Zabezpieczenia różnicowoprądowe

Zasadniczą funkcją wyłącznika różnicowoprądowego (RCD) jest ochrona dodatkowa przed porażeniem prądem elektrycznym poprzez odłączenie zabezpieczanego obwodu od zasilania w przypadku wystąpienia w tym obwodzie nadmiernego prądu doziemnego.


Gdy w zabezpieczanym wyłącznikiem obwodzie nie ma uszkodzeń (prąd różnicowy I_Δ=0) prąd wpływający I₁ równy jest prądowi wypływającemu I₂. W momencie uszkodzenia (np. przebicie izolacji) zaczyna płynąć prąd uszkodzeniowy I_Δ, a wartość prądu I₂ jest mniejsza niż I₁. Wyłącznik RCD zadziała (wyłączy zasilanie) jeśli mierzona wartość różnicy prądów I₁ oraz I₂ przekroczy określoną, charakterystyczną dla danego wyłącznika wartość.

W momencie przepływu prądu uszkodzeniowego na obudowie zabezpieczanego urządzenia pojawi się napięcie U_B, zgodnie z prawem Ohma wynoszące:


Prąd znamionowy wyłącznika I_Δn należy tak dobrać, aby napięcie dotykowe, powstające podczas przepływu prądu uszkodzeniowego nie mogło przekroczyć dopuszczalnego długotrwałego napięcia dotykowego U_L:


Instalacja wyposażona w wyłącznik RCD musi posiadać, ze względów bezpieczeństwa, przewód ochronny PE. Stąd, wyłączniki nie mogą być instalowane w sieciach nie posiadających wydzielonego przewodu ochronnego.

Wyłącznik różnicowoprądowy nie ogranicza wartości prądu uszkodzeniowego, a jedynie czas jego przepływu. Ponieważ jednak kryterium zadziałania wyłącznika jest przekroczenie przez prąd uszkodzeniowy wartości prądu znamionowego wyłącznika, należy go dobierać stosownie do rodzaju zabezpieczonych odbiorników.

Najczęściej stosowane są wyłączniki RCD o prądzie znamionowym 30mA (instalacje mieszkaniowe, przemysłowe, place budowy, itp.). Wyłączniki 6mA oraz 10mA stosowane są w obiektach o zwiększonym stopniu zagrożenia porażeniem oraz do zabezpieczania pojedynczych odbiorników. Wyłączniki 100mA stanowią środek ochrony dodatkowej w obwodach, gdzie występują duże prądy upływowym, natomiast wyłączniki o prądzie znamionowym ≥300mA stosuje się przede wszystkim jako środek ochrony przeciwpożarowej.

Ze względu na czas zadziałania wyłączniki różnicowoprądowe dzieli się na:
- zwykłe
- krótkozwłoczne  - przeznaczone do odbiorników i obwodów, w których mogą występować chwilowe, niewielkie prądy upływu, np. przy załączaniu lodówek, zamrażarek, niewielkich grup świetlówek, UPS, itp.
- selektywne  - charakteryzujące się czasem niezadziałania – minimalnym czasem, kiedy mimo wystąpienia różnicy między prądem wpływającym i wypływającym z obwodu nie nastąpi zadziałanie. Stosuje się je do zabezpieczania grupy obwodów, np. jako zabezpieczenie główne współpracujące z wyłącznikami standardowymi zainstalowanymi w poszczególnych obwodach odbiorczych.

W zależności od kształtu prądu uszkodzeniowego powodującego zadziałanie wylącznika, dzielą się na:
- wyłączniki typu AC oznaczone  - reagują na prąd różnicowy sinusoidalny. Prąd zadziałania wyłącznika zawiera się w zakresie 50…100% prądu znamionowego I_Δn.
- wyłączniki typu A oznaczone  - reagujące na prąd sinusoidalny, jednokierunkowy pulsujący oraz pulsujący ze składową stałą do 6mA. Prąd zadziałania wyłącznika zawiera się w zakresie 35..140% prądu znamionowego I_Δn.
- wyłączniki typu B oznaczone  - reagujące na prąd sinusoidalny, jednokierunkowy pulsujący, pulsujący ze składową stałą oraz prąd stały. Prąd zadziałania wyłącznika zawiera się w zakresie 50..200% prądu znamionowego I_Δn.

Pomiary wyłączników różnicowoprądowych umożliwia miernik MRP-201 oraz  mierniki wielofunkcyjne MPI-502, MPI-508, MPI-520, MPI-525. Każdy z przyrządów Sonel S.A. mierzy czas zadziałania oraz prąd wyzwolenia wyłącznika, dodatkowo wartości napięcia dotykowego oraz rezystancji przewodu ochronnego, przy czym dwa ostatnie pomiary odbywają się bez konieczności wyzwolenia wyłącznika.
Miernik MRP-201 jest specjalistycznym urządzeniem, służącym do pomiaru wyłączników: zwykłych, krótkozwłocznych oraz selektywnych oraz wszystkich rodzajów (AC, A, B). Czas zadziałania może być zmierzony dla ½*I_Δn, I_Δn, 2*I_Δn, 5*I_Δn; dodatkowo pomiar może być wykonany w sposób automatyczny – po zainicjowaniu pomiaru, miernik powtarza kolejne pomiary samoczynnie, zaś rola użytkownika sprowadza się do załączania wyłącznika po każdym wyzwoleniu. Dodatkowo, miernik te umożliwia pomiar prądu i czasu zadziałania podczas tylko jednego wyzwolenia wyłącznika  Przyrządy wielofunkcyjne MPI-502 oraz MPI-508 umożliwiają pomiary wyłączników typu AC i A, zwykłych i selektywnych; czas zadziałania może być zmierzony dla ½*I_Δn, I_Δn, 2*I_Δn, 5*I_Δn; dodatkowo pomiar może być wykonany w sposób automatyczny – po zainicjowaniu pomiaru, miernik powtarza kolejne pomiary samoczynnie, zaś rola użytkownika sprowadza się do załączania wyłącznika po każdym wyzwoleniu. Dodatkowo, mierniki te umożliwiają pomiar prądu i czasu zadziałania podczas tylko jednego wyzwolenia wyłącznika. Mierniki MPI-520 oraz MPI-525 służą do badań wszystkich rodzajów wyłączników – typu AC, A, B; zwykłych, krótkozwłocznych i selektywnych, posiadają również funkcje pomiaru automatycznego, pomiaru czasu zadziałania dla różnych prądów, oraz pomiaru czasu i prądu zadziałania przy pojedynczym wyzwoleniu wyłącznika.


Mierniki przyłącza się do instalacji wyposażonej w gniazdka poprzez przewód zakończony wtyczką sieciową. Przyrządy automatycznie kontrolują poprawność połączeń i sygnalizują nieprawidłowości w podłączeniach. Do przyłączenia mierników w pozostałych przypadkach (np. pomiar w gnieździe trójfazowym lub pomiar bezpośrednio na zaciskach wyłącznika różnicowoprądowego) wykorzystuje się przewody zakończone sondami ostrzowymi; opcjonalnie można użyć jednego z adapterów: gniazd trójfazowych AGT-16P, AGT-32P, AGT-63P, które umożliwiają wykonywanie pomiarów w gniazdach trójfazowych (lub AGT-16T i AGT-32T do gniazd wysokoprądowych).

W trakcie każdej procedury pomiarowej (oprócz pomiaru napięcia przemiennego) miernik kontroluje, czy powstające napięcie dotykowe nie przekracza ustalonej wartości dopuszczalnego długotrwałego napięcia dotykowego. Jeśli wartość ta zostanie przekroczona, to nastąpi automatyczne przerwanie pomiaru (tj. wyłączenie pomiarowego prądu różnicowego). Dla określenia wartości napięcia dotykowego występującego przy znamionowym prądzie różnicowym I_Δn, miernik dokonuje pomiaru napięcia przy prądzie wynoszącym 40% wartości I_Δn. Występujące przy tym napięcie dotykowe zostaje automatycznie przeliczone na wartość odniesioną do znamionowego prądu różnicowego i wyświetlone. Wartość dopuszczalnego długotrwałego napięcia dotykowego można ustawić na 25V lub 50V, dla wyłączników selektywnych dodatkowo 12,5V.

Czas zadziałania RCD mierzony jest przy wymuszeniu w obwodzie prądu różnicowego równego znamionowemu prądowi różnicowemu IΔn oraz dodatkowo ½*I_Δn, 2*I_Δn, 5*I_Δn Czas jest mierzony od rozpoczęcia przepływu prądu różnicowego do momentu zadziałania RCD, wybrać można początkową fazę (albo polaryzację) dodatnią albo ujemną. Maksymalna mierzona wartość czasu zadziałania wynosi 200ms, a przy wybranym pomiarze wyłączników selektywnych 500ms.

Prąd zadziałania RCD mierzony jest przy wymuszeniu w badanym obwodzie prądu różnicowego narastającego liniowo. Prąd narasta od wartości ok. 30% I_Δn do momentu zadziałania RCD lub przekroczenia I_Δn dla wyłączników AC (140% i 200% odpowiednio dla wyłączników typu A i B). Po wyzwoleniu RCD wyświetlana jest wartość prądu różnicowego.

Dzięki zastosowaniu w miernikach elektrody dotykowej przy pomocy przyrządów do pomiarów RCD można sprawdzić poprawność połączeń w gnieździe. Jeśli napięcie pomiędzy elektrodą dotykową a przewodem ochronnym (PE) dołączonym do gniazda przekroczy 50V, zostanie to zasygnalizowane.

Wykonując pomiary wyłączników RCD należy pamiętać o występowaniu w badanej instalacji prądów upływowych (szczególnie przy badaniu wysokoczułych RCD o I_Δn


równym 10mA lub 30mA). Należy zapewnić takie warunki pomiaru, aby oddziaływanie prądów upływowych było minimalne. Wartość prądu upływowego przewodów sieci odbiorczej nie jest duża, chyba, że sieć jest bardzo rozległa. Znacznie większe są prądy upływowe niektórych urządzeń elektrycznych, np. pralek, kuchni i pieców elektrycznych. W związku z tym zaleca się przed wykonaniem pomiarów, szczególnie w sieciach z wysokoczułymi RCD, odłączać z sieci odbiorniki energii, a pomiary w sieciach bardzo rozległych wykonywać przy odłączonych od wyłącznika przewodach sieci odbiorczej.