Proudové chrániče jsou moderní ochranné prvky, které zaručují vysokou citlivost ochrany před úrazem elektrickým proudem a chrání majetek před vznikem požáru od elektrické instalace. Přestože se s nimi v našich nových instalacích setkáváme již mnoho let, povědomí o jejich funkci a vlastnostech není obecně na dostatečné úrovni. Stačí nahlédnout do diskuzí na některé z elektrotechnických webových stránek a hned je jasné, že ne všem elektrotechnikům jsou jasné základní podmínky pro správné fungování ochran. Přitom stačí znát několik zásad zapojení a orientovat se v typech.

Základní problém ve správném chápání funkce proudového chránič spočívá v jeho funkci, kdy nás nezajímá velikost procházejícího proudu, nýbrž rozdíl proudů v pracovních vodičích.  Pokud trvale unikající proud, nebo zemní poruchový proud překročí nastavenou hodnotu, chránič vypíná a to nezávisle na velikosti proudu v pracovních vodičích. Proudový chránič se skládá ze součtového proudového transformátoru, velmi citlivého diferenciálního relé a spínacího mechanismu. Proudovým transformátorem prochází všechny pracovní vodiče, které jsou potřebné pro funkci spotřebiče. Jestliže dojde za chráničem ke vzniku poruchy, vznikne rozdíl mezi porovnávanými pracovními proudy, protože část proudu uniká do země (zemní poruchový proud). Tento rozdíl proudů indukuje v sekundárním vinutí transformátoru napětí, které pomocí diferenciálního relé uvede v činnost spínací mechanismus a dojde k rychlému odpojení poruchy od sítě. Proudový chránič je tedy elektrický ochranný prvek, který detekuje a vyhodnocuje rozdílový proud v pracovních vodičích obvodu a vypíná obvod při překročení hodnoty proudu, pro kterou je chránič nastaven. Pokud dojde ke vzniku nadproudu pouze v pracovních vodičích, a ne proti zemi, proudový chránič nevyhodnotí tento poruchový stav jako chybu. Z principu funkce není proudový chránič schopen vyhodnotit mezifázový zkrat nebo dvoupólový dotyk osoby jako poruchu. Ochrana před nadproudy se musí zajistit předřazením pojistky nebo jističe, přičemž hodnoty jmenovitého proudu jisticího prvku předepisuje výrobce chrániče. Velikostí předřazené pojistky nebo jističe je podmíněna zkratová odolnost proudového chrániče, proto je často užíván přesnější pojem - podmíněná zkratová odolnost. Samostatnou skupinou jsou proudové chrániče s vestavěným jističem, které jistí před nadproudy a zároveň před úrazem elektrickým proudem.


Základní podmínky ochrany s proudovými chrániči
Pro správné fungování instalací s proudovými chrániči musí být splněny několik podmínek.

• Chráněné neživé části musí být uzemněny pomocí ochranného vodiče. V síti TN musí být vodič PEN rozdělen na samostatné vodiče PE a N a tyto vodiče se za chráničem již nesmí spojit.  Pokud k tomu dojde, dochází při zapnutí spotřebičů k vypínání chrániče.
• Ochranné vodiče se dimenzují podle normy (ČSN 33 2000-5-54).
• Chráničem nesmí procházet ochranný vodič (PE, PEN).
• Chráničem musí procházet všechny pracovní vodiče.
• Chránič musí vypínat všechny pracovní vodiče chráněného obvodu.
  

V sítích TN-S nemusí být vypínán střední vodič, jestliže je zdrojem dáno, že střední vodič je spolehlivě na úrovni napětí země (spolehlivě = dotykové napětí na neživé části při poruše bude spolehlivě pod hodnotou trvalého dotykového napětí).

• Před uvedením do provozu musí být chránič vyzkoušen (tlačítko TEST), změřen (ČSN 33 2000-6-61) a v předepsaných lhůtách kontrolován. Interval testování není obecně předepsán, většinou jej stanovuje výrobce.
• Kontakty proudových chráničů musí být chráněny před nadproudy, tj. přetížením a zkratem.
  

Typy a vlastnosti proudových chráničů
Rozdělení proudových chráničů lze provést z několika hledisek:

• Podle konstrukčního řešení se setkáváme s provedení pro montáž do rozvaděčů (RCD, RCCD, RCCBO) nebo také přenosnými chráničové adaptéry (PRCD).

• Dále je možné rozlišovat mezi chrániči s přímým vypínáním, kdy je spínací mechanismus součástí chrániče a chrániči chrániče s nepřímým vypínáním, kde se pro vypínání používá samostatný přístroj (pro vypínání slouží stykač/vypínač s vypínací cívkou, pro detekci průvlekový součtový transformátor  a pro vyhodnocení chráničové relé).

• Další dělení je podle počtu počet pólů (2pólové, 4pólové). Pokud není zapojen střední vodič, procházejí chráničem pouze fázové vodiče. 4 pólové chrániče je možné zapojit i jako 2pólové s tím, že musí být propojeny svorky pro zachování funkce tlačítka TEST. Protože se jeho zapojení může podle typu lišit, vždy se doporučuje se zapojit všechny vstupní svorky chrániče.

Samostatnou problematikou je citlivost proudových chráničů na různé druhy proudů v pracovních vodičích.
V současné době, kdy se v průmyslu stále více užívají výkonové obvody s polovodičovými prvky, dochází ke změně hladkého harmonického střídavého proudu a roste podíl stejnosměrné složky proudu.

Nejčastěji používanými proudovými chrániči jsou stále typy AC určené pro střídavý reziduální proud, ale stále více se prosazují chrániče citlivé na střídavý a zároveň na pulzující stejnosměrný proud (typ A, dodatkové písmeno v typovém označení A). Třetím typem jsou proudové chrániče typu B citlivé na všechny druhy proudu, včetně hladkých stejnosměrných. S požadavky na jejich použití se setkáme v průmyslu, v instalacích fotovoltaiky a v instalacích ve zdravotnictví. Grafické značky, které charakterizují příslušný typ, najdeme na každém proudovém chrániči.

Z hlediska provozní spolehlivosti nás zajímají vypínací charakteristiky, které popisují časovou závislost vypnutí proudových chráničů. Nejpoužívanějšími jsou proudové chrániče pro všeobecné použití (bez zpoždění) vypíná ihned při vzniku reziduálního pracovního (vypínacího) proudu potřebného pro vypnutí. To ale zvyšuje počet vypnutí, která jsou způsobena krátkodobými reziduálními proudy (reakce svodičů přepětí). Vhodnějším typem je proto proudový chránič s nastavenou dobou nepůsobení (typ G, S), neboli se zpožděným vypínáním, který zajistí zpoždění vypnutí chrániče. Vypnutí chrániče se zpožděním je závislé na velikosti a zároveň době trvání poruchového proudu. Proudový chránič typu G má nastavenou dobu nepůsobení na 10ms a přitom má stejné maximální meze vypínacích časů, jako chránič pro všeobecné použití. To znamená, z hlediska bezpečnosti jsou zpožděné typy rovnocenné s nezpožděnými. Důležitým parametrem, který přímo souvisí s e zpožděním funkce, je odolnost proti rázovému proudu, která udává hodnotu proudu v pracovních vodičích, při které chránič nesmí vypnout. Například proudový chránič pro všeobecné použití bez zpoždění má odolnost proti rázovému proudu 250A, což může způsobit nežádoucí vypnutí v případech, kdy nárazový proud při zapnutí spotřebiče převýší hodnotu 250A. Proudové chrániče se zpožděním vykazují vyšší odolnost proti rázovému proudu – u typu G je to 3kA, u typu S je to 5kA.

Normy, které definují hlavní parametry proudových chráničů (ČSN IEC 755, ČSN EN 61008 a další), stanovují maximální doby vypnutí pro jednotlivé typy proudových chráničů. Tabulka 2 udává meze vypínacích časů proudových chráničů, které nás zajímají zejména při řešení problému s nežádoucím vypínáním, při selektivním řazení chráničů, případně při volbě měřicího přístroje.

Proudové chrániče pro všeobecné použití nemají vypínací časy omezeny zdola, avšak proudové chrániče se zpožděním vykazují určitou dobu, kdy se nechovají jako chránič a čekají, jestli nezanikne rozdílový proud. Po této nastavené době nepůsobení (typ G 10ms, typ S 40ms) reagují jako normální proudové chrániče. Z tohoto je zřejmé, že proudové chrániče se zpožděním můžeme použít všude tam, kde chceme odstranit nežádoucí vypínání vlivem krátkodobých chybových proudů (svodiče přepětí, odrušovací kondenzátory), které odezní v časech do 10 nebo 40ms.

Dále je předepsáno, že minimální hodnota vybavovacího proudu proudového chrániče je 50 - 100% jmenovitého vybavovacího proudu.


Selektivita proudových chráničů
Zaručení úplné selektivity proudových chráničů je dána už tím, jak jsou definovány jejich vypínací charakteristiky. Obecně platí, že jako předřazený chránič se vždy použije typ S – selektivní s vyšším reziduálním proudem, než mají chrániče zapojené za ním.


Pokud bychom se zaměřili na průmyslové instalace, jsou k dispozici i další typy proudových chráničů, případně chráničových spouští, které mají nastavitelné parametry a je možné s nimi provádět i několik úrovní řazení. Z praktického pohledu toto však není příliš časté, protože u nás, pracujeme v sítích TN a ochrana v případě poruchy není kriticky závislá na proudových chráničích, jako tomu je v případě sítí TT.

Všem projektantům lze doporučit užitečnou publikaci TNI 33 2000-4-41, která detailně komentuje jednotlivé články ČSN 33 2000-4-41 a problematice volby různých typů proudových chráničů je zde věnována poměrně velká pozornost.

 

Článek je ukázkou sborníku L.P.Elektro č. 56
Pro členy Benefit klubu LPE je k dispozici celé znění sborníku.