Różnicówka 3-fazowa wykrywa prąd, który nie wraca do źródła przewodami roboczymi. Wykorzystuje do tego przekładnik sumujący, przez którego rdzeń przechodzą przewody L1, L2, L3 oraz – jeśli występuje w obwodzie – N. W stanie bezawaryjnym suma chwilowa tych prądów wynosi zero. Upływ do ziemi lub przewodu ochronnego PE zaburza bilans, a powstały sygnał uruchamia mechanizm otwierający styki.
Czym jest wyłącznik różnicowoprądowy 3-fazowy?
Wyłącznik różnicowoprądowy, nazywany potocznie różnicówką, jest aparatem ochronnym, który monitoruje bilans prądów w obwodzie. Jego zadaniem jest samoczynne odłączenie zasilania, gdy część prądu popłynie inną drogą niż przewody robocze – na przykład przez uszkodzoną izolację, obudowę urządzenia, przewód ochronny PE albo ciało człowieka.
W układzie trójfazowym aparat może kontrolować trzy przewody fazowe L1, L2 i L3, a także przewód neutralny N. Typowy wyłącznik 4-biegunowy nie mierzy obciążenia każdej fazy osobno. Sprawdza ich sumę geometryczną, czyli chwilowy bilans prądów wpływających do odbiornika i z niego wracających.
Jak działa przekładnik sumujący?
Najważniejszym elementem RCD jest toroidalny przekładnik Ferrantiego. Przewody robocze przechodzą przez wspólny rdzeń, który pełni funkcję obwodu magnetycznego. Każdy prąd wytwarza w rdzeniu strumień magnetyczny, ale w normalnych warunkach strumienie te wzajemnie się znoszą.
Zależność można zapisać w uproszczeniu jako:
iL1 + iL2 + iL3 + iN = 0
Jest to zastosowanie I prawa Kirchhoffa. W obwodzie bez upływu prąd, który wypływa przewodami roboczymi, wraca nimi do źródła. Nie ma więc prądu resztkowego, a wypadkowy strumień magnetyczny w rdzeniu pozostaje równy zero.
Jeżeli część energii popłynie do ziemi lub przewodem PE, nie wróci przez przewody przechodzące przez rdzeń. Pojawia się wtedy prąd różnicowy IΔ:
iL1 + iL2 + iL3 + iN ≠ 0
W rdzeniu powstaje strumień różnicowy. Zmiana tego strumienia indukuje w uzwojeniu wtórnym siłę elektromotoryczną, której wartość zależy od prądu upływu. To właśnie ten sygnał, a nie samo przeciążenie obwodu, powoduje zadziałanie RCD.
Wewnątrz wyłącznika znajdują się zasadniczo następujące elementy:
- Przekładnik sumujący – kontroluje bilans prądów w przewodach roboczych.
- Uzwojenie wtórne – odbiera sygnał indukowany przez strumień różnicowy.
- Przekaźnik spolaryzowany – reaguje na sygnał z przekładnika i zwalnia mechanizm.
- Mechanizm przełączający – otwiera styki i odłącza kontrolowane tory.
- Obwód testowy – z rezystorem i przyciskiem T symuluje prąd różnicowy.
Dlatego różnica prądów w fazach nie jest sama w sobie usterką. W trójfazowym odbiorniku prądy mogą mieć różne wartości i nadal ich suma chwilowa może wynosić zero. RCD zareaguje dopiero wtedy, gdy prąd opuści kontrolowany obwód i nie wróci przez przewody obejmowane przez przekładnik.
Jak sygnał elektryczny powoduje wyłączenie?
Droga od wykrycia upływu do otwarcia styków przebiega w kilku etapach:
- Prąd różnicowy powoduje powstanie nieskompensowanego strumienia magnetycznego w rdzeniu przekładnika.
- Zmieniający się strumień indukuje siłę elektromotoryczną w uzwojeniu wtórnym.
- Sygnał zasila przekaźnik spolaryzowany, określany także jako PMR.
- Pole elektromagnetyczne o odpowiedniej biegunowości osłabia działanie magnesu trwałego utrzymującego zworę.
- Opadnięcie zwory zwalnia zamek mechanizmu przełączającego.
- Styki robocze otwierają się i odłączają zasilanie kontrolowanego obwodu.
Wartość prądu, przy której aparat powinien zadziałać w określonych warunkach, określa znamionowy prąd różnicowy zadziałania IΔn. Dla popularnych urządzeń ochrony uzupełniającej często wynosi on 30 mA, ale konkretne wartości zależą od przeznaczenia i konstrukcji aparatu. RCD nie zastępuje wyłącznika nadprądowego, ponieważ jego podstawowym zadaniem jest wykrywanie prądu różnicowego, a nie ochrona przed przeciążeniem.
Czy różnicówka 3-fazowa potrzebuje przewodu neutralnego?
Do samego pomiaru prądu różnicowego przewód neutralny nie zawsze jest potrzebny. Jeśli odbiornik trójfazowy nie korzysta z N, przez rdzeń przekładnika przechodzą tylko przewody L1, L2 i L3. Ich suma nadal może wynosić zero, dlatego aparat prawidłowo kontroluje także obwody bez przewodu neutralnego.
Przewód N może być jednak wymagany przez obwód testowy. Przycisk T zazwyczaj łączy rezystor ograniczający tak, aby niewielki prąd ominął część przekładnika i zasymulował rzeczywisty upływ. W wielu konstrukcjach układ ten jest przeznaczony do napięcia fazowego 230 V. Podanie napięcia międzyfazowego 400 V może uszkodzić rezystor lub cały obwód testowy. Sposób zasilania testu zależy od konkretnego modelu, dlatego nie można przenosić schematu jednego producenta na inne urządzenie.
Obwód pomiarowy i obwód testowy pełnią więc różne funkcje. Pierwszy działa dzięki sumowaniu prądów w rdzeniu, drugi sztucznie tworzy kontrolowany prąd różnicowy. Przycisk T sprawdza działanie mechanizmu wyzwalającego, ale nie zastępuje pomiarów wykonywanych odpowiednim przyrządem.
| Typ RCD | Czułość | Zastosowanie |
|---|---|---|
| AC | Sinusoidalny prąd przemienny | Obwody, w których nie przewiduje się prądów pulsujących ani składowej stałej |
| A | Prąd przemienny oraz pulsujący, także ze składową stałą do określonej wartości | Obwody z typowymi zasilaczami elektronicznymi i przekształtnikami |
| F | Prądy przemienne i pulsujące, także przebiegi o zmiennej częstotliwości | Wybrane urządzenia z jednofazowymi napędami i elektroniką sterującą |
| B | Prądy przemienne, pulsujące oraz określone prądy stałe wygładzone | Układy z rozbudowaną energoelektroniką, w tym wybrane przemienniki częstotliwości |
Oznaczenia AC, A, F i B opisują nie liczbę faz, lecz rodzaj przebiegów prądu różnicowego, na które aparat reaguje. Właściwości konkretnego wykonania wynikają z dokumentacji producenta i odpowiednich norm wyrobowych, między innymi IEC/EN 61008.
Zasada działania różnicówki 3 fazowej sprowadza się do kontroli bilansu prądów. Gdy suma prądów L1, L2, L3 i N wynosi zero, przekładnik nie przekazuje sygnału wyzwalającego. Gdy część prądu odpływa poza przewody robocze, powstaje strumień różnicowy, indukuje się sygnał w uzwojeniu wtórnym, a przekaźnik zwalnia mechanizm otwierający styki.
Prace przy instalacjach elektrycznych oraz dobór i sprawdzanie wyłączników różnicowoprądowych powinny być wykonywane przez osoby posiadające odpowiednie kwalifikacje. Opis ma charakter informacyjny i nie stanowi instrukcji montażu.
