|
Érintésvédelem |
|
|
| |
|
|
|
|
54/2014 (XII.5) OTSZ |
|
| Tartalom | |
|
|
|
|
Menü |
|
|
| |
|
|
|
|
Szabványossági |
|
|
| |
|
|
|
|
ÉV a háztartásban |
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
Hírek/Cikkek |
|
|
ÁRAM-VÉDŐKAPCSOLÓ (ÁVK)
Érintésvédelem Szabványossági Felülvizsgálat
ÁRAM-VÉDŐKAPCSOLÓ (ÁVK)
Elöljáróban engedtessék meg egy szakmai szóhasználati javaslat. Az MSZ 2364 szabvány fogalom meghatározásai alapján közvetlen érintés elleni védelem, illetve közvetett érintés elleni védelem a szabatos szóhasználat. Véleményem szerint az alakilag hasonló, több szavas megnevezés hétköznapi használata nehézkes. Ezért ott, ahol a hivatalos eljárás nem követeli okvetlenül meg, javaslom, hogy továbbra is - a közvetett érintés elleni védelem szabványos kifejezése helyett - a szokványos érintésvédelem kifejezést használjuk. Nem elfeledve, hogy a szokványos szóhasználat nem engedhető meg mindig, például szabványszöveg idézése, hivatkozása esetében stb.
Az áram-védőkapcsoló, továbbiakban (ÁVK), elsőleges alkalmazásban a közvetett érintés elleni védelem, továbbiakban érintésvédelem, kikapcsoló szerve. Feladata - érintésvédelmi célú kikapcsoló eszközként - a balesetveszélyt okozó, hibás, esetünkben "testzárlatos" hálózatrész lekapcsolása, a balesetveszély megszüntetése. Ezt a feladatot az ÁVK úgy látja el, hogy érzékeli a hibaáramot (különbözeti áramot), és ha az meghaladja az ÁVK névleges kioldó áramát (In), akkor működteti a kikapcsoló készülékét. Az elmondott feladat sokszínű gyakorlati megvalósítására, a kivitelezés fajtáira a későbbiekben még kitérek.
Az ÁVK-t gyakran nevezik FI relének, amely elnevezés a német megnevezés "Fehlerstromschutzschalter" rövidítéséből ered. Az RCD megjelölés az angol "residual current device" kezdőbetűiből adódik. Az MSZ EN 61008-1: 1998 termékszabvány RCCB rövidítése pedig a "residual carrent opereted circuit breaker" szavak kezdőbetűiből adódik. Az idegen nyelvű megnevezések fordításai nem terjedtek el a hazai gyakorlatban.
1. ábra
-
Háromfázisú táplálás aszimmetrikus ohmos terheléssel, hibamentes üzemállapot
-
Hibamentes üzemállapot vektorábrája
-
Hibamentes üzemállapotban a vasmag gerjesztése
ÁVK elvi működése
Az áram mindig zárt áramkörben folyik. Esetünkben a tápoldaltól a fogyasztóig és vissza. Vezetésére, azaz az üzemi áramkör zárására az L1; L2; L3; N aktív vezetők szolgálnak. Könnyen belátható, hogyha ezen üzemi vezetők mindegyikét átvezetjük egy zárt vasmagon (1. a. ábra), akkor ennek a vasmagnak - hibamentes üzemet feltételezve - nem lesz gerjesztése, mert az odafolyó és visszafolyó áramok előjelhelyes összege minden pillanatban nulla (1. c. ábra). Ez a gerjesztési egyensúly azonban minden olyan esetben felborul, amikor az áram nem az üzemi vezetőben záródik (pl.: testzárlat lép fel), azaz az áram vagy annak egy része megkerüli a vasmagot (2. a. ábra). Megkerülő áram esetén a vasmag gerjesztése - azaz az összes üzemi vezetőn folyó áram előjelhelyes összege, ami a különbözeti áram - éppen a megkerülő áram (testzárlat esetén a hibaáram) értéke (2. d. ábra).
2. ábra
-
Háromfázisú táplálás aszimmetrikus ohmos terheléssel, testzárlat esetén
-
A testzárlatos üzemállapot áramai (hibaáram)
-
Kirchhoff csomóponti törvénye a fogyasztó csillagpontjára
-
Testzárlatos üzemállapotban a vasmag gerjesztése, a különbözeti áram (I?=Ih)
Ha a megkerülő áramot (testzárlati áramot) akarjuk megfigyelni, akkor az ennek megfelelő különbözeti áram érzékelésére nem kell mást tennünk, mint ezen gerjesztett vasmagra egy tekercset elhelyezni, ezzel létrehozni egy ún. különbözeti áramváltót. Ahhoz, hogy a megkerülő áram, azaz a vele egyenlő különbözeti áram fellépésekor kikapcsolás jöjjön létre, a tekercs áramával kioldót vagy relét kell működtetni. Így működik az ÁVK (3. ábra). Ezen különbözeti elven működő védelem igen érzékenyre készíthető, mert gerjesztését nem az üzemi áramok, hanem azok előjelhelyes összege, a különbözeti áram adja. Gyakorlatban a névleges különbözeti kioldó áram (I?n) szabványos értékei: 10mA; 30mA; 100mA; 300mA; 500mA.
3.ábra
Áram-védőkapcsoló alkalmazása TT rendszerben
Az elmondottak szerinti különbözeti relé vezetőnkénti áramváltók áramainak összegzésével is elkészíthető (4. ábra). Vezetőnkénti külön áramváltók összegző kapcsolását azonban csak TN rendszerben szabad alkalmazni! Ezért a gyártók a 4. ábra szerinti megoldásokat nem alkalmazzák!
4.ábra
Különbözeti relé kialakítása az áramok összegzésével
Nézzük meg, hogy a 3. ábra szerinti, a gyakorlatban megvalósított működési elv milyen korlátokat szab az ÁVK alkalmazására!
-
Az üzemi áramokat összegezni kell, tehát háromfázisú rendszerbe háromfázisú ÁVK építendő be! Azonban háromfázisú áramkörben a háromfázisú ÁVK helyett három egyfázisú ÁVK nem építhető be, mert nem hozza létre a különbözeti áramot, miután az egyik fázisra kapcsolt áramváltó áramának visszavezetése a többi fázis ÁVK-in történne, és így mindegyik hibaáramot érzékelne és kikapcsolódna. Hasonló probléma adódik, ha több egyfázisú áramkört külön-külön védenek ÁVK-val, de valamely szakaszon az egyik vezetőt közösítik, és azt vezetik át az ÁVK-n: ekkor természetesen hibás kioldás keletkezik.
-
Csak az összes üzemi vezető vezetendő át, mert ha azt a vezetőt is átvisszük, amin a megkerülő áram is folyik, megint nulla lesz a gerjesztés, és az ÁVK jogosan nem működik. Azaz a testzárlati hibaáram vezetésére szolgáló PE védővezetőt soha nem szabad az ÁVK-n átvezetni!
-
Az előző két meggondolás alapján - a nullavezetőt (N) mindig, a védővezetőt (PE) soha nem szabad az ÁVK-n átvezetni - PEN vezető esetében ÁVK nem alkalmazható, miután egyidejűleg a két feltételnek nem lehet megfelelni. Azaz TN-C rendszerben, illetve TN-C-S rendszer TNC részében ÁVK nem alkalmazható!
-
A megkerülő áramok.
-
Földelt csillagpontú hálózatban, mint amilyen a kisfeszültségű elosztó hálózatunk, minden aktív vezető és földelt rész közötti szigetelési meghibásodás (földrövidzárlat, testzárlat) megkerülő áramkörön át záródik. Azaz a testzárlatos berendezéseket az ÁVK lekapcsolja. Vigyáznunk kell azonban arra, hogy a testzárlati áramot véletlenül se vezessük vissza a nullavezetőn, mert úgy az ÁVK nem tud kioldást eszközölni. Ez az oka annak, hogy ÁVK utáni áramkörben szigorúan tilos a nullavezető földelése! Egyrészt ezen az összeköttetésen a védett részen fellépő testzárlati áram egy része a nullavezetőben folyna vissza és nem tudna kioldást okozni, másrészt a védett részen kívül fellépő testzárlati áram egy része a nullavezetőn visszafolyva felesleges kikapcsolást idézne elő.
-
Minden aktív vezető és földelt rész között, a szigeteléseken keresztül szivárgó áramok folynak (5. ábra). Tökéletes szigetelés nincs, jó szigetelés esetén a szivárgó áramok mA alatti értékűek, így az ÁVK működése szempontjából elhanyagolhatók. Rossz, öreg, illetőleg nedves szigetelés esetén azonban a szivárgó áramok az érzékenyebb ÁVK névleges különbözeti kioldó áramának (10mA; 30mA) nagyságrendjébe eshetnek, azt meghaladhatják (pl.: kiterjedt, átnedvesedett itatott papírszigetelésű kábelhálózat). Ezen hálózatok csak akkor üzemeltethetők, ha a szigetelési ellenállásukat helyreállítják, például a szigetelést kiszárítják (kifűtik).
-
Szigetelt csillagpontú hálózat egésze (IT-rendszer) ÁVK-val nem védhető, mert nem alakulhat ki megkerülő áram épp a szigetelt csillagpont miatt.
-
Minden egyes aktív vezető és a földelt részek között ún. földkapacitás van. Váltakozó áramú hálózatokban ezen fogyasztókkal párhuzamos földkapacitásokon a feszültséghez képest 90?-kal siető meddő áram folyik (5. ábra). Egyfázisú, ÁVK-val védett végponti áramkörben ezen kapacitív áram a testeken, védővezetőn földön keresztül záródó megkerülő áram, ami a szivárgó áramhoz vektorosan hozzáadva felesleges kioldást okozhat. Normál üzemben ezen szimmetrikusnak tekinthető földkapacitásokon folyó áramok az üzemi vezetőkön folynak, eredőjük nulla, nem hoznak létre gerjesztést az ÁVK-ban. Szigetelt csillagpontú hálózaton - ha a hálózatot több részre osztjuk - a kapacitív földzárlati áramok létrehoznak kioldó áramot, akár az általunk védett, akár a többi hálózaton lép fel a földzárlati áram. Így a helyes méretezés nehézkes, és műszakilag kedvezőtlen, hogy a védett rész lekapcsolása a többi rész kapacitásától függ. Azaz a többi rész hálózatváltozása (vezeték ki-, vagy bekapcsolás) befolyásolja a védett részünk ÁVK-jának kioldó különbözeti áramát.
-
Az ÁVK működőképességének ellenőrzésére gyárilag egy ellenálláson át záródó megkerülő áramkört hoznak létre, amelyet egy próbagombbal lehet zárni (5. ábra). Miután az ÁVK működőképességéről üzem közben nem tudunk meggyőződni ezért időszakosan indokolt a működőképesség ellenőrzése, a próbagomb megnyomásával kiváltott működtetés. (Az elektronikus ellenőrzések csak az áramköröket képesek tesztelni, a mechanikát nem). A korábban javasolt havi működtetés helyett - az ISO szerinti minőségbiztosításnak is köszönhetően - elegendő a téli-nyári óraátállításkor a próbagombbal ellenőrizni az ÁVK működőképességét.
-
Az elmondott mágneses indukció elvén működő "AC" típusú ÁVK-k csak szinuszos váltakozófeszültségű hálózaton alkalmazhatók. Miután a gyakorlatban egyre terjednek a félvezetős szabályozó eszközök (fényerő szabályozó, frekvenciaváltó, stb.), így az áram a legtöbb esetben olyan egyenáramú összetevőt is tartalmaz, amely előmágnesezésével telítésbe viszi az ÁVK kis vasmagját, és így a működését lehetetlenné teszi. Ezért fejlesztették ki a szaggatott egyenáramra is helyesen működő ún. "A" típusú ÁVK-t, amelynek beépítése az elmondottak szerinti áramkörökben elengedhetetlen. Az A típusú ÁVK jele egy négyzetben a szinusz jel alatt egy szaggatott szinusz jel (egyutas egyenirányító.)
5.ábra
Áram-védőkapcsoló által érzékelt áramok
Az ÁVK alkalmazásának egyik komoly problémája volt a legutóbbi időkig, hogy a villámcsapást követő túlfeszültséghullám a fogyasztói hálózat földkapacitásán kioldást okozó áramot hajtott át. Már korábban is készítettek ún. "villámbiztos" ÁVK-kat (villám, illetve cápauszony jellel ellátott készülékek), de ma, amikor az MSZ EN 61008-1: 2000 szabvány már egyértelműen ellenőrzi a lökőfeszültségek által okozott áramlökéseknek tulajdonítható nem kívánt kioldással szembeni ellenállást, minden ÁVK villámbiztosnak tekinthető.
Itt kell felhívni a figyelmet arra, hogy csak az S típusú, késleltetett kioldású ÁVK-k képesek kioldás nélkül elviselni a másodlagos túlfeszültség-védelem túlfeszültség-korlátozóinak megszólalását (C és D típusú védelem). Az S típusú ÁVK betáplálás felöli alkalmazása lehetővé teszi, hogy a leágazásokban további ÁVK-kat szelektíven alkalmazzunk. Így a testzárlat szempontjából kiemelten veszélyes helyiségeket (pl. nedves helyiségek) külön-külön ÁVK védi, míg az egész fogyasztói hálózat érintésvédelmét egy S típusú ÁVK látja el (6. ábra). Az SI típusú ÁVK a hálózati zavaroktól fokozottan független kialakítást jelöl.
6.ábra
Áram-védőkapcsolók szelektív alkalmazása
| |
|
|
|
|
|
|