Další článek na internetu na téma jak funguje a jak zapojit proudový chránič. Jaký je princip proudového chrániče?
Protože je proudový chránič stále pro spoustu lidí zahalen tajemstvím a dalo by se že i říci nepříjemná „krabička“ která furt „vypadává“, přináším článek o jeho principu, zapojení a jednoduchých podmínkách, které je třeba při montáži dodržet. Jde vcelku o jednoduché zařízení, které funguje úplně bez problému, pokud se správně zapojí a připojené spotřebiče jsou v pořádku. To že proudový chránič vypíná např. při zapnutí pračky, nebo čerpadla neznačí problém chrániče, ale pouze upozorňuje, že někde v instalaci je problém, který by mohl být i životu nebezpečný. Nezřídka se stává, že někdo chce vyměnit proudový chránič, protože furt vypadává, když se např. zapne pračka. Ovšem, když se pračka rozdělá, je v její elektronice voda a hrozí úraz. To opravdu není problém špatného chrániče!
Princip funkce proudového chrániče
Princip proudového chrániče je jednoduchý – chránič měří/detekuje unikající proud z obvodu. Zjednodušeně řečeno: Všechen proud který jde do spotřebiče, musí jít „nulákem“, nebo jinou fází zpět do zásuvky. Pokud jde proud vodičem PE, nebo jinudy (do země, …), je to vyhodnoceno jako porucha. Pokud unikající proud překročí určitou mez (běžně 30 mA, 100 mA, 300 mA) chránič vypne a odpojí chráněný obvod. Do chrániče se připojují všechny pracovní vodiče (tedy všechny fáze a střední nulový vodič, tzv. „nulák“). Ochranný vodič PE se nesmí připojit a vodiče PE a N se za chráničem nesmí spojit. Vodič PEN se v instalaci s chráničem neuvažuje, proto nelze použít proudový chránič v síti TN-C*. Za chráničem je vždycky síť TN-S.
Unikající proud se v běžných proudových chráničích vyhodnocuje součtovým transformátorem. Chrániče tedy reagují pouze na střídavý, nebo pulzující proud** (viz transformátor). Protože je proudový chránič velice citlivé zařízení a obsahuje komponenty, které mohou zalehnout nebo se zmagnetizovat, je nutné v určitých časových intervalech (udává výrobce) testovat testovacím tlačítkem. Toto tlačítko simuluje reálnou poruchu – uvnitř chrániče se zapojí pomocný rezistor tak, aby tekl určitý proud mimo měřený obvod. Chránič na tuto simulovanou poruchu musí zareagovat vypnutím. Nejlepší je jednou za čas zkontrolovat elektroinstalaci revizním přístrojem s testem chráničů.
* Chránič v této síti lze použít, ale je nutné zapojit pouze fázové vodiče. Svorka „N“ třífázového chrániče zůstane nepřipojena (musí to chránič umožňovat). Vodič PEN se v žádném případě nesmí rozpojovat! Za chráničem jsou pak jednotlivé fáze chráněny. Vodič PEN (zde už by se mohlo jednat o PE) samozřejmě již nelze použít jako pracovní vodič, ale pouze jako ochranný. Chránit lze tak pouze třífázové spotřebiče, bez pracovního středního vodiče („N“).
** Existují i chrániče reagující na stejnosměrný reziduální proud. Ale ty nejsou tak běžné. V roce 2019 se již i tyto chrániče postupně dostávají do elektroinstalací.
Chránič je možné též změřit revizním přístrojem, kterým jde přesně změřit proud a čas nutný k vybavení chrániče.
Důležité parametry proudového chrániče tedy jsou:
- Počet pólů chrániče
- V podstatě existují pouze dva druhy – dvoupólový a čtyřpólový. U dvoupólového jsou to svorky pro fázi a střední vodič (N), u čtyřpólového jsou to tři svorky pro fáze (L1, L2, L3) a pro střední nulový vodič (N). Vodič N by se měl připojovat jako první a odpojovat jako poslední, aby nedocházelo v síti k nebezpečnému kolísání napětí. Vstupní svorky chrániče by měly být zapojeny všechny, aby byla zaručena správná funkce testovacího tlačítka a případné elektroniky chrániče. U výstupních svorek je to jedno – třífázový chránič bude reagovat i pokud budou na výstupu připojeny např. fázové vodiče bez N. Podstatné je, že chránič zareaguje na unikající proud, který se nevrací přes chránič.
- Maximální proud IN
- Je to maximální proud, který může proudovým chráničem procházet = na tento proud má dimenzované kontakty. Protože běžný chránič nemá nadproudovou, nebo zkratovou spoušť je tuto hodnotu nutné zajistit jiným zařízením, jako jsou jističe a pojistky. Jednoduše řečeno – maximálně takto velkým jističem lze chránič předjistit, aby nedošlo k jeho poškození. Běžné hodnoty u domovních chráničů jsou 16, 25, 40, 63 A. Existují však i jiné hodnoty, nebo lze „chráničovým modulem“ dovybavit i velké jističe na stovky ampér.
- Vypínací schopnost (podmíněný zkratový proud)
- Je to stejně jako u jističů a pojistek maximální proud, který je schopný chránič bezpečně vypnout. V domovních instalacích stačí většinou 6 kA, protože takto velké proudy zde stejně nemůžou vzniknout (velká vzdálenost od transformátoru, malé průřez vodičů atd.). Samozřejmě, pokud je dům blízko trafostanice a je použito silné vedení, může proud nastoupat až k této výši. Běžné hodnoty jsou 6000 a 10000 A. Přístroje s odolností 10 kA jsou uvnitř tak nějak „poctivější“.
- Vypínací reziduální proud IΔn
- Je to jmenovitá hodnota unikajícího proudu při kterém musí chránič vypnout. Běžné hodnoty jsou 10, 30, 100 a 300 mA. Často bývá proud o něco menší než jmenovitá hodnota. Potom třeba 30 mA chránič vypíná již při 25 mA.
- Typ chrániče
- Typ AC – chránič reaguje pouze na střídavé reziduální proudy. Stejnosměrné pulzující proudy snižují citlivost tohoto přístroje. Nejlevnější a častá varianta v domovních rozvodech. Tento typ nedoporučuji, protože může dojít k jeho znefunkčnění připojením spotřebiče např. s jednocestným usměrňovačem.
- Typ A – chránič reaguje jak na střídavé (typ AC), tak i stejnosměrné pulzující reziduální proudy s DC složkou do 6 mA. Reaguje tedy i na malé jednocestně usměrněné proudy – regulace výkonu oříznutím jedné periody střídavého signálu diodou např. u fénů, levných horkovzdušných pistolí, levné spínané zdroje apod. Tento chránič je lepší a spolehlivější varianta.
- Typ F – Reaguje stejně jako chránič A na střídavé a pulzující reziduální proudy (s DC složkou až do 10 mA). Navíc je citlivý na vysokofrekvenční reziduální proudy s frekvencí obvykle do 2 kHz.
- Typ B – Typ chrániče reagující mimo jiné na stejnosměrné reziduální proudy. Je vyžadován při připojení nabíječky elektromobilů (např. wallbox), pokud jím nabíječka není sama vybavena. Tento typ chrániče je drahý a není běžné se s ním setkat (rok 2018).
- Charakteristika chrániče
- Pro všeobecné použití (bez zpoždění) – Vypínají téměř bez zpoždění. Jedná se o běžný typ chrániče.
- Chránič se zpožděním (označení „G“) – Tento typ chráničů vypíná se zpožděním (doba nepůsobení) alespoň 10 ms. Díky zpoždění reaguje omezeně na reziduální proudy způsobené např. při zapnutí velkých spínaných zdrojů se vstupním filtrem (nabíjení kondenzátorů proti zemi).
- Selektivní proudový chránič (označení „S“) – Má ještě větší zpoždění než typ G. Zpoždění je minimálně 40 ms. Používají se většinou jako hlavní chrániče, nebo při „jištění“ velkých spínaných zdrojů.
- Ostatní
- Na chrániči dále bývá zobrazena minimální provozní teplota přístroje – vločka s vepsanou teplotou (některé chrániče mají citlivou mechaniku vyhřívanou proti zatuhnutí a korozi).
- Poblíž testovacího tlačítka bývá informace o nutnosti testování chrániče tlačítkem. Rozmezí bývá jedna kontrola za měsíc až rok. Časté jsou půlroční kontroly.
Možné provozní stavy proudového chrániče
Proudový chránič a obvod okolo chrániče může mít různé provozní stavy. Alfou a Omegou každého proudového chrániče je jeho bezchybné zapojení. Na přívodu chrániče je vhodné zapojit všechny vodiče – ač to není pro samotnou funkci vždy nutné, je potřeba mít aktivní testovací tlačítko, které je napájeno ze dvou vodičů – buď mezi dvěma fázemi, nebo mezi fází a středním nulovým vodičem (N) – viz fotka výše.
Střední vodiče (N) za proudovými chrániči se nesmí spojit mezi sebou, ani s vodičem PE. Dochází pak někdy k pravidelnému, někdy k nahodilému vypínání chráničů. Tyto poruchy se velice špatně hledají.
Pro maximální zjednodušení budou poruchy vysvětleny na jednofázovém proudovém chrániči – je jednodušší na vysvětlení, neboť jsou zde pouze dva vodiče, kterými teče proud. I když je šipka pouze jedním směrem, proud teče chráničem střídavý. U třífázového chrániče je princip úplně stejný. Na vývodu třífázového chrániče nemusí byt připojen střední vodič (N), nebo všechny fázové vodiče, neboť nejsou principiálně nutné. Důležité je správné uzemnění napájeného zařízení.
Obvod bez poruchy
Pokud je proudový chránič zapojen bezchybně a je pravidelně testován zaručuje spolehlivou funkci.
Pokud dojde k porušení izolace na chráněném zařízení (může být způsobené mechanickým poškozením izolace, vlhkostí, zuhelnatěním svorkovnice apod.) odchází část proudu mimo proudový chránič. Pokud je proud dostatečně velký, proudový chránič zareaguje vypnutím.
Pokud se jedná o přetížení, nebo zkrat (proud překročí jmenovitého proudu předřazeného jističe), tak i tento jistič vypne. Zkratová spoušť jističe obyčejně vypíná rychleji než chránič.
Pokud je na zařízení porucha a je poškozen vodič PE (a zařízení se nedotýká vodivých částí – např. mikrovlnná trouba) je na krytu zařízení nebezpečné dotykové napětí. Chránič však nezareaguje, protože neexistuje proud, který by unikal mimo obvod za chráničem. Nastává velice nebezpečný stav. Z tohoto důvodu je nutná pravidelná revize elektroinstalace, která odhalí poškozené vodiče PE.
Obvod s poruchou, poškozeným vodičem PE a dotykem osoby
Pokud se krytu pod napětím (neživé části = část která běžně není pod napětím, ale při poruchovém stavu se na ní může objevit napětí) dotkne osoba, dostane ránu elektrickým proudem. Síla rány je závislá na citlivosti osoby (některé osoby jsou velice citlivé na elektrický proud!), směru a velikosti procházejícího proudu. Procházející proud je závislý na mnoha okolnostech – vodivost podložky, vodivost kůže, oblečení, vzdušná vlhkost apod. Chránič tedy při dotyku nemusí a často ani nevypne!
Člověk s propocenými ponožkami, děravými botami, na mokré zemi a s citlivějším srdcem může při dotyku krytu pod napětím levou rukou (blíže k srdci) zemřít. Naopak, za suchého počasí, na gumové podlaze a se ztvrdlou kůži na rukách nemusí ani k zaregistrování rány dojít.
*neměl jsem mračícího se smajlíka. Proto ten úsměv 🙂
Pokud se za chráničem propojí střední vodič („nulák“) s ochranným vodičem („kostrou“) a to buď chybnou montáží, nebo poruchou izolace, dochází k tomu, že se všechen proud nevrací do sítě přes chránič. Existuje nějaký unikající proud, který vypne chránič. Unikající proud protéká ale pouze, pokud je spotřebič zapnut. Chránič je tedy možné zapnout a mít zapnutý, dokud nedojde ke spuštění spotřebiče s poškozeným, nebo špatně zapojeným středním vodičem.
Unikající proud se liší podle impedancí jednotlivých vodičů. Proudový chránič může tedy vypínat zcela pravidelně, zdánlivě nahodile, nebo pokud je kontakt se zemí špatný, tak vůbec.
Častá závada v instalacích, kde zasahuje tzv. kutil domácí. Pokud se vyrobí dvoužilová prodlužovačka (propojí se v ní PE a N) dochází potom po zapnutí přístroje k vypadávání chrániče. Správné zapojení prodlužovačky naleznete v článku Zapojení zásuvek, prodlužovaček atd.
Pokud je proudový chránič špatně zapojený nastává situace, kdy všechen proud neprochází chráničem tam i zpět. Většinou chyba nastává chybným zapojením středního vodiče. Fázové vodiče vedou většinou přes jističe k jednotlivým přístrojům. Střední vodiče těchto zařízení je potřeba sloučit v samostatné svorkovnici a připojit na výstup chrániče. Chybným zapojením i jednoho vodiče vznikne stav kdy může vypínat „nahodile“ více chráničů.
K tomuto stavu také dochází při svépomocné úpravě elektroinstalace. Kdy neznalá osoba např. připojí světlo ke světelnému okruhu, ale střední vodič použije ze zásuvkového (protože to je třeba blíž). Práce na elektrickém zařízení je vyhrazená práce, kterou smí provádět pouze osoba s dostatečnou kvalifikací!
Pokud nastane za proudovým chráničem nadproud, nebo zkrat mezi pracovními vodiči, teče všechen proud přes chránič tam i zpět. Neexistuje tedy žádný unikající proud – proud teče fázovým vodičem do zařízení a středním vodičem zpět do sítě. Pro chránič to není poruchový stav. Chránič nevypne.
Obvod je tedy nutné chránit jinými jistícími přístroji – pojistkami, jističi, nebo chráničem s nadproudovou ochranou (zařízení, které kombinuje proudový chránič a jistič).
Velmi častá chyba zaviněná šetřením na nesprávném místě – jeden centrální chránič na celý byt, nebo dům. Téměř každé elektrické zařízení má nějaký malý unikající proud. Spousta zařízení má spínané zdroje, které jsou (pokud jsou kvalitní) vybaveny síťovými filtry. Tyto filtry mají bohužel už z principu své funkce nějaký malý unikající proud. Pokud se za jeden chránič připojí více takovýchto zařízení dochází k vypínání proudového chrániče.
Teoretický případ z novostavby: Všechno zařízení nové – téměř nulový unikající proud. V domě jsou 4 počítače, každý řekněme s 5 mA unikajícího proudu. Celkově tedy 20 mA. Při zhoršení izolačního stavu např. ve venkovním svítidle (způsobené vlhkostí) stoupne unikající proud svítidla také na 5 mA. Pokud by byly okruhy rozděleny na jednotlivé chrániče nic by se nestalo. Ale protože jsou všechny přístroje připojené na jednom chrániči, může docházet k jeho vypínání, protože 25 mA je již hraničních.
Instalaci je tedy vždy vhodné rozdělit alespoň na několik proudových chráničů – typicky chránič pro jednotlivá patra, koupelny, dílnu, kotelnu a venkovní obvody. Vypnutím jednoho chrániče potom nezůstane celý dům bez elektřiny.
Zdroj fotky: Wikimedia.org