5.5 Niezawodność wyłączników różnicowoprądowych

      Od pierwszych lat stosowania wyłączników różnicowoprądowych kwestia ich niezawodności była przedmiotem powszechnego zainteresowania producentów, projektantów i użytkowników. Była uznawana za problem o szczególnym znaczeniu.

       Pojęcie niezawodności wyłącznika różnicowoprądowego oznacza jego zdolność do poprawnego wypełniania zadanych funkcji ochronnych, przy zachowaniu przypisanych parametrów technicznych oraz spełniania wymagań użytkowych w określonych warunkach eksploatacyjnych i środowiskowych.

      Podstawową miarą niezawodności wyłącznika różnicowoprądowego jest czas jego poprawnej pracy, czyli czas jaki upływa od rozpoczęcia użytkowania nowego wyłącznika do czasu pierwszej stwierdzonej niesprawności technicznej.

      Pogłębione badania wyłączników w miejscu ich zainstalowania, czyli w rzeczywistych warunkach użytkowania, prowadzone od kilkudziesięciu lat w wielu krajach świata,  były  impulsem do doskonalenia konstrukcji i technologii produkcji wyłączników, do nowego spojrzenia na zasady ich stosowania  i użytkowania.

      Postęp technologiczny, a także rosnąca kultura techniczna użytkowników sprawiają, że wymagania co do niezawodności wyłączników różnicowoprądowych stale rosną.

       Zawodność wyłączników różnicowoprądowych

      Wyłączniki różnicowoprądowe są urządzeniami o szerokich właściwościach ochronnych i skomplikowanej budowie. Przewyższają pod tym względem wyłączniki nadprądowe i bezpieczniki, a zatem, są bardziej od nich zawodne i wrażliwe na różnorodne zakłócenia powstające w chronionych obwodach. Sprawia to, że mogą zbędnie wyzwalać naruszając ciągłość pracy chronionych obwodów i zasilanych urządzeń. Od wyłączników różnicowoprądowych wymaga się jak najmniejszej intensywności zarówno działań brakujących jak i zadziałań zbędnych.

     Przeprowadzone w wielu krajach w Europie oraz w Japonii i Stanach Zjednoczonych badania zawodności wyłączników różnicowoprądowych wykazały, że w zależności od środowiska pracy wyłącznika, jego konstrukcji a także czasu użytkowania, liczba niesprawnych wyłączników zawiera się od 2 do 20 %.

      Niesprawne wyłączniki wykazują najczęściej nadmierny rzeczywisty różnicowy prąd zadziałania. Jest to niewątpliwie sygnał dla użytkowników wyłączników różnicowoprądowych , aby maksymalnie zwiększyć częstość kontroli okresowych wyłączników, natomiast w warunkach środowiskowych stwarzających zwiększone zagrożenie, przeprowadzać kontrole codzienne, co najmniej przez sprawdzenie działania wyłącznika przyciskiem kontrolnym T.

      Uwzględniając dużą zawodność wyłączników różnicowoprądowych, zalecane jest stosowanie w obwodach z wyłącznikami różnicowoprądowymi wyłączników nadprądowych (w układzie sieci TN) lub innych tego typu wyłączników różnicowoprądowych (w układzie sieci TT). W tych przypadkach należy uzyskać wymagane: impedancję pętli zwarciowej Z i rezystancję uziemienia ochronnego R_A.

Tablica 1 Największa dopuszczalna rezystancja uziomu R_A 

Rezystancja uziomu ochronnego musi spełniać następujący warunek:

gdzie:

R_A - suma rezystancji uziomu i przewodu ochronnego,

I_a -  prąd powodujący zadziałanie urządzenia ochronnego ( w przypadku RCD uwzględnia się I_Δn - znamionowy różnicowy prąd zadziałania),

U_L- napięcie dotykowe dopuszczalne długotrwale.

.

      Zbędne zadziałania wyłączników różnicowoprądowych:

      Zjawisko zbędnych zadziałań wyłączników różnicowoprądowych jest znane przede wszystkim ich użytkownikom, projektantom i wykonawcom instalacji elektrycznych. Do głównych przyczyn zbędnych zadziałań należy zaliczyć:

        1) błędy popełnione na etapie projektowania, wykonawstwa i odbioru instalacji, a w szczególności: 

              a) błędne połączenia przewodów neutralnych N i przewodów ochronnych PE  w obwodach chronionych wyłącznikami

                   różnicowoprądowymi, np.

                 - gdy przewód neutralny N: jest połączony bezpośrednio z przewodem ochronnym PE lub uziemiony, lub

                 - łączenie przewodów neutralnym N należących do innych obwodów.,

              b) przeoczenie błędów popełnionych przy projektowaniu i wykonawstwie w czasie odbioru instalacji,

      2) nie przekraczający wartości dopuszczalnej, ustalony prąd różnicowy chronionego obwodu.

          Przyczyną jest najczęściej wadliwość wyłącznika, którego rzeczywisty prąd zadziałania jest mniejszy niż połowa

          znamionowego różnicowego prądu zadziałania (0,5·I_Δn)., lub nieprawidłowo dobrany wyłącznik różnicowoprądowy,

      3) przejściowy prąd różnicowy chronionego obwodu. Zdarza się to przy załączaniu grupy obwodów odbiorczych

         wykazujących znaczne pojemności doziemne,  np. filtry przeciwzakłóceniowe lub zbyt długie trasy przewodowe

         z użyciem metalowych rur lub korytek albo, przewodów ekranowanych ( od 0,5 do 1 mA na 1 m długości przewodu).

      4)  przepięcie i towarzyszący mu przejściowy prąd różnicowy. Przyczyną mogą być przepięcie pochodzenia

          atmosferycznego albo łączeniowe w sieci elektroenergetycznej oraz brak koordynacji zabezpieczeń różnicowoprądowych

          z ogranicznikami przepięć w instalacji. Zbędne zadziałania mogą wystąpić podczas odprowadzania prądu udarowego lub

          zwiększonej upływności ograniczników warystorowych (np. w skutek starzenia). Zbędne zadziałania wywołane przepływem

          prądu następczego odgromników (ograniczników przepięć klasy I) zostaną wyeliminowane, jeżeli wyłącznik różnicowoprądowy

          będzie zainstalowany w układzie TN-S za drugim stopniem ochrony (rys.1).

                 Rys. 1 Przykład usytuowania wyłącznika różnicowoprądowego w wielostopniowej ochronie przeciwprzepięciowej

      Eliminacja zadziałań zbędnych

       Zmniejszenie częstości zadziałań brakujących można uzyskać przez dodanie drugiego wyłącznika różnicowoprądowego . Nie jest to jednak rozwiązanie pewne, gwarantujące skuteczną eliminację zadziałań brakujących. Zastosowanie większej liczby wyłączników połączonych szeregowo zapewniłoby eliminację zagrożenia.

      Eliminację zadziałań zbędnych wyłączników można osiągnąć, na przykład, poprzez usunięcie RCD ze wszystkich obwodów zasilających, jeżeli stosowanie ich nie jest obowiązkowe ze względu na wymagane funkcje ochronne (np. przy dotyku bezpośrednim). Stosowanie wyłączników różnicowoprądowych jest niezalecane lub zakazane w niektórych instalacjach elektrycznych, w których, ze względu na zagrożenie życia, ciągłość zasilania powinna być bezwzględnie zachowana. Do takich instalacji należą:

• urządzenia elektromedyczne monitorujące i podtrzymujące podstawowe funkcje życiowe, systemy komputerowe szpitali,

• urządzenia sygnalizacji pożaru, włamania, nadzoru bezpieczeństwa, urządzenia kontroli dostępu, systemy łączności,

• systemy komputerowe policji i centralnych instytucji administracyjnych,

• urządzenia bezpieczeństwa ruchu drogowego, kolejowego, wodnego i lotniczego,

• urządzenia oświetlenia awaryjnego

      Stosowanie wyłączników różnicowoprądowych (również ze względu na zadziałania zbędne) jest niewskazane dla urządzeń, którym wystarczającą skuteczność ochrony przeciwporażeniowej można zapewnić innymi środkami ochronnymi, natomiast zarówno użytkowane urządzenia jak i warunki środowiskowe, nie wymagają stosowania ochrony uzupełniającej przed dotykiem bezpośrednim.