Przekładnik prądu szczątkowego (rdzeń) wyłącznika różnicowoprądowego — wymagania montażowe decydujące o prawidłowym działaniu

Poradnik o wyłącznikach różnicowoprądowych (RCD) oraz poradnik o typach RCD AC/A/F/B opisują, jaki kształt prądu szczątkowego wykrywa RCD. Ten artykuł cofa się o krok wcześniej: jak przekładnik prądu szczątkowego (rdzeń toroidalny) RCD musi być fizycznie zamontowany, aby w ogóle mógł prawidłowo zmierzyć ten prąd szczątkowy.

Zasada pomiaru: suma wektorowa przez rdzeń

RCD zawiera toroidalny (pierścieniowy) przekładnik prądowy, przez który przechodzą wszystkie przewody czynne obwodu chronionego — w obwodzie jednofazowym przewód fazowy i neutralny, w obwodzie trójfazowym trzy przewody fazowe (i, zależnie od obciążenia, przewód neutralny). W obwodzie sprawnym suma wektorowa prądów wchodzących i wychodzących z rdzenia wynosi zero: każdy amper płynący przez fazę wraca przez przewód neutralny. W rdzeniu nie powstaje wtedy żaden wypadkowy strumień magnetyczny, a zatem brak sygnału na uzwojeniu wtórnym.

Podczas zwarcia doziemnego część prądu opuszcza obwód inną drogą niż przewód neutralny — na przykład przez ziemię. Suma wektorowa przestaje wówczas być zerowa, w rdzeniu powstaje wypadkowy strumień, a ten strumień indukuje sygnał w uzwojeniu wtórnym, który wyzwala RCD po przekroczeniu nastawionego znamionowego różnicowego prądu zadziałania.

Dlaczego przewód PE nigdy nie może przechodzić przez rdzeń

Przewód ochronny (PE) w obwodzie sprawnym normalnie nie przewodzi prądu, lecz nie to jest głównym powodem, dla którego trzyma się go z dala od rdzenia toroidalnego: gdyby PE przechodził przez rdzeń, część rzeczywistego prądu zwarcia doziemnego "wracałaby" przez ten sam rdzeń, częściowo lub całkowicie znosząc właśnie tę niesymetrię wektorową, którą RCD ma wykrywać. Przewód PE jest więc zawsze prowadzony poza przekładnikiem prądu szczątkowego.

Dlaczego wszystkie przewody czynne tego samego obwodu muszą przechodzić przez ten sam rdzeń

Jeśli przewód neutralny obwodu chronionego jest podłączony gdzieś poza rdzeniem RCD — na przykład wspólny lub "pożyczony" przewód neutralny z innego obwodu — przewód fazowy i neutralny nie przechodzą już przez rdzeń jako dopasowana para. Zasada sumy wektorowej przestaje wtedy obowiązywać: powstaje strukturalna pozorna niesymetria, skutkująca niepożądanym zadziałaniem lub, zależnie od kierunku prądu, zamaskowaną niesymetrią.

Uziemione ekrany kabli: przez rdzeń, nie obok niego

Dla kabla opancerzonego lub ekranowanego uziemionego po stronie zasilania obowiązuje zasada podobna do stosowanej w porównywalnych przekładnikach prądu szczątkowego używanych z przekaźnikami ziemnozwarciowymi w rozdzielnicach przemysłowych (core-balance CT): połączenie uziemiające ekranu/pancerza musi również być prowadzone przez rdzeń — w praktyce często pętlą ("pigtail") przewodu uziemiającego z powrotem przez oko rdzenia — tak aby każdy prąd powracający przez ekran był uwzględniony w sumie wektorowej. Jeśli połączenie uziemiające ekranu jest zamiast tego prowadzone obok rdzenia do szyny uziemiającej, ten prąd ekranu nie liczy się do pomiaru: może to powodować pozorną niesymetrię (skutkującą niepożądanym zadziałaniem) lub, zależnie od sytuacji zwarciowej, ukrywać, że część rzeczywistego prądu zwarcia ucieka przez ekran.

Uwaga: dokładny sposób podłączenia ekranu kabla względem przekładnika prądu szczątkowego może różnić się w zależności od producenta i zastosowania (RCD dla obwodu odbiorczego versus core-balance CT dla przemysłowego przekaźnika ziemnozwarciowego); zawsze należy stosować się do instrukcji montażowych producenta RCD lub przekaźnika ziemnozwarciowego dla konkretnego typu kabla.

Rdzenie rozdzielne (nakładane) do modernizacji

Przy montażu RCD lub przekaźnika ziemnozwarciowego do istniejącej, już okablowanej instalacji często stosuje się rdzeń rozdzielny ("nakładany"), montowany wokół istniejących kabli bez konieczności odłączania okablowania. Taki rdzeń rozdzielny musi być po montażu całkowicie i prawidłowo zamknięty/zatrzaśnięty: każda pozostała szczelina powietrzna w rdzeniu zwiększa błąd pomiaru i może niekorzystnie wpłynąć na czułość RCD.

Znaczenie praktyczne

Podczas badania RCD, który wyzwala się bez możliwej do zidentyfikowania przyczyny (zob. także poradnik o niepożądanym zadziałaniu wskutek skumulowanego prądu upływu), warto sprawdzić, oprócz sytuacji upływowej, czy wszystkie przewody czynne obwodu chronionego rzeczywiście przechodzą przez ten sam rdzeń, czy przewód PE nie został przez pomyłkę również przeprowadzony przez rdzeń, oraz — dla kabli opancerzonych lub ekranowanych — czy ekran jest prawidłowo uziemiony przez rdzeń.

Częste błędy

1. Prowadzenie przewodu PE (także) przez przekładnik prądu szczątkowego RCD — może to częściowo lub całkowicie znieść wykrycie rzeczywistego zwarcia doziemnego.
2. Podłączenie "pożyczonego" lub wspólnego przewodu neutralnego, który nie przechodzi przez ten sam rdzeń co odpowiedni przewód fazowy — łamie to zasadę sumy wektorowej i powoduje strukturalną pozorną niesymetrię.
3. Prowadzenie uziemionego ekranu kabla opancerzonego obok rdzenia zamiast pętlą z powrotem przez niego, przez co prąd ekranu nie jest uwzględniony w pomiarze.
4. Niecałkowite zamknięcie/zatrzaśnięcie rdzenia rozdzielnego (nakładanego) po zamontowaniu go wokół istniejącego kabla, co pozostawia szczelinę powietrzną pogarszającą dokładność pomiaru.

Powiązane

• Wyłączniki różnicowoprądowe (RCD)
• Typy RCD AC/A/F/B — klasyfikacja i dobór wg rodzaju obciążenia (IEC 60755)
• Selektywność RCD — typ S i kaskadowanie wyłączników różnicowoprądowych
• Uziemienie ekranu kabla — jednostronne lub dwustronne, i dlaczego różnica ma znaczenie