Princip funkce proudového chrániče

Proudový chránič je elektrický ochranný přístroj nebo kombinace přístrojů, který detekuje a vyhodnocuje hodnotu reziduálního proudu v pracovních vodičích obvodu součtového transformátoru a vypíná obvod při překročení určité hodnoty reziduálního proudu, pro který je chránič nastaven.

Zapojení a činnost proudového chrániče je zřejmá z níže uvedeného obrázku. Proudový chránič se skládá ze součtového proudového transformátoru ST, citlivého vybavovacího (diferenciálního) relé VR a spínacího mechanizmu SM. Běžné proudové chrániče používané zejména pro domovní účely podle ČSN EN 61008-1 ed. 2 a ČSN EN 61009-1 ed. 2 využívají jako vyhodnocovací obvod diferenciální relé s permanentním magnetem. V klidovém stavu, tj. při sepnutých kontaktech chrániče, je kotva relé přitažena působením permanentního magnetu. Dojde-li k registraci reziduálního (rozdílového) proudu, je výstupním signálem sčítacího transformátoru vybuzena cívka diferenciálního relé. Takto vzniklé magnetické pole je superponováno na magnetické pole permanentního magnetu (fakticky se jeho hodnota odečítá od magnetického pole permanentního magnetu). Překročí-li reziduální proud příslušnou hodnotu danou jeho citlivostí, je záporný příspěvek od diferenciálního relé k magnetickému poli takový, že způsobí odpad kotvy a vybavení volnoběžky a tím i celého chrániče.

Pro správnou funkci proudového chrániče musí součtovým transformátorem procházet všechny pracovní vodiče (L1, L2, L3, N) nebo pouze nezbytně nutné pracovní vodiče. Dojde-li za chráničem ke vzniku reziduálního proudu tekoucího z fázového vodiče do země (zkrat na kostru stroje případně dotyk osoby) a pokud hodnota tohoto reziduálního proudu překročí hodnotu vybavovacího proudu chrániče, vybavovací relé zareaguje a spínací mechanizmus vypne napájení. K tomuto rychlému odpojení poruchy od sítě dochází v časech od 10 do 30ms, u zpožděných typů proudových chráničů je to běžně několik desítek milisekund. Každý proudový chránič je povinně vybaven testovacím tlačítkem, kterým se ověřuje jeho správná funkčnost. Zkušební zařízení s tlačítkem TEST je zapojeno tak, že stisknutím tlačítka je vyvolán reziduální proud větší než I∆n, což musí způsobit spolehlivé vybavení proudového chrániče. Ověřování funkce testovacím tlačítkem se má provádět cca jednou za 1 až 3 měsíce. Pouze u typů proudových chráničů se zvýšenou provozní spolehlivostí FI-H výrobce garantuje spolehlivý provoz i bez pravidelného testování.




V rovnovážném stavu bez poruchy je součet proudů tekoucí proudovým transformátorem roven nule. Při vzniku poruchy dochází ke vzniku nerovnovážnému stavu proudů (reziduální proud), který způsobí indukci toku v součtovém transformátoru, v sekundárním vinutí se indukuje proud a ten způsobí vybavení vybavovacího (diferenciálního) relé.
Reziduální proud I∆n (rozdílový proud) je definován jako vektorový součet okamžitých hodnot proudů tekoucích v hlavním obvodu proudového chrániče.

Ideální stav, kdy ze živé části do země neteče žádný proud, prakticky nenastane. V důsledku konečné hodnoty odporu izolace elektrických zařízení (stovky kiloohmů až gigaohmy) teče do země proud způsobený svody izolace. Je to zemní svodový proud IS častěji nazývaný unikající proud. V případě, že dojde k poruše izolace nebo k dotyku osoby se živou částí, prochází do země tzv. zemní poruchový proud IF. Proudový chránič registruje v každém okamžiku součet obou těchto složek, tj. I∆ = IF + IS.

Z principu funkce proudového chrániče vyplývá skutečnost, že proudový chránič bez vestavěné nadproudové ochrany není omezující prvek a nejistí před nadproudy (přetížení nebo zkrat). To znamená, že neomezuje hodnotu procházejícího proudu, ale pouze dobu jeho průchodu. Doba průchodu je dána dobou vybaveni. Aktuální reziduální proud závisí pouze na impedančních poměrech obvodu a na jeho napájecím napětí. Ochrana před nadproudy se musí zajistit předřazením pojistky nebo jističe. Velikostí předřazeného jistícího prvku je následně určena zkratová odolnost chrániče (podmíněná zkratová odolnost).

Z uvedeného vyplývá, že proudový chránič nesmí vybavit při normální úrovni zemního svodového proudu, ale až při poruše – při vzniku zemního poruchového proudu. Tomu je nutné přizpůsobit výběr hodnoty jmenovitého reziduálního proudu I∆n proudového chrániče v těch případech, kde je běžná hodnota unikajícího proudu (tj. zemního svodového proudu) poměrně velká, například ve vlhkém prostředí, u tepelných spotřebičů atd. Jestliže jsou unikající proudy příliš vysoké, musí být na jeden proudový chránič připojen co nejmenší počet spotřebičů.

Proudový chránič je v zásadě jediným prvkem, který dokáže ochránit osoby v případě přímého dotyku živých části. Z hlediska bezpečnosti je důležitá zejména rychlost jeho vybavení. Pro TN sítě požaduje ČSN 33 2000-4-41 ed. 2 čas vypnutí do 0,4s. Běžný proudový chránič musí při pětinásobku jmenovitého reziduálního proudu 5 I∆n (což je pro 30mA chránič obvyklý tělový proud) vybavit do 40ms. Vypínací časy jsou znázorněny na obrázku.



Z hlediska maximálně účinné ochrany osob před úrazem elektrickým proudem je podstatný čas odpojení. Na obrázku jsou uvedeny účinky střídavého proudu na lidský organizmus v závislosti na velikosti proudu a době působení.


V zóně AC-1, tj. do proudu 0,5mA bez ohledu na dobu působení, se u zdravého jedince nevyskytují obvykle žádné reakce na procházející proud. Zóna AC-2 je oblast, kde běžně nedochází ke škodlivým fyziologickým účinkům. Průchod proudu ale může být doprovázen svalovými stahy. V oblasti AC-3 obvykle nedochází ke škodám na organizmu. Nicméně mohou se objevit křečovité stahy svalů nebo obtíže při dýchání. Křivka LC v této oblasti znázorňuje dohodnutou mez, kdy by měl být proud procházející lidským tělem odpojen. V oblasti AC-4 se již mohou objevovat závažné patofyziologické účinky (zástava srdce a dechu, popáleniny).

Z uvedeného plyne důležitý závěr. Pro ochranu osob v síti 3x230/400V TN (ale i TT, IT) je v prostředí normálním a nebezpečném podstatný čas odpojení. Obvyklá impedance lidského těla s přechodovou impedancí tělo-podlaha (náhodné uzemnění) se podle ČSN EN 33 2000-4-41 ed. 2 uvažuje 1750Ω. Z toho plyne tělový proud při přímém dotyku živých částí cca 130mA. Není tedy zdaleka dosaženo pro člověka kritické hranice 500mA. Běžný 30mA proudový chránič musí podle norem ČSN EN 61008-1 ed.2 a ČSN EN 61009-1 ed.2 tento proud vypnout v čase menším než 100ms (150mA musí vypnout do 40ms, tj. ještě v oblasti AC-2). Je tedy zjevné, že se vždy pohybujeme pod křivkou LC.

V prostorách zvlášť nebezpečných je situace odlišná. Jelikož se uvažuje vyšší vlhkost prostředí (tj. nižší kontaktní odpor), stísněné prostory (větší kontaktní plocha) a další nepříznivé vlivy, je nutno uvažovat s mnohem nižší impedancí lidského těla. Požadavky na ochranu osob jsou mnohem přísnější. Jedná se zejména o ochranu pomocí SELV nebo PELV. Proudové chrániče slouží jako ochrana pouze např. pro pevně připojené spotřebiče.

---

Pro verifikované uživatele více v tomto dokumentu!