Über elektrische Schutzgeräte für "Dummies": Fehlerstromschutzschalter (RCD)

Stellen Sie sich Folgendes vor: In Ihrem Badezimmer ist eine Waschmaschine installiert. Unabhängig von der bekannten Marke können Geräte eines Herstellers ausfallen, und beispielsweise passiert das Banalste: Die Isolierung des Netzkabels ist beschädigt und das Netzwerkpotential erscheint am Maschinenkörper. Und dies ist nicht einmal eine Panne, das Auto arbeitet weiter, aber es wird bereits zu einer Quelle erhöhter Gefahr. Wenn wir gleichzeitig die Karosserie und die Wasserleitung berühren, schließen wir den Stromkreis durch uns selbst. Und in den meisten Fällen wird es tödlich sein.

Um diese schrecklichen Folgen zu vermeiden, wurden sie erfunden RCD - Fehlerstromschutzschalter.

RCD - Dies ist ein Hochgeschwindigkeitsschutzschalter, der auf den Differenzstrom in den Leitern reagiert, die die geschützte elektrische Anlage mit Strom versorgen - dies ist die „offizielle“ Definition. In einer verständlicheren Sprache trennt das Gerät den Verbraucher vom Stromnetz, wenn ein Stromverlust zum PE-Leiter (Masse) auftritt.

Schauen wir uns das Funktionsprinzip des FI an. Zur besseren Übersicht zeigt die Abbildung den "internen" Schaltplan:

Der Hauptknoten des RCD ist Differenzstromwandler. In anderer Weise wird es als Nullstrom-Transformator bezeichnet. Um es uns einfacher zu machen und nicht verwirrt zu werden, nennen wir dieses Gerät nur einen Stromwandler.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, hat es in diesem Fall drei Wicklungen. Die Primär- und Sekundärwicklung sind in den Phasen- bzw. Neutralleitungsdrähten enthalten, und die dritte Wicklung ist mit dem Startelement verbunden, das an empfindlichen Relais oder elektronischen Bauteilen ausgeführt wird.

Abhängig davonunterscheiden zwischen elektromechanischem und elektronischem FI.  

Das Startgerät ist mit einem ausführenden Steuergerät verbunden, das eine Leistungskontaktgruppe mit einem Antriebsmechanismus enthält. Mit der Testtaste wird der Zustand des FI überprüft und überwacht. Stellen Sie sich nun vor, dass eine Last an den Ausgang unserer Schaltung angeschlossen ist. Natürlich tritt sofort ein Strom in der Schaltung auf, der durch die Wicklungen I und II fließt. Um das Funktionsprinzip des RCD weiter zu betrachten, werden wir zu einem visuelleren Schema übergehen:

Im Normalmodus fließt in Abwesenheit von Leckstrom im Stromkreis entlang der Leiter, die durch das Fenster des Magnetkreises des Stromwandlers verlaufen Arbeitsstrom laden. Es sind diese Leiter, die die Primär- und Sekundärwicklung des gegen den Uhrzeigersinn geschalteten Stromwandlers bilden. Diese Ströme sind gleich groß und in entgegengesetzter Richtung: I1 = I2. Sie induzieren im Magnetkern des Stromwandlers gleiche, aber gegengerichtete Magnetflüsse F1 und F2. Es stellt sich heraus, dass der resultierende Magnetfluss gleich Null ist, der Strom in der dritten (Exekutiv-) Wicklung des Differentialtransformators ebenfalls gleich Null ist und das Startelement 2 in diesem Ruhezustand ist und der FI im Normalmodus arbeitet.

Wenn eine Person offene leitende Teile oder den Körper eines elektrischen Geräts berührt, zu dem ein Isolationsbruch an der Phasenwicklung (Primärwicklung) des Stromwandlers aufgetreten ist, fließt zusätzlich zum Laststrom I1 ein zusätzlicher Strom - Leckstrom (IΔ ist im Diagramm angegeben), was für einen Stromwandler gilt Differential (Differential: I1-I2 = IΔ).

Es stellt sich heraus, dass unsere Ströme ungleich sind, daher sind auch die Magnetflüsse ungleich, die sich nicht mehr gegenseitig aufheben. Aus diesem Grund tritt in der dritten Wicklung ein Strom auf.Wenn dieser Strom den eingestellten Wert überschreitet, wird das Startelement ausgelöst und wirkt auf den Aktuator 3.

Der Aktuator, bestehend aus einem Federantrieb, einem Auslösemechanismus und einer Gruppe von Leistungskontakten, öffnet den Stromkreis, wodurch das Gerät vom Netzwerk getrennt wird. Zur periodischen Überwachung der Gebrauchstauglichkeit des RCD ist ein Testknopf 4 vorgesehen, der in Reihe mit dem Widerstand geschaltet ist. Der Widerstandswert wird so gewählt, dass der Differenzstrom gleich dem Nennstrom des Reststroms der RCD-Auslösung ist (wir werden später auf die Parameter des RCD eingehen). Wenn der FI durch Drücken dieser Taste ausgelöst wird, funktioniert er ordnungsgemäß. Normalerweise wird diese Schaltfläche durch "TEST" angezeigt.

Dreiphasen-Fehlerstromschutzschalter arbeiten ungefähr das gleiche Prinzip wie einphasig. Bei dreiphasigen FI-Schutzschaltern verlaufen vier Drähte durch das Kernfenster - dreiphasig und null. Schaltplan Der einfachste dreiphasige FI-Schutzschalter ist in der Abbildung dargestellt:

Ein dreiphasiger FI-Schutzschalter enthält einen Leistungsschalter 1, der von einem Element 2 gesteuert wird, das ein Auslösesignal von der Sekundärwicklung 3 eines Stromwandlers 4 empfängt, durch dessen Fenster ein neutraler Arbeitsdraht N und Phasendrähte L1, L2 und L3 (5) verlaufen.

Wenn die Last in den Null- und Phasendrähten (oder Dreiphasendrähten) gleich ist, ist ihre geometrische Summe gleich Null (der Strom im Phasendraht eines einphasigen FI-Schutzschalters fließt in eine Richtung und der Strom im Neutralleiter fließt genau den gleichen Wert in die entgegengesetzte Richtung). Daher gibt es keinen Strom in der Sekundärwicklung des Stromwandlers.

Im Falle eines Stromverlusts zum geerdeten Gehäuse des Leistungsempfängers sowie wenn eine Person, die auf dem Boden oder auf dem leitenden Boden steht, versehentlich den Phasendraht des Stromnetzes berührt, wird die Gleichheit der Ströme in der Primärwicklung des Stromwandlers verletzt, da der Leckstrom zusätzlich zum Laststrom entlang des Phasendrahtes fließt. und ein Strom erscheint in seiner Sekundärwicklung - genau wie in der obigen Beschreibung des Betriebs eines einphasigen FI. Der in der Sekundärwicklung des Transformators fließende Strom wirkt auf das Steuerelement 2, das über den Schalter 1 den Verbraucher vom Stromnetz trennt. Das Aussehen eines dreiphasigen FI-Schutzschalters ist in der Abbildung dargestellt:

Betrachten wir praktische Schemata für die Aufnahme von RCD in Schalttafeln.
RCD-Schaltkreis für einphasigen Eingang. Hier wenden wir eine Schaltschaltung mit einem separaten Null- (N) und Erdungsbus (PE) an. Wie Sie in der Abbildung sehen können, wird der FI-Schutzschalter (5) nach dem Eingangsleistungsschalter und nach dem Einbau der Leistungsschalter installiert, um einzelne Schleifen zu schützen und zu schalten. Mit Blick auf die Zukunft möchte ich darauf hinweisen, dass das Vorhandensein einer automatischen RCD-Verbindung obligatorisch ist, da der RCD keinen Stromschutz bietet, sowohl thermisch als auch kurzgeschlossen. Anstelle dieser "Kombination" - automatisch - RCD können Sie ein universelles Gerät verwenden. Dazu später mehr.

Die Schaltung des FI mit dreiphasigem Eingang. Im Gegensatz zum vorherigen System ist der Schutz sowohl für einphasige als auch für dreiphasige Verbraucher vorgesehen. Zusätzlich wird die Kombination der Eingabe von Null- und "Boden" -Reifen (PEN) verwendet. Das Stromzählgerät - ein Stromzähler - ist zwischen dem Eingangsleistungsschalter und dem FI angeschlossen. Wie Sie sich aus den Überprüfungen der Messschemata erinnern, müssen alle Schaltgeräte, die vor dem Messgerät installiert sind, von einer Energieversorgungsorganisation versiegelt werden. Folglich sollte die Konstruktion des Leistungsschalters dies ermöglichen.

Vorher haben wir nur über elektromechanische RCDs gesprochen. Aber wenn Sie sich erinnern, habe ich erwähnt, dass es manchmal elektronische Geräte gibt. Im Prinzip ist ein elektronischer FI-Schutzschalter genauso aufgebaut wie ein elektromechanischer.

Anstelle eines empfindlichen magnetoelektrischen Elements wird eine Vergleichsvorrichtung verwendet (das häufigste Beispiel ist beispielsweise ein Komparator).Für eine solche Schaltung benötigen Sie ein eigenes eingebautes Netzteil - schließlich müssen Sie die elektronische Schaltung mit etwas versorgen.

Der Differenzstrom ist sehr klein, daher muss er verstärkt und in einen Spannungspegel umgewandelt werden, der zugeführt wird Vergleichsgerät - Komparator. All dies verringert natürlich die allgemeine Zuverlässigkeit des Geräts im Vergleich zum elektromechanischen. Dies ist nur der Fall - je einfacher, desto besser. Und um ehrlich zu sein, bin ich überhaupt nicht auf zertifizierte elektronische FI-Schutzschalter gestoßen. Daher kann ich nichts Gutes oder Schlechtes über sie sagen. Lassen wir daher die elektronische UZO beiseite und gehen wir auf einen der Hauptpunkte bei der Betrachtung elektromechanischer Schutzabschaltvorrichtungen ein - ihre Parameter:

RCDs haben die folgenden Hauptparameter:

Netzwerktyp - einphasig (dreidrahtig) oder dreiphasig (fünfadrig)

Nennspannung -220/230 - 380/400 V.

Nennlaststrom - 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100 A.

Bemessungsunterbrechungsdifferentialstrom - 10, 30, 100, 300 mA

Art des Differenzstroms - Wechselstrom (plötzlich oder langsam ansteigender sinusförmiger Wechselstrom), A (wie Wechselstrom, zusätzlich gleichgerichteter Welligkeitsstrom), B (alternierend und konstant), S (verzögerte Reaktionszeit, selektiv), G (wie) selektiv, nur die Verzögerungszeit ist kürzer).

Ich möchte einen wichtigen Punkt in Bezug auf die Parameter von RCDs erwähnen. Viele werden durch den am Gerätekörper abgelagerten Nennlaststrom irregeführt, und er wird für denselben Parameter wie im Leistungsschalter verwendet. Dieser Parameter in RCDs kennzeichnet jedoch nur seine „Durchsatzstromkapazität“. Möglicherweise ist dieser Ausdruck nicht ganz korrekt, aber ich habe ihn eingeführt, um das Konzept des „RCD-Nennlaststroms“ zugänglich zu machen.

Der UZO-Laststrom kann nicht begrenzt werden und muss durch Leistungsschalter vor Stromüberlastungen und Kurzschlussströmen geschützt werden, die vor Stromüberlastung und Kurzschlussströmen schützen. Der Laststrom des FI sollte so gewählt werden, dass er einen Schritt (den Nennstrombereich) über dem Nennstrom des Leistungsschalters der geschützten Leitung liegt. Das heißt, wenn eine durch einen Leistungsschalter geschützte Last für einen Strom von 16 Ampere vorhanden ist, sollte der FI für einen Laststrom von 25 Ampere ausgewählt werden.

Dies wirft die logische Frage auf: Warum nicht in einem Fall sowohl den Leistungsschalter als auch den FI-Schutzschalter kombinieren, insbesondere wenn der FI-Schutzschalter nur zum Schutz einer Stromschleife verwendet wird? In diesem Fall arbeiten sie tatsächlich immer noch "zusammen". Dieser Punkt wurde im vorherigen Artikel ein wenig angesprochen. Nun, die Frage ist ziemlich logisch und solche Geräte gibt es natürlich. Sie werden Differential-Leistungsschalter oder nur Diffavtomaten genannt.

In der Abbildung sehen Sie nur ein solches Gerät. Dies ist ein dreiphasiger Differenzschalter. Wie beim dreiphasigen FI-Schutzschalter verfügt er über vier Klemmen - Phase und Null - und eine TEST-Taste. Wenn es in seiner inneren Struktur verweilt, ist es schwierig, hier etwas Neues zu sagen. Dies ist ein Leistungsschalter und ein FI in einer Flasche.

Die Kosten für Diffavomaten sind ziemlich hoch. Dreiphasenmodelle namhafter ausländischer Hersteller kosten beispielsweise rund 100 Euro. Relativ teures Vergnügen. Eine Reihe von AB + RCDs hat jedoch ungefähr vergleichbare Kosten, und anstelle von vier Standardmodulen mit 17,5 mm auf einer DIN-Schiene (mit einer dreiphasigen Version) werden acht benötigt. In einigen Fällen sind Diffavomaten daher immer noch vorzuziehen, insbesondere wenn das Problem des freien Speicherplatzes im Verteilerfeld besteht.

Wie überprüfe ich die Leistung eines FI oder eines Differentialautomaten? Wir haben bereits den TEST-Button erwähnt. Eine solche Überprüfung ist jedoch sehr oberflächlich und spiegelt nicht immer das wahre Wesen der Dinge wider. Daher werden zur objektiven Überprüfung Testschaltungen oder spezielle Geräte verwendet.

Mikhail Tikhonchuk