Urządzenia ochrony różnicowoprądowej dla wszystkich prądów

Informacje technic
techniczne
iczn
ic
zne
zn
e
Urządzenia ochrony różnicowoprądowej dla wszystkich prądów
(RCD Typ B)
Informacje techniczne
1
Doepke
Odpowiedzialność
Wszelkie informacje zawarte w dokumencie Doepke Schaltgeräte GmbH & Co. KG
są chronione przez prawo autorskie. Kopiowanie, opracowywanie, zmienianie oraz/lub
dalsze przekazywanie tych informacji dopuszczalne jest jedynie za wyraźnym pisemnym zezwoleniem Doepke Schaltgeräte GmbH & Co. KG.
Zamieszczone informacje służą jedynie jako informacje dla klientów i nie zawierają
żadnych wiążących gwarancji lub zapewnień. Doepke Schaltgeräte GmbH & Co. KG
zastrzega sobie prawo do każdorazowych zmian, zarówno pod względem technicznym
jak również handlowym. Wiążące odpowiedzi udzielane mogą być jedynie w odniesieniu do konkretnych zapytań.
Z uwagi na niewiążący charakter opracowania, wykluczona jest jakakolwiek odpowiedzialność wynikająca z jego treści.
Korzystanie z dokumentu odbywa się wyłącznie na własną odpowiedzialność. Odpowiedzialność Doepke Schaltgeräte GmbH & Co. KG za wszelkie szkody wynikłe z
korzystania z tego dokumentu, szczególnie za przerwy w pracy, utracone zyski, utratę
informacji i danych oraz szkody wynikające z błędów obsługi, jest wykluczona, jeśli tylko odpowiedzialność ta nie wynika z przymusu prawnej odpowiedzialności za produkt
lub z niedotrzymania istotnych zobowiązań umownych.
Odszkodowanie z powodu naruszenia istotnych zobowiązań umownych jest jednak
ograniczone do typowej dla danej umowy, przewidywalnej wysokości, jeśli tylko nie
miało miejsca działanie umyślne lub rażące zaniedbanie.
Copyright © Doepke Schaltgeräte GmbH & Co. KG
2
Informacje techniczne
Informacja techniczna
2013
3
Doepke
Spis treści
1. Dlaczego właściwie na "wszystkie prądy”?
7
1.1 Urządzenia ochrony różnicowoprądowej czułe na wszystkie rodzaje prądów (RCD typu
B) w układach elektrycznych z przemiennikami częstotliwości.
7
1.2 Co to są prądy różnicowe a co to są prądy upływowe ?
8
1.2.1 Prądy różnicowe
8
1.2.2 Prądy upływowe
8
1.3
Jakie prądy różnicowe wystąpić mogą w układach elektrycznych z przemiennikami
częstotliwości
9
1.3.1 Uszkodzenie izolacji na wejściu przemiennika częstotliwości.
9
1.3.2 Uszkodzenie izolacji w obwodzie z pojemnością układu pośredniczącego przełączania przemiennika częstotliwości.
9
1.3.3 Uszkodzenie między przemiennikiem FC a silnikiem.
10
1.4
Ogólna charakterystyka prądów upływowych.
1.4.1 Stacjonarne prądy upływowe
1.4.2 Uwaga dotycząca stosowania eksploatowanych jednofazowo przemienników FC.
1.4.3 Zmienne prądy upływowe
1.4.4 Nieustalone prądy upływowe
11
12
13
13
14
1.5 Sposoby ograniczania prądów upływowych.
14
1.5.1 Ograniczanie stacjonarnych prądów upływowych.
15
1.5.2 Ograniczanie zmiennych prądów upływowych
15
1.5.3 Dalsze możliwości ograniczania stacjonarnych i zmiennych prądów upływowych.
16
1.5.4 Ograniczanie nieustalonych prądów upływowych przy załączaniu i wyłączaniu
układu elektrycznego z elektronicznymi urządzeniami napędowymi.
16
1.5.5 Unikanie drgań własnych (rezonansowych) filtra EMC.
17
1.5.6 Zmiany w istniejących instalacjach elektrycznych.
18
1.6 Uwagi dotyczące stosowania przemienników częstotliwości (FC) ze zintgrowanymi
filtrami EMC.
18
1.7 Pomiar prądów upływowych.
19
1.8 Prawidłowe zastosowanie ochrony różnicowoprądowej na wszystkie rodzaje prądu w
układzie elektrycznym z urządzeniami energoelektronicznymi
20
1.8.1 Zgodne z przepisami stosowanie urządzeń ochrony różnicowoprądowej na
wszystkie prądy (RCD typ B)
20
1.8.2 Środki ochrony dla urządzeń energoelektronicznych użytkowanych na placu
budowy.
21
1.8.3 Zastosowanie wyłączników RCD w układach z bateriami fotowoltaicznymi. 22
1.8.4 Zastosowanie wyłączników RCD w układach maszyn elektrycznych.
24
1.8.5 Pozostałe obszary zastosowań wyłączników RCD czułych na wszelkie rodzaje
prądów.
25
1.8.6 Inne przepisy w których zapisane są wymogi o stosowaniu wyłączników RCD
czułych na wszelkie rodzaje prądów.
26
4
Informacje techniczne
1.9 Podział obwodów prądowych
26
1.10 Ochrona w przypadku uszkodzenia realizowana za pomocą RCD przez automatyczne
samoczynne wyłączenie zasilania.
27
1.11 Podstawowe układy połączeń urządzeń elektrycznych i wynikające stąd prądy różnicowe.
28
1.12 Powstawanie stałego gładkiego prądu różnicowego z pojedynczych prądów przewodów skrajnych L1, L2 oraz L3.
30
FC 30
FC 30
2. Przebieg częstotliwościowy prądu wyzwalania wyłączników
RCD czułych na wszystkie rodzaje prądów i ich znaczenie
dla poziomu ochrony.
32
2.1 Ochrona realizowana przez wyłączniki RCD typu A, czułe na prądy sinusoidalne i
pulsujące (50Hz).
32
2.2 Ochrona realizowana przez wyłączniki RCD typu F.
33
2.3 Określenie poziomu ochrony urządzenia RCD typ B w rozszerzonym zakrsie częstotliwości prądów wyłączenia.
33
2.4 Wymagania odnośnie wartości prądu wyzwalania w zależności od częstotliwości. 34
2.5 Wymogi dla określenia górnej granicy częstotliwości prądu wyzwalania
36
2.6 Przebieg częstotliwościowy dla powszechnie przyjętego (uniwersalnego) poziomu
ochrony z niedużymi bądź średnimi prądami upływu.
38
2.7 Przebieg częstotliwościowy ze „skokiem poziomu ochrony” w układach z dużymi prądami upływu.
39
2.8 Wymagania norm dotyczące przebiegu częstotliwościowego prądów wyzwalania RCD.
39
2.9 Wartość rezystancji uziemienia dla uzyskania ochrony różnicowoprądowej.
41
2. 10 Podsumowanie
41
3. Załączniki
43
3.1 Skróty w tekście
43
3.2 Krótki przegląd urządzeń różnicowo-prądowych typu B firmy Doepke oraz przykłady
zastosowań
44
5
Doepke
Część I
Dlaczego na „wszystkie prądy”?
6
Informacje techniczne
1. Dlaczego właściwie na "wszystkie prądy”?
1.1 Urządzenia ochrony różnicowoprądowej czułe na wszystkie rodzaje prądów
(RCD typu B) w układach elektrycznych z przemiennikami częstotliwości.
Zasilane wielofazowo urządzenia elektroniczne jak np. przemienniki częstotliwości (FC) lub
falowniki mogą w przypadku uszkodzenia (awarii), powodować przepływ stałego gładkiego
prądu różnicowego (rys. 1).
Rys.1: Powstawanie prawie gładkiego, stałego prądu różnicowego - prezentacja uproszczona przemiennika częstotliwości (FC) z prostownikiem mostkowym D6, pojemnością obwodu pośredniczącego, stopniem wyjściowym i silnikiem.
Powstały, w wyniku przepływu przez układ prostowniczy D6 na wejściu przemiennika
częstotliwości FC stały, gładki prąd różnicowy1, nie powoduje wyzwolenia wyłącznika różnicowego RCD (residual current operatet protective device) typu A lub AC, ponieważ w
przekładniku prądowym symulującym RCD nie następuje żadne zmienne w czasie magnesowanie, które konieczne jest do zadziałania przekaźnika wyzwalającego. Zależnie od
wielkości prąd różnicowy stały powoduje zamiast wyłączenia, namagnesowanie wstępne
rdzenia przekładnika i podwyższa przez to próg zadziałania wyłącznika RCD dla pozostałych, mogących występować równocześnie prądów różnicowych przemiennych. W sytuacji
skrajnej wyłączenie jest całkowicie niemożliwe.
1
Rys.: 12 (str. 30) bliżej zostało przedstawione powstawanie prądu różnicowego stałego gładkiego z pojedynczych prądów fazowych
( L1, L2 oraz L3).
7
Doepke
1.2
Co to są prądy różnicowe a co to są prądy upływowe ?
1.2.1 Prądy różnicowe
Prądy różnicowe mają w przeważającym stopniu charakter rezystancyjny i powstają w wyniku złego stanu (uszkodzeń) izolacji między elementami wiodącymi prąd a ziemią. Typowe
przyczyny ich występowania, to zabrudzenia czy zawilgocenia urządzeń, inne to dotyk bezpośredni części przewodzących instalacji przez człowieka (rys. 2).
Rys. 2: Różnicowy prąd przemienny.
1.2.2 Prądy upływowe
Prądy upływowe uwarunkowane są eksploatacją urządzeń i mają w przeważającej części charakter pojemnościowy. Występują przykładowo w wyniku zastosowanych urządzeń
przeciwzakłóceniowych w filtrach EMC lub płyną do ziemi przez pojemności długich ekranowanych przewodów (rys. 3).
upł
Prąd upływowy
Rys. 3: Pojemnościowy prąd upływowy (prezentacja uproszczona filtra EMC).
Całkowity prąd różnicowy, będący sumą prądu różnicowego (opisanego w 1.2.1) oraz prądu upływowego może w zależności od układu elektrycznego i jego zastosowania, zawierać
8
Informacje techniczne
równocześnie wiele składowych częstotliwościowych, wyraźnie różnych od częstotliwości
sieciowej 50 Hz. Wyłącznik RCD nie jest w stanie odróżniać prądów różnicowych od prądów upływowych, więc traktując je jednakowo, wyzwolenie nastąpić może już wtedy, gdy
suma prądów upływowych przekroczy próg zadziałania RCD, mimo że w układzie elektrycznym nie występuje żaden stan awaryjny.
1.3
Jakie prądy różnicowe wystąpić mogą w układach elektrycznych z przemiennikami częstotliwości
1.3.1 Uszkodzenie izolacji na wejściu przemiennika częstotliwości.
Doziemienie występuje na wejściu przemiennika częstotliwości. Przez rezystancję RF (np.
przez ciało człowieka) płynie sinusoidalny prąd różnicowy 50 Hz. Przy odpowiedniej wartości prądu różnicowego nastąpi wyłączenie RCD (dotyczy wszystkich typów RCD).
Rys. 4: Prąd różnicowy 50 Hz.
1.3.2 Uszkodzenie izolacji w obwodzie z pojemnością układu pośredniczącego
przełączania przemiennika częstotliwości.
Uszkodzenie izolacji występuje między biegunem DC+ kondensatora układu pośredniczącego a obudową przemiennika częstotliwości. Awaria ta wynika zawilgocenia czy zabrudzenia tej części układu sterowania. W tym przypadku płynie stały, w przybliżeniu gładki
prąd różnicowy. Zastosowanie wyłącznika RCD typu B zapewnia przy przekroczeniu odpowiedniej wartości prądu różnicowego wyłączenie zasilania (natomiast wyłączniki RCD
typu AC i A nie zareagują).
9
Doepke
iach
wielu wykonan
Wsskkazówka: W
ci
częstotliwoś
przemienników
odu
DC+ i DC- obw
i
sk
ci
obydwa za
zone
ad
w
ro
yp
w
o są
pośrednicząceg
u
udowy, w wynik
na zewnątrz ob
ie
en
oc
tne na zawilg
czego są poda
e.
lub zabrudzeni
Rys. 5 Prąd różnicowy stały, gładki.
1.3.3 Uszkodzenie między przemiennikiem FC a silnikiem.
Przykład: Uszkodzony przewód zasilający silnik.
Silnik pracuje z częstotliwością wyjściową (zwaną także częstotliwością maszynową lub
silnikową) 10Hz. Częstotliwość łączeniowa (oznaczana także jako częstotliwość choppera
lub taktowania) przemiennika częstotliwości (FC) wynosi 8 kHz. W tym przypadku płynie
prąd różnicowy, zawierający wiele składowych częstotliwościowych. Zawiera obok częstotliwości wyjściowej 10 Hz o niskiej amplitudzie, także znaczną składową o częstotliwości
łączeniowej przemiennika FC 8 kHz i jej wyższe harmoniczne - 16 kHz, 24 kHz, 32 kHz itd.
oraz niewielki udział prądu o częstotliwości 150Hz - generowany przez układ wejściowy
6-cio pulsowego prostownika mostkowego przemiennika FC. Wyłącznik RCD typu B zareaguje prawidłowo natomiast zachowanie wyłączników typu AC i A jest nieprzewidywalne
(nie mogą być stosowane w tego typu układach).
10
Informacje techniczne
Rys. 6 Prąd różnicowy o wielu składowych częstotliwościowych!
Uwaga: Dla przypadków opisanych w części 1.3 można zastosować zamiennie aparat o
charakterystyce B+.
1.4
Ogólna charakterystyka prądów upływowych.
Rozróżniamy prądy upływowe stacjonarne, zmienne i nieustalone. W celu przybliżenia problemu, posłużymy się raz jeszcze przykładem układu z silnikiem asynchronicznym, który
eksploatowany jest przez przemiennik częstotliwości FC.
Aby zachować obowiązujące przepisy EMC (kompatybilność elektromagnetyczna) przemiennik częstotliwości (FC) eksploatowany może być jedynie z włączonym przed nim
filtrem EMC. Filtr może być zintegrowany w układzie elektrycznym przemiennika we wspólnej obudowie. Napięcie wyjściowe przemiennika jest modulowane szerokością impulsów i
charakteryzuje się stromymi zboczami narastania i opadania, a tym samym zawiera składowe częstotliwościowe o wysokich amplitudach i częstotliwościach stąd, również w celu
zachowania przepisów EMC, konieczne jest ekranowanie przewodów zasilających silnik.
11
Doepke
Rys. 7 Rozpatrywany układ połączeń z silnikiem
asynchronicznym.
1.4.1 Stacjonarne prądy upływowe
Filtr EMC w najprostszym wykonaniu składa się z dolnoprzepustowych filtrów LC,
których kondensatory połączone są w układzie gwiazdy do przewodu ochronnego. W sieci zasilającej o idealnych napięciach sinusoidalnych suma wszystkich prądów pojemnościowych płynących przez ww. układ wynosi w każdym momencie zero.
Z uwagi na istniejące w rzeczywistości zniekształcenia napięć zasilających, pojawia się
w analizowanym układzie prąd pojemnościowy różny od zera, który płynąc ciągle przez
przewód ochronny nazywany jest stacjonarnym prądem upływowym. Prąd ten wynika również z pracy układu przetwornicy FC (komutacja w układzie D6 oraz kondensatory układu pośredniczącego). W przemiennikach częstotliwości zasilanych trójfazowo
główna składowa opisywanego powyżej prądu ma częstotliwość 150Hz i jej wielkość
jest zależna od wielkości kondensatorów gwiazdowego układu pośredniczącego FC.
W ten sposób powstałego prąd upływowego zasadniczo nie można ograniczyć poprzez
stosowanie dodatkowych układów filtrujących, jest więc on dla zastosowanych wyłączników RCD o prądzie różnicowym 30mA, dużym obciążeniem wstępnym i może być przyczyną niepotrzebnych wyłączeń układu. Niektórzy producenci przemienników częstotliwości podają w uwagach eksploatacyjnych, że praca takiego przemiennika z zastosowanym
wyłącznikiem różnicowoprądowym może prowadzić do niepożądanych wyłączeń całego
układu.
Stacjonarny prąd upływu występuje także przy niepracującym silniku (blokada regulacyjna
FC) i wykazuje składowe częstotliwościowe od 100 Hz do 1 kHz, oraz składowe w zakresie
częstotliwości rezonansowej filtra EMC (typowo od 2 do 4 kHz). Ogólnie można stwierdzić,
że proste a zarazem tanie filtry o małych indukcyjnościach i dużych pojemnościach, powodują duże prądy upływowe i prowadzić mogą do niepożądanych wyłączeń RCD.
12
Informacje techniczne
1.4.2 Uwaga dotycząca stosowania eksploatowanych jednofazowo przemienników FC.
Eksploatowane jednofazowo przemienniki FC wyposażone są często w zintegrowane filtry
EMC. Kondensatory filtrów połączone są między L1 - PE oraz N - PE, w związku z tym
są przyczyną powstawania znaczących prądów upływowych o częstotliwości 50 Hz. Stąd
aby uniknąć niepotrzebnych wyłączeń przez RCD, przy stosowaniu większej ilości przemienników FC, należy dla kompensacji prądu upływowych rozłożyć możliwie równomiernie
podłączenie poszczególnych FC na fazy L1, L2 oraz L3.
1.4.3 Zmienne prądy upływowe
Podczas pracy przemiennika FC i regulacji prędkości obrotowej silnika, w całkowitym prądzie upływowym pojawiają się dalsze składowe częstotliwościowe o wartościach powyżej 1
kHz. Występuje wtedy szczególnie częstotliwość łączeniowa przemiennika FC (wartości typowe 2, 4, 8, 16 kHz), a także przynależne do niej wyższe harmoniczne o bardzo wysokich
amplitudach. Długi przewód z uziemionym ekranem, zasilający silnik działa jak kondensator, który połączony jest względem ziemi i odprowadza prądy upływowe o odpowiedniej
częstotliwości oraz ich wyższe harmoniczne.
Dodatkowo składowe w obszarze częstotliwości rezonansowej własnej filtra EMC mogą
mocno wzrastać, gdy częstotliwość łączeniowa FC jest równa lub stanowi wielokrotność
częstotliwości rezonansowej własnej filtra. Filtr EMC zostaje przez częstotliwość łączeniową FC pobudzony do drgań i generować może w obszarze częstotliwości rezonansowej
wysokie prądy upływowe. Przy nastawionej bardzo wysokiej częstotliwości łączeniowej
przemiennika FC (przykładowo 16 kHz), przemiennik FC przy niskich częstotliwościach
wyjściowych (także przy zwiększaniu lub zmniejszaniu prędkości obrotowej silnika) może,
w wyniku zachodzącej modulacji, samoczynnie znacząco zmniejszyć częstotliwość łączeniową. W najbardziej niekorzystnym przypadku, gdy zmniejszona w ten sposób częstotliwość łączeniowa jest bliska lub stanowi wielokrotność częstotliwości rezonansowej własnej
filtra EMC, zwiększa się znacznie prąd upływowy i tym samym rośnie niebezpieczeństwo
niepożądanego zadziałania wyłącznika RCD.
Stacjonarne i zmienne prądy upływowe występujące przy stałej prędkości obrotowej silnika
mają charakter prawie okresowy. Wyłącznik RCD reaguje na te prądy upływowe wyłączeniem, jeżeli ich wartość w dowolnym zakresie częstotliwości przekracza jego granicę zadziałania. Zmiany prędkości obrotowej silnika powodują zmiany zmiennych prądów
upływowych, zarówno w spektrum częstotliwości, jak również w ich amplitudzie. Pojawia
się wtedy prawdopodobieństwo, że mogą one spowodować zadziałanie wyłącznika RCD.
13
Doepke
1.4.4 Nieustalone prądy upływowe
Przy wyłączeniach odbiorników o charakterze indukcyjnym występują przepięcia łączeniowe, które ze względu na strome zbocza generują wysokie składowe częstotliwościowe.
Podobnie w wyniku załączeń, przy niekorzystnych kątach fazowych napięcia sieciowego,
pojawiają się w napięciu sieciowym składowe wysokich częstotliwości.
Składowe napięcia o wysokiej częstotliwości powodują, poprzez wspomniane wcześniej
pojemności w filtrach EMC, przepływ do ziemi nieustalonych prądów upływowych, które
powodować mogą niepożądane zadziałanie wyłącznika RCD. Przy załączaniu napięcia
sieciowego łącznikami bez funkcji napędu sprężynowego trzy przewody fazowe załączane są, w zależności od prędkości
załączania, w różnych chwilach czasowych. Do
momentu
wszystkie
trzy przewody nie znajdą się pod napięmomentu gdy
mo
wszy
ciem,
przez
układ kondensatorów fazy, która jest
ciem
w tym
z
isywane
p
ą
s
O
już
pod
napięciem
płynie do ziemi podwyższony
:
e
a
n
k
a
Wskazów ry EMC dostarcz
n
ie
m
prąd
upływowy.
prą
lt
e
fi
rz
le
rozdzia
centów p
ez produ
Niepożądanych wyłączeń powodowanych
Ni
ądzereguły prz tliwości jako urz
by
to
s
ło
ę
y
z
b
przez nieustalone prądy upływowe można
pr
c
e
n
w
nikó
skaza
tkowe. W ię z dostawcą
a
d
uniknąć przez zastosowanie RCD ze zwłoką w
u
o
d
ia
n
s
znych
ultowanie
wyzwalaniu. Aby nie naruszyć jednak w spow
tu skons czegółów technic
sz
ssób niedopuszczalny skuteczności ochrony,
odnośnie
filtra.
samego
ww. zwłoka nie może przekroczyć dopuszwartości wynikających z norm o ochronie przeczalnych wa
ciwporażeniowej. Wynika z tego, że RCD nie może zostać w sposób dowolny
„znieczulony” na nieustalone prądy upływowe. Wyłączniki RCD typoszeregu DFS 4B oraz
DFL 8B charakteryzuje zwłoka w zadziałaniu (cecha KV - krótkozwłoczne). Pomimo, że
aparaty RCD mają cechę KV, to przy odpowiednio długim czasie występowania nieustalonych prądów upływowych i odpowiedniej amplitudzie może dochodzić do wyłączenia!
1.5 Sposoby ograniczania prądów upływowych.
Jak objaśniono w rozdziale poprzednim, „odporność” wyłączników RCD na niepożądane
wyłączenia w wyniku prądów upływowych, uzyskuje się najczęściej z niekorzyścią dla stopnia ochrony. Stąd wskazanie utrzymywania prądów upływowych w możliwie najniższych
granicach, poprzez stosowanie się do poniższych reguł.
Zgodnie z DIN VDE 0100-530 Rozdz. 531.3.3 należy tak dobrać układ elektryczny, aby
prąd upływowy nie przekroczył wartości 0,4 znamionowego prądu różnicowego wyłącznika
RCD.
Zastosowane układy filtrów EMC (zarówno te zabudowane w układ przemiennika jak również wpięte przez/za przemiennikiem) mają zasadniczy wpływ na wielkość prądów upływowych i różnicowych. Istnieją takie rodzaje filtrów gdzie tor przepływu prądu upływowego
o wysokich częstotliwościach jest tak poprowadzony , że prąd ten nie może powodować
zadziałania RCD. Jednak w przypadku stanu awaryjnego musi nastąpić odpowiednie zadziałanie RCD zgodnie z zasadami ochrony. Dlatego zalecane jest zasymulowanie awarii
14
Informacje techniczne
po stronie wyjściowej przetwornicy i sprawdzenie zachowania się RCD w tych warunkach.
1.5.1 Ograniczanie stacjonarnych prądów upływowych.
»
»
»
»
»
Wielu producentów przemienników częstotliwości oferuje aktualnie tzw. filtry EMC
ubogie w prąd upływowy. Dla filtrów tych, ze względu na ich budowę, występują
wyraźnie niższe prądy upływowe niż dla filtrów standardowych. Przestrzegać należy
danych producenta odnośnie maksymalnie dopuszczalnych długości ekranowanych
przewodów silnika. W tym miejscy warto zwrócić uwagę na nowe produkty firmy
„KEB-Atriebstechnik” tj. filtry EMC typu E6. Filtry EMC grupy E6 generują niewielkie
prądy upływowe, dzięki czemu pozwalają na zastosowanie wyłączników RCD typu
B lub B+ o znamionowym prądzie zadziałania 30mA.
W sieciach elektrycznych z przewodem neutralnym zastosowany może być filtr
4-przewodowy. Filtr ten odznacza się najniższym prądem upływowym (większość
prądów upływowych odprowadzana jest przez przewód neutralny - niewidoczne dla
RCD).
Zastosowane układy powinny zagwarantować nieodkształcenie napięcia sieciowego.
W żadnym wypadku na wyjściu filtra trójfazowego EMC (niewymagającego przewodu neutralnego) nie może być podłączony odbiornik jednofazowy np. jednofazowy przemiennik częstotliwości wpięty do
przewodu neutralnee
go. Niesymetria wprowadzana w układzie
tóre
ka: Niek
filtra powoduje podwyższenie prądów
Wskazów ynamiczed
upływowych. Dodatkowo może zostać zasterowan zwalają lub
ze
ie
n
y
d
kłócone działanie filtra, skutkując niezachoraniczonie napę
nie w og
y
d
je
ją
waniem wymogów EMC.
wanie
zezwala
na stoso
ie
s
re
k
a
Jeżeli stosowanych jest więcej eksploatowaa- nym z
Należy
ciowych.
jś
y
w
ówki
w
nych jednofazowo przemienników FC, należy
ży filtró
a wskaz
uwagą n
ć
a
c
ra
w
w celu kompensacji prądy upływowych zasilić je z
ntów.
produce
równomiernie z poszczególnych faz.
1.5.2 Ograniczanie zmiennych prądów upływowych
»
»
»
Odcinek przewodu ekranowanego zasilającego silnik zmniejszać do minimum.
Filtry Sinus, filtry EMC-Sinus, filtry du/dt lub dławiki wyjściowe instalować bezpośrednio za wyjściem przemiennika FC (przed przewodami zasilającymi silnik).
Zmniejszają one znacząco prądy upływowe powyżej 1 kHz w przewodach silnika,
przez zmniejszanie stromości zboczy napięcia wyjściowego przemiennika. Szczególnie niskie prądy upływowe osiąga się przy stosowaniu filtrów du/dt.
Stosowanie filtrów wyjściowych ogranicza poprzez wygładzanie zboczy napięć wyj-
15
Doepke
»
ściowych zarówno powstawanie zakłóceń jak również prądy rozruchowe silnika i
przepięcia indukcyjne w uzwojeniach silnika.
Jeżeli stosowanych jest więcej przemienników FC ze zintegrowanymi, własnymi
filtrami EMC, można znacznie zredukować zmienne prądy upływowe przez włączenie przed całym układem wspólnego filtra 4-przewodowego.
1.5.3 Dalsze możliwości ograniczania stacjonarnych i zmiennych prądów upływowych.
»
»
»
Dławiki sieciowe, które włączane są jeszcze przed filtr EMC, redukują stromość zboczy prądów i napięć łącznie z wyższymi harmonicznymi i dodatkowo zwiększają
żywotność elementów składowych przemiennika FC.
W układach elektrycznych z wieloma przemiennikami częstotliwości (FC) powinno się zastosować zamiast filtrów pojedynczych EMC dla każdego przemiennika
FC jeden filtr zbiorczy. Prądy upływowe poszczególnych pojedynczych filtrów EMC
dodają się, przy czym suma prądów upływowych wszystkich pojedynczych filtrów
jest najczęściej wyższa niż prąd upływowego jednego większego filtra wspólnego.
Przestrzegać należy danych producenta filtrów, dotyczących maksymalnie dopuszczalnych długości ekranowanych przewodów silnika.
Gdy w układzie stosowanych jest więcej przemienników FC, należy wykluczyć możliwość ich równoczesnego uruchamiania. Przy równoczesnym „zezwoleniu na regulację” dla większej ilości przemienników FC powstają na krótki czas wysokie i sumujące się prądy upływowe, które prowadzić mogą do niepożądanego wyłączenia.
1.5.4 Ograniczanie nieustalonych prądów upływowych przy załączaniu i wyłączaniu układu elektrycznego z elektronicznymi urządzeniami napędowymi.
»
»
16
Jak wspomniano powyżej, przy stosowaniu urządzeń elektronicznych dla zachowania obowiązujących przepisów dot. EMC, muszą być stosowane filtry. Filtry te
posiadają np. przy standardowym 3-przewodowym filtrze EMC układ kondensatorów połączonych względem ziemi w gwiazdę. Większość wyłączników ochronnych
RCD ma prosty mechanizm łączeniowy. Zamykanie i otwieranie poszczególnych
torów prądowych zależne jest od prędkości łączeniowej wymuszanej przez obsługę
i może w niektórych przypadkach wykazywać różnicę czasu ok. 10 - 40 ms. Symetryzacja punktu gwiazdowego kondensatorów w tym czasie nie jest zachowana i
przez przewód ochronny płynie pojemnościowy prąd upływowy, który może powodować ponowne zadziałanie wyłącznika ochronnego RCD. Stąd załączanie oraz
wyłączanie powinno się obywać przy pomocy dodatkowego, szybkiego urządzenia
łączeniowego (np. rozłącznika z napędem sprężynowym lub stycznika łączącego
wszystkie fazy), a nie poprzez dźwignię wyłącznika RCD.
W układach elektrycznych z wieloma przemiennikami FC może dochodzić do wyłączeń, mimo załączania za pomocą opisanych wyżej urządzeń. W tym przypadku
płyną przez nienaładowane kondensatory filtrów wysokie prądy upływowe w czasie,
który przekracza dopuszczalny czas zwłoki dla RCD. Zastosowanie jednego, zbiorczego filtra EMC dla większej ilości przetwornic, może także znacząco ograniczyć
Informacje techniczne
prąd up
upływowy załączenia.
1.
1.
h do wydna z możliwyc
osi 2,1kHz. Je
yn
ka częw
is
a
bl
ltr
fi
zo
a
rd
st więc ba
rezonansow
je
ć
z,
oś
H
liw
2k
ot
i
st
os
zę
d: C
ad:
ania wysokich
kład
ładu wyn
P
Prrzzyykkł
zić do powstaw
czeniowych uk
łą
ad
ci
ow
pr
oś
może
w
e
tli
ni
to
al
e ewentu
boru częs
eniowej 4kHz
totliwości łącz
nsowej, co moż
ęs
na
dwucz
zo
ór
re
ka
is
yb
ci
bl
w
oś
stotliw
to wartość
h. Również
st
yc
je
ow
w
aż
ły
ew
up
ni
po
owych,
ci łączeniowe
wartości prądów
prądów upływ
e częstotliwoś
h
sz
ic
yż
ok
W
b
ys
a.
w
ltr
fi
do
ej (np. 6kHz lu
nansowej
prowadzić
ci rezonansow
totliwości rezo
oś
ęs
w
m
cz
tli
ty
i
to
z
śc
ęs
to
ch
cz
ar
i
ny
iąza
krotnej w
krotnościam
snych filtra i zw
ą
e będące wielo
ania drgań wła
aw
częstotliwości
st
z
w
szczególnie ni
ne
po
za
ko
ią
zy
zw
ry
y
ą
ół
aj
cz
eg
ani
cz
ra
sz
om
e
h (aut
lepiej 7kHz) og
wowych. Dalsz
samoczynnyc
i prądów upły
nie możliwości
ze
tliwości łąąc
to
ył
w
ęs
cz
eż
dużych wartośc
ń
ni
C, jak rów
ian ustawie
EM
zm
a
ez
a)
ltr
fi
ik
ą
nn
ie
ow
m
skonsultowan
rezonans
ład prze
powinno zostać
anych przez uk
h,
yw
yc
on
w
yk
io
w
śc
e
yj
ni
tycz
tliwości w
niskich często
czeniowej dla
a.
miennik
dostawcą prze
5.5 Unikanie drgań własnych (rezonansowych) filtra EMC.
W urządzeniach energoelektronicznych jak np. przemienniki częstotliwości (FC), można z
reguły wybierać różne częstotliwości łączeniowe (chopper). W najbardziej niekorzystnym
przypadku (np. przy długich ekranowanych przewodach zasilających silniki) częstotliwość
łączeniowa prowadzić może do drgań własnych włączonego przed FC filtra EMC, i tym
samym powodować znaczny wzrost prądów upływowych, które doprowadzą do wyłączenia
RCD. W takim przypadku częstotliwość łączeniową FC należy zmienić. Dodatkowo należy
mieć na uwadze podaną przez producenta przemiennika FC, wzgl. producenta filtra, maksymalnie dopuszczalną długość ekranowanych przewodów zasilających silniki.
Zwiększone prawdopodobieństwo niepożądanego wyłączenia przez RCD występuje, gdy częstotliwość łączeniowa przemiennika FC jest równa, lub stanowi wielokrotność własnej częstotliwości rezonansowej filtra EMC. Wiele przemienników FC zmniejsza samoczynnie przy niskich częstotliwościach wyjściowych (typowo poniżej 20 - 30
Hz) częstotliwość łączeniową przy zwiększaniu lub zmniejszaniu prędkości obrotowej
silnika. Generalnie wyższe częstotliwości łączeniowe (także wielokrotnie wyższego rzędu
niż częstotliwość rezonansowa własna) zmniejszają niebezpieczeństwo występowania rezonansu filtra EMC.
17
Doepke
z określodo współpracy
są
e
an
ow
os
st
FC przy
5 do 10m)! Po
ane w układzie
lnikowych (od
w
si
ro
h
ów
eg
yc
nt
od
zi
w
zn
y
yc
ze
ltr
yt
w
ażżne: Fi
Wa
nowanych pr
e zgodności” do
długością ekra
FC „Deklaracj
o krótkich
ów
ow
ik
¬k
nn
un
ie
ną maksymalną
m
os
st
ze
pr
zy
zęściej pr
ch obsługi
jc
ja
na
kc
ru
0 m. Te
ją
st
10
zu
in
ią
w
ow
50
dane
a A, B) ob
ości rzędu
as
ug
kl
dł
1,
eż
01
ni
55
w
ró
ne są
z EMC, lecz do
(EMC np. EN
. Często poda
do zgodności
ów
e
ni
od
j
w
ie
ze
śc
nowapr
zę
h
jc
dnak na
długościac
emności ekra
odnoszą się je
ściowego (poj
ów
no
od
m
w
a eksje
ze
ow
po
pr
ia
em
ci
długoś
bezprobl
obciążen
puszczalnego
a jest jeszcze
do
liw
e
oż
ni
m
al
ej
m
ór
sy
kt
mak
h), przy
ów silnikowyc
a FC.
nych przewod
o przemiennik
eg
w
io
śc
yj
w
a
ni
op
st
ploatacja
1.5.6 Zmiany w istniejących instalacjach elektrycznych.
W przypadku przeprowadzania zmian w istniejących i ewentualnie przemierzonych wcześniej instalacjach, pod kątem zachowania przepisów EMC (np. zamiana układu filtra EMC
lub zmiana częstotliwości łączeniowej przetwornicy), obowiązuje reguła, że przeprowadzamy nowe pomiary w celu upewnienia się o dalszym zachowaniu obowiązujących przepisów EMC. Dodatkowo należy się upewnić czy w przypadku awarii po stronie wyjściowej
przetwornicy zapewnione jest nadal wyłączenie zgodnie z zastosowanym urządzeniem
RDC.
1.6 Uwagi dotyczące stosowania przemienników częstotliwości (FC) ze zintgrowanymi filtrami EMC.
Wiele przemienników FC wyposażonych jest fabrycznie w zintegrowane wejściowe filtry
EMC, a więc nie może wtedy być brane pod uwagę zastosowania filtra zewnętrznego.
»
Dłuższe przewody zasilające powodują, przez zwiększenie asymetrycznych prądów pojemnościowych, nasycenie rdzenia magnetycznego dławików filtra EMC.
Następstwem są bardzo wysokie prądy upływowe oraz rezonans filtrów. Nasycony
dławik filtra prowadzi do nieskuteczności działania filtra, w wyniku czego wielkości
wynikające z wytycznych EMC zostają przekroczone i tym samym przemiennik FC
niezauważalnie staje się źródłem zakłóceń dla innych odbiorników!
Gdy stosowany jest przemiennik FC z zintegrowanym filtrem EMC oraz długim ekranowanym przewodem zasilającym silnik (>10 m), to należy o ile jest to możliwe wyłączyć (dezaktywować) zintegrowany filtr i zastosować filtr zewnętrzny, który przystosowany jest do
pracy w układzie z długimi przewodami zasilającymi silniki. Wybór filtra trzeba w danym
przypadku ustalić na drodze pomiaru EMC dla całego układu elektrycznego.
18
Informacje techniczne
1.7 Pomiar prądów upływowych.
W celu zapewnienia niezawodnej i niezakłóconej pracy instalacji elektrycznej z wyłącznikiem RDC, powinniśmy się upewnić, że dla różnych stanów pracy układu napędowego nie
ma ryzyka niepożądanych wyłączeń RDC, wynikających z wysokich prądów upływowych.
ru prądów różwych do pomia
go
cę
e jeów
ik
rn
głównej mierz
rzedaży mie
ają się one w
stępnych w sp
ad
N
do
0Hz.
le
w.
/6
ie
ró
50
w
ia
tj.
m
A:
UWAG
eciowych
go typu po
ęstotliwości si
daje się do te
cz
y do
na
ie
on
e
es
cz
ni
kr
ni
h
za
ra
yc
w
w
og
nico
ają zakres
a pomiarów
m
ni
u,
za
ąd
ad
pr
ow
e
eb
pr
w
iki cęgo
d niż potrz ne
dynie do prze
kresowe miern
esach amplitu
za
kr
o
za
ok
h
toer
yc
sz
sz
w.
yż
nie w w
i niższych częs
Również tz
rzyć prądy jedy
ach wyższych
ie
es
m
kr
ą
za
og
y.
w
m
y
i
an
z
ąd
zekłam
ok. 1kH
ądu oraz pr
miarowy jest pr
sze wartości pr
i cały wynik po
e
on
do analizy. Niż
rz
ie
m
co
ystarczają
tliwości są niew
Z tego względu ma
sens pomiar prądów upływowych, wzgl. różnicowych,
które jednocześnie mają być rozpoznawane przez zastosowany wyłącznik RCD. Użyty w
pomiarach miernik powinien dawać możliwość zmierzenia porównywalnych prądów różnicowych w zakresie częstotliwości i wielkości, jakie mogą być wykrywane i analizowane
przez RDC.
Przekładnik sumujący miernika prądów różnicowych powinien być w czasie pomiaru umiejscowiony dokładnie tam gdzie będzie zainstalowany w przyszłości wyłącznik RDC. Przekładnik powinien być podłączony do jednostki pomiarowej, która podda sygnał obróbce i
prześle go poprzez odpowiednie połączenie do komputera. Tego rodzaju system pomiarowy realizowany jest za pomocą urządzenia DRCA1 (analizator prądów różnicowych prod.
Doepke). Przy pomocy dołączonego oprogramowania mogą być przeprowadzone różne
pomiary (analiza przebiegów prądów różnicowych w czasie, analiza częstotliwościowa z
oszacowaniem wielkości prądu zależnie od częstotliwości, pomiar sygnałów w stanie nieustalonym, krótkotrwałe procesy, analizy w dłuższym wymiarze czasu), które następnie
mogą być zapisane i przechowywane na komputerze.
W czasie takiego pomiaru powinny zostać wzięte pod uwagę i zmierzone wszelkie stany
pracy układu (załączenie, wyłączenie, regulacja prędkości w górę, w dół pojedynczego
przemiennika ewentualnie grupy urządzeń, praca napędu z różnymi częstotliwościami wyjściowymi itd.) w celu ustalenia największego możliwego prądu upływowego.
Przeprowadzone wyniki pomiarów mogą ewentualnie posłużyć w celu zastosowania środków zapewniających bezzakłóceniową pracę napędu (zmiana częstotliwości łączeniowej
przemiennika, zastosowanie filtrów czteroprzewodowych itd.).
19
Doepke
1.8 Prawidłowe zastosowanie ochrony różnicowoprądowej na wszystkie rodzaje prądu w układzie elektrycznym z urządzeniami energoelektronicznymi
1.8.1 Zgodne z przepisami stosowanie urządzeń ochrony różnicowoprądowej
na wszystkie prądy (RCD typ B)
Jeżeli w instalacji elektrycznej istnieje, z uwagi na zastosowane trójfazowe układy energoelektroniczne, możliwość przepływu różnicowego prądu stałego gładkiego (nie osiągającego w żadnej chwili czasu wartości zerowej), wtedy zgodnie z wymogami odpowiednich
norm może wystąpić konieczność zastosowania ochrony różnicowoprądowej czułej na
wszystkie rodzaje prądów. Ma to miejsce np. przy eksploatowanych trójfazowo przemiennikach częstotliwości (FC), które z reguły dla wyprostowania napięcia sieciowego posiadają
na wejściu mostkowe układy prostownicze 6-cio pulsowe (rys. 8).
Rys. 8
Układ
p r o stowniczy 6-cio pulsowy (mostkowy układ prostowniczy sieci trójfazowej).
VDE 0160 / EN 50178 - Urządzenia elektroniczne do stosowania w instalacjach dużej mocy.
Zgodnie z rozdziałami 5.2.11.2 oraz 5.3.2.3 należy zastosować wyłącznik RCD typu B dla
ochrony przy dotyku bezpośrednim i pośrednim, jeżeli w przypadku awarii w układzie elektrycznym może popłynąć stały gładki prąd różnicowy.
VDE 0100 cz. 530 Budowa układów elektrycznych niskiego napięcia - Dobór i budowa urządzeń elektrycznych - aparatura łączeniowa i sterownicza.
Zgodnie z rozdziałami 531.3.2 oraz 532.2 muszą zostać zastosowane wyłączniki RCD typu
B lub B+, jeżeli w przypadku awarii urządzenia elektronicznego może popłynąć stały gładki
prąd różnicowy. Wymóg dotyczy również urządzeń elektronicznych podłączonych na stałe.
Ze względu na ochronę przed pożarem należy zastosować wyłącznik RCD o prądzie różnicowym nie większym niż 300 mA.
Uwaga: jak już wspomniano dotychczas, wyłączniki RCD typu A nie nadają się do wykrywania stałego gładkiego prądu różnicowego, który to magnesuje wstępnie układ przekładnika
sumującego, w wyniku czego działanie wyłącznika jest znacząco lub całkowicie ograniczone. Zgodnie z odpowiednimi normami produktowymi wyłączniki RCD typu A powinny wykazywać niezależnie od znamionowego prądu różnicowego zdolność wykrywania składowej
stałej do wielkości 6mA.
20
Informacje techniczne
zników klasy
stosowań wyłąc
za
y
ar
ant
sz
ob
i
zepisy
ownik /projekt
one powyżej pr
tematu. Użytk
cz
a
to
ńc
dla
zy
ko
pr
ne
:
do
at
ka
w
ą
ony adek
Wsskkazów
wyczerpuj
ie środki ochr
kładowe i nie
dn
zy
ie
pr
w
e
po
ni
od
dy
je
eć
B są
przewidzi
i każdorazowo
instalacji mus
ji.
danej instalac
1.8.2 Środki ochrony dla urządzeń energoelektronicznych użytkowanych na
placu budowy.
BGI 608 – Budowa i użytkowanie instalacji elektrycznych i urządzeń energoelektronicznych
placu budowy i miejscach robót montażowych.
»
»
»
»
»
»
Przed instalacją przemiennika częstotliwości do/w rozdzielni budowlanej należy
sprawdzić czy wyłącznik RCD przeznaczony dla danego obwodu jest odpowiedni
ze względu na charakter odbiornika. Jeżeli w przypadku awarii może popłynąć stały gładki prąd różnicowy, można podłączyć ww. przemiennik jedynie w przypadku,
kiedy wyłącznik RCD jest typu B lub B+. Jeżeli mogą wystąpić niższe temperatury
niż -5oC, wyłącznik RCD musi spełniać parametry pracy w temperaturach do -25oC.
Urządzenia przenośne na placach budów – niezależnie od prądu znamionowego
zalecane jest stosowanie wyłączników RCD o znamionowym prądzie różnicowym
≤30mA
Obwody elektryczne bez gniazd zasilających podłączone na stałe - obwody o
prądzie znamionowym ≤32A użytkować z wyłącznikiem różnicowoprądowym o
znamionowym prądzie różnicowym do 30mA
Obwody elektryczne z gniazdami zasilającymi - obwody o prądzie znamionowym
≤32A użytkować z wyłącznikiem różnicowoprądowym o znamionowym prądzie
różnicowym ≤30mA
- obwody o prądzie znamionowym >32A użytkować z wyłącznikiem różnicowoprądowym o znamionowym prądzie różnicowym ≤500mA
Środki ochrony przy zastosowaniu przekształtnikowych układów energoelektronicznych:
- zasilane wielofazowo układy przekształtnikowe (dźwigi, windy) mogą być
użytkowane jedynie z wyłącznikiem RCD typu B lub B+ jeżeli w przypadku awarii
popłynąć stały gładki prąd różnicowy. Alternatywnie dopuszczalne jest zastosowanie układu z transformatorem separującym podłączonego trwale
- jednofazowe odbiorniki z przetwornicą częstotliwości (np. maszyny wiercące) generują w przypadku awarii niskie i wysokie składowe częstotliwościowe i dominującą składową o częstotliwości 50Hz. Nie mogą tu występować gładkie stałe prądy
różnicowe. Nie muszą więc być zasilane poprzez wyłączniki RCD typu B lub B+.
Zaleca się w tym przypadku stosowanie wyłączników RCD typu F.
W celu uniknięcia niepożądanych wyłączeń zalecane jest stosowanie tylko takich
układów przemiennikowych, które generują znikome prądy upływowe.
21
Doepke
1.8.3 Zastosowanie wyłączników RCD w układach z bateriami fotowoltaicznymi.
VDE 0100 cz. 712. Budowa układów niskiego napięcia – Wymagania dotyczące miejsc
pracy, pomieszczeń i instalacji szczególnego przeznaczenia – fotowoltaiczne systemy zasilające.
Zgodnie z rozdziałem 712.413.1.1.1.2 w instalacjach z systemem fotowoltaicznym musi
być przewidziane zastosowanie wyłącznika RCD typu B, jeżeli budowa przetwornicy nie
zapewnia przynajmniej jednej bezpiecznej przerwy w obwodzie między stroną DC a AC
i jeżeli nie może być zapewniona ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania realizowane poprzez wyłącznik nadmiarowoprądowy z uwagi na wysoką wartość rezystancji
uziemienia. Sytuacja taka może mieć miejsce np. jeżeli beztransformatorowa przetwornica
układu fotowoltaicznego jest eksploatowana w systemie sieci TT lub TN-C z dużą impedancją pętli zwarcia.
Obowiązuje to również w przypadku, kiedy zewnętrzny lub zintegrowany z przetwornicą
samoczynny układ przełączeniowy zgodnie z VDE V 0126-1-1 użytkowany jest razem z
czułym na wszelkie rodzaje prądu aparatem monitorującym prąd upływowy (RCMU Residual Current Monitoring Unit) nadzorującym stronę DC przetwornicy. Takie rozwiązanie
nie może stanowić zamiennika wyłącznika RCD, który zgodnie z VDE 0100-712 wymagany jest po stronie AC do realizacji ochrony na wypadek awarii (np. w systemach TT).
Urządzenie RCMU nie może również stanowić środka tzw. ochrony dodatkowej zgodnie
z zapisami VDE 0100-410. Służy jednak do podniesienia ogólnego stopnia ochrony, na
wypadek gdyby zawiódł środek ochrony, jakim jest wymagana po stronie DC - izolacja
podwójna lub wzmocniona. Należy tutaj zwrócić również uwagę na komunikat UK 221.1 z
dnia 28.04.2011 podany na stronie internetowej DKE (Niemiecki Komitet Elektrotechniczny
– organizacja odpowiedzialna za wprowadzanie norm i przepisów w elektrotechnice).
Zastosowanie wyłącznika RCD typu A może mieć miejsce jedynie wtedy, gdy we wszelkich
możliwych sytuacjach awaryjnych po stronie DC (np. awaria w generatorze fotowoltaicznym, w samej przetwornicy lub w okablowaniu) stwierdza się z całą odpowiedzialnością, że
po stronie AC nie popłynie nigdy prąd różnicowy stały większy niż 6 mA.
Według dzisiejszego stanu wiedzy, jest to możliwe jedynie wtedy, gdy przetwornica posiada galwaniczne rozdzielenie strony AC i DC poprzez zastosowanie transformatora separującego. Niestety należy w tym miejscu postawić znak zapytania dla szeroko rozpowszechnionego poglądu, że w przypadku użytkowania beztransformatorowych przetwornic
z zabudowanym układem RCMU w przypadku awarii nie może pojawić się w rozpatrywanym układzie żaden gładki prąd stały, w związku z czym z uwagi na oszczędności można
zastosować wyłącznik RCD typu A. Również w przypadkach kiedy przetwornica posiada
zintegrowany aparat RCD należy się zastanowić czy nie jest to urządzenie typu RCMU
(monitorujące) błędnie oznaczone jako RCD, więc nie może ono zastępować zgodnie z
powyższymi normami wyłącznika RCD.
22
Informacje techniczne
Pomiary przeprowadzone w układach fotowoltaicznych z beztransformatorowymi przetwornicami z układem przełączającym wykonanym w różnych technologiach wykazały, że w
przypadku awarii po stronie DC w całej instalacji pojawia się składowa stała w prądzie
różnicowym o wartościach przekraczających 6mA. Wartość składowej stałej zależna jest
od napięcia układu fotowoltaicznego oraz rezystancji pętli zwarcia. Połączenie galwaniczne strony DC i AC w wyniku zastosowanej beztransformatorowej przetwornicy umożliwia
pojawienie się składowej stałej w całej instalacji. Składowa stała może prowadzić do wstępnego namagnesowania przekładnika sumującego w wyłączniku RCD typu A i w efekcie do
znaczącego ograniczenia jego funkcjonowania
Inne przepisy, które muszą być brane pod uwagę w odniesieniu do zastosowania RCD w
układach fotowoltaicznych:
- w celu zapewnienia w przypadkach awaryjnych samoczynnego wyłączenia zasilania realizowane poprzez urządzenia nadmiarowo prądowe, prąd zwarciowy musi osiągnąć odpowiednio dużą wartość (mała rezystancja pętli zwarcia). W instalacjach fotowoltaicznych nie
zawsze ten warunek może zostać zapewniony. Dlatego również w instalacjach z systemem
sieci TN może być wymagane zastosowanie wyłącznika RCD (patrz VDE-AR-N 4105, załącznik A, rozdział A8 Urządzenia ochronne dla wyłączników kopułowych.
- w niektórych rodzajach instalacji wymagane jest zastosowanie wyłącznika RCD niezależnie od systemu sieci (np. pomieszczenia gospodarcze związane z produkcją rolną VDE
0100-705 rozdział 705.411.1);
- zawsze powinna być przeprowadzona ocena ryzyka szczególnie ze wzglądy na ochronę
przeciwpożarową (VDE 0100-530 rozdział 532.1);
- wskazówki techniczne VdS 3145 – „Instalacje fotowoltaiczne” – zalecane („na wszelki
wypadek”) zgodnie z 4.4.4.3 ze względu na ochronę przed pożarami stosowanie wyłączników RCD;
- lokalnie niektóre firmy zarządzające sieciami energetycznymi wymagają zastosowania
wyłączników RCD niezależnie od systemy sieciowego;
- zgodnie z VDE 0100-410 (rozdz. 411.3.3.) należy stosować wyłączniki RCD do ochrony
dodatkowej (o prądach ΔIn≤30mA) dla zasilania obwodów z gniazdami zasilającymi (dotyczy również obwodów elektrycznych w terenach otwartych);
23
Doepke
Przykład instalacji elektrycznej z dodatkowym zasilaniem z układu fotowoltaicznego:
W systemach w których nie
można zapewnić ochrony
przez samoczynne wyłączenie
zasilania realizowane przez
bezpieczniki/wyłączniki nadmiarowoprądowe.
RCD 1
RCD 2
bez odgałęzie-
z odgałęzie-
bez odgałęzie-
z odgałęzie-
nia instalacji
niem instalacji
nia instalacji
niem instalacji
odbiorcy
odbiorcy **
odbiorcy
odbiorcy **
przetwornica
bez transformatora separującego
-
Typ B*
Typ B*
Typ B*
przetwornica z
transformatorem separującym
-
-
Typ A
Typ A
Przetwornica DC/
AC w klasie
ochronności
I, z układem
łącznikowym
z bezpieczną
przerwą/RCMU
przetwornica
bez transformatora separującego
-
-
Typ B
Typ B
przetwornica z
transformatorem separującym
-
-
Typ A
Typ A
Przetwornica DC/
AC w klasie
ochronności
II, bez układu
łącznikowego
z bezpieczną
przerwą/RCMU
przetwornica
bez transformatora separującego
-
-
Typ B*
Typ B*
przetwornica z
transformatorem separującym
-
-
-
Typ A
Przetwornica DC/
AC w klasie
ochronności
II, z układem
łącznikowym
z bezpieczną
przerwą/RCMU
przetwornica
bez transformatora separującego
-
-
-
Typ B
przetwornica z
transformatorem separującym
-
-
-
Typ A
Przetwornica DC/
AC w klasie
ochronności
I, bez układu
łącznikowego
z bezpieczną
przerwą/RCMU
Niezależnie od systemu zasilającego (TN, TT) sieci niskiego napięcia:
* zgodnie z VDE V 0126-1-1 (rozdz. 4.7.1) dla ochrony zdrowia i życia osób musi być zastosowany po stronie DC wyłacznik RCD
o prądzie różnicowym ΔIn ≤ 30mA, po stronie AC jest przewidziany jeżeli beztransformatorowa przetwornica częstotliwości nie
jest wyposażona w urządzenia RCMU (a należy się liczyć z możliwymi dużymi prądami upływowymi).
** Dla odpływów zasilających odbiorcę z obwodami gniazd wtyczkowych (Obsługiwane przez osoby nieprzeszkolone, tereny
otwarte - zewnętrzne) IΔn ≤ 30 mA lub dodatkowy RCD w torze zasilającym odbiorcę IΔn ≤ 30 mA (patrz VDE 0100-410, rozdz.
411.3.3).
Uwaga: W miejsce podawanego RCD typu B może być również stosowany typ B+.
24
Informacje techniczne
1.8.4 Zastosowanie wyłączników RCD w układach maszyn elektrycznych.
VDE 0113-1 (EN 60204-1): Bezpieczeństwo w układach z maszynami – Elektryczne
wyposażenie maszyn – cz. 1: wymagania ogólne.
Zgodnie z rozdziałem 6.3 przewiduje się w układach z maszynami środki ochrony przed
prądem rażeniowym (ochrona przy dotyku pośrednim). Przy użytkowaniu maszyn w
systemach TT muszą być używane wyłączniki RCD jako element składowy wbudowany
w maszynę.
Dodatkowo musi być zastosowany aparat rozłączający maszynę od sieci zasilającej.
Aparat ten musi spełniać wymagania ze względu na rozdzielenie od sieci zgodnie z
IEC 60947-1.
Nadają się do tych zastosowań np. wyłączniki mocy zgodne z IEC 60947-2.
Nadają się tu doskonale kombinacje urządzeń spełniające obydwa wymagania w postaci aparatu CBR (wyłącznik mocy z członem różnicowoprądowym) zgodnie z IEC
60947-2 (załącznik B) lub urządzenie MRCD (modułowy aparat ochrony różnicowoprądowej) zgodnie z IEC 60947-2 (załącznik M). W ofercie Doepke dostępne są tutaj
w różnych wykonaniach urządzenia CBR typoszeregu DFL8 jak również MRCD typoszeregu DMRCD.
Jeżeli maszyna posiada zintegrowany układ przekształtnikowy, który w przypadku awarii może powodować przepływ stałego gładkiego prądu różnicowego wtedy (np. trójfazowe przetwornice częstotliwości), wtedy zastosowany wyłącznik RCD musi być typu
B lub B+.
1.8.5 Pozostałe obszary zastosowań wyłączników RCD czułych na wszelkie
rodzaje prądów.
VDE 0100 Teil 704: Budowa układów niskiego napięcia – Wymagania dotyczące miejsc
pracy, pomieszczeń i instalacji szczególnego przeznaczenia – place budów.
Patrz w rozdziale „Środki ochrony przy użytkowaniu sterowanych częstotliwościowo
układów przemiennikowych na placach budów“.
VDE 0100 Teil 722: Budowa układów niskiego napięcia – Wymagania dotyczące miejsc
pracy, pomieszczeń i instalacji szczególnego przeznaczenia – Zasilanie pojazdów akumulatorowych.
Zgodnie z rozdziałem 722.531.2.101 w wielofazowo zasilanych układach ładowania
wózków elektrycznych muszą być stosowane wyłączniki RCD typu B, jeżeli nie jest
wiadome czy w przypadku awarii mogą powstawać stałe gładkie prądy różnicowe
> 6 mA. Znamionowy prąd różnicowy RCD musi być ≤ 30mA.
VDE 0100 Teil 723: Budowa układów niskiego napięcia – Wymagania dotyczące miejsc
pracy, pomieszczeń i instalacji szczególnego przeznaczenia – pomieszczenia dydaktyczne ze stołami laboratoryjnymi.
Zgodnie z rozdziałem 723.412.5 obwody elektryczne zasilające stanowiska laboratoryjne w systemach TN lub/i TT muszą dla zapewnienia ochrony dodatkowe być zabezpieczone wyłącznikami RCD typu B o znamionowym prądzie różnicowym 30 mA.
VdS 3501: Przepisy ograniczające powstawanie szkód: Kontrola izolacji w instalacjach
energoelektronicznymi układami przemiennikowymi – RCD i przemiennik częstotliwości
25
Doepke
Zgodnie z rozdziałem 4.4 w celu zapewnienie ochrony przed pożarami wynikającymi z
awarii w układach elektrycznych w pomieszczeniach zagrożonych wymagane są wyłączniki RCD typu B+ o znamionowym prądzie różnicowym ≤ 300 mA. Aparaty te muszą rozpoznawać prądy różnicowe w zakresie częstotliwości od 0 do 20 kHz oraz posiadać maksymalnie w podanym obszarze górną granicę wyzwalania na poziomie 420 mA, która to w
całym podanym obszarze częstotliwości nie może być przekroczona.
Wymienione wyżej wymagania mogą zostać spełnione w znacznie bardziej wymagających
granicach poprzez zastosowania wyłączników Doepke typ B NK, które charakteryzują się
pasmem wykrywania prądów różnicowych do 100 kHz oraz górnym poziomem wyzwalania
np. 300mA w całym podanym zakresie częstotliwości.
Dzięki temu można (przykładowo w przemyśle papierniczym czy obróbki drewna) stosować bezpiecznie maszyny pracujące z częstotliwościami łączeniowymi > 20 kHz i wykrywać ewentualne prądy różnicowe o wysokich częstotliwościach.
1.8.6 Inne przepisy w których zapisane są wymogi o stosowaniu wyłączników
RCD czułych na wszelkie rodzaje prądów.
VDE 0100-482: Budowa instalacji niskiego napięcia, Rozdział główny 482: Ochrona przed
pożarami w obszarach szczególnie zagrożonych
BGI 530: Prace na wysokości
BGI 665: Prace rozbiórkowe.
BGI 867: Zapasowe źródło zasilania na placu budowy u placu robót montażowych
BGI 5087: Obróbka kamieni
BGI 5103: Prace prowadzone pod powierzchnią ziemi.
VdS 2033: Przepisy ograniczające powstawanie szkód: Instalacje elektryczne w obiektach
zagrożonych pożarem i wiążące się z tym ryzyko
VdS 2046: Przepisy bezpieczeństwa w instalacjach elektrycznych do 1kV.
VdS 2067: Przepisy ograniczające powstawanie szkód: Instalacje elektryczne w obiektach
związanych z produkcją rolną
1.9 Podział obwodów prądowych
Zgodnie z VDE 0160 / EN 50178 rozdz. 5.3.2.3, obwodów, w których zastosowano urządzenia energo-elektroniczne jak np. przemienniki częstotliwości (FC), nie można zabezpieczać urządzeniami ochronnymi różnicowoprądowymi klasy A (czułymi na prądy sinusoidalne i pulsujące 50Hz) ponieważ, jak to opisano wcześniej, ich działanie może zakłócać
gładki stały prąd różnicowy (namagnesowanie wstępne rdzenia przekładnika).
Rys. 9 Rozdział obwodów prądowych w układach z urządzeniami elektronicznymi (źródło: DIN VDE
0160 / EN50178)
a) Obwody prądowe w których w przypadku awarii mogą wystąpić jedynie prądy różnicowe
przemienne lub/oraz prądy wyprostowane pulsujące.
b) Obwody prądowe, w których w przypadku awarii mogą wystąpić dodatkowo stałe, gładkie prądy różnicowe.
26
Informacje techniczne
1.10 Ochrona w przypadku uszkodzenia realizowana za pomocą RCD przez
automatyczne samoczynne wyłączenie zasilania.
Zgodnie z VDE 0100-530 rozdział 531 ochronę przeciwporażeniową oraz ochronę przed
pożarem poprzez samoczynne wyłączenie zasilania można realizować stosując wyłączniki RCD. W układach z urządzeniami elektronicznymi, w których należy się spodziewać
gładkich, stałych prądów różnicowych, w celu zapewnienia ochrony przez automatyczne
wyłączenie zasilania dopuszczalne jest jedynie stosowanie RCD typu B lub B+; np. wyłączniki różnicowoprądowe bez zintegrowanego członu nadprądowego (RCCB) oraz z członem
nadprądowym (RCBO), jak również modułowe urządzenia ochrony różnicowoprądowej
(typu MRCD) oraz wyłączniki mocy z członem różnicowoprądowym (CBR) typu B lub B+.
Stosowanie w celu zapewnienia ochrony przed pożarem urządzeń typu RCM (urządzenia
monitorujące prąd różnicowy angl.: resudual current monitor) w połączeniu z wyłącznikiem
z funkcją rozłączania, dopuszczalne jest jedynie w sytuacji, kiedy ze względu na duży prąd
obciążenia nie jest możliwe zastosowanie klasycznego wyłącznika RCD. Należy jednak
mieć na uwadze, że w przypadku zaniku napięcia pomocniczego podtrzymującego pracę RCM, musi nastąpić wyłączenie w nadzorowanym obwodzie. Funkcjonalność instalacji
ulega w tym przypadku zmniejszeniu, w przeciwieństwie do stosowania wyłączników RCD,
które przy zaniku napięcia sieciowego nie wyłączają zabezpieczanego obwodu.
Nasze urządzenia CBR typu DFL8, jak również MRDC typu DMRCD, produkowane są
w różnych wykonaniach na wysokie prądy znamionowe, dzięki temu można również w
tych wyjątkowych sytuacjach pominąć stosowanie aparatów RCM w celu realizacji ochrony
przed pożarem.
27
Doepke
W instalacjach przemysłowych można stosować urządzenia typu MRDC o znamionowym
prądzie różnicowym ΔIn ≤ 30mA w celu realizacji ochrony dodatkowej (ochrona życia i
zdrowia osób). Podobnie do urządzeń RCM aparat MRDC posiada układ mierzenia prądu
różnicowego składający się z zewnętrznego przekładnika prądowego sumującego, oraz
zależnie od producenta układ wyłączający (np. zintegrowany wyłącznik mocy).
Stosowanie urządzeń RCM jest niedopuszczalne w celu realizacji ochrony przez automatyczne, samoczynne wyłączenie zasilania. Stanowić one mogą jednak idealne uzupełnienie dla RCD. Urządzenia RCM produkcji Doepke czułe na wszelkie rodzaje prądów typu
DRCM, wyposażone są we wskaźnik 10 stopniowy oraz sygnalizację tzw. alarmu wstępnego. W ten sposób można łatwo nadzorować wielkość prądów różnicowych i po przekroczeniu nastawialnego progu pojawia się wstępny sygnał alarmowy, zanim przy dalszym
wzroście prądu różnicowego dojdzie do automatycznego wyłączenia zasilania realizowanego przez RCD.
1.11 Podstawowe układy połączeń urządzeń elektrycznych i wynikające stąd
prądy różnicowe.
Poniższa tabelka pokazuje podstawowe układy połączeń dla różnych urządzeń elektrycznych oraz przebiegi czasowe prądu obciążenia i prądu różnicowego. Podaje również odpowiednie dla zrealizowania skutecznej ochrony typy wyłączników ochronnych różnicowoprądowych RCD.
28
Informacje techniczne
Obwód główny
z lokalizacją uszkodzenia
Lp.
Rekomendowane
typy wyłączników
Kształt prądu
różnicowego
Kształt prądu
obciążenia
AC
A/F
B / B+
Jednofazowy
L
1
IL
IF
IL
IF
t
t
N
PE
Jednofazowy z wygładzaniem
L
IL
2
IL
IF
IF
t
t
N
PE
Trójfazowe połączenie w gwiazdę
I
L1 L
IF
IL
L2
IF
L3
t
N
PE
t
Układ pełnego mostka
(jednofazowego 2-pulsowego)
L
4
IL
IL
IF
IF
N
t
t
PE
Układ pełnego mostka półsterowanego
(jednofazowego 2-pulsowego)
5
L
IL
IL
IF
IF
N
t
t
PE
Pełny mostek międzyprzewodowy
(2-pulsowy)
6
L1
IF
IL
IL
IF
L2
t
N
t
PE
Układ trójfazowego pełnego mostka
(6-pulsowego)
IL
IL
7
L1
L2
L3
IF
IF
t
t
PE
Regulator (sterownik) prądu przemiennego
jednofazowy z regulacją kąta fazowego
L
IL
8
IF
IL
IF
t
N
PE
t
Impulsowy regulator (sterownik)
prądu przemiennego jednofazowy
L
IL
9
N
PE
IF
IL
IF
t
t
Rys. 10:
Podstawowe układy urządzeń energoelektronicznych (źródło DIN VDE 0100-530 załącznik B)
3
29
Doepke
1.12 Powstawanie stałego gładkiego prądu różnicowego z pojedynczych prądów przewodów skrajnych L1, L2 oraz L3.
Uproszczony schemat sieci trójfazowej z mostkowym układem prostowniczym D6 przemiennika częstotliwości FC z miejscowym uszkodzeniem izolacji
Obwód zasilania
z prostownikiem
przemiennika
częstotliwości
Rys. 11 Przepływ prądu różnicowego w wyniku uszkodzenia izolacji na kondensatorze obwodu pośredniczącego z 6-cio pulsowym mostkowym układem prostowniczym.
Rys. 12 Przebiegi poszczególnych prądów przewodowych oraz prądu różnicowego.
Prąd różnicowy iF składa się z sumy poszczególnych prądów iL1, iL2, iL3 w trzech przewodach fazowych L1, L2 oraz L3. Poszczególne prądy przewodowe iL1 do iL3 mają kształt
pulsującego prądu stałego o długim czasie, w którym zanikają do zera. Prądy fazowe są
wynikiem naturalnej komutacji między poszczególnymi diodami mostka D6. Poszczególne
strumienie magnetyczne, będące wynikiem przepływu ww. prądów sumują się w rdzeniu
przekładnika RCD. Efektem jest proporcjonalny do prądu różnicowego iF przepływ strumienia magnetycznego z dużą składową stałą, który powoduje magnesowanie wstępne
rdzenia przekładnika i mocno ogranicza ewentualne dalsze magnesowanie wynikające z
przepływu dodatkowego przemiennego prądu różnicowego, w skrajnym przypadku całkowicie je uniemożliwia.
30
Informacje techniczne
Część II.
Przebiegi częstotliwościowe prądu wyzwalania
wyłączników RCD czułych na wszystkie
rodzaje prądów i ich znaczenie dla poziomu ochrony.
31
Doepke
2. Przebieg częstotliwościowy prądu wyzwalania wyłączników
RCD czułych na wszystkie rodzaje prądów i ich znaczenie dla
poziomu ochrony.
W układach elektrycznych z urządzeniami energoelektronicznymi (mocy), które nie są galwanicznie rozdzielone od sieci, powstać mogą w przypadku zwarcia doziemnego gładkie
stałe prądy różnicowe, lub/i prądy różnicowe o częstotliwościach, które odbiegają znacznie
od częstotliwości sieci. Skuteczna realizacja ochrony różnicowoprądowej w wymienionych
układach wymaga zastosowania urządzenia RCD (ang. Residual Current oprerated protective Device), które czułe jest na wszystkie rodzaje prądów, tzn. na prądy różnicowe w
szerokim paśmie częstotliwości, jakie wystąpić mogą w układzie. Urządzenie wykrywa te
prądy i jeśli to konieczne powoduje wyłączenie zasilania.
Rodzi się tutaj pytanie, czy można przyjąć, że obowiązujący dla danego RCD poziom
ochrony przy znamionowym prądzie różnicowym oraz przy częstotliwości znamionowej
obowiązuje także dla całego pozostałego obszaru częstotliwości.
2.1 Ochrona realizowana przez wyłączniki RCD typu A, czułe na prądy sinusoidalne i pulsujące (50Hz).
Stosowane powszechnie urządzenia ochrony różnicowoprądowej czułe na prądy pulsujące wg EN 61008 / VDE 0664 T 10 przeznaczone są dla prądów różnicowych typu A
zgodnie z IEC TR 60755 (General requirements for residual current operated protective
devices), tzn. że reagują zgodnie z przeznaczeniem jedynie na prądy różnicowe przemienne oraz pulsujące prądy różnicowe stałe o częstotliwości znamionowej, tzn. częstotliwości
sieci. Progi (poziomy) wyzwalania dla częstotliwości odbiegających od znamionowej nie
są zdefiniowane. Tym samym nie jest zapewnione poprawne wyłączanie przy prądzie różnicowym gładkim lub prądach różnicowych przemiennych o częstotliwościach wyższych.
Podwyższona wartość składowej stałej w prądzie różnicowym znacząco ogranicza lub
całkowicie uniemożliwia rozpoznawanie i reagowanie RCD na jednocześnie występujące
prądy różnicowe o częstotliwości znamionowej. Pokazany w tabeli 1 poziom ochrony (próg
wyzwalania) realizowany przez stosowanie wyłączników RCD typ A, ustalony jest dla znamionowego prądu różnicowego oraz częstotliwości znamionowej.
Prąd wyzwalania
IΔn
Poziom ochrony (przy częstotliwości znamionowej)
ochrona przy dotyku
pośrednim 1)
ochrona pożarowa
0,03 A


0,1 A


0,3 A


>0,5 A

2)
ochrona przy dotyku
bezpośrednim 3)

1) ochrona przed dotykiem pośrednim wg VDE 0100-410
2) ochrona przed pożarami wynikającymi z awarii w instalacji elektrycznej
3) ochrona życia i zdrowia osób wg VDE 0100-410
Tabela 1: Przyporządkowanie możliwego do osiągnięcia poziomu ochrony dla znamionowego prądu
różnicowego wyłączników RCD typu A.
32
Informacje techniczne
2.2 Ochrona realizowana przez wyłączniki RCD typu F.
Wyłączniki RCD typu F spełniają wszystkie wymagania wyłączników RCD typu A oraz dodatkowo rozpoznają prądy różnicowe o tzw. częstotliwościach mieszanych odbiegających
od 50Hz. Są one przewidziane do zastosowania w instalacjach z przemiennikami częstotliwości, które w wyniku awarii mogą generować prąd różnicowy, w którym wprawdzie główny
udział ma składowa 50Hz, ale występują również prądy o składowych niższych i wyższych
(np. w przypadku stosowania urządzeń jednofazowych z przetwornicą częstotliwości).
Stwierdzono, że wyłączanie składowej 50Hz nie jest w żaden sposób zakłócane, jeżeli
równocześnie w prądzie różnicowym występują składowe o niskich i wysokich częstotliwościach. Stosowanie wyłączników RCD typu A w opisanym przypadku nie daje całkowitej
pewności prawidłowego działania.
Wyłączniki różnicowoprądowe typu F nie rozpoznają stałych gładkich prądów różnicowych
i w związku z typ nie mogą być w żadnym przypadku stosowane w zamiennie z wyłącznikami RCD typu B lub B+.
Normy dotyczące RCD typu F oraz przepisy określające obszary zastosowań są w opracowaniu.
2.3 Określenie poziomu ochrony urządzenia RCD typ B w rozszerzonym zakrsie częstotliwości prądów wyłączenia.
Wiele urządzeń energoelektronicznych mocy jak np. UPS-y, fotowoltaliczne przemienniki
częstotliwości, falowniki, wytwarzają wewnątrz lub bezpośrednio w postaci napięcia wyjściowego bipolarne napięcie prostokątne (taktowane napięcie stałe), które modulowane
szerokością impulsów przekształcane jest ostatecznie w wyjściowe napięcie sinusoidalne
o żądanej częstotliwości. Stąd w przypadku awarii np. przemiennika częstotliwości mogą
płynąć oprócz prądów różnicowych o częstotliwości sieciowej oraz stałych gładkich prądów różnicowych, także prądy różnicowe o szerokim spektrum częstotliwości, wynikające
z częstotliwości taktowania oraz jej harmonicznych jak również częstotliwości wyjściowej.
Zapewnienie szerokiej ochrony przed szkodliwym oddziaływaniem ewentualnych prądów
różnicowych przy eksploatacji ww. urządzeń wymaga zastosowania wyłącznika RCD typu
B, czułego na stały gładki prąd różnicowy oraz na prądy różnicowe o ww. częstotliwościach.
Osiągany w ten sposób stopień ochrony powinien obowiązywać nie tylko przy częstotliwości znamionowej, lecz o ile to możliwe, w całym obszarze częstotliwości, tj. od 0 Hz
do najwyższej możliwej częstotliwości taktowania przemiennika, dla której może wystąpić
odpowiedni prąd różnicowy (powinniśmy znać górną granicę występowania prądów różnicowych). Jedynie w ten sposób uniknąć można pomyłek, decydując o wyborze znamionowego prądu różnicowego wyłącznika RCD i związanego z tym prądem poziomu ochrony.
Urządzenia z układami energoelektronicznymi charakteryzują często wysokie prądy upływowe, które to są przyczyną niepożądanych wyłączeń zabezpieczenia RDC. Z tego powo33
Doepke
du próg zadziałania aparatów RDC powinien przebiegać minimalnie poniżej granicy, która
jest określona poprzez wymogi bezpieczeństwa. Wymagania takie spełniają w mniej lub
bardziej dokładnym stopniu wyłączniki RCD o charakterystyce B., zależnie od norm określających ich budowę.
2.4 Wymagania odnośnie wartości prądu wyzwalania w zależności od częstotliwości.
W celu zapewnienia w całym obszarze częstotliwości jednakowego stopnia ochrony, prąd
różnicowy wyzwalania wyłącznika RCD typu B nie musi być koniecznie przy wszystkich częstotliwościach mniejszy lub równy znamionowemu prądowi różnicowemu wyłącznika.
Wyłącznik RCD pełniący funkcję ochrony przed dotykiem bezpośrednim (ochrona życia i
zdrowia osób), musi zadziałać jak wiadomo dla prądów o częstotliwości 50 Hz maksymalnie
przy 30 mA. Dla prądów różnicowych stałych oraz dla prądów o wyższych częstotliwościach
niż częstotliwość sieciowa, najwyższy dopuszczalny próg wyzwalania może się znajdować
wyraźnie wyżej, ponieważ organizm ludzki reaguje (ze wglądu na skutku kardiologiczne
przepływu prądu) na takie prądy w mniejszym stopniu niż na prąd przemienny 50 Hz. Rys.
13 pokazuje w jaki sposób przebieg częstotliwościowy prądu zadziałania wyłącznika RCD
typu B może zostać dopasowany do wrażliwości człowieka na oddziaływanie prądu, aby
zrealizować możliwie daleko idącą ochronę życia i zdrowia osób. Dla pewnych częstotliwości wyzwalanie RCD może odbywać się na wyższym poziomie niż znamionowe 30 mA, co
nadal zapewni ochronę i jednocześnie pozwoli uniknąć niepotrzebnych wyłączeń zasilania
wynikających z podwyższonych prądów upływowych w tym zakresie. Dane o zagrożeniu
wynikającym z przepływu prądu o częstotliwościach różnych od 50 Hz przez organizm ludzki znaleźć można w części 2 IEC TS 60479 („Effects of current passing trough the human
body”) w formie krzywej zagrożenia dla częstotliwości od 50 do 1000 Hz. Podaje ona w
zależności od częstotliwości graniczne wartości prądu jako, wielokrotność dopuszczalnej
wartości granicznej przy 50 Hz, powyżej których przy przepływie prądu przez ciało człowieka
przez czas dłuższy niż okres częstotliwości pracy serca człowiek może doznać śmiertelnego
porażenia prądem w następstwie migotania komór serca. Krzywa (a) na rys. 13 przedstawia
krzywą zagrożenia z części 1 IEC 60479 rozszerzoną o częstotliwości poniżej 50 Hz przeliczone na bezwzględne wartości prądu dla prawdopodobieństwa zdarzeń < 5 %.
34
Informacje techniczne
Rys. 13 Krzywe dla różnych oddziaływań prądu na ciało człowieka, powyżej których istnieje zagrożenie
życia i zdrowia.
Wyłącznik RCD, który miałby chronić człowieka jedynie przed skutkami kardiologicznego
oddziaływania prądu, mógłby jak z tego wynika mieć częstotliwościowy przebieg wyzwalania, którego górna granica zgodnie z krzywą (a) na rys.13 przy rosnących częstotliwościach
biegłaby stromo w górę. Tak więc przy prądach różnicowych o wysokich częstotliwościach
RCD działałby bardzo nieczule i byłby odporny na niepożądane wyłączenia w wyniku prądy upływowych. Taki wyłącznik nie chroniłby jednak człowieka w wystarczającym stopniu przed dalszymi elektro-patologicznymi oddziaływaniami prądu, jak np. oddziaływania
termiczne i elektrochemiczne przy wysokich częstotliwościach. Norma IEC 60479-1 nie
podaje żadnych danych jeżeli chodzi o oddziaływania termiczne i elektrochemiczne prądu
przemiennego na organizm ludzki. Można jednak wychodzić z założenia, że opisane w
rozdz. 4.4 tej normy oddziaływania dla prądu stałego, można przenieść z taką samą wartością skuteczną do obszaru częstotliwości < 100 kHz. W wyniku takiego założenia można
spodziewać się szkodliwych skutków oddziaływania termicznego dla prądów powyżej 0,3
A i czasów ich przepływu rzędu minut. Prąd różnicowy o wartościach leżących powyżej tej
granicy nie powinien w żadnym przypadku płynąć przez organizm człowieka przez dłuższy czas. Krzywa (a) na rys 13 przebiega jedynie do częstotliwości ok. 500 Hz poniżej tej
wartości prądu [tj. linii (b)]. Można więc powiedzieć, że powyżej częstotliwości ok. 500 Hz
bardziej groźne jest oddziaływanie termiczne i elektrochemiczne niż efekty kardiologiczne zachodzące w organizmie człowieka. Ogólna krzywa zagrożenia (c), która uwzględnia
wszelkie możliwe skutki szkodliwych oddziaływań prądu, nie może mieć wraz ze wzrostem
częstotliwości przebiegu zgodnego z krzywą (a), lecz musi po osiągnięciu wartości prądu
0,3 A mieć kształt krzywej (b).
W celu minimalizacji szkodliwego oddziaływania prądów różnicowych wyłącznik RCD typu
B, realizujący szeroko rozumianą ochronę życia i zdrowia ludzi, powinien mieć charakterystykę częstotliwościową wyzwalania położoną w całym obszarze poniżej krzywej (c).
35
Doepke
Wyłącznik RCD o prądzie znamionowym 0,03A i częstotliwości znamionowej 50Hz może
więc dla częstotliwości powyżej 100Hz posiadać wyższy próg zadziałania niż dla częstotliwości znamionowej 50Hz. Wartość prądu 300mA niezależnie częstotliwości nie powinna
jednak być przekroczona nawet dla częstotliwości większych niż 500Hz.
tu została na
która wybrana
A,
3
0,
ak
u
ąd
pr
zna
lką ilość lub br
artością granic
lędu na niewie
zg
w
we
pe
(z
Wsskazówka: W
h
za
e
yc
ni
ąc
redniego
żeń upraszczaj
u dotyku bezpoś
m
dk
ko
i
pa
podstawie zało
zy
ow
pr
an
w
st
,
C 60479-1)
Wartość ta
IE
y.
w
on
h
hr
yc
oc
h
zn
j”
yc
yc
ne
wyt
bsolut
epożądan
razie żadnej „a
a uniknięcia ni
nia w żadnym
wyzwalania, dl
m
ieczeństwa.
ie
zp
og
be
pr
i
im
wysok
a wymogam
u,
w
ły
up
odnie
i
promis między
am
ąd
ie dowolnie zg
odowanych pr
tliwości nie rośn
to
szym
ęs
iż
wyłączeń spow
cz
jn
u
na
eg
ie
bi
na możliw
krzywa prze
zez
e wartość stałą
pr
uj
Ważne jest, że
a
jm
an
zy
pr
ow
iz
cz
al
le
enia (a),
ośrednim re
zp
be
em
poki
ie
ty
z krzywą zagroż
en
d do
uzupełni
rona osób prze
st zawsze jako
je
a
ek,
an
ad
w
poziomie. Och
yp
na
w
uz
stwa” na
icowoprądowe,
ulec bezpieczeń
am
za„h
e
ni
wyłączniki różn
ko
ii
ja
ar
n.
aw
tz
w przypadku
ków ochrony,
a
od
ow
śr
tk
h
yc
da
ał
do
st
a
zo
ochron
podstawowa i
kiedy ochrona
działają.
Wartość graniczna prądu wyzwalania RCD na poziomie 0,3A przedstawia znaną od lat w
środowisku elektryków górną granicę prądu ze względu na ochronę przed pożarami wynikającymi z awarii w instalacjach elektrycznych. Podobnie jak dla wyłącznika RCD typu A,
również dla wysokoczułego RCD typu B można zrealizować ochronę na poziomie 3, co jednocześnie zapewnia realizację ochrony na niższych poziomach tj. 2 i 1 w pełnym zakresie
częstotliwości wykrywanych prądów różnicowych. Jeżeli przebieg częstotliwościowy prądu
wyzwalania wyłącznika RCD typu B spełnia powyższe wymogi zapewniona jest w całym
obszarze rozpoznawanych częstotliwości prądu różnicowego ochrona przed pożarami wynikającymi z usterek w instalacji elektrycznej.
2.5 Wymogi dla określenia górnej granicy częstotliwości prądu wyzwalania
Napięcie wyjściowe urządzeń elektronicznych mocy może być taktowane różnymi częstotliwościami. Stąd pojawia się szerokie spektrum częstotliwości możliwych prądów różnicowych. Prąd różnicowy na wyjściu przemiennika częstotliwości zawiera składowe o różnych
częstotliwościach: częstotliwość taktowania i jej wyższe harmoniczne, częstotliwość silnikową oraz częstotliwość 150 Hz, która powstaje w wyniku pracy prostownika sześciopulsowego jako „falistość ” napięcia obwodu pośredniczącego. Rys. 14 pokazuje, w jakim zakresie
różne składowe częstotliwościowe zależne są od nastawionej częstotliwości silnikowej fMot w
całkowitym prądzie różnicowym. Całkowity prąd różnicowy IΔSum stanowi sumę geometrycz36
Informacje techniczne
ną składowych prądów różnicowych IΔMot z częstotliwością silnikową, IΔTakt, częstotliwością
taktowania oraz IΔ150 częstotliwością Ripple’a napięcia obwodu pośredniczącego.
Rys. 14 Składowe prądu różnicowego różnych częstotliwości na wyjściu przemiennika częstotliwości
z częstotliwością taktowania 8 kHz przy rezystancji pętli prądu różnicowego 780 Ω.
Rys. 14 pokazuje wyraźnie, że przy niskiej częstotliwości silnikowej fMot składowa prądu
różnicowego IΔTakt o częstotliwości taktowania stanowi prawie całość prądu różnicowego
IΔSum. Ponieważ taktowane napięcie wyjściowe składa się z impulsów prostokątnych, zawiera ono obok udziałów z częstotliwością taktowania także nieparzyste wyższe harmoniczne. Typowe przemienniki częstotliwości eksploatowane mogą być dzisiaj z częstotliwością taktowania do 16 kHz. Powstawać wtedy mogą prądy różnicowe z tą częstotliwością.
Pierwsza z wyższych harmonicznych (48 kHz) ma przy tym amplitudę wielkości do 30%
oscylacji podstawowej 16 kHz i osiągać może ok. 10% wartości skutecznej całkowitego
prądu różnicowego. Jak z tego wynika już przy stosowaniu standardowych przemienników
częstotliwości górna częstotliwość graniczna dla wyzwalania prądu różnicowego powinna
wynosić co najmniej 50 kHz. Dla szybko wirujących maszyn oferowane są przemienniki o
wyższych częstotliwościach taktowania. Inne urządzenia elektroniczne, jak np. falowniki
PV, urządzenia UPS i układy łączeniowe sieci, taktowane są z reguły przy wyższych częstotliwościach, więc RCD dla zapewnienia obszernej ochrony powinien obejmować prądy
różnicowe o częstotliwościach co najmniej do 100 kHz.
2.6 Przebieg częstotliwościowy dla powszechnie przyjętego (uniwersalnego)
poziomu ochrony z niedużymi bądź średnimi prądami upływu.
Przebieg częstotliwościowy prądu wyzwalania wyłącznika RCD zoptymalizowany do powyższych wymogów pokazuje rys. 15. Dotyczy on wyłącznika ochronnego różnicowoprą37
Doepke
dowego DFS 4B NK o znamionowym prądzie różnicowym 30 mA. Charakterystyka przebiega we wszystkich obszarach pod łączną krzywą zagrożenia (c) z rys.13. Wyłącznik
o znamionowym prądzie różnicowym 30 mA zapewnia tym samym, również w obszarze
częstotliwości od 1000 Hz do 100kHz (według aktualnego stanu wiedzy) wysoką, jeśli nie
całkowitą ochronę osób, ochronę pożarową i oczywiście właściwą ochronę różnicowoprądową. Próg zadziałania prądu wyzwalania leży zawsze pod ustaloną dla poziomu ochrony
najwyższą wartością graniczną. Uzyskując wysoki stopień ochrony 3, dodatkowo unika
się w dużym stopniu w całym zakresie częstotliwości niepożądanych wyłączeń spowodowanych przez prądy upływowe. Wymagana dla ochrony różnicowoprądowej rezystancja uziemienia powinna zostać dobrana na najwyższy prąd wyzwalania w obejmowanym
obszarze częstotliwości, tzn. na 300 mA, a nie na znamionowy prąd różnicowy 30 mA.
Dla wyłączników różnicowoprądowych DFS 4B NK z wyższymi znamionowymi prądami
różnicowymi przebieg częstotliwościowy jest dobrany w taki sposób, że przyporządkowany
wg tabeli 1 znamionowemu prądowi różnicowemu poziom ochrony obowiązuje w całym
obszarze częstotliwości. Przykładowo dla wyłącznika ochronnego różnicowoprądowego
DFS 4B NK o znamionowym prądzie różnicowym 300 mA linia charakterystyki przebiega
w całym obszarze poniżej 300 mA (Rys. 15). Zapewnia on tym samym w pełnym zakresie
częstotliwości poziom ochrony 2 określony w tabeli 1.
Rys. 15 Przebiegi częstotliwościowe prądu wyzwalania wyłącznika ochronnego różnicowoprądowego
DFS 4B NK w odniesieniu do granic zagrożenia dla ochrony osób i ochrony przeciwpożarowej
2.7 Przebieg częstotliwościowy ze „skokiem poziomu ochrony” w układach z
dużymi prądami upływu.
W układach z wieloma przemiennikami częstotliwości oraz/lub długimi przewodami zasilającymi silniki, zastosowane wyłączniki ochronne RCD typu B, które zapewniają najwyższy
38
Informacje techniczne
poziom ochrony w całym przebiegu częstotliwościowym, mogą prowadzić do niepożądanych wyłączeń z uwagi na wysokie prądy upływowe w paśmie III częstotliwości. W takich
przypadkach prąd wyzwalania w tym obszarze częstotliwości musi stać się wyższy, co
skutkuje tym, że poziom ochrony obniża się o jeden, a nawet dwa stopnie. Poziom ochrony
zmienia się w ramach tego obszaru częstotliwościowego począwszy od pewnej częstotliwości, w dół na niższy stopień.
Rys. 16. Przebiegi częstotliwościowe prądu wyzwalania wyłącznika ochronnego różnicowoprądowego DFS 4B SK w odniesieniu do granic zagrożenia określonych ze względu na
ochronę osób i ochronę przed pożarem.
Rys. 16. Przebiegi częstotliwościowe prądu wyzwalania wyłącznika ochronnego różnicowoprądowego
DFS 4B SK w odniesieniu do granic zagrożenia określonych ze względu na ochronę osób i ochronę
przed pożarem.
2.8 Wymagania norm dotyczące przebiegu częstotliwościowego prądów wyzwalania RCD.
Właściwości i co się z tym bezpośrednio wiąże charakterystyki częstotliwościowe prądów
wyzwalania wyłączników RDC typu B opisują normy międzynarodowe IEC 62423 i IEC TR
60755, jak również normy niemieckie DIN EN 62423 (VDE 0664-40) oraz projekt normy
niemieckiej DIN V VDE V 664-110 (wyłączniki RCCB typu B+). Z kolei dla wyłączników zespolonych (nadmiarowoprądowych z członem różnicowopradowym) istnieje projekt normy
DIN V VDE 664-210 (RCBO typu B+).
Wymagania związane z charakterystyką częstotliwościową odnośnie maksymalnie dopuszczalnego prądu wyzwalania i maksymalnej częstotliwości rozpoznawanych prądów
różnicowych są zróżnicowane.
39
Doepke
Na rynku niemieckim rozróżnia się z jednej strony, ze względu na normę DIN EN 62423
(VDE 0664-40) wymagania jakie powinny spełniać wyłączniki typu B, a z drugiej strony ze
względu na projekty norm DIN V VDE V 664-110 czy DIN V VDE 664-210 wymagania jakim
powinny odpowiadać wyłączniki typu B+.
Wyłączniki typu B muszą w związku z tymi wymogami rozpoznawać prądy różnicowe o częstotliwościach jedynie do 1 kHz, przy czym prąd wyzwalania może wzrastać do 14-krotnej
wartości znamionowego prądu wyzwalania przy wyższych częstotliwościach. Wyłączniki
typu B+ muszą w przeciwieństwie do ww. rozpoznawać prądy do 20kHz i jednocześnie prąd
wyzwalania nie może w żadnym wypadku przekroczyć wartości 420 mA. Reguła ta obowiązuje również dla wyłączników typu B+ o znamionowym prądzie różnicowym większym
niż 30mA. Zapis ten zakłada zachowanie ochrony przed pożarem, mimo podniesionej w
stosunku do RCD typu B granicznej wartości prądu wyzwalania1.
Wskazówka: obowiązujące wcześniej zapisy norm niemieckich E DIN VDE 664-100 dla RCCB typu B
i E DIN 664-200 dla RCBO typu B były wiążące do lipca 2012r. Zostały one zastąpione przez DIN EN
62423 (VDE 0664-40). Dodatkowo jest przewidziane zastąpienie projektu normy DIN V VDE V 664-110
dla RCCB typu B+ przez DIN VDE 664-400 oraz projektu normy DIN V VDE V 664-210 dla RCBO typu
B+ przez DIN VDE 664-401. Treści tych norm pozostaną w niezmienionym brzmieniu.
Wyłączniki Doepke typu DFS4 B NK spełniają wymagania wszelkich obecnie obowiązujących norm dotyczących wyłączników czułych na wszystkie rodzaje prądów. Ich graniczna
częstotliwość rozpoznawanych prądów różnicowych wynosząca 100kHz oraz graniczna
wartość znamionowa prądów wyzwalania mniejsza od 300mA dla całego pasma częstotliwości znacząco przekracza wymogi zapisana w przytoczonych przepisach. W związku z
tym polecamy we wszelkich możliwych obszarach zastosowań instalowanie tych wyłączników.
Jeżeli zastosowanie wyłączników typu DFS4 B NK jest niemożliwe, ze względu na duże
prądy upływowe, powinno się zawsze na początku dążyć do ograniczenia prądów upływowych, a dopiero gdy to jest niemożliwe do zrealizowania, stosować urządzenia typoszeregu
DFS4 B+ lub DFS4 B SK.
2.9 Wartość rezystancji uziemienia dla uzyskania ochrony różnicowoprądowej.
W obliczeniach rezystancji uziemienia RE, w układach z wyłącznikami na wszystkie rodzaje
prądu RCD typu B, należy uwzględniać maksymalny prąd wyzwalania IΔAmax odczytany z
charakterystyk częstotliwo-ściowych, a nie znamionowy prąd różnicowy IΔn (w odróżnieniu
od układów elektrycznych z wyłącznikami różnicowoprądowymi na prądy pulsujące RCD
typu A). Zgodnie z równaniem RE = UB / IΔAmax można obliczyć maksymalną dopuszczalną
1. Graniczna wartość 420mA nie odpowiada przyjętej od lat wartości znamionowej 300mA dla zapewnienia ochrony przed pożarami wynikającymi z prądów różnicowych. Jednak jak wykazały przeprowadzone
doświadczenia z zastosowaniem wyłączników RCD typu A nadal zapewniona jest ochrona przed pożarami
wynikającymi z ww. prądów. Wyłączniki typu A o prądzie znamionowym 300mA charakteryzują się również
dla stałych pulsujących prądów różnicowych prądem wyzwalania wynoszącym max. ok. 420mA.
40
Informacje techniczne
rezystancję uziomu RE. Wartość napięcia dotyku dopuszczalnego długotrwałe UB, przyjąć
należy na poziomie 50 V, wzgl. 25 V (w zależności od obszaru występowania zagrożenia),
podobnie jak ma to miejsce dla częstotliwości 50 Hz.
2. 10 Podsumowanie
Podobnie jak dla wyłączników RCD typu A, można również dla wyłączników RCD czułych
na wszystkie prądy określać znamionowy prąd różnicowy i wynikający stąd poziom ochrony. Częstotliwościowy przebieg prądu wyzwalania przebiegać musi stale poniżej obowiązującej dla danego poziomu ochrony granicy zagrożenia. Ścisłe dopasowanie charakterystyki przebiegu częstotliwościowego do odpowiednich krzywych granicznych minimalizuje
występowanie niepożądanych wyłączeń RCD, będących wynikiem prądów upływowych o
różnych częstotliwościach. W praktyce wysokie prądy upływowe wymagają jednak, aby
RCD charakteryzowały wysokie progi wyzwalania w obszarze częstotliwości występowania tych prądów. Warunek poziomu ochrony w odniesieniu do znamionowego prądu różnicowego nie jest wtedy zapewniony, ponieważ prąd wyzwolenia w pewnym obszarze
częstotliwości znajduje się powyżej maksymalnych wartości określonych przez krzywe
zagrożenia. Ustalenia aktualnych norm dotyczących RCD typu B nie przewidują jeszcze
w przebiegu częstotliwościowym „skoków” w przebiegu charakterystyk określających poziom ochrony. Dodatkowo określone w nich górne granice częstotliwościowe przebiegu
prądu różnicowego są za niskie, aby zapewnić ochronę przed prądem różnicowym przy
elektronicznych urządzeniach mocy pracujących z wysokimi częstotliwościami taktowania.
W wyniku niemieckiej normalizacji dotyczącej wyłączników RCD typu B+ usunięte zostały
przynajmniej niepewności dotyczące ochrony przed pożarami dla układów przemiennikowych o częstotliwości do 20kHz, jednakże ta ochrona nie jest określona normami dla kilku
powszechnie stosowanych urządzeń o wyższych częstotliwościach taktowania. W związku
z tym, dla projektantów układów energoelektronicznych niezbędne jest przeanalizowanie
na podstawie charakterystyk częstotliwościowych prądów wyzwalania, w zależności od
wybranego aparatu RDC, czy w danym przypadku zapewniony jest wymagany poziom
ochrony dla wszelkich możliwych przypadków pracy układu i wynikających stąd prądów
różnicowych.
41
Doepke
Część III.
Załączniki
42
Informacje techniczne
3. Załączniki
3.1 Skróty w tekście
Skrót
Znaczenie
RCD
Residual current-oprated protective device - Urządzenie ochrony różnicowoprądowej
RCD Typ AC Urządzenie ochrony różnicowoprądowej czułe na prąd przemienny (AC)
RCD Typ A
Urządzenie ochrony różnicowoprądowej czułe na prąd pulsujący (A)
RCD Typ B
Urządzenie ochrony różnicowoprądowej czułe na wszystkie prądy (B)
RCCB
Residua current-operated circuit breaker - wyłącznik ochronny różnicowoprądowej ze zintegrowanym wył. różnicowoprądowym
RCM
Residual current monitor - monitor prądu różnicowego
RCMU
Residual current monitor unit - urządzenie monitorujące prąd różnicowy
EMC
Kompatybilność (zgodność) elektromagnetyczna
FC
Przemiennik częstotliwości
PE
Potencjał ziemi (odniesienia)
PV
Fotowoltaiczny
RF
Rezystancja przejścia z punktu uszkodzenia do ziemi.
IF
Prąd różnicowy
RCCB
Urządzenie ochrony różnicowoprądowej bez wbudowanego wyłącznika
nadmiarowoprądowego, wyłącznik FI
RCBO
Urządzenie ochrony różnicowoprądowej z wbudowanym wyłącznikiem
nadmiarowoprądowym, wyłącznik FI/LS
CBR
“circuit-breaker incorporating residual current protection” - wyłącznik mocy
funkcją ochrony różnicowoprądowej
MRCD
“modular residual current device” - modułowy aparat ochrony różnicowoprądowej
Uwaga: RCCB należą do grupy RCD
Tabela 2 Przegląd stosowanych skrótów
43
Doepke
3.2 Krótki przegląd urządzeń różnicowo-prądowych typu B firmy Doepke oraz
przykłady zastosowań
44
Nazwa
Rodzaj urządzenia
Zastosowanie
DFS 4 B SK
wył. r-p typu B o charakterystyce SK
przemienniki częstotliwości
DFS 4 B NK
wył. r-p typu B o charakterystyce NK
aparatura medyczna,
miejsca zagrożenia pożarowego
DFS 4 B SK lub NK V500
wył. r-p typu B na napięcie
500V
instalacje na 500V
DFS 4 B SK lub NK S
wył. r-p typu B wykonanie
selektywne
dobezpieczenie wył. typu
B
DFS 4 2/ B SK lub NK
wył. r-p typu B jednofazowy instalacje fotowoltaiczne
DFL 8 B SK
wył. r-p typu B SK o prądzie do 250A
przemienniki częstotliwości
DFL 8 B NK
wył. r-p typu B NK o prądzie do 250A
aparatura medyczna
FIB 1+N B NK lub SK
wył. 1 fazowy różnicowo,
-nadmiarowoprądowy typu
B i charakterystyce B
instalacje tyrystorowe
1-fazowe
FIC 1+N B NK lub SK
wył. 1 fazowy różnicowo
-nadmiarowoprądowy typu
B i charakterystyce C
instalacje tyrystorowe
1-fazowe
FIB 3+N B NK lub SK
wył. 3 fazowy różnicowo
-nadmiarowoprądowy typu
B i charakterystyce B
instalacje tyrystorowe
3-fazowe
FIC 3+N B NK lub SK
wył. 3 fazowy różnicowo
-nadmiarowoprądowy typu
B i charakterystyce C
instalacje tyrystorowe
3-fazowe
DMRCD 1 B+ oraz DRCM
1B+
monitorowanie prądy upływowych
monitor prądu różnicowego
typu B
Informacje techniczne
45
Doepke
46
Informacje techniczne
Doepke
System analizy prądu różnicowego
DRCA 1
• Pomiar prądów upływu oraz prądów różnicowych o wartościach
szczytowych 10 A w zakresie częstotliwości od 10 Hz do 100 kHz
• Wskazywanie przebiegu sygnału, analiza częstotliwości i diagram
wartości skutecznych
• Pomiar długookresowy natychmiastowy lub po zadanym czasie
• Szacunkowa analiza prądu różnicowego w odniesieniu do
wyłączników RCD typu B Doepke
• Nie jest potrzebna żadna konfiguracja
47
Doepke
Doepke
Przy pomocy systemu pomiarowego
DRCA 1 (Doepke Residual Current
Analyzer) można mierzyć dokładnie
prądy upływu oraz prądy różnicowe.
Ten system pomiarowy umożliwia
szczegółowy pomiar i oszacowanie
wartości prądów różnicowych.
Użytkownik DRCA 1, dla pomierzenia
prądów upływu dysponuje szeregiem
funkcji:
Doepke
Mierzone mogą być prądy przemienne
o amplitudach do 10 A oraz częstotliwości od 10 Hz do 100 kHz.
Sygnał może być badany na różne
sposoby. Do dyspozycji są przebieg sygnału, analiza częstotliwości
lub diagram wartości skutecznych.
Można wykrywać również przebiegi łączeniowe (nieustalone) w opcji
menu – tryb przerzutnika:
Przegląd progów wyzwalania
wszystkich typów RCD.
Dla sporadycznie występujących problemów z wysokimi prądami upływu,
właściwym rozwiązaniem jest pomiar
w dłuższym okresie.
Szeregi pomiarów można rozpoczynać
według własnych potrzeb w zadanym
czasie, i później dokładnie badać pomierzone wartości.
Przegląd progów wyzwalania
wszystkich typów RCD.
Podsumowując, system pomiarowy
DRCA 1 prezentuje się jako łatwe
w obsłudze narzędzie do pełnej
analizy prądów różnicowych.
DRCA 1-zestaw
Nr art. 09 352 050
Analizator prądu różnicowego – system pomiarowy w zestawie składający się z: jednostki pomiarowej, przekładnika 70mm (średnica wewn.),
3m
kabla
pomiarowego,
oprogramowania
analizującego i walizki do przechowywania
DRCA 1
Nr art. 09 352 051
Analizator prądu różnicowego – jednostka pomiarowa włącznie z oprogramowaniem
DRCA 1-CT
Nr art. 09 352 052
Przekładnik 70mm wewn. średn.
DRCA 1-MC
Nr art. 09 352 053
Kabel pomiarowy z wtyczką 3 m
DRCA 1-SW
Nr art. 09 352 054
Oprogramowanie
Schaltgeräte GmbH & Co. KG
Przedstawicielstwo w Polsce:
P.P.U.H. EL-TEAM Sp. z o.o.
Aleja Młodych 26-28
41-106 Siemianowice Śl.
tel. /32/ 204 36 28, 229 03 71
fax /32/ 220 00 05
48
www.el-team.com.pl
Jednak po zbadaniu prądu pozostaje
niewyjaśniona kwestia jak on wpływa
na RCD. Różne progi zadziałania
przy częstotliwości rosnącej pozwalają
jedynie z trudem to ocenić. Jednak
szacunkowa analiza pozwala postawić
wniosek co do bezpośredniego wpływu
prądu różnicowego na wyłącznik RCD.
Dla każdego RCD zostaje przywołana
przynależna charakterystyka wyzwalania i mówi nam o występujących
rezerwach lub ewentualnym wyzwalaniu.
Przegląd RCD typoszeregu DFS 4B.
Dane wskazują na osiągany prąd
wyzwalania w procentach:
wrzesień 2009
Urządzenie DRCA 1 składa się z trzech
części. Przekładnik prądowy zostaje zabudowany w rozdzielnicy
tam, gdzie znajduje się wyłącznik
różnicowoprądowy, aby zapewnić
pomiar istotnych dla niego wielkości
prądów. Przekładnik zostaje podłączony do zewnętrznego elementu pomiarowego, który z kolei połączony
jest poprzez USB z PC-tem lub notebookiem. Na PC-cie znajduje się
oprogramowanie analizatora, które
zwykle instalowane jest pod Windows.
Budowa stanowiska pomiarowego z DRCA 1 w typowej rozdzielnicy
Art.-Nr. 5900181
Na początku pojawił się pomysł
stworzenia przyrządu mierzącego
prąd różnicowy z powodu ciągle
powracającego problemu: wyłączniki RCD na wszystkie prądy (Residual
Current Device) wyzwalały, mimo że
żaden prąd różnicowy nie występował.
Przez stosowane coraz powszechniej
przemienniki częstotliwości z filtrami, generowane są często wysokie
prądy upływu znajdujące się w obszarze częstotliwości taktowania tych
urządzeń. Wyłącznik RCD traktuje
prądy upływu oraz prądy różnicowe
w jednakowy sposób, tak że przy
odpowiedniej wysokości prądu różnicowego musi nastąpić wyzwolenie. Dzięki zastosowaniu DRCA 1
prądy różnicowe można analizować
i selektywnie przyjrzeć się także ich
działaniu na wyłącznik RCD typu B.
wydanie 2 poprawione, wersja 2 / czerwiec 2014
PPUH EL-TEAM Sp. z o.o.
Aleja Młodych 26-28
41-106 Siemianowice Śląskie
tel. /32/ 204 36 28, 229 03 71
fax /32/ 220 00 05
www.el-team.com.pl