Proudové chrániče III – stejnosměrná složka reziduálního proudu

V první kapitole jste získali základní přehled o proudových chráničích, o jejich funkcích, dozvěděli jste se, jaký vliv mají na jejich použití v elektrických instalacích nízkého napětí nové normy. Proudové chrániče I – přehled a použití . Následně jsme si rozdělili proudové chrániče podle požadované ochrany a podle průběhu reziduálního proudu. Proudové chrániče II – dělení podle ochrany a reziduálního proudu . Jaké problematice se budeme věnovat nyní? Zaměříme se na stejnosměrnou složku reziduálního proudu.

A hned v úvodu se nabízí otázka: Proč může vyřadit stejnosměrný reziduální proud z činnosti proudové chrániče AC, A, F?

Tento princip je znázorněn na obr. 1. Je zde vidět, jak stejnosměrná složka DC posune nulu střídavého signálu AC, a to má za následek posun do jiné části magnetizační charakteristiky proudového transformátoru. Indukované napětí na sekundární straně toroidního transformátoru bude mít výrazně nižší hodnotu nebo v krajním případě dojde k posunutí signálu do nasycené části toroidního transformátoru, kde bude indukce téměř nulová.

Obr. 1: Znázornění vlivu stejnosměrného reziduálního proudu na vlastnosti proudového chrániče

Vznik stejnosměrných reziduálních proudů je spojen s moderními spotřebiči jako jsou televize, počítače atd., jejichž součástí jsou spínané zdroje. V současné době je také rozšířené LED osvětlení, frekvenční měniče pro ovládání elektromotorů a podobně. Častou aplikací frekvenčních měničů pro plynulé ovládání výkonu jsou tepelná čerpadla. Ta jsou součástí spotřebičů, jako např. moderní pračky, sušičky, myčky nádobí, …

Z výčtu spotřebičů, které uvádíme je zřejmé, že možnost vzniku stejnosměrného reziduálního proudu v obvodech je běžná. Proto je nutné v moderních instalacích používat proudové chrániče, které mají určitou odolnost vůči stejnosměrným reziduálním proudům. 

Jak bylo uvedeno výše, jsou z těchto důvodů chrániče typu AC nevhodné a v některých zemích dokonce zakázané, protože nemají žádnou odolnost vůči stejnosměrným reziduálním proudům. Proudové chrániče typu A mají odolnost vůči stejnosměrným reziduálním proudům do hodnoty 6 mA a proudové chrániče typu F do 10 mA. Proudové chrániče typu F také umí správně reagovat na vyšší kmitočty poruchových reziduálních proudů vznikajících za frekvenčním měničem. Na obr. 2 je znázorněno, jaké typy reziduálních proudů na těchto zařízeních vznikají.

Obr. 2: Rozdělení poruch na frekvenčním měniči

1.1. Porucha v části 1 (předřazené před frekvenční měnič) 

Mezi proudovým chráničem a frekvenčním měničem vznikají reziduální proudy střídavé frekvence 50/60 Hz (viz obr. 3). Ochranu proti těmto čistě sinusovým reziduálním proudům zajišťují všechny proudové chrániče (typy AC, A, F a B). Riziková část je odpojena při dosažení hodnoty vybavení v rozsahu 0,5 až 1 IΔn. 

Obr. 3: Průběh reziduálního proudu v místě poruchy 1 

1.2. Porucha v části 2 (ve frekvenčním měniči) 

Ve frekvenčním měniči vznikají prakticky hladké stejnosměrné reziduální proudy (mezi vstupním usměrňovačem a výstupní elektronikou, tj. ve stejnosměrném obvodu, viz obrázek 4). Spolehlivé odpojení v rozmezí od 0,5 do 2 IΔn je zajištěno při použití univerzálního proudového chrániče typu B. Proudové chrániče typu AC, A a F nemohou v těchto případech ochranu zajistit. Zařízení nevybavuje, protože reziduální stejnosměrný proud nezpůsobí žádnou změnu výstupního signálu součtového transformátoru proudového chrániče. Hladký stejnosměrný reziduální proud vede k přemagnetizaci materiálu transformátoru a tím ke snížení citlivosti proudových chráničů typu AC, A a F, jak uvádíme na obr. 5, který znázorňuje rozdíl mezi transformačním signálem bez a se superpozicí reziduálního stejnosměrného proudu.

Obr. 4: Průběh reziduálního proudu v místě poruchy 2 

Obr. 5: Značení typu proudového chrániče

1.3. Porucha v části 3 (přiřazené za frekvenční měnič) 

Mezi výstupní svorkou frekvenčního měniče a motorem vznikají střídavé reziduální proudy, které se frekvencí a sinusovým průběhem liší od frekvence a sinusového průběhu ve vedení. Tyto proudy představují frekvenční spektrum s různými frekvenčními složkami (viz obrázek 6). Mohou vznikat také konstantní stejnosměrné reziduální proudy závislé na provozním režimu frekvenčního měniče (např. stejnosměrná brzda nebo stejnosměrný předehřívač). Proudové chrániče typu AC a A jsou přitom navrženy pouze pro detekci reziduálních proudů při 50/60 Hz. V těchto případech je nutné použít minimálně proudový chránič typu F nebo B, B+

Obr. 6: Průběh reziduálního proudu v místě poruchy 3 

V další kapitole se zaměříme na členění proudových chráničů podle časové závislosti vybavení a selektivity.