Fi relé (AVK, RCD, RCCB)
Az ÁVK-t gyakran nevezik FI relének, amely elnevezés a német megnevezés "Fehlerstromschutzschalter" rövidítéséből ered.
Az RCD megjelölés az angol "residual current device" kezdőbetűiből adódik.
Az MSZ EN 61008-1: 1998 termékszabvány RCCB rövidítése pedig a "residual carrent opereted circuit breaker" szavak kezdőbetűiből adódik.
A FI relé , elsőleges alkalmazásban a közvetett érintés elleni védelem, kikapcsoló szerve.
Feladata:
Érintésvédelmi célú kikapcsoló eszközként a balesetveszélyt okozó, hibás, hálózatrész lekapcsolása, a balesetveszély megszüntetése.
Ezt a feladatot az FI relé úgy látja el, hogy érzékeli a hibaáramot (különbözeti áramot), és ha az meghaladja az FI relé névleges kioldó áramát (In),
akkor működteti a kikapcsoló készülékét.
- L1,L2,L3: fázisvezető
- N : nullavezető
- 1.: kioldószerv
- 2.: áramváltó szekunder tekercs
- 3.: áramváltó transzformátor
- 4.: teszt kapcsoló
FI relé elvi működése:
Az áram mindig zárt áramkörben folyik. Esetünkben a tápoldaltól a fogyasztóig és vissza.
Vezetésére, azaz az üzemi áramkör zárására az L1; L2; L3; N aktív vezetők szolgálnak.
Az üzemi vezetők mindegyikét átvezetjük egy zárt vasmagon (1. a. ábra),
akkor ennek a vasmagnak , hibamentes üzemet feltételezve , nem lesz gerjesztése,
mert az odafolyó és visszafolyó áramok előjelhelyes összege minden pillanatban nulla
(1. c. ábra). Ez a gerjesztési egyensúly azonban minden olyan esetben felborul,
amikor az áram nem az üzemi vezetőben záródik (pl.: testzárlat lép fel),
azaz az áram vagy annak egy része megkerüli a vasmagot (2. a. ábra).
Megkerülő áram esetén a vasmag gerjesztése. Azaz az összes üzemi vezetőn folyó áram előjelhelyes összege,
ami a különbözeti áram , a megkerülő áram (testzárlat esetén a hibaáram) értéke (2. d. ábra).
- a. Háromfázisú táplálás aszimmetrikus ohmos terheléssel, hibamentes üzemállapot
- b. Hibamentes üzemállapot vektorábrája
- c. Hibamentes üzemállapotban a vasmag gerjesztése
- a. Háromfázisú táplálás aszimmetrikus ohmos terheléssel, testzárlat esetén
- b. A testzárlatos üzemállapot áramai (hibaáram)
- c. Kirchhoff csomóponti törvénye a fogyasztó csillagpontjára
- c. Testzárlatos üzemállapotban a vasmag gerjesztése, a különbözeti áram (I?=Ih)
Ha a megkerülő áramot (testzárlati áramot) akarjuk megfigyelni,
akkor az ennek megfelelő különbözeti áram érzékelésére nem kell mást tennünk, mint ezen gerjesztett vasmagra egy tekercset elhelyezni,
ezzel létrehozni egy ún. különbözeti áramváltót.
Ahhoz, hogy a megkerülő áram, azaz a vele egyenlő különbözeti áram fellépésekor kikapcsolás jöjjön létre,
a tekercs áramával kioldót vagy relét kell működtetni.
Ezen különbözeti elven működő védelem igen érzékenyre készíthető, mert gerjesztését nem az üzemi áramok,
hanem azok előjelhelyes összege, a különbözeti áram adja.
Gyakorlatban a névleges különbözeti kioldó áram (I?n) szabványos értékei: 10mA; 30mA; 100mA; 300mA; 500mA.
Az üzemi áramokat összegezni kell, tehát háromfázisú rendszerbe háromfázisú FI relé építendő be!
Azonban háromfázisú áramkörben a háromfázisú FI relé helyett három egyfázisú FI relé nem építhető be,
mert nem hozza létre a különbözeti áramot, miután az egyik fázisra kapcsolt áramváltó áramának visszavezetése
a többi fázis FI relén történne, és így mindegyik hibaáramot érzékelne és kikapcsolódna.
Hasonló probléma adódik, ha több egyfázisú áramkört külön-külön védenek FI relével, de valamely szakaszon az egyik vezetőt közösítik,
és azt vezetik át a FI relén, ekkor természetesen hibás kioldás keletkezik.
Csak az összes üzemi vezető vezetendő át, mert ha azt a vezetőt is átvisszük, amin a megkerülő áram is folyik,
megint nulla lesz a gerjesztés, és az FI relé nem működik.
Azaz a testzárlati hibaáram vezetésére szolgáló PE védővezetőt soha nem szabad az FI relé-n átvezetni!
Az előző két meggondolás alapján, a nullavezetőt (N) mindig,
a védővezetőt (PE) soha nem szabad az FI relé-n átvezetni.
A PEN vezető esetében FI relé nem alkalmazható, miután egyidejűleg a két feltételnek nem lehet megfelelni.
Azaz TN-C rendszerben, illetve TN-C-S rendszer TNC részében FI relé nem alkalmazható!
A megkerülő áramok:
- Földelt csillagpontú hálózatban, mint amilyen a kisfeszültségű elosztó hálózatunk,
minden aktív vezető és földelt rész közötti szigetelési meghibásodás
(földrövidzárlat, testzárlat) megkerülő áramkörön át záródik.
Azaz a testzárlatos berendezéseket az FI relé lekapcsolja.
Vigyáznunk kell azonban arra, hogy a testzárlati áramot véletlenül se vezessük vissza a nullavezetőn,
mert úgy az FI relé nem tud kioldást eszközölni.
Ez az oka annak, hogy FI relé utáni áramkörben szigorúan tilos a nullavezető földelése!
Egyrészt ezen az összeköttetésen a védett részen fellépő testzárlati áram egy része a nullavezetőben folyna vissza,
és nem tudna kioldást okozni.
Másrészt a védett részen kívül fellépő testzárlati áram egy része a nullavezetőn visszafolyva felesleges kikapcsolást idézne elő.
- Minden aktív vezető és földelt rész között, a szigeteléseken keresztül szivárgó áramok folynak (3. ábra).
Tökéletes szigetelés nincs, jó szigetelés esetén a szivárgó áramok mA alatti értékűek,
így az FI relé működése szempontjából elhanyagolhatók.
Rossz, öreg, illetőleg nedves szigetelés esetén azonban a szivárgó áramok
az érzékenyebb FI relé névleges különbözeti kioldó áramának (10mA; 30mA) nagyságrendjébe eshetnek,
azt meghaladhatják (pl.: kiterjedt, átnedvesedett itatott papírszigetelésű kábelhálózat).
-
Szigetelt csillagpontú hálózat egésze (IT-rendszer) FI relé-vel nem védhető,
mert nem alakulhat ki megkerülő áram épp a szigetelt csillagpont miatt.
-
Minden egyes aktív vezető és a földelt részek között ún. földkapacitás van.
Váltakozó áramú hálózatokban ezen fogyasztókkal párhuzamos földkapacitásokon a feszültséghez képest 90°-kal siető meddő áram folyik
(3. ábra). Egyfázisú, FI relé-vel védett végponti áramkörben ezen kapacitív áram a testeken,
védővezetőn földön keresztül záródó megkerülő áram, ami a szivárgó áramhoz vektorosan hozzáadva felesleges kioldást okozhat.
Normál üzemben ezen szimmetrikusnak tekinthető földkapacitásokon folyó áramok az üzemi vezetőkön folynak,
eredőjük nulla, nem hoznak létre gerjesztést az FI relé-ben.
Szigetelt csillagpontú hálózaton, ha a hálózatot több részre osztjuk, a kapacitív földzárlati áramok létrehoznak kioldó áramot,
akár az általunk védett, akár a többi hálózaton lép fel a földzárlati áram.
Így a helyes méretezés nehézkes, és műszakilag kedvezőtlen, hogy a védett rész lekapcsolása a többi rész kapacitásától függ.
Azaz a többi rész hálózatváltozása (vezeték ki-, vagy bekapcsolás) befolyásolja a védett részünk FI reléjének kioldó különbözeti áramát.
-
Az FI relé működőképességének ellenőrzésére gyárilag egy ellenálláson át záródó megkerülő áramkört hoznak létre,
amelyet egy próbagombbal lehet zárni (3. ábra). Miután az FI relé működőképességéről üzem közben nem tudunk meggyőződni
ezért időszakosan indokolt a működőképesség ellenőrzése, a próbagomb megnyomásával kiváltott működtetés.
(Az elektronikus ellenőrzések csak az áramköröket képesek tesztelni, a mechanikát nem).
A korábban javasolt havi működtetés helyett - az ISO szerinti minőségbiztosításnak is köszönhetően, elegendő a téli-nyári óraátállításkor
a próbagombbal ellenőrizni az FI relé működőképességét.
A mágneses indukció elvén működő "AC" típusú FI relé-t csak szinuszos váltakozófeszültségű hálózaton alkalmazhatók.
Miután a gyakorlatban egyre terjednek a félvezetős szabályozó eszközök (fényerő szabályozó, frekvenciaváltó, stb.),
így az áram a legtöbb esetben olyan egyenáramú összetevőt is tartalmaz, amely előmágnesezésével telítésbe viszi az FI relé kis vasmagját,
és így a működését lehetetlenné teszi. Ezért fejlesztették ki a szaggatott egyenáramra is helyesen működő ún. "A" típusú FI relé-t,
amelynek beépítése az elmondottak szerinti áramkörökben elengedhetetlen. Az "A" típusú FI relé jele
egy négyzetben a szinusz jel alatt egy szaggatott szinusz jel (egyutas egyenirányító.)
Az FI relé alkalmazásának egyik komoly problémája volt a legutóbbi időkig,
hogy a villámcsapást követő túlfeszültséghullám a fogyasztói hálózat földkapacitásán kioldást okozó áramot hajtott át.
Már korábban is készítettek ún. "villámbiztos" FI relé-ket (villám, illetve cápauszony jellel ellátott készülékek),
de ma, amikor az MSZ EN 61008-1: 2000 szabvány már egyértelműen ellenőrzi a lökőfeszültségek által okozott áramlökéseknek
tulajdonítható nem kívánt kioldással szembeni ellenállást, minden FI relé villámbiztosnak tekinthető.
Itt kell felhívni a figyelmet arra, hogy csak az "S" típusú, késleltetett kioldású FI relé-k
képesek kioldás nélkül elviselni a másodlagos túlfeszültség-védelem túlfeszültség-korlátozóinak megszólalását
("C" és "D" típusú védelem). Az "S" típusú FI relé betáplálás felöli alkalmazása lehetővé teszi,
hogy a leágazásokban további FI relé-ket szelektíven alkalmazzunk.
Így a testzárlat szempontjából kiemelten veszélyes helyiségeket (pl. nedves helyiségek) külön-külön FI relé védi,
míg az egész fogyasztói hálózat érintésvédelmét egy "S" típusú FI relé látja el (4. ábra).
Az "SI" típusú FI relé a hálózati zavaroktól fokozottan független kialakítást jelöl.
Időszelektivitás
Az FI relé mint érintésvédelmi célú kikapcsoló eszköz az egész fogyasztói hálózat érintésvédelmének biztosítására
a betáplálásba sorosan helyezendő el.A másodlagos túlfeszültség-védelem beépíthetősége miatt célszerű "S" szelektív típust alkalmazni.
Egyes gyártók az "S" szelektív (késleltetési idő 60 ms) FI relé-n kívül "k" késleltetett típusú (késleltetési idő 150ms)
FI relé-t is gyártanak. A "k" késleltetett FI relé-k - ezek általában 1000...3000 mA kioldó áramúak.
Az "S" szelektív típusokhoz képest is biztosítanak egy szelektív időlépcsőt, így értelemszerűen szelektív működésűek a pillanatműködésű
FI relé-kkel is. Aalkalmazásukkal többszörös elágazású, kiterjedt hálózatok szelektív érintésvédelme is megoldható.
(A teljes szelektivitást biztosító érzékenységet a "k" és az "S" típusok között célszerű a termékkatalógusokban ellenőrizni.)
Áramszelektivitás
A betáplálási oldalra nagyobb névleges különbözeti kioldó áramú, általában I?n=300mA -, míg a leágazási oldalra kisebb névleges különbözeti kioldó áramú,
általában I?n=30mA - FI relé-t építenek be. Ez a kialakítás teljesíti az áramszelektivitás követelményét is,
lévén, hogy ezek a "relék" a névleges különbözeti kioldó áramuk 50%-a alatt biztosan nem szólalnak meg.
Más kérdés, hogy ennek gyakorlati jelentősége nincs, mert a tényleges kioldást a testzárlati (földzárlati) áram okozza,
az pedig amper nagyságrendű, amit a testzárlatos áramkör hurokimpedanciája határoz meg.
Az előbb elmondottak szerint az áram szelektivitást példánkban csak a 150mA-nél kisebb testzárlati áramok esetében tudnánk
a szelektív lekapcsolás céljára alkalmazni, így a gyakorlatban az időszelektivitás biztosítja a szelektív lekapcsolást,
azaz a táplálás felől időben késleltetett FI relé ("S"; "k" típus) építendő be.
Zárlatvédelem
A FI relé, mint az áramút soros eleme ki van téve a zárlati áram termikus és dinamikus hatásának,
ezért névleges adatai között feltüntetik az előtét olvadóbiztosító vagy kismegszakító maximális megszakító képességét, négyszög keretben, amperben.
Elektromechanikus vagy elektronikus FI relé?
Ez a kérdés csak régebbi gyártású FI relé esetében vetődhet fel, mert az MSZ EN 60947 szerint gyártott FI relé-k
már csak elektromechanikus működtetésűek lehetnek. Mi a probléma az elektronikával, amikor használata ma az élet majd minden területére ajánlott.
Esetünkben a gond az, hogy az elektronika akkor működőképes, ha kap tápfeszültséget.
Azt gondolná az ember, hogy ez nem baj, mert ha nincs tápfeszültség, esetünkben hálózati feszültség, akkor ugyan nincs működőképesség,
de balesetveszély sincs. Ez az utóbbi nem igaz, mert az elektronika akkor is működésképtelen, ha a nullavezető szakadt,
a balesetveszélyhez meg elegendő a fázisvezető folytonossága.
FI relé és a védővezető szakadás
Minden védővezetős érintésvédelmi mód "halála" a védővezető szakadása.
Azaz testzárlatos berendezés állandó balesetveszélyt jelent, ha TT; TN; IT rendszerekben a védővezető (PE; PEN) szakadt.
Hogyan segít ezen az FI relé alkalmazása?
Természetesen az FI relé, mint érintésvédelmi célú kikapcsoló készülék alkalmazásakor
a védővezetőket az érintésvédelmi módnak megfelelően ki kell építeni.
Megfelelő méretezés esetén az FI relé a testzárlatos berendezést az FI relé lekapcsolja a táplálásról.
Mi történik, ha szakadt a védővezető? Az FI relé sem működik, ha a testzárlatos berendezésnek nincs kapcsolata a földdel,
és a védővezető szakadt. A berendezés testzárlattal üzemel, ami természetesen így is balesetveszélyt jelenthet.
(A védővezető szakadásakor nem kell okvetlen tényleges szakadásra gondolni, elég egy rossz, eloxidálódott, öreg alumínium kötés,
azaz nagy átmeneti ellenállás.) Amint azonban a kezelő megérinti a testzárlatos berendezés potenciálon levő testét, zárja az áramkört
és az FI relé 0.2 másodpercen belül lekapcsolja ezt a testzárlatos veszélyforrást.
A kezelő nem kap áramütést! Ezért célszerű a túláramvédelmi eszközök helyett FI relé-re bízni az érintésvédelmi lekapcsolást.
Nem érintésvédelmi célú alkalmazás!
Az MSZ 2364-es szabvány a közvetlen érintés elleni védelem módszereit:
- 412.1. Védelem az aktív részek elszigetelésével
- 412.2. Védelem védőfedéssel vagy burkolattal
- 412.3. Védelem védőakadállyal
- 412.4 Védelem az elérhető tartományon kívül helyezéssel
alapvédelemnek nevezi.
Az itt felsorolt védelmi módok meghibásodása, illetéktelen beavatkozás vagy gondatlan kezelés az aktív részekkel való érintkezés
lehetőségével balesetveszélyt idéz elő. Erre az esetre, mintegy az alapvédelem "tartalékaként",
kiegészítő védelem gyanánt 30mA-es vagy ennél érzékenyebb névleges kioldó áramú FI relé alkalmazható.
A működésre vonatkozó gondolatmenet a védővezető szakadásánál elmondottakhoz hasonló,
azaz veszély esetén az aktív vezetővel érintkezésbe lépő személy zárja az áramkört és az FI relé 0.2 másodpercen belül lekapcsolja táphálózatot.
A személy nem kap áramütést! A FI relé ilyetén alkalmazása minden olyan régi szerelésű lakásban javasolandó,
ahol a védővezető nincs kiépítve, mert a szigetelőpadlós helyiségekben használt villamos fogyasztóberendezések meghibásodási esetére is védelmet nyújt,
habár létesítésének nem ez az alapvető célja.
(C) Réti György KéT-Vill 2007 Bt. Forrás: Novothny Ferenc VGF, Wiki, internet
portáltérkép