Nasazení proudových chráničů s sebou přineslo prokazatelné zvýšení bezpečnosti elektrických instalací, což je možné doložit snižováním počtu smrtelných úrazů. Hromadné používání proudových chráničů, zejména těch citlivých, však nebylo dáno uvědoměním uživatelů, elektrotechniků nebo projektantů. Hlavním důvodem bylo zavedení nových elektrotechnických norem pro instalace, kde se předepisují oblasti jejich povinného použití. V těchto normách se setkáme v podstatě jen s definicí citlivostí a někdy i s určením typu přístroje, ale konstrukční provedení se může lišit v závislosti na nabídce příslušného výrobce.

Potřebujeme-li se dozvědět více informací o vlastních přístrojích, je nutné se podívat do příslušných výrobkových norem, které jsou pro výrobce závazné. Jedná se zejména o Soubor norem ČSN EN 61008 ed. 2 Proudové chrániče bez vestavěné nadproudové ochrany pro domovní a podobné použití (RCCB) a ČSN EN 61009 ed. 2 Proudové chrániče s vestavěnou nadproudovou ochranou pro domovní a podobné použití (RCBO), kde jsou podrobně popsány vlastnosti, konstrukční provedení a zkušební postupy. Srovnáme-li rozsah norem před dvaceti lety s rozsahem současných norem, je zřejmé, že výrobkové normy jsou stále podrobnější, složitější, a tudíž i podstatně rozsáhlejší. Na co nám před lety stačila jedna útlá norma, je dnes k dispozici celý soubor norem, jehož jednotlivé části se dále dělí a rozrůstají a je potřeba pracovat s aktuálním zněním.

Otázkou je, proč se vývoj ubírá touto cestou. Odpověď je vcelku jasná: hlavním hybatelem změn jsou výrobci, kteří hledají stále nová řešení, investují nemalé peníze do vlastních řešení, a tudíž mají zájem, aby se právě jejich řešení promítlo i do výrobkových norem, které odrážejí existující stav techniky. Zpoždění mezi realizací nového technického řešení, jeho zapracováním do mezinárodních norem a poté i vydáním finální verze normy se podle složitosti projednávání pohybuje od jednoho roku do několika let. Protože zavedení evropských výrobkových norem u nás podléhá pravidlům členství v evropské normalizační organizaci CENELEC, zavedení je povinné a národní znění se musí plně shodovat s evropskou normou. To znamená, že k dalšímu prodlení ve vydání národních verzí nedochází a aktuální národní verze norem přesně kopírují evropské normy. Výhoda spočívá v tom, že je možné pracovat se stejným zněním výrobkových norem ve všech zemích Evropy, což významně zjednodušuje volný pohyb zboží. V každém okamžiku se situace mění a odhad trendů ve vývoji závisí i na měnících se požadavcích zákazníků a současně i na možnostech výrobců.

Typy používané v projektech a instalacích
V elektrických instalacích po celé Evropě se dnes setkáváme se základními typy proudových chráničů. V domovních instalacích se nejčastěji jedná o typy bez zpoždění a s citlivostí na střídavé reziduální proudy (typ AC), pouze pro chrániče na začátku instalace se používají selektivní typy (vypínací charakteristika S). Jen v náročnějších aplikacích, hlavně v průmyslu, jsou používány i další typy (typ A), které postupně nabývají na významu.

Co se týká již zmíněných vypínacích charakteristik, velice důležitým parametrem je právě časové zpoždění (resp. doba nepůsobení). Tato vlastnost významně zlepšuje odolnost proti nežádoucímu vybavení. Ku prospěchu věci se na začátku instalací stále více používají i selektivní proudové chrániče, které jsou předepisovány již mnoho let, ale přesto se stále setkáváme i s nevhodnými nezpožděnými typy. Při volbě citlivosti 300mA splňují současně i podmínky pro protipožární ochranu a v nových projektech jsou používány stále častěji. To je jednoznačně pozitivní trend, který je vyvolán povinností jejich instalace ve vyjmenovaných případech (zvýšené nebezpečí vzniku požáru, dřevostavby, vestavby atd.). Někteří výrobci se tomuto trendu přizpůsobili a nabízejí speciální provedení navržená právě pro funkci vstupního chrániče v instalaci. Vedle selektivních typů se stále častěji používají i proudové chrániče s krátkodobým zpožděním u nás známé jako typy G, které jsou odolné proti nežádoucím vybavením až do 3kA (měřeno tvarem vlny 8/20μs). Jejich použitím se omezí nežádoucí vybavení, která jsou způsobena hlavně přechodnými jevy při spínání obvodů s kapacitami (dlouhá vedení, odrušovací kondenzátory) a dále činností svodičů přepětí. Právě zde vidíme zřejmý posun v přístupu většiny výrobců. Zatímco ještě před patnácti, dvaceti lety bylo toto téma zlehčováno a bylo důležité jen pro několik výrobců, dnes je již situace podstatně jiná. Všichni významní výrobci postupně doplnili svůj sortiment právě o typy s krátkodobým zpožděním, protože praxe ukázala, že bez jejich použití nelze zajistit dostatečnou spolehlivost proti nežádoucím vypnutím. Podíváme-li se do katalogů výrobců, setkáme se s různým obchodním označením, ale definice vlastností je prakticky stejná jako u nejstaršího typu G (patentován a vyráběn již od roku 1957), případně typu kv nebo KV (mírně modifikované vypínací charakteristiky pro odlišení od konkurence). Bez ohledu na obchodní označení se vždy jedná o podobné typy s krátkým zpožděním (nejčastěji 10ms, případně jiné, např. 8ms), které eliminuje vliv krátkodobých pulzů reziduálního proudu.

S nástupem elektroniky se postupně stále více používaly svodiče přepětí, které ovšem velice často způsobovaly nežádoucí vybavování citlivých chráničů. Pro bezproblémový provoz je velice důležitá vzájemná koordinace mezi svodiči přepětí a proudovými chrániči, což byl dlouhou dobu neřešený problém zejména u citlivých přepěťových ochran spotřebičů (třída D, typ III). Naštěstí je to již minulost, protože výrobci přepěťových ochran se přestali dívat na elektrické instalace jen ze svého pohledu, ale začali řešit problém v kontextu celé instalace včetně proudových chráničů. Dnes se všeobecně doporučuje používat zapojení pro přednostní omezení tzv. příčného přepětí (zapojení 1+1 a 3+1), které významně eliminuje vznik zemních svodových proudů. Současně však došlo i k zavedení požadavku pro proudové chrániče bez zpoždění, které musejí mít odolnost proti rázovým proudům minimálně 250A (8/20μs). Situace se zlepšila natolik, že v mnoha instalacích s malým výskytem přepětí stačí použít nezpožděné proudové chrániče. Podle vyjádření provozovatelů a revizních techniků se dnes u nových typů svodičů nesetkávají s problémy, které byly ještě před několika lety obvyklé. To je příklad pozitivního přístupu, kdy je při vhodné koordinaci možné současné využití různých ochranných přístrojů bez omezení pro uživatele.

Vedle výše zmíněných dvou hlavních příčin nežádoucího vybavení, jakými jsou přechodné jevy přiı spínání kapacit a vliv funkce svodičů přepětí, je nutné zmínit ještě třetí příčinu, kterou je výskyt vyšších hodnot trvale unikajícího proudu. Z hlediska funkce proudového chrániče se jedná o správnou reakci na vzniklý reziduální proud pro uživatele je však každé neočekávané vybavení vždy nepříjemné a pokud není možné jednoduše omezit hodnotu trvale unikajícího proudu, je dobré mít alespoň informaci o okamžité hodnotě, aby bylo možné včas signalizovat zhoršený stav. Postupně se začínají nabízet elektronické přístroje pro monitorování reziduálních proudů. Pro jejich konstrukci platí samostatná norma ČSN EN 62020 Přístroje pro monitorování reziduálního proudu pro domovní a podobné použití (RCM), která je určena pro přístroje do 125A a napětí do 440V AC. Na obr. 1 je uvedeno jedno z možných provedení. Citlivost (30mA až 1A) a vypínací charakteristiky (nezpožděný, typ G a S) jsou nastavitelné parametry pomocí přepínačů. Vzhledem k miniaturizaci a pokročilé digitální technologii je možné uvedené přístroje integrovat i do nových typu proudových chráničů, které sdružují několik užitečných vlastností.

Obr. 1 Příklad přístroje na monitorování reziduálních proudů (možnost místní indikace pomocí LED a dálkové signalizace pomocí vestavěného kontaktu): a) typ PDIM, b) schéma zapojení

Citlivost na různé druhy proudu
Další kapitolou ve vývoji požadavků na použití proudových chráničů je jejich citlivost na různé druhy proudů. Nejčastěji používané proudové chrániče jsou typu AC (citlivé pouze na střídavý rezidáalní proud) méně se používají typy A (citlivé na střídavý a pulzující stejnosměrný reziduální proud). Situace se ovšem postupně mění. Vlivem povinného používaní typů A v Německu se zvýšil objem výroby. To s sebou přineslo snížení ceny, která se již přibližuje k cenám typu AC (podstatný rozdíl v ceně spočívá ve speciálním magnetickém materiálu jádra pro rozdílové transformátory). Přestože v naprosté většině domovních instalací v sítích TN úplně postačí doposud používané chrániče typu AC, postupně dojde k jejich vytlačení cenově srovnatelnými typy A, které přitom mají lepší vlastnosti. Tím vznikne i jistá bezpečnostní rezerva do budoucnosti, kdy se budou stale více používat spínané napájecí zdroje a typ A bude lépe vyhovovat i těmto novým požadavkům

Samostatnou a technicky velice zajímavou oblastí jsou aplikace s proudovými chrániči typu B, které jsou citlivé na všechny druhy proudu (střídavé, pulzující stejnosměrné a stejnosměrné reziduální proudy). Jejich konstrukce je složitější, než kterou známe z typů AC a A, proto pro ně platí i samostatná norma ČSN EN 62423.
Proudové chrániče bez vestavěné a s vestavěnou nadproudovou ochranou pro domovní a podobné použití typu B (RCCB typu B, RCBO typu B). Pro detekci a vyhodnocení stejnosměrných reziduálních proudů je použit další elektronický obvod, který za pomoci vysokofrekvenčního generátoru proudu vyhodnocuje změny v magnetizaci jádra součtového proudového transformátoru. Chrániče typu B jsou technicky poměrně náročné, a tomu odpovídá i jejich cena. Trend v této oblasti je však nakloněn jejich používání (frekvenční měniče, zdravotnictví, spínané zdroje, obvody s FV investory atd.) a s nárůstem požadavků na vyráběné množství se velice brzy rozšíří i počet výrobců, kteří mají zájem na výrobě tohoto typu. To se zákonitě odrazí i v prodejní ceně, která se postupně sníží na obecně přijatelnou úroveň.

Ochrana obvodů s frekvenčními měniči
Počet aplikací s frekvenčními měniči rapidně narůstá a to s sebou přináší i nové požadavky na ochranu obvodů s proudovými chrániči. Jedná se často o elektrická zařízení s menšími výkony, která mají pohyblivé přívody, a je přitom požadována ochrana citlivým proudovým chráničem. Dále se setkáváme s požadavky na ochranu proudovými chrániči pro pevně instalovaná výkonná zařízení s frekvenčními měniči v prostorách se zvýšeným požárním rizikem, kde je povinně předepsáno použití proudového chrániče s citlivostí 300mA. Pokud se nenajde jiný způsob (teoreticky jde o kabely s minerální izolací, v přípravě je ale i praktická možnost uložení kabelů do chrániček), je nutné vyřešit společnou funkci frekvenčního měniče a proudového chrániče. Problém spočívá v tom, že s narůstající frekvencí se stále více projevuje funkce filtru generujícího zemní svodový proud, který ale předřazený proudový chránič vyhodnocuje jako reziduální proud (viz IF na obr. 2).

Obr. 2 Vznik zemního svodového proudu při zapojení proudového chrániče v obvodu s frekvenčním měničem

Pokud jeho velikost překročí určitou hodnotu, dojde k vypnutí chrániče. To je poměrně komplikovaný problém, protože se musí najít řešení pro protichůdné požadavky. Informace od výrobců nejsou často dostatečné, protože výrobci frekvenčních měničů zatím neudávají žádné konkrétní údaje o hodnotách zemních svodových proudů filtrů. Pro vyřešení tohoto problému je v současné době možné použít chránič typu B s citlivostí na všechny druhy reziduálních proudů, jejichž frekvenční charakteristika zohledňuje činnost frekvenčních měničů.

Obr. 3 Vypínací charakteristika proudového chrániče typu B v závislosti na frekvenci (tento typ je navržen i pro správnou koordinaci s frekvenčními měniči)

Tato kombinace je již uvedena v několika normách, ale jedná se stále o drahé řešení. Druhou možností je použití speciálního typu proudového chrániče typu A v provedení U (německy Umrichtfest), které jsou navrženy právě pro tyto aplikace (viz obr. 4).

Obr. 4 Vypínací charakteristika proudového chrániče v závislosti na frekvenci, provedení U

Nahlédneme-li do dokumentace k frekvenčním měničům, nedozvíme se většinou žádnou konkrétní hodnotu zemních svodových proudů, a to ani pro doporučené typy motorů. Najdeme zde jen upozornění na uvedený problém, ale bez přesnějšího popisu řešení. O moc více se většinou nedozvíme ani přímým dotazem u prodejce nebo přímo u výrobce, protože koordinace s proudovými chrániči není zatím nijak ošetřena. Poněkud jednodušší situaci mají výrobci proudových chráničů, protože vlastnosti jsou dostatečně charakterizovány vypínací charakteristikou čas/proud a dále frekvenční charakteristikou. Problém je však ve vztahu ke konkrétnímu pohonu, takže provozovatel si musí většinou požadovanou kombinaci nakonec odzkoušet sám. Vzhledem k narůstajícím požadavkům a nejasnostem ohledně uvedeného zapojení je zřejmé, že v této oblasti musí brzy dojít ke sjednocení podmínek zejména na straně výrobců frekvenčních měničů.

Ing. František Štěpán