Skirtuminės srovės apsaugos. SSA įtaisų evoliucija: nuo AC iki B+ tipo

Straipsnis iš žurnalo Elektros Erdvės Nr. 39.

Nors elektros srovė yra šiuolaikinės civilizacijos pagrindas, tačiau tam tikrais atvejais ji gali būti pavojinga žmogui ir jo turtui. Todėl šiuolaikinė apsaugos nuo elektros sistema numato tam tikrus būdus ir priemones, kurios užtikrina pakankamą žmogaus apsaugą nuo įvairių nelaimingų atsitikimų, gaisro kilimo ar kitos žalos, kurią gali kelti elektra. Vienas iš efektyvių apsaugos nuo elektros poveikio būdų yra žemosios 230/400 V įtampos tinkle greitai veikiančių skirtuminės srovės apsaugos įtaisų (SSA arba angl. RCD) naudojimas.

Šiandien SSA įtaisas yra viena populiariausių apsaugos nuo elektros priemonių, naudojamų tiek privačiame, tiek gamybiniame sektoriuje.– užtikrinti žmogaus saugą netiesioginio sąlyčio metu, t. y. jam prisilietus prie elektros imtuvo arba elektros įrenginio laidžiosios dalies (dažniausiai korpuso), kuri normaliomis veikimo sąlygomis neturi įtampos, tačiau įtampa joje gali atsirasti pablogėjus izoliacijai. SSA įtaisas yra vienintelis įtaisas, užtikrinantis žmogaus saugą nuo elektros srovės poveikio tiesioginio prisilietimo prie įtampą turinčių dalių, pavyzdžiui, instaliacijos aktyviųjų laidininkų. Kita ne mažiau svarbi SSA įtaisų savybė – jų gebėjimas vykdyti objektų apsaugą nuo užsidegimų ir gaisrų dėl elektros įrenginio izoliacijos pažaidos arba pramušimo, instaliacijos gedimų ir pan.

Skirtuminės srovės apsaugos įtaisai naudotini TN, TT, IT sistemų elektros tinkluose.

Skirtuminės srovės apsaugos įtaisai – AC ir A tipai

Iš pradžių visi SSA įtaisai buvo skirti žmogui apsaugoti kintamosios srovės tinkle ir atitinkamai jie reaguodavo tik į kintamą nuotėkio srovę, t. y. buvo gaminami AC tipo. Šiuo metu Europos šalyse praktiškai baigtas AC tipo įtaisų keitimas į A tipo įtaisus. Šie įtaisai reaguoja tiek į kintamą sinusinę, tiek į pulsuojančią nuolatinę nuotėkio sroves. Pulsuojančios nuotėkio srovės šaltiniai gali būti, pavyzdžiui, skalbimo mašinos su greičio reguliatoriais, reguliuojamieji šviesos šaltiniai, televizoriai, vaizdo magnetofonai, kompiuteriai ir kt. Esmė ta, kad, jeigu grandinėje atsiranda pulsuojanti nuolatinė nuotėkio srovė, AC tipo įtaisai gerokai praranda jautrį, taigi ir galimybę patikimai apsaugoti žmones nuo elektros smūgio. Šiuo atveju indukcijos pokytis, kurį sukelia vienos krypties pulsuojanti nuolatinė srovė AC tipo SSA įtaisų sumuojančiame srovės transformatoriuje, yra nedidelis ir jo energijos gali nepakakti, kad išsijungtų įtaiso kontaktai.

Siekiant padidinti jautrį dėl pulsuojančios nuolatinės nuotėkio srovės, A tipo įtaisuose sumuojančio srovės transformatoriaus šerdies plienas naudojamas su maža liekamąja indukcija. Tai pabrangina A tipo įtaisą, palyginti su AC tipo, 20–50 proc., tačiau lizdams, maitinantiems elektros įrangą su elektronikos komponentais, juos naudoti būtina, nes prognozuoti prijungtoje įrangoje gedimo pobūdį beveik neįmanoma – į lizdą gali būti įjungtas bet koks prietaisas ar elektros įrankis.

A tipo įtaisų išjungimo srovė skiriasi nuo analogiško parametro AC tipo įtaisų, nes pulsuojančios išlygintos srovės efektinė vertė skiriasi nuo kintamosios tos pačios amplitudės srovės efektinės vertės.

B ir B+ SSA įtaisų tipai

Dažnio keitikliai, kintamojo greičio elektriniai įtaisai, UPS sistemos ir pan. vis dažniau naudojami pramonėje. Įvykus tokios įrangos darbo sutrikimui, gali atsirasti pulsuojančių ir tolygiai kintančių nuotėkio srovių. A tipo SSA įtaisai negali nustatyti tokios tolygiai kintančios nuolatinės išlygintos skirtuminės srovės. Be to, tokios srovės atsiradimas grandinėje didina A tipo SSA įtaisų nejautrumą kintamajai arba pulsuojančiai skirtuminei srovei.

Šiuo metu kelios europietiškos įmonės, tarp jų ir „ETI Elektroelement d.d.“ pradėjo gaminti B ir B+ tipų SSA įtaisus, kurie yra jautrūs didelio spektro dažnių nuotėkio srovei nuo nuolatinės srovės iki 1 kHz (B tipas) ar 20 kHz (B+ tipas) pulsuojančios srovės.

Tipiniai B ir B+ SSA įtaisų naudojimo atvejai būtų pramonės įmonių trifazėse grandinėse, kur gali susidaryti nuolatinė nuotėkio srovė arba nuotėkio pulsuojanti srovė su nuolatine dedamąja, kurių šaltiniai yra dažnio keitikliai (inverteriai, lygintuvai), fotoelektrinės sistemos iš kintamosios srovės pusės, elektros transporto įkrovimo stotelės, kintamojo greičio elektros instrumentai, UPS sistemos, kompiuteriniai centrai, liftų valdymo įranga, visų rūšių kranų kėlimo mechanizmai, statybos aikštelių elektroninė įranga, bandymo aparatūra laboratorijose, bet kurie elektros įrenginiai, kuriuose galima išlyginta nuolatinė srovė. Šiuose įtaisuose įrengiamas papildomas transformatorius, kuris suformuoja valdymo signalą atsiradus tolygiai didėjančiai nuolatinei nuotėkio srovei. FT toroidinei šerdžiai pagaminti naudojama speciali magnetinė medžiaga.

Didelių dažnių srityje šių įtaisų jautris sumažėja (žr. 1 pav.), pavyzdžiui, B+ įtaiso, esant 20 kHz dažniui, siekia 420 mA.

Bendrovės „ETI Elektroelement d.d.“ įtaisai B ir B+ SSA yra viena iš EFI SSA įtaisų serijos modifikacijų, gaminami keturpoliai, 25, 40, 63 A vardinei srovei, momentinės ( I nst) suveikties, su mažu uždelsimu (K) ir selektyvūs (S), be integruotos nuo viršsrovių bei trumpojo jungimo srovių apsaugos, todėl jie iš maitinimo pusės iki grandinės patekimo, pavyzdžiui, į lygintuvą, apsaugomi papildomu apsaugos aparatu. Kataloguose ir ant įtaiso korpuso nurodomas atsparumas trumpajam jungimui naudojant saugiklį. Gamintojas rekomenduoja 25-63A SSA įtaisams nuosekliai jungti 100 A gG/gL saugiklį. Selektyviems SSA įtaisams vardinė suveikties srovė I ∆ būna 100 ir 300 mA, kitų – 30, 100, 300 mA.

1 pav.  B tipo (A pav.) Ir 30 ma b+ tipo (B pav.) SSA įtaisų nuotėkio išjungimo srovės priklausomybės nuo pažaidos nuotėkio srovės dažnio

Visas skirtingo jautrio B+ (B) SSA įtaisų nuotėkio išjungimo srovės priklausomybes nuo pažaidos nuotėkio srovės dažnio galima rasti šiuos įtaisus gaminančių gamintojų kataloguose.

B tipo įtaisai tinka visų tipų gedimų srovėms. Lentelėje pateiktas galimas SSA įtaisų naudojimas įvairių avarinių situacijų metu.

Bendrovės „ETI Elektroelement d.d.“ SSA įtaisų apžvalga

Slovėnų bendrovė „ETI Elektroelement d.d.“ serijiniu būdu gamina įvairių modifikacijų bendros paskirties dvipolius ir keturpolius EFI tipo SSA įtaisus, kombinuotus KZS bei LIMAT tipo SSA jungiklius su integruota apsauga nuo viršsrovių bei trumpojo jungimo srovių, naudodama B ir C automatinių jungiklių charakteristikas, srovės nuotėkio modulius DIFO.

2 pav. SSA įtaisų skirstymas pagal funkcionavimo sąlygas

EFI tipo SSA įtaisuose yra numatyta galimybė vartotojui lengvai įrengti iš dešinės pusės papildomus būklės ir suveikties blokuojamuosius kontaktus, nepriklausomą ir minimalios įtampos atkabiklius.

Srovės nuotėkio modulis DIFO yra priedėlis automatiniams jungikliams ETIMAT 6 arba ETIMAT 10. Sumontavus gaunamas SSA įtaisas kartu su automatiniu jungikliu.

Įtaisas LIMAT-DN saugo nuo nuotėkio, perkrovos ir trumpojo jungimo srovių, fazinės įtampos padidėjimo daugiau kaip 270±10 V, išsijungia, kai neutraliam laide įtampa tampa didesnė kaip U=45±5 V arba nutrauktas neutralus laidas bei sukeisti vietomis fazinis ir neutralus laidai. Šie įtaisai turi suveikties priežasties vizualinę indikaciją, pateikiamą šviesos diodų (LED) rodmenimis.

Šiuo metu „ETI Elektroelement d.d.“ pradėjo gaminti SSA apsaugos vienfazius įtaisus, užimančius vieno modulio plotį (KZS-1M tipas). KZS-1M įtaise vieno pločio modulio korpuse (18 mm) sumontuota skirtuminė srovės apsauga, kartu su apsauga nuo trumpųjų jungimų ir perkrovų. Tuo atveju, jei atskirai naudotume skirtuminės srovės apsaugos įtaisą ir apsaugą nuo viršsrovių elektros paskirstymo moduliniame skydelyje, tai ši įranga paprastai užimtų trijų modulių plotį (54 mm). Šis gaminys patogus, kai reikia užtikrinti skirtuminės srovės apsaugą jau eksploatuojamame elektros skydelyje, kai tam nėra papildomos vietos. KZS-1M įtaiso vaizdas ir matmenys pateikiami trečiajame paveiksle.

3 pav. Kombinuotas Skirtuminės Srovės Apsaugos įtaisas kartu su apsauga nuo viršsrovių KZS-1M: A) KZS-1M bendras vaizdas, B) KZS-1M matmenys