frekvencích vypínají při nižších násobcích reziduálního proudu než proudové chrániče typu B. Jsou tak schopné bezpečně vypnout reziduální proudy v řádech desítek kilohertzů. Většinou je lze nalézt v průmyslu.

Závěr

Je velmi důležité se při návrhu a realizaci elektroinstalace věnovat správnému výběru proudových chráničů. Je-li proudový chránič „zaslepen“ stejnosměrnou složkou reziduálního proudu, neprojeví se to za provozu. Proudový chránič je stále zapnutý, vše se tedy zdánlivě zdá být v pořádku. Problém nastane až při poruše, ale to už je většinou pozdě na to zjišťovat, proč ochrana nefungovala.

Doporučení

1. Jestliže je daný obvod určen pro zátěže, kde je vyloučen stejnosměrný pulzující nebo čistě stejnosměrný reziduální proud, lze použít proudové chrániče typu AC.
2. Kde je riziko výskytu reziduálního proudu, který nemá nulovou střední hodnotu, je třeba použít proudové chrániče typu A.
3. Jestliže dochází k nechtěným vypnutím obvodu a je použit spotřebič generující vysoké frekvence, může být problém vyřešen použitím proudového chrániče typu F.
4. Při riziku výskytu stejnosměrných reziduálních proudů je třeba použít proudové chrániče typu B, popř. B+.

Dále pozor na mylné úvahy, že proudový chránič typu B je určen pro stejnosměrné obvody. Není tomu tak. Všechny typy proudových chráničů jsou výhradně určeny pro AC obvody. Jednotlivé typy rozlišují pouze to, na jak reziduální proud proudové chrániče reagují.

Pro zvýšení bezpečnosti elektroinstalací obecně společnost OEZ uvedla v letošním roce na trh proudové chrániče typu A i v 6 kA řadě, např. LFE-40-4-030 A. Navíc byla rozšířena nabídka o proudové chrániče typu F, B a B+.

---

Vyšlo v časopise Elektro č. 4/2019 na straně 31. 
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde.