Ochrona ludzi i maszyn przed prądem różnicowym

Szczegóły

Nadrzędna kategoria: Artykuły

Opublikowano: poniedziałek, 01, październik 2018 14:19

Właściwy wybór urządzenia różnicowoprądowego zapewnia bezpieczeństwo, prawidłowy czas pracy oraz rentowność maszyny.

Technologia wciąż się rozwija, a producenci maszyn muszą projektować takie produkty, aby produkcja ich klientów mogła odbywać się szybciej, wydajniej i przy niższych kosztach. Cykle życia produktu stają się krótsze, stawiając konstruktorom maszyn wymogi projektowania i tworzenia niezwykle wyrafinowanych maszyn. Eksport sprzętu jest złożoną kwestią, ponieważ normy elektryczne często różnią się w zależności od kraju.

Producenci i użytkownicy końcowi szukają większego wsparcia u swoich dostawców w związku z redukcjami zespołu inżynieryjnego w ich firmach. Jednym z aspektów jest ochrona obwodu elektrycznego, która może mieć wpływ zarówno na bezpieczeństwo, jak i na czas pracy maszyny. Błędy instalacji elektrycznej mogą mieć niszczące skutki dla ludzkiego ciała, a także doprowadzić do awarii urządzenia i pożaru.

Funkcja urządzenia różnicowoprądowego

Prąd różnicowy w układach elektrycznych jest spowodowany wystąpieniem awarii lub generowany przez elementy systemu, takie jak przetworniki częstotliwości. Zadaniem urządzenia różnicowoprądowego (RCD) jest automatyczne odłączenie zasilania, jeśli usterka stwarza zagrożenie. Prąd różnicowy może powstawać z wielu powodów i przyjmować wiele postaci. Największym wyzwaniem w tej kwestii jest umiejętność rozróżnienia pomiędzy wszystkimi możliwymi formami prądu różnicowego, przy jednoczesnej ochronie ludzi i sprzętu, z drugiej strony unikając uciążliwych przerw w zasilaniu związanych z prądami upływu w systemie. Rozwiązaniem tych problemów jest rozpoznanie różnych form prądu upływu, które mogą wystąpić i zaprojektowanie odpowiedniego urządzenia RCD.

Rodzaje ochrony

Urządzenia muszą chronić operatorów i techników przed niebezpieczeństwem prądu elektrycznego, zarówno w czasie normalnego użytkowania, jak i w sytuacji awarii. Potencjalne zagrożenie życia może wynikać z bezpośredniego lub pośredniego kontaktu. Bezpośredni kontakt dotyczy przypadków, gdy jakaś osoba dotknie części elektrycznych pod napięciem, które prawidłowo są pod napięciem podczas normalnej pracy. Pośrednim kontaktem jest błąd, gdy przewodząca część – która normalnie nie jest pod napięciem, a wystawiona jest na kontakt – staje się częścią pod napięciem z powodu awarii elektrycznej.

Wymagane jest wiele rodzajów zabezpieczeń: podstawowe, przed łukiem elektrycznym, dodatkowe i przed ogniem. Zabezpieczenie podstawowe zapobiega kontaktowi z częściami pod napięciem poprzez izolację lub pokrywę. Ochrona przed uszkodzeniami obejmuje sytuacje, w których izolator (podstawowa ochrona) ulegnie awarii, a wyłącznik RCD zadziała przed tym, jak wystąpią niebezpieczne napięcia w częściach przewodzących nie pod napięciem, takich jak np. obudowy. Dodatkowe zabezpieczenia chronią przed niebezpiecznym porażeniem prądem elektrycznym i sytuacjami, w których zawiedzie podstawowa ochrona i ochrona przed błędami łuku elektrycznego. Ochrona przeciwpożarowa wykorzystuje wyłączniki RCD, aby zapobiec pożarom elektrycznym spowodowanym przez uszkodzenia izolacji.

Rodzaje urządzeń RCD

RCD charakteryzują się przebiegami prądu różnicowego, mogą one wykrywać taki prąd i na niego reagować niezależnie od tego czy są one zależne, czy niezależne od napięcia lub czy ich odpowiedź na sygnał jest natychmiastowa lub opóźniona. Możliwość reagowania na różne przebiegi prądowe jest ważna, a wybrany RCD musi być odpowiedni dla każdego typu przebiegu. Ważne jest również odnotowanie różnego poziomu zadziałania dla każdego przebiegu.

Dostępne są różne typy urządzeń RCD w zależności od przebiegów prądów różnicowych. Typ AC wykrywa tylko sinusoidalne prądy, a jego stosowanie nie jest dozwolone w wielu krajach UE. Typ A wykrywa zarówno sinusoidalne, jak i pulsujące prądy różnicowe DC. RCD typu F przeznaczone są głównie przy zastosowaniach falowników jednofazowych do obsługi prądów różnicowych o częstotliwości do 1 kHz, które zwykle występują na wyjściu 1-fazowego przetwornika częstotliwości. Mogą też wykrywać sinusoidalne prądy AC, jak również pulsujące prądy DC.

Urządzenia typu B mogą wykrywać sinusoidalne prądy AC i pulsujące prądy DC, a także wygładzone prądy DC. RCD tego typu są przeznaczone do stosowania w systemach trójfazowych. Typ Bfq odpowiada wymaganiom typu B, ale jest przeznaczony do stosowania w obwodach, które zawierają silne przetworniki częstotliwości dla napędów o regulowanej prędkości. Typ B+ ma częstotliwość wyzwalania określoną do 20 kHz i zapewnia doskonałą ochronę przed zagrożeniem pożarowym spowodowanym prądami zwarciowymi w zastosowaniach z napędami elektronicznymi.

Oprócz powyższych typ G, Li i S RCD mają opóźnienie zadziałania, a tym samym są odporne na wstrząsy, aby uniknąć niepotrzebnego wyzwolenia.

Klasyfikacja urządzeń RCD

RCD jest ogólnym terminem dla wszystkich typów urządzeń ochronnych przed prądem różnicowym. Standardowym wyłącznikiem różnicowoprądowym jest RCCB. Istnieją również inne typy RCD, które są opisane poniżej.

Przekaźniki RCD to urządzenia z oddzielnym przekładnikiem prądowym i stycznikiem, które mogą obsługiwać wyższe zakresy prądowe – do 400 A. Jednak przekaźniki RCD połączone z wyłącznikami MCCB oferują rozwiązanie do 1800 A.

Wyłącznik różnicowoprądowy z zabezpieczeniem przed przeciążeniem (RCBO) jest połączeniem wyłącznika RCCB z miniaturowym wyłącznikiem (MCB). Zapewnia to ochronę przed przeciążeniem, zwarciem, wstrząsami i zapobiega pożarom za pomocą jednego urządzenia.

Można tworzyć wiele różnych kombinacji z dostępnych bloków i dodatków RCD i MCB bez konieczności magazynowania dużej liczby produktów. Wszystko to daje wysoki stopień elastyczności w wielu zastosowaniach i ułatwia dostosowanie kombinacji urządzeń RCD i MCB.Dodatkowe bloki RCD są dostępne dla zespołów MCCB w celu uwzględnienia zastosowań do 250 A.

Cyfrowe RCD

Cyfrowe RCD łączą w sobie funkcje ochrony i zestaw cyfrowych funkcji, których współdziałanie zapewnienia maksimum informacji o stanie obwodu i zwiększa dyspozycyjność chronionego systemu lub maszyny. Technologia cyfrowa ma zastosowanie zarówno w przypadku wyłączników różnicowoprądowych RCCB, jak i RCBO. Cyfrowe RCD mają optyczny wskaźnik sygnalizacji prądu różnicowego oraz styk bezpotencjałowy do zdalnej sygnalizacji przekroczenia wartości progowej. Wczesne ostrzeganie pozwala personelowi zajmującemu się konserwacją na rozwiązanie potencjalnych problemów, zanim doprowadzą one do przerw w działaniu urządzenia lub do awarii. Oszczędność kosztów wynika z ograniczenia zgłoszeń o nieplanowanych usługach, a więcej oszczędności wynika z tego, że test wyłącznika można dokonać raz w roku.

Globalne standardy

Ochrona i bezawaryjna praca polega na przestrzeganiu zgodności ze wszystkimi odpowiednimi lokalnymi i globalnymi normami i wytycznymi. Standardowe normy IEC/EN RCD mogą być stosowane na całym świecie z wyjątkiem USA i Kanady. Na rynku północnoamerykańskim normy UL są stosowane zamiast międzynarodowych standardów IEC, a więc eksport urządzeń RCD do tego regionu wymaga dostępności w specjalnie zatwierdzonych wersjach UL. W wielu innych krajach wymagane jest lokalna autoryzacja poszczególnych krajów.

Problemy z zakłóceniami elektrycznymi

W interfejsie elektrycznym mogą występować różne problemy, które konstruktorzy maszyn muszą rozważyć przy wyborze odpowiedniego urządzenia RCD. Prądy upływu to prądy odprowadzane do ziemi podczas normalnej pracy bez uszkodzenia izolacji. Jednak urządzenia RCD nie są w stanie rozróżnić prądów upływu od prądów zwarciowych i zadziałać, jeśli suma prądów przekroczy wartość wyzwalającą to urządzenie.

RCD typu F, U lub Bfq mają charakterystyki wyłączania, które są niewrażliwe na działanie prądów upływu w systemie. Zapobiega to niepożądanym wyzwoleniom w zastosowaniach przemysłowych z dużymi napędami.

Dynamiczne prądy upływu to prąd płynący do uziemienia maszyny. Aby zapobiec niepożądanemu wyzwoleniu urządzenia, zaleca się użycie RCD typu G lub Li, z minimalnie opóźnionym czasem reakcji.

Niepożądane zadziałanie RCD może być spowodowane wysokimi prądami z obciążeń indukcyjnych. Zgodnie ze standardami RCD muszą tolerować do sześciu razy wyższe wartości niż ich prąd znamionowy różnicowy, aby być odporne na przypadkowe wyzwalanie.

Przepięcia generowane przez burze mogą powodować niepożądane wyzwolenie RCD.

Podsumowanie

Urządzenia RCD mogą zarówno chronić maszynę przed uszkodzeniami, jak i wyeliminować ryzyko pożaru oraz skrócić czas przestojów maszyny, wykrywając prąd różnicowy i odpowiednio na niego reagując. Ponieważ prądy te mogą powstać z wielu powodów i przybierać różne formy, ważne jest, aby wybrać RCD o charakterystyce wyzwolenia, które zapewniają ochronę przed rzeczywistymi usterkami, unikając jednocześnie przestojów produkcji spowodowanych niepożądanym zadziałaniem tegoż urządzenia.

Producenci maszyn muszą wziąć pod uwagę odpowiednie międzynarodowe przepisy i kwestie instalacyjne systemów ochrony zasilania, w tym typ uziemienia, normy instalacyjne oraz problemy i rozwiązania związane z zakłóceniami elektrycznymi.

Peter-Lukas Genowitz, product manager RCCB w firmie Eaton