Caiet Tehnic Nr.114

......................................................................

....

Caiet tehnic nr. 114

Dispozitive de curent rezidual la JT

J. Schonek

Collection Technique

Building a New Electric World

“Caietele tehnice” sunt o colectie de documente destinata inginerilor si tehnicienilor, a oamenilor din industrie care cauta informatie in profunzime in scopul de a completa ceea ce este redat in cataloagele cu produse. In plus, aceste “Caiete tehnice” sunt foarte des considerate instrumente utile in cursurile de formare. Furnizeaza cunostinte in noile evolutii tehnice si tehnologice in domeniul electronic si electronic. De asemena, aduc o mai buna intelegere a numeroaselor fenomene observate in instalatiile electrice, sisteme si echipamente. Fiecare “Caiet tehnic” ofera un studiu aprofundat a unui subiect précis in domeniul retelelor electrice, dispozitivelor de protective, monitorizare si control si sistemelor industrial de automatizare. Aceasta colectie actualizata in mod constant poate fi downloadata de la: http://www.technical-publications.schneider-electric.com

Aceasta colectie actualizata in mod constant poate fi downloadata de la: http://www.technical-publications.schneider-electric.comVa rugam, contactati-va reprezentatul Schneider Electric daca doriti “cahier technique” sau lista titlurilor disponibile. Colectia “cahier techniques” face parte din “collection technique” a Schneider Electric.

Cahier Technique Schneider Electric no. 114 / p.2

Lexicon

Deranjament Orice fenomen electromagnetic continuu sau tranzitoriu care apare intre o parte activa a unui sistem electric si pamant. Poate fi o supratensiune tranzitorie, o tensiune permanenta, un supracurent sau o descarcare electrostaticaDeranjament diferentialOrice fenomen aparut intre diferite parti active ale unui sistem electric, de exemplu o supratensiune.Contact directContactul unei persoane cu partile active ale dispozitivelor electrice (parti active sau conductoare care in mod normal sunt puse sub tensiune).

Curent de dispersieCurentul care se scurge de la o parte activa in pamant, in absenta unui defect de izolatie.

ElectrizareaAplicarea unei tensiuni intre doua parti ale unei fiinte vii.

ElectrocutareaElectrizare ce duce la deces.

Masa electrica (ECP)Parte conductiva ce poate fi atinsa si care in mod normal este izolata fata de partile active dar care poate fi pusa accidental sub tensiune in urma unui nivel periculos de tensiune sau unui defect de izolatie.

Curent de defect IdCurentul rezultat in urma unui defect de izolatie.

Indirect contactContactul unei persoane cu o masa electrica pusa accidental sub tensiune , de obicei in urma unui defect de izolatie.IzolatieMetoda de prevenire a transmiterii tensiunii (si curgerii curentului) intre o parte activa pusa sub tensiune si o masa electrica sau pamant.

Defect de izolatieDefect al izolatiei ce conduce la o punere la pamant sau un scurtcircuit prin conductorul de protectieCurent de scurgere intentionatCurentul care se scurge in pamant prin elemente montate in acest scop (rezistente sau condensatoare), in absenta unui defect de izolatie

Conductori activiSet de conductori pentru transmiterea puterii electrice, incluzand neutrul, cu exceptia conductorului PEN a carui functie de “conductor de protectie” (PE) este prioritara functiei de “neutru” .

Curent de dispersie naturalCurentul care curge in pamant prin izolatie in mod natural fara sa existe vreun defect de izolatie.

Priza de pamantVezi "Sisteme de legare la pamant".

Conductoare de protectie (PE or PEN) Conductoare care, conform specificatiilor, fac legatura cu pamantul a maselor electrice (ECP) si a altor parti conductive ale echipamentelor electrice.

Valoarea nominala a curentului rezidual I∆nValoarea nominala a curentului rezidual atribuit de către producătorul dispozitivului la care dispozitivul trebuie să funcționeze în condițiile specificate. Conform standardelor de construcție, la 20 ° C, dispozitivele de curent rezidual de joasă tensiune trebuie să funcționeze la curenți reziduali între I∆n / 2 și I∆n.

Curent rezidualSuma algebrica a valorilor instantanee ale curentilor ce trec prin toate conductoarele active intr-un anumit punct al instalatiei electrice.

Dispozitiv de curent rezidual (RCD)Dispozitiv a carui sarcina este aceea de a masura curentul rezidual. In mod normal este asociat sau incorporat unui intrerupator.

Curent rezidual de lucruValoare a curentului rezidual ce face ca un RCD sa lucreze.

Sisteme de legare la pamant (SEA)Standardul IEC 60364 prevede trei tipuri principale de legare la pământ care definesc posibile legături ale neutrului sursei la pământ și a maselor electrice (ECP), la pământ sau neutru. Dispozitivele de protecție electrice sunt apoi definite pentru fiecare tip de legare la pamant.

Tensiunea de atingere limita (UL)Valoarea tensiunii UL sub care nu exista risc de electrocutare.

Fibrilatie ventricularaFunctionare defectuoasa a inimii corespunzatoare pierderii sincronizarii functionarii peretilor inimii (diasistola si sistola). Trecerea unui curent electric prin corpul uman poate fi raspunzatoare pentru aceasta situatie datorita excitatiei periodice pe care o genereaza. Ca o ultima consecinta a acestei situatii este oprirea fluxului sangvin.


Dispozitive de curent rezidual in instalatii de JT

Cuprins

1 Introducere p. 4

2 Riscurile curentilor electrici 2.1 Electrocutarea persoanelor p. 4

2.2 Pericole de incendiu p. 6

2.3 Pagube asupra echipamentelor p. 7

3.1 Reguli de instalare p. 83 Protectia impotriva riscurilor curentilor electrici 3.2 Detectia defectelor de izolatie p. 9

4 Principiul de functionare si descrierea RCD 4.1 Principiul de functionare p. 11

4.2 Aplicatii p. 11

4.3 Caracteristici principale p. 12

4.4 Tehnologii p. 13

4.5 Constrangeri datorate senzorului de curent p. 15

4.6 Aplicatii speciale p. 17

5 Concluzii p. 22

Anexa 1: Calculul tensiunii de atingere p. 23

Anexa 2: Tipuri de convertizoare si forme de unda a curentilor de defect p. 25

Appendix 3: Curenti de scurgere pentru diferite moduri de legare la pamant a instaltiilor electrice p. 28

Appendix 4: Praguri RCD si tensiuni ale sistemelor de alimentare p. 30

Bibliografie p. 31

Astăzi, dispozitivele de curent rezidual (RCD) sunt recunoscute ca fiind cele mai eficiente mijloace de protecție a vieții și proprietății împotriva riscurilor electrice în rețelele de joasă tensiune.Selectarea și utilizarea optimă necesita cunoștințe temeinice privind principiile și normele care reglementează instalațiile electrice și în special modalitățile de legare la pământ ale sistemelor, precum și tehnologiile existente și nivelul lor de performanță.Toate aceste aspecte sunt abordate în acest "Cahier Technique"si în plus, numeroase răspunsuri oferite de departamentul tehnic si de întreținere Schneider Electric la întrebările frecvente din acest domeniu.


1 Introducere

Comparativ cu alte surse de energie, electricitatea prezinta multe avantaje dar si multe riscuri.Este folosita zilnic de persoanele fizice si apar inca multe accidente, ce se lasa cu arsuri, incendii si electrocutare.

Regulile stricte de instalare au fost instituite de organizatiile (IEC, CENELEC) pe plan international si de (NFPA in USA si UTE in Franta) pe plan national.

Dispozitivele de protectie sigure au fost realizate in urma analizei riscurilor si consecintelor echipamentelor defecte sau al folosirii incorecte. Printre aceste dispozitive,RCD-urile (dispozitive de curent rezidual) sunt recunoscute

2. Riscurile curentilor electrici

2.1 Electrocutarea persoanelor

O persoana supusa unei tensiuni electrice este electrizata. In functie de nivelul de electrizare, persoana poate fi supusa unor efecte fiziopatologice cum ar fi:c senzatie neplacuta,c contractare involuntara a muschilorc arsuri,cstop cardiac (electrocutare).Aceste efecte depind de numerosi factori, incluzand caracteristici fiziologice ale persoanei, mediu (exp. conditii de umezeala sau uscat) si de caracteristicile curentului care a trecut prin corp.

O persoana poate fi supusa la un soc electric in 2 feluri:c contact direct,ex. persoana atinge un conductor sub tensiunec contact indirect, ex. persoana atinge un metal a unei masini electrice sau un dispozitiv cu defect de izolatie.Aspectul periculos este curentul (amplitudine si perioada) care trece prin corpul uman si in special pe langa inima.

Uc

Faze

3

Id Uc

Fig. 1 : Contact direct si indirect

a) Contact direct

b) Contact indirect

de organizatiile de standardizare internationala ca fiind un mod eficient in protejarea vietii si a proprietatii.

Acest document va prezinta subiectul in 3 pasi:c o descriere a riscurilor legate de curentii electrici,c o privire de ansamblu a tehnicilor de protectie angajate sa limiteze aceste riscuri,c o prezentare in profunzime despre modul cum opereaza RCD-urile.


Figura 2 insumeaza munca Comisiei Internationale de Electrotehnica asupra subiectului (standard IEC 60479-1, Ed. 4, 2005, Efectele curentului asupra fiintelor- Partea 1, Aspecte generale). Indica consecintele curentului alternativ care trece prin corpul uman, de la mana stanga catre picior, in functie de curent si timp.

Este de asemenea important sa luam in considerare zonele AC-3 si AC-4 unde acesta este intr-adevar periculos.

c Zona AC3-(intre curbele B si C1)De obicei nu se intampla nimic in aceasta zona, dar exista probabilitatea contractiilor musculare si dificultati in respiratie, cu tulburari reversibile in formarea si transmiterea impulsurilor la inima.c Zona AC-4 (situata la dreapta de curba C1) Pe langa efectele mentionate la zona AC-3,

probabilitatea fibrilatiei ventriculare:

v creste pana la 5% intre curbele C1 si C2,

vcreste pana la 50% intre curbele C2 si C3,

v depaseste 50% dincolo de curba C3.

Probabilitatea efectelor fiziopatologice periculoase cum ar fi stopul cardiac, insuficienta respiratorie si arsuri grave creste in functie de curent si timpul de trecere al acestuia prin corp.

Se ia in considerare ca un curent de 150 mA poate circula intr-o persoana la atingerea a 230 V, in conditii nefavorabile.

Dat fiind nivelul de curent considerat periculos, o valoare maxima permisibila de 30 mA este considerata a fi sigura.

Pentru sistemele de JT,componenta dominanta pentru impedanta corpului este rezistenta pielii, care

AC-1 : PerceptibilAC-2 : Contractii involuntare ale muschilor AC-3 : Dificultati ale respiratieiAC-4 : Efecte fiziopatologice serioase

AC-4.1 : probabilitatea de fibrilatie ventriculara creste cu 5 % AC-4.2 : probabilitatea de fibrilatie ventriculara creste cu 50 %AC-4.3 : probabilitatea de fibrilatie ventriculara creste la peste 50 %

Fig. 2 : Zone curent / timp ale efectelor trecerii curentului electric alternativ (15 Hz to 100 Hz) prin corpul uman

Curentul prin corpuluman

Is (mA)

10

20

50

100

200

500

1 000

5 000

10 000

2 000

C1 C2 C3

Durata scurgerii curentului I (ms)

A B

AC-2 AC-3 AC-4

0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20

Limita = 30 mA

50 100 200 5001 000

2 0005 000

10 000

AC-1

AC-4.2

AC-4.3

AC-4.1


depinde in mod esential de mediu (uscat, umed sau conditii de umiditate).

IEC a definit “limita conventionala a tensiunii de atingere”notata UL, ca fiind tensiunea maxima care poate fi mentinuta pe perioada nedeterminata in conditii de mediu specifice.

Valoarea folosita este de 50 V AC RMS. Aceasta valoare contine o medie de impedanta de 1700 ohm si un curent maxim de 30 mA.

Efectele in functie de functie de tensiune si frecventa.

IEC 60479-1 furnizeaza curbe ce prezinta variatia de impedanta in corp in functie detensiune si frecventa .

Figura 3 arata ca impedanta corpului scade o data cu frecventa. Cu toate acestea, sa se ia in considerare ca IEC 60479-2 (Efectele curentului asupra oamenilor si a fiintelor- Aspecte speciale), care se ocupa cu efectele curentului AC la frecvente mai sus de 100 Hz, indica faptul ca pragul de curent pentru fibrilatie ventriculara la 1000 Hz este de aproximativ 14 ori mai mare decat la 50/60 Hz curent.

2.2 Pericolul de incendiu

Un studiu realizat in anii 1980 si 1990 in Germania de o companie de asigurare impotriva incendiilor pe premise industriale si comerciale, a demonstrat ca electricitatea a fost cauza a mai mult de 40% dintre incendii.

Cauza multor incendii o reprezinta o crestere majora si de scurta durata a temperaturii sau un arc electric cauzat de un defect de izolatie. Riscul creste cu nivelul curentului de defect.

Depinde de asemenea de nivelul pericolului de incendiu sau explozie specific camerei ( depozitarea materialelor inflamabile, prezenta hidrocarburilor volatile).

Multe incendii sunt produse din cauza factorilor combinati:c instalatii vechi,c uzuri ale izolatiei,c acumulari de praf si umiditate

6 000

10 V CA

25 V

50 V

100 V

225 V

1 000 V

5 000

4 000

5 000

2 000

1 000

600

0

50 100 250 500 1 000 2 000

775 V

Frecventa (Hz)

Impedanta totala a corpului uman

Fig. 3 : Impedanta totala a corpului uman ZT functie de frecventa si tensiunea de atingere


Cresterea progresiva a curentilor de defect pe suprafata izolatiei poluate si umeda da nastere la mici descarcari cauzate de depozitele de carbon. Acest fenomen are legatura cu condensarea suprafetei si ciclurile de uscare si deci evolueaza foarte incet. Daca, curentul de urmarire depaseste 300 mA, apare un fenomen avalansa

care poate aprinde depozitele de carbon care, in schimb, pot aprinde izolatia si dispozitivele. O scurgere de 300 mA de curent reprezinta un pericol real de incendiu. Scurgerea de curent se indreapta de la sursa catre masele electrice, si nu se intoarce la sursa printr conductorul de intoarcere.

Tigari 6%

Fig. 4 : Originea incendiilor in cladiri

Fig. 5 : Procese care determina incendii.

Flacara deschisa 37% Fulgere 1%

Explozii 1%

Electricitate 41%

Altele 7%

Accidente 7%

Scurgeri

de curent

Mici

descarcari

Carbonizarea

izolatiei

sau prafului

2.3 Deteriorarea echipamentelor

care creste in conductoare si poate avaria izolatia provocand astfel o surgere de current catre pamant, astfel curentul ramane la un nivel scazut, dificil de detectat, si poate degenera repede intr-un scurt-circuit provocand pagube majore.

Anumite echipamente electrice pot fi deteriorate sau distruse de curenti puternici. Acest lucru se intampla motoarelor care in timpul functionarii de lunga durata depaseste sarcina nominal, daca sunt conectate prea multe dispozitive. Suprasarcina provoaca temperatura excesiva


3 Protectia impotriva riscurilor curentilor electrici

3.1 Reguli de instalareStandardul international de referinta este IEC 60364, Instalatii elecrice la cladiri, si in special partea 4-41, Protectie pentru siguranta – Protectie impotriva socului electric. Prezinta reguli de instalare cum ar fi aceea ca partile active periculoase nu sunt accesibile si partile conductoare accesibile nu sunt periculoase in conditii normale si chiar de defectiune. Standardul a fost adoptat de multe tari, cum este sau cu adaptari locale. In Franta de exemplu, instalatiile electrice de joasa tensiune trebuie sa se supuna standardului NF C 15-100.

Reguli generaleInstalatiile trebuie sa fie concepute sa furnizeze protectie generala impotriva contactului direct in timpul operatiei normale si protective suplimentara impotriva contactului indirect in cazul unei defectiuni.Protectia generala este implementata prin izolarea pieselor active, folosind bariere si carcase.Protectia in cazul defectiunilor este implementata de una sau mai multe dintre urmatoarele reguli:v deconectarea automata a alimentarii,v dublarea sau consolidarea izolatiei,v separatia electrica (utilizand transformatoare de separatie),v folosirea de tensiuni foarte scazute.

Deconectarea automata a alimentarii este cea mai comuna solutie. Presupune anumite cerinte: v impamantarea maselor electrice si aducerea lor la acelasi echipotential,v specificarea timpului maxim de deconectare in cazul unei defectiuni (exp. 0.4 secunde pentru 230 V)Un dispozitiv de protectie trebuie sa izoleze automat un circuit sau un aparat de la alimentare astfel incat, sa se poata urmari o defectiune dintre o parte activa si un masa electrica a unui circuit sau dispozitiv, un plus de tensiune mai mare decat limita conventionala nu trebuie sa fie prezent deloc, deoarece este suficient sa creeze un pericol pentru o persoana care intra in contact cu componenteleconductoare accesibile. c Protectia suplimentara este necesara impotriva contactului direct. In special, IEC 60364-4-41 cere instalarea unui dispozitiv de protectie impotriva contactului direct cu circuitele de AC care furnizeaza folosirea generala a prizelor pana la 20 A situate la exterior si a prizelor pana la 32 A folosite sa alimenteze echipament portabil spre a fi folosit in spatii libere. Pragul de operare al dispozitivului trebuie sa fie de 30 mA.

Sisteme de legare la pamant (SLP) Standardul IEC 60364 defineste trei sisteme principale de legare la pamant (vezi Fig. 6), folosite in moduri diferite in functie de tara. Vezi publicatiile din Caietele Tehnice nr. 172 si 173.

Acestea difera in functie de existenta sau nu a neutrului sursei de tensiune,daca acesta e legat la pamant sau nu si modul de legare la pamant al maselor electrice . Selectarea sistemului de legare la pamant depinde de caracteristicile de instalare si de modul de operare (mediu, dispozitive de monitorizare, continuitate in alimentare)

c Sistemul TTIn sistemul TT:v neutrul sursei este conectat la un electrod separat de impamantare de cel al consumatorului v toti masele electrice ale unui consumator sunt legate la aceeasi priza de pamant

c Sistemul TNPrincipiul sistemului TN este acela de a transforma toate defectele de izolatie in scurtcircuite monofazate. In this system:v punctul neutru al fiecarei surse este legat direct la pamant,v toate masele electrice ale unei instalatii sunt legate la pamant, ex. prin conductorul de protectie PE (separat de nulul consumatorului in sistemul TN-S ) sau prin conductorul de protectie PEN (combinat cu nulul consumatorului in sistemul TN-C ).

c Sistemul ITIn sistemul IT neutrul transformatorului este: v izolat fata de pamant (neutru izolat),v sau legat la pamant prin intermediul unei impedante de valoare mare (impedanta neutra),v toate masele electrice ale instalatiilor si echipamentelor sunt legate la pamant


Neutrul legat direct la pamant (TT)123N

Neutrul combinat cu protectia (TN-C)123PEN

RB

Neutrul separat de protectie123NPEPE

PE

Neutrul izolat (IT)123N

RA

RB RB

IMD

IMD: Echipament de monitorizare a izolatieiFig. 6 : Cele trei sisteme de legare la pamant TT, IT si TN agreate de IEC 60364-1. Sistemul TN poate fi TN-C (neutrul si PE combinat) sau TN-S (neutrul separat de PE)

3.2 Depistarea defectelor de izolatie

Un defect de izolatie poate fi consecinta deteriorarii izolatiei:c intre doua conductoare active,c intre un conductor si masele electrice sau conductorul de protectie,c unui singur conductor activ, conductorul fiind usor de atins.Un defect de izolatie dintre doua conductoare active se transforma intr-un scurt circuit.In toate celelalte cazuri, un defect ( la modul general) cauzeaza scurgerea curentului in pamant. Acest curent , care nu se intoarce prin conductorii activi, este denumit curent de punere la pamant si este suma algebrica a valorilor instantanee a curentilor care se scurg prin conductori activi, prin urmare poarta numele de “curent rezidual”.Observatie: Daca curentii sunt sinusoidali, reprezentarea vectoriala poate fi folosita si putem vorbi de “suma vectorilor” curentior. Cu toate acestea, aceasta reprezentare nu este relevanta in prezenta armonicilor si termenul de “suma algebrica” se aplica asadar la modul general.

Acest curent se poate produce din cauza unui defect de izolatie dintre un conductor activ si masele electrice (riscul contactului indirect) sau din cauza esecului masurilor folosite la izolatie sau de a izola partile active (riscul contactului direct). Aceste situatii sunt prezentate in figura 7 pagina urmatoare.

Curentul de defect de izolatie dintre o faza si pamant (modul general) depinde de tipul de izolare si de sistemul de legare la pamant. Curentul poate crea o tensiune periculoasa la atingere, care necesita deconectarea circuitului defect.Vezi Apendix 1 pentru un calcul sumar al curentilor de defect si al tensiunilor de atingere in functie de sistemul de legare la pamant.In sistemul TN, curentul de defect este echivalentul unui scurt-circuit. Curentul are o valoare mare mare circuitul putand fi deconectat de un dispozitiv protector de suprasarcina.

In sistemul TT, totusi, curentul este prea mic ca sa fie detectat si eliminat de dispozitivele standard de protectie a suprasarcinii (intrerupator cu protectie termica sau magnetica, sigurante).


Fig. 7 : Curent de defect Id = curent rezidual

a) Contact indirect b) Contact direct

Ud

N

PE

RB RA

Id

N

PE

RB RA

Id

Asemanator, in toate cazurile de contact direct curentul de defect este mic si nu poate fi detectat si eliminat de dispozitivele standard de protectie a suprasarcinii. Acesta este de asemenea si cazul scurgerii curentilor care reprezinta pericol de incendiu.

In aceste conditii, curentul de defect trebuie detectat si eliminat de un dispozitiv special, ex.. un dispozitiv de curent rezidual (RCD), despre care vom discuta in sectiunea urmatoare.


4 RCD-principiul de functionare si descriere

4.1 Principiul de functionare

Principiul de operare al unui RCD este prezentat in figura 8.Un senzor ce contine un tor care imprejmuieste conductorii detecteaza suma algebrica a curentului in conductorii activi (faze si neutru). Infasurarea torului detecteaza schimbarile de flux induse de curentul rezidual.In lipsa unui defect de izolatie, suma algebrica a curentilor din conductor este egala cu zero si torul nu detecteaza niciun flux.Daca apare un defect de izolatie, suma algebrica a curentilor vehiculati numai este egala cu zero iar curentul de defect aparut genereaza un curent in infasurarea RCD.Acest curent este rectificat, filtrat si amplificat. . Daca semnalul rezultat este mai mare decat un prag limita stabilit, se initiaza o perioada de intarziere (poate fi egala cu zero pentru un raspuns imediat). Daca defectiunea este inca prezenta la sfarsitul perioadei de intarziere, se elibereaza o comanda pentru un dispozitiv de control.

Folosirea unui RCD nu este posibila in sistemul TN-C ,deoarece conductorul neutru si cel de protectie nu sunt separati si RCD nu poate distinge intre curentii reziduali si neutru.

Fig. 8 : Principiul de functionare al RCD

4.2 Aplicatii

Protectia suplimentara impotriva contactelor directeUn RCD poate detecta o scurgere slaba de curent ce poate curge prin corpul unei persoane. Astfel furnizeaza protectie suplimentara daca protectia normala inseamna esec, exp. Izolatia veche sau deteriorate, eroare umana. Acest lucru poate fi mentionat ca fiind protectia finala deoarece, poate intrerupe curentul chiar daca celelalte dispoztive au esuat. Folosirea unui RCD de 30 mA pentru toate circuitele furnizoare de prize pana la 20 A este obligatorie acum, ca si la IEC 60364-4-41, instalatii elctrice la cladiri, protectie pentru siguranta – protectie impotriva socului electric. Sa se ia in calcul ca un RCD nu limiteaza curentul instantaneu care curge prin corp, dar limiteaza timpul de curgere al curentului. Se mentioneaza ca in cazul unui contact direct cu o faza conductoare de 230 V, curentul care curge va fi de aproximativ 150 mA. RCD-uri cu sensibilitati de 10 sau 30 mA permite acelasi curent. Cele doua sensibilitati furnizeaza protectie echivalenta. Totusi, pragul de 30 mA

ofera un compromis de cost-efectiv intre siguranta si continuitatea in alimentare. Pe langa un RCD, se poate furniza un numar de sarcini sau circuite atata timp cat scurgerea curentului nu se impiedica de RCD. Pentru o scurgere de curent data, o reducere a pragului devine necesara sa creasca numarul de dispozitive de protectie.Protectia impotriva contactelor indirecte.Un RCD este unica solutie de protectie impotriva contactelor indirecte intr-un sistem TT, deoarece curentul de defect periculos este prea mic pentru a fi detectat de dispozitivele de protectie impotriva suprasarcinilor. Exista de asemenea o solutie simpla pentru sistemele TN-S si IT. De exemplu, cand cablul de alimentare este foarte lung, curentul de defect fiind mic este dificil de setat pe dispozitivele de protectie a suprasarcinii , iar cand lungimea cablului este necunoscuta, calcularea curentului de defect este imposibila si folosirea unui RCD este singura solutie posibila. In aceste conditii, pragul de operare al RCD trebuie sa fie setat undeva intre cativa amperi si mai multi zeci de amperi.

Prelucrarea formei de unda

Limita

Timp intarziere

Element de executie

Σ I ≠ 0


Protectia impotriva incendiilorIEC 60364-4-42 (instalatii electrice la cladiri, Protectie pentru siguranta, Protectie impotriva efectelor termice) recunosc deasemenea eficacitatea unui RCD in protejarea impotriva incendiilor prin folosirea lor la un prag de operare de maxim 500 mA.

Acest prag ar trebui redus la 300 mA in viitorul apropiat, asa cum deja a fost recomandat de anumite standarde nationale cum ar fi NF C 15-100 in Franta.

4.3. Caracteristici principaleUn RCD trebuie selectat tinand cont de tipul de sarcina pe care o protejeaza. O atentie deosebita se acorda in special protectiei dispozitivelor cu semiconductoare la care curentii de defect nu sunt intotdeauna sinusoidali. Exemple de convertizoare cu semiconductori sunt prezentate in Appendix 3, cu formele de sinusoide ale curentilor de defect si tipul corespunzator de RCD.

Tipul AC, A, BStandardul IEC 60755 (Cerinte generale pentru dispozitivele de protective impotriva curentului rezidual) defineste trei tipuri de RCD in functie de caracteristicile curentului de defect:

c Tipul ACRCD care asigura declansarea la toti curentii de defect alternativi sinusoidali.c Tipul ARCD care asigura declansarea pentru :v curentii alternativi sinusoidali reziduali,v curent rezidual permanent tranzitoriu,

v pentru curentii reziduali permanenti intermitenti

suprapusi de un curent permanent de 0.006 A, cu sau fara controlul unghiului de defazaj, independent de polaritate.c Tipul BRCD care asigura declansarea pentru:

v ca si la tipul A,,v pentru curenti reziduali sinusoidali pana la 1000 Hz,v pentru curenti reziduali sinusoidali suprapusi de un curent permanent pur,v pentru curenti permanenti tranzitorii suprapusi de un curent permanent pur:- pentru curenti reziduali care rezulta in urma redresarii,- redresarea trifazata simpla sau in punte,

- redresarea bialternanta in punte cu sau fara urmarirea unghiului de defazaj, indiferent de polaritate.

Anumite dispozitive electronice pot genera curenti de defect care nu au fost descrisi mai sus.Exemplele sunt prezentate in Anexa 2. IEC au inceput sa studieze si acoperirea acestor cazuri

SenzitivitateaSenzitivitatea RCD reprezinta curentul nominal rezidual, notat cu I∆n. Valorile standardizate au fost definite de IEC facand astfel posibila impartirea dispozitivelor RCD in trei grupuri conform valorii I∆n :c Inalta sensibilitate (HS): 6 – 10 – 30 mA,

c Sensibilitate medie (MS): 0.1 – 0.3 – 0.5 – 1 A,

c Sensibilitate scazuta (LS): 3 –10 – 30 A.

RCD pentru spatiile rezidentiale sau alte aplicatii asemanatoare sunt intotdeauna de inalta sau medie sensibilitate.

It is clear that High Sensitivity (HS) is most oftenused for direct-contact protection, whereas MSand in particular the 300 and 500 mA ratings areindispensable for fire protection. The othersensitivities (MS and LS) are used for otherneeds such as protection against indirectcontacts (mandatory in the TT system) orprotection of machines.

Timpul de declansareAsa cum s-a aratat in sectiunea 1, efectele curentului electric depind de amplitudinea acestuia si de durata de aplicare. Timpii de declansare ale RCD sunt specificati in standardele de produs ale fabricantilor:c IEC 61008, Intrerupatoare diferentiale fara protectie la supracurent integrata pentru uz caznic sau aplicatii asemantoare (RCCBs).


c IEC 61009, Intrerupator diferential combinat cu protectie la supracurent pentru uz casnic si aplicatii asemanatoare (RCBOs).

c IEC 60947-2, Aparataj de JT, Anexa B, Intrerupatoare cu protectie la curent rezidual incorporata.

c IEC 60947-2, Aparataj de JT, Anexa M, Dispozitive de curent rezidual modulare - MRCD (fara dispozitive de rupere a curentului).

Timpii de declansare standardizati sunt indicati in tabelul din figura 9 iar curbele de declansare in figura 10 pentru dispozitivele de tipul G si S .c G (uz general) pentru RCD cu declansare instantanee (fara timp de intarziere)

c S (selectiv) pentru RCD cu un timp scurt de intarziere (utilizate in Franta, de exemplu, intrerupatoarele circuitelor de rezerva).

1

t (s)

S

G

0.1

0.04

0.15

0.3

0.010.1 1 2 5 10

Fig. 10 : Curbele timpilor de declansare pentru dispozitivele RCD de tipul S (selectiv) si pentru tipul G (uz general) .

Fig. 9 : Valori standard ale timpilor de declansare (s) si timpilor de non-actiune conform IEC 61008.

4.4 Tehnologie

Clasificarea RCD functie de modul de alimentare:"Fara sursa auxiliara de alimentare" sau "Functionare independenta fata de tensiunea de linie".La acest tip de dispozitiv, impulsul de declansare este dat de curentul de defect. Acest mod de alimentare este extrem de fiabil si este recomandat pentru aplicați i rezidenți ale sau similare în cazul unde utilizatorul nu este conșt ient de pericolele curentului electric. Multe tari, in special din Europa, recunosc

eficacitatea acestor dispozitive pentru utilizari in spatiile rezidentiale sau similare. "Cu sursa auxiliara de alimentare" sau "functionare dependenta de tensiunea de linie".La acest tip de dispozitiv, impulsul de declansare necesita o sursa independenta de curentul de defect.In general aceasta sursa este chiar circuitul protejat. Cand circuitul este pus sub tensiune, RCD este alimentat si el. Daca pe circuit nu exista tensiune, RCD nu poate lucra , dar nici nu exista vreun pericol.

Type In I∆∆∆∆∆n Valori standard ale timpilor de declansare (s) si timpilor de non-actiune (s) ale curentului rezidual (I∆) egal cu:

5 A, 10 AA A I∆∆∆∆∆n 2 I∆∆∆∆∆n 5 I∆∆∆∆∆n 20 A, 50 A

100 A, 200 A500 A

General Orice Orice valoare valoare 0.3

0.15 0.04 0.04 Timp maximde declansare

S u 25 > 0.030 0.5 0.2 0.15 0.15 Timp maximde declansare

0.13 0.06 0.05 0.04 Timp minimde non-actiune


Aceste dispozitive sunt proiectate sa functioneze netinand seama de caderile de tensiune,atata timp cat tensiunea de atingere poate depasi 50V (pragul tensiunii de atingere). Aceasta conditie este intalnita in cazul in care un dispozitiv continua sa fie alimentat de doar doua faze, cu o cadere de tensiune de 85V intre faze.

O alta deosebire a RCD-urile o constituie auto-protectia. Doua tipuri de dispozitive sunt considerate autoprotejate, daca:c declansarea respectiva depinde doar de curentul de defect, adica toate dispozitivele fara sursa auxiliara sunt autoprotejate,c declanseaza automat atunci cand circuitul protejat numai poate garanta declansarea in cazul aparitiei unui curent de defect (cazul unei caderi de tensiune la 25V).

Observatii:

IEC 60364-531-2-2-2 conditioneaza utilizarea dispozitivelor care nu sunt autoprotejate, "Utilizarea acestora este permisa in instalatii exploatate de personal calificat".

Standardul NF C 15-100, 531.2.2.2 prevede ca acestea nu pot fi utilizate in instalatii de uz casnic sau asemanatoareRCD-ul fara sursa auxiliara de alimentare, la care functionarea nu depinde de alimentarea circuitului protejat, ofera performanta ridicata si sunt deosebit de bine adaptate pentru aplicatii de mare sensibilitate in instalatii rezidentiale sau pentru circuitele finale unde resetarea este permisa personalului necalificat in urmatoarele situatii:c circuitele finale sunt exploatate si ocazional montate de personal necalificat

(fara cunostinte in ceea ce priveste instalarea sau constientizarea riscurilor implicate).c circuitele finale sunt in general monofazate si ocazional bifazate.c aceasta tehnica continua sa ofere protectie,chiar daca neutrul sau o faza sunt intrerupte in amonte de RCD.c dispozitivul functioneaza chiar si atunci cand tensiunea scade la 0 V.c pentru o protectie suplimentara impotriva atingerilor directe, RCD-ul de inalta sensibilitate

Fig. 12 : Exemple de RCD "fara sursa auxiliara de alimentare" si "cu sursa auxiliara de alimentare".

Fig. 11 : Curentul de defect, prin tor, alimenteaza cu energie un electromagnet a carui parte mobila este mentinuta de un magnet permanent. Atunci cand pragul limita este atins, electromagnetul contrabalanseaza atractia magnetului permanent iar partea mobila ajutata de un arc actioneaza mecanic intrerupatorul deconectand astfel circuitul protejat.

IrIa

A


este recunoscut ca fiind cea mai eficienta metoda de protectie in cazul defectelor conductorului PE (nu exista, nu este conectat sau este intrerupt). Aceasta tehnica ofera un avantaj suplimentar în cazul în care rezistența pământului crește semnificativ peste 500 ohmi (instalații vechi, perioadele uscate, coroziunea prizei de pământ, etc), în sensul că anumite RCD-uri cu surse auxiliare, conectate între o fază și PE, nu funcționează corect în condițiile de mai sus.

c Această tehnică este deosebit de robustă dat fiind faptul că nici una dintre componentele electronice nu este continuu conectată la sistemul de distribuție. Rezultatul este insensibilitatea excelentă la supratensiuni și îmbătrânirea componentelor. (Componentele electronice, dacă sunt prezente, sunt conectate la secundarul senzorului de curent de secvență zero și, prin urmare, joacă un rol numai în cazul în care apare o defecțiune și în condiții de tensiune foarte mică.)

c Această robustețe este potrivită pentru instalațiile care nu sunt monitorizate, cazul general al aplicațiilor rezidențiale.Testul de funcționareUn RCD este un dispozitiv de siguranță. Oricare ar fi tehnologia utilizată, acesta trebuie să fie întotdeauna echipat cu un sistem de testare. Deși RCD-urile fără surse auxiliare sunt cele mai fiabile, implementarea sistemelor de verificare a siguranței funcționale a RCD cu surse auxiliare oferă un grad mărit de siguranță, care nu poate totuși înlocui testarea periodică.

c De ce să testăm RCD-urile periodic?În practică, un sistem perfect de testare a siguranței funcționale ,în special cu privire la defecte interne, nu există. Din acest motiv, în Franța, folosirea RCD-urilor cu surse auxiliare este rezervată pentru uz industrial și mari instalații comerciale iar RCD-urile fără surse auxiliare pentru sectorul rezidențial și instalații similare, fapt care este în concordanță cu posibilitățile lor inerente descrise mai sus. În toate cazurile, testarea periodică se recomandă pentru a detecta defecte interne.

c PrincipiuPentru un test, este generat un curent care circulă doar în unul dintre conductorii activi înconjurați de tor, așa cum se arată în figura 13. Rezistorul variabil este reglat pentru a permite trecerea unui curent suficient pentru declanșarea RCD-ului, luând în considerare orice scurgeri de curent de natură să micșoreze curentul de testare. Valoarea maxim admisibilă este de 2.5 ori IΔn (pentru un dispozitiv ajustabil, IΔn fiind valoarea minimă ce poate fi reglată). Principiul de mai sus este foarte frecvent, deoarece este mijlocul de a verifica întregul sistem, adică tor, releu și întreruptor.

Acesta este utilizat pentru protecția împotriva scurgerilor la pământ a prizelor și a întreruptoarelor cu și fără protecție la supracurent integrală. În ceea ce privește releele de curent rezidual cu toruri separate, același principiu este folosit uneori. Anumite relee,de exemplu Merlin Gerin Vigirex, sunt echipate cu o funcție "test" integrată și, de asemenea funcția de monitorizare în permanență a continuității circuitului de detecție (tor / releu link-ul și înfășurarea toroidală).

Test ItestR

Fig. 13 : Schema simplificata a circuitului de testare periodica

4.5 Constrângeri (limitări) privitoare la senzorul de curent

Senzorul este un transformator toroidal. El înconjoară toate conductoarele active și este prin urmare excitat de câmpul magnetic corespunzător sumei algebrice a curenților care circulă în conductoarele de fază și neutru.Curentul indus în tor și semnalul electric la bornele înfășurării secundare, sunt prin urmare proporționale cu curentul rezidual.

Acest tip de senzor poate detecta curenți reziduali de la câțiva mA până la câteva zeci de A.

Cablu de PEPrincipiul funcțional de bază al unui RCD presupune ca senzorul să înconjoare doar conductoarele active. Conductorul de protecție trebuie prin urmare să fie separat de celelalte conductoare, așa cum se arată în figura 14 din pagina urmatoare.

Conductoare mariPentru măsurarea curenților reziduali ai conductoarelor mari, sunt disponibili senzori rectangulari deopotrivă de mari (vezi Fig. 15 pagina urmatoare). Curenții nu ar trebui însumați folosind mai mult de un tor.


Dacă această dificultate este întâlnită la un tablou principal de joasă tensiune din aval de transformator, un tor poate fi instalat la capătul instalației, pe conductorul de legare la pământ al neutrului transformatorului pe partea de JT.(vezi Fig. 16 ). Conform legii lui Kirchhoff , curentul rezidual detectat de torul (N) este identic cu cel detectat de torul (G) pentru acelasi defect aparut in sistemul de JT.

Fig. 17 : Centrarea incorecta in tor produce saturarea magnetica locala in punctul A fapt ce poate cauza declansarea intempestiva.

tor

tor

Fig. 18 : Torul trebuie montat destul de departe fata de curbura cablurilor pentru a evita declansarea intempestiva.

A3

1

2

Fig. 14 : Cabluri de alimentare cu conductor PE

Fig. 15 : Senzori rectangulari pentru cabluri groase si bare

IT / JT

RCD

1

N

G

23

RCD

PE

Fig. 16 : Torul N ofera aceeasi informatie ca si torul G.

Conductoare de intensități mariPentru a obține un răspuns sigur și liniar de la tor, conductoarele active trebuie să fie plasate cât mai aproape posibil de centrul său pentru a ne asigura că efectele lor magnetice se compensează reciproc perfect în absența curentului rezidual. Aceasta din cauza descreșterii proporționale a câmpului magnetic al unui conductor cu distanța. In figura 17, faza 3 produce saturarea magnetică locală în punctul A, adică efectul său nu este proporțional. Rezultatul este același dacă torul este poziționat în apropierea unei curburi a cablurilor (vezi Fig.18 ). Pentru curenți mari, inducția reziduală parazită poate produce un semnal in secundarul torului care determină declanșarea inopinată. Riscul se mărește atunci cand reglajul RCD este mic comparativ cu curenții de fază, în special în cazul unui scurtcircuit.În cazuri dificile (ex. când Ifază max/IΔn este mare), există două soluții pentru a evita declanșarea intempestivă:c

folosirea unui tor mai mare, spre exemplu a

unuia de două ori mai mare decât mărimea necesară conductoarelor date.


c fixarea unui manșon metalic în interiorul torului. Manșonul trebuie executat dintr-un material magnetic (oțel moale, foiță magnetică metalică) (vezi Fig. 19 ).Când toate aceste precauții sunt întrunite, adică::c centrarea conductoarelor,c supradimensionarea torului,c manșonul magnetic,raportul Ifază max/IΔn poate fi de până la 50,000. Un RCD cu un tor încorporat reprezintă un dispozitiv gata de funcționare pentru contractori și electricieni. Fabricantul proiectează cu atenție soluția completă și prin urmare:c centrează perfect conductoarele active și, pentru curenți mici, poate propune și distribui corespunzător un număr de spire primare în jurul torului,c poate „exploata” torul la nivele mai mari de inducție pentru a maximiza energia măsurată și prin aceasta reducând sensibilitatea la inducția parazită cauzată de curenți mari.

Mansonmagnetic

Fig. 19 : Un manson magnetic pozitionat in jurul conductoarelor in interiorul torului reduce riscul declansarii datorita efectelor magnetice ale curentilor tranzitorii

SelectivitateaScopul selectivitatii și al coordonării protecțiilor este să asigure ca numai părții avariate a unui circuit sa îi fie întreruptă alimentarea prin declanșarea protecției.c Selectivitatea „verticală”Acest tip de selectivitate privește funcționarea a două dispozitive de protecție instalate în serie în circuit (vezi Fig. 20 ). Având în vedere toleranțele în jurul pragurilor și timpilor de declanșare ai RCD, sunt folosite atât selectivitatea în funcție de curent cât și cea în funcție de timp.v Selectivitatea în funcție de curent pentru că, în conformitate cu standardele, un RCD trebuie să opereze pentru un curent de defect cuprins între IΔn/2 și IΔn. De fapt, un factor de 3 este necesar între reglajele a două RCD pentru a evita declanșarea simultană a celor două dispozitive, adică IΔn amonte > 3 IΔn aval.

v Selectivitatea în funcție de timp pentru cazurile când curentul de defect depășește brusc ambii curenți nominali (vezi Fig. 21 pagina urmatoare). ). Este necesar să se țină cont de timpul de răspuns, fie el minim, al tuturor mecanismelor, la care poate fi nevoie să se adauge în mod deliberat întârzieri.

Condiția dublă pentru a evita declanșarea Da pentru un defect în aval de Db este:

I∆n (Da) > 3 I∆n (Db) si tr (Da) > tr (Db) + tc (Db)

sau tr (Da) > tf (Db)

unde:- tr = timpul de non-actiune- tc = timpul de deconectare, cuprins între momentul când comanda de operare este dată de releul de măsură și momentul deconectării

(incluzand si timpul de stingere al arcului electric)- tf = timpul de întrerupere, de la detectarea defectului până la întreruperea completă a curentului de defect; tf= tr+ tc.

Circuitele de detectare a pragului pentru releele electronice pot prezenta un fenomen de memorare a defectului. Este prin urmare necesar să se țină cont de un „timp de memorie”, care poate fi gândit ca o creștere fictivă a timpului când un curent circulă, pentru a ne asigura că ele nu acționează după deschiderea unui dispozitiv din aval.

4.6 Aplicații speciale

RCD

RCD

Da

Db

Fig. 20 : Selectivitatea "verticala".


Nota:

O atenție deosebită trebuie acordată determinării condițiilor de selectivitate pentru întreruptoarele cărora li se pot atașa RCD și relee de curent rezidual, folosite împreună (vezi Fig. 22 ). Aceasta deoarece:- un întreruptor cu RCD este caracterizat de timpul de non-acțiune (tr),- un releu de curent rezidual este caracterizat de timpul scurs între momentul apariției defectului și momentul transmiterii comenzii de deschidere, la care este nevoie să se adauge timpul de răspuns al dispozitivului de întrerupere.

Idefect

a) tr tc

tr tcb)

Detectare defect Declansare Db Detectare defect

Selectivitate

Declansare Db

Idefect

a) tr tc

tr tcb)

Fara selectivitate

Fig. 21 : Timpul de intarziere al unui RCD montat in aval (a) trebuie sa ia in considerare timpul de non-actiune tr si timpul de declansare tc al RCD-ului montat in amonte (b).

Vigirex RH

tr = 15 ms

tc = 30 ms

tf = 45 ms

Vigicompact

tr = 60 ms

RCD

RCD

Vigirex

tr = 60 ms

tf < 140 ms

tr = 200 ms

Vigicompact

RCD

RCD

Fig. 22 : Doua tipuri de selectivitate functie de timp intre intrerupatorul Vigicompact cu RCD atasat si releulVigirex (Merlin Gerin). De retinut ca acesti timpi sunt mult mai redusi decat timpii de actionare admisi din figura 9

Este prin urmare necesar să se calculeze timpii succesivi tf și tr ( la 2IΔn, curentul convențional pentru testul de non-acțiune al RCD-urilor temporizate) pentru fiecare RCD, din aval până în amonte.c Selectivitatea "orizontala"Prevăzută în standardul NFC15-100, secțiunea 535.4.2, se caracterizează prin aceea că un RCD nu este în mod necesar amplasat într-un tablou de la capătul instalației cand toate circuitele de plecare sunt protejate de astfel de dispozitive.Doar circuitului defect îi este întreruptă alimentarea.


Dispozitivele de curent rezidual amplasate pe celelalte circuite (în paralel cu cel defect) nu detectează curentul de defect (vezi Fig. 23 ).Dispozitivele de curent rezidual pot avea prin urmare setat același tr.În practică, selectivitatea orizontală poate fi originea unei probleme. Declanșarea necorespunzătoare a fost observată, în special în sisteme IT și cu cabluri foarte lungi (capacități parazite în cabluri) sau filtre capacitive (computere, sisteme electronice, etc). Declanșarea poate apărea și în circuitele care nu au fost afectate, așa cum se arată în figura 24.

DescărcătoareDepinzând de normele locale pentru instalatii electrice, RCD pot fi conectate în amonte sau în aval de un descărcător. Dacă RCD este plasat în amonte, detectează unda de curent produsă de fulger și poate declanșa. Este recomandată o întârziere pentru RCD. Dacă RCD este în aval,atunci foate fi folosit un RCD standard. Perturbații produse de curenții de scurgere (descărcare)Există o varietate de curenți de scurgere (descărcare) susceptibili să perturbe funcționarea corectă a RCD:c curenți de scurgere la frecvență industrialăc curenți de scurgere tranzitorii,c curenți de scurgere de frecvență înaltă.

Circulația acestor curenți poate fi naturală, când trec prin capacitanțele distribuite de-a lungul cablurilor în instalație, sau „ intenționată”, când traversează componente folosite în mod deliberat, cu precădere filtre capacitive instalate pe circuitele de alimentare ale dispozitivelor electronice (computere, variatoare de viteză, etc) . Scopul acestor filtre este să aducă aceste dispozitive la concordanța cu standardele de emisii și imunitate impuse de directivele europene privind compatibilitatea electromagnetică.

Fig. 23 : Exemplu de selectivitate "orizontala".

RCDRCD

c Curenții de scurgere la frecvență industriala (50 sau 60 Hz) (vezi Fig. 25 pagina urmatoare)Acești curenți sunt generați de sursa de alimentare și circulă în mod natural sau intenționat.

Pentru un dispozitiv monofazat funcționând la 50 de Hz, sunt înregistrați curenți de scurgere permanenți de aproximativ 0,5 până la 1,5 mA. Acești curenți se însumează dacă dispozitivele sunt conectate la aceeași fază. Dacă dispozitivele sunt conectate la toate cele 3 faze, acești curenți se anulează (suma algebrică este egală cu zero).Din cauza acestor curenți de scurgere, numărul de dispozitive care pot fi conectate în aval de RCD este limitat. Vezi Anexa 3 pentru o comparație între curenții de scurgere în diferite sisteme (TT, TN sau IT) unde se explică de ce numărul de dispozitive care pot fi conectate într-un sistem IT este mai mic decât în sistemele TT sau TN. Dat fiind faptul că declanșarea DCR poate avea loc începând de la 0,5IΔn, este recomandat, pentru a evita declanșarea intempestivă, să se limiteze curentul de scurgere permanent la 0,3 IΔn pentru sisteme TT și TN și 0,17 IΔn pentru sisteme IT.

Db

Da

RCD

(A)

(B)

RCD

1

2

3

cabluri lungi

Cp

Fig. 24 : In cazul unui defect, Da poate declansa inaintea lui Db.


Folosirea unui DCR cu un domeniu de operare îngust (0,7 IΔn până la IΔn) reduce această limitare. O gamă îngustă de operare este disponibil de la "si" (super-imunizate) sau RCDS Vigirex de la Merlin Gerin.c Curenții de scurgere tranzitoriiAcești curenți apar la punerea sub tensiune a unui circuit cu un dezechilibru capacitiv sau în timpul unei supratensiuni care apare în regim normal de funcționare (vezi Fig. 26 ).Spre exemplu, măsurători efectuate la punerea în funcțiune a unei stații de lucru dotate cu filtre capacitive au arătat existența curenților de scurgere tranzitorii cu următoarele caracteristici:

v amplitudinea primului varf : 40 Av frecventa oscilatiei: 11.5 kHzv timpul de amortizare (66 %): 5 perioadeRCD-urile cu un anumit timp de întârziere împiedică declanșarea intempestivă provocată de acest tip de undă. De exemplu tipul "si" RCDs (I∆n = 30 mA and 300 mA), Vigirex si S-type RCDs (I∆n ≥ 300 mA).

c Curenții de scurgere de frecvență înaltaCurenții de scurgere de frecvență înaltă (de la câțiva kHz la câțiva MHz) sunt rezultatul tehnicilor folosite de variatoarele de viteză sau balastul electronic al iluminatului fluorescent. Anumite conductoare sunt supuse unor gradienți de tensiune foarte mari (aproximativ 1kV/µs), care generează vârfuri majore de curent prin capacitățile parazite ale circuitelor. Curenți de scurgere de câteva zeci sau sute de mA pot circula și pot fi detectați de RCD așa cum se arată în figura 27 pentru un variator de viteza.Spre deosebire de curenții de scurgere de frecvență industrială pentru care suma algebrică este zero, acești curenți de frecvență înalta

Intrerupereacurentuluigenerat de trasnet

Descarcator

A

RCD

B

RCD

Fig. 25 : In functie de reglementarile locale, in instalatiile prevazute cu descarcatoare, RCD pot fi montate in punctul A (tipul S sau RCD imunizate) sau in punctul B (RCD standard)

Fig. 26 : Curentul de scurgere cauzat de capacitatile distribuite de-a lungul cablurilor sau care curge prin condensatorii de intrare ai dispozitivelor (linia punctata)

Fig. 27 : Deranjamentele RCD cauzate de curentii de scurgere de frecventa inalta.

N

Ma

a

N

Dispozitiv cu

filtru capacitiv

nu sunt simetrici pe toate cele 3 faze iar suma lor constituie un curent de scurgere care nu poate fi neglijat.

Pentru a evita declanșarea intempestivă, RCD trebuie protejate împotriva acestor curenti de frecvență înaltă. (echipati cu filtre trece-jos). Acesta este cazul RCD-urilor din gama Vigirex si cei de la Merlin Gerin tipul “S”, “A si” and “B”.

Variatoare de viteza

Pentru combinații de RCD și variatoare de viteză care utilizează conversia de frecvență, este necesar să se considere simultan un număr de constrângeri precum:c curenții de scurgere la punerea sub tensiune,

c curenții de scurgere permanenți la 50/60 Hz,c curenții permanenți de scurgere de frecvență înaltă,c formele de undă particulare ale curentului pentru defecte la terminalul de ieșire,

c componenta continua a curentului pentru defecte ale redresoarelor.


O analiză a acestor fenomene și soluții pentru a satisface constrângerile sunt prezentate în detaliu în Caietul Tehnic nr. 204, „Dispozitivele de protecție de JT și variatoare de viteză”.

Vezi deasemenea Anexa 2, Tipuri de convertoare si forme de unda ale curentilor de defect.

Surse de Putere Neîntreruptibile (UPS-uri)

Într-o instalație cu surse de rezervă precum UPS-urile, sistemul de protecție trebuie să țină cont de diferitele configurații posibile, în special funcționarea în curent alternativ sau pe baterii, etc.

In exemplul din figura 29, instalatia (sistem TT ) include un UPS. Daca sursa de curent alternativ cade, este necesară legarea la pământ a neutrului în aval de UPS (adică să se închidă contactorul K) pentru a se asigura funcționarea corectă a RCD.Totuși, această operație de legare la pământ nu este indispensabilă pentru protecția persoanelor deoarece:c instalația devine un sistem IT și primul defect nu este periculos,c probabilitatea unui al doilea defect de izolație care să survină în timpul scurt de operare pe baterie este foarte mică.

Fig. 28 : RCD cu filtre pentru curenti de inalta frecventa(Vigirex RH99M si RH99P de la Merlin Gerin.

Versiunea modulara

Versiunea fixa (pe panou)

Fig. 29 : Atunci cand este detectata o pierdere de putere contactorul K se inchide pentru a recrea un sistem TT in aval de UPS.

3L

3L

3LN

Intrerupator 3L

3L

N

3L

N

3L

N

AC Cupla

N

Priority

Non-priorityloads

NReleu ce detecteaza

lipsa tensiunii

automat cupla

Separator manual

(Intretinere)K

loads Defect alimentat de sursa de AC

Defect alimentat de bateria UPS


5 Concluzii

Intr-un timp in care curentul electric joaca un rol dominant in aplicatiile rezidentiale, comerciale si industriale, este benefic sa se revizuiasca si cuantifice pericolele datorate curentului electric si sa se ofere informatii despre dispozitivele de curent rezidual (RCD).Toate acestea au atat puncte forte, cat si puncte slabe. Desi nu sunt complet perfectate, ele joaca un rol important in protectia vietii si a proprietatii. Toate tarile industrializate folosesc pe scara larga dispozitive RCD, cu o varietate de sisteme de impamantare, atat in industrie, cat si in locuinte. Cele mai importante aspecte referitoare la dispozitivele RCD sunt:

c Pentru protejarea persoanelor impotriva contactului direct, un dispozitiv RCD nu este doar folositor, ci de obicei, este chiar o masura suplimentara ceruta de standarde, indiferent de sistemul de legare la pamant. Este ultima linie de aparare in protejarea vietii umane.

c Pentru protejarea persoanelor impotriva contactului indirect, un RCD este:v obligatoriu pentru sistemul TT,v necesar pentru sistemul IT daca exista mai multe impamantari,v recomandat pentru circuite foarte lungi in sisteme TN si ITc Dispozitivele RCD asigura protectie si impotriva: vincendiilor de natura electrica; acestea sunt singurele mijloace eficiente de a micsora riscul de incendiu cauzat de conturnari, indiferent de sistemul de legare la pamant

v distrugerea utilajelor din sistemul TNDispozitivele RCD moderne progreseaza continuu in termeni de fiabilitate si imunitate la fenomene de interferenta ce nu sunt defecte de izolatie. Scopul acestui document este de a aprofunda cunostintele despre dispozitivele RCD, contribuind implicit la siguranta vietii si a proprietatii.


Anexa 1: Calculul tensiunii de atingere

Aceasta sectiune indica sumar cum sunt calculate tensiunile de atingere datorate defectelor de izolatie, in functie de sistemul de legare la pamant.

UdRd

N

A U0

BC

D

PE

Id

Sistem TN

Fig. 30 : Tensiunea de atingere in cazul defectelor de izolatie intr-un sistem TN .

Ud =0.8 U

2if R R and Rd = 0o

PE ph= IdU

R Rd R0.8 U

R +Ro

AB CD

o

ph PE=

+ +⇒

Intru-un sistem 230/400 V, tensiunea de atingere Ud este, prin urmare, 92 V. aceasta tensiune este mai mare decat conventionala tensiune de atingere limita UL si reprezinta un pericol, si astfel circuitul trebuie deschis. In general, in fuctie de curentul de defect Id, deschiderea circuitului poate fi initiata de dispozitivele de protectie la supracurenti.

Cand valorile rezistentelor Rph si RPE sunt ridicate sau necunoscute, este necesara protectia prin RCD

Pentru mai multe informatii vezi Cahier Technique, publicatia nr. 172, Sisteme de impamantare in JT.


Sistemul TT

Ud

N

PE

Rb Ra

IdU0

Fig. 31 : Tensiunea de atingere in cazul defectelor de izolatie intr-un sistem TT .

N

If

If If

Rb

If

Dispozitivde monitorizare

a izolatiei(DMI)

Descarcator

U0 321N

PE

Cf

Icn Ic1 Ic2

Cf Cf Cf

Ud ≈ Rb If

Fig. 32 : Tensiunea de atingere in cazul defectelor de izolatie in cazul sistemelor IT .

IT system

Intr-un sistem 230/400 V, tensiunea de atingere este aproximativ 115 V ( daca Ra=Rb). Aceasta tensiune este mai mare decat conventionala tensiune de atingere limita UL si reprezinta pericol, si astfel circuitul trebuie deschis. Daca rezistenta solului este aproximativ de 10Ω, curentul de scurtcircuit este aproximativ 11 A. In general, deschiderea circuitului nu poate fi realizata de dispozitivele pentru protectia la supracurenti. Prin urmare , folosirea unui diferential este obligatorie.

IdU

R Ro

a≈

+ bUd

RR R

a

a b=

+Uo

Chiar si in cazul in care capacitatile de dispersie au valoarea de 1 µF, curentul de scurgere If pentru primul defect este mai mic de 0.1 A.Rezultatul este o tensiune de atingere nepericuloasa de aproximativ 1V nefiind necesara deconectarea circuitului pentru primul defect. In cazul aparitiei celui de-al doilea defect, situatia este similara sistemelor TN.


Anexa 2: tipuri de convertizoare si forme de unda ale curentilor de defect

Fig. 33 : Scurtcircuite corespunzatoare diferitelor ansamble de redresare (continuare in p. 26).

Standardul EN50178 (Echipamente electronice utilizate in instalatii de putere) indica tipurile de RCD ce se folosesc in combinatie cu diferite

ansamble de semiconductoare.Deasemenea acesta indica si formele de unda corespunzatoare curentilor de defect.

L

1

2

3

4

5

ILIL

IdN tPE

LIL

IdNPE

L

IL

IdN

PE

L2L3

L1

IL

IdNPE

L

IL

IdN

PE

Id

t

Id

t

IL

t

Id

t

IL

t

Id

t

IL

t

Id

t

IL

t

Single-way connectionwith back - e.m.f. ioad

Three-phase star connection

Two-pulse bridge connection

Two-pulse bridge connectionhalf-controlled

Single-way connection

Connection Curentul de defectCurentul în timpul funcționării normale


Circuitele nr. 8 si 9 trebuie protejate de diferentiale de tip AC, A sau B.

Circuitele nr. 1,4 si 5 trebuie protejate cu diferentiale de tip A sau B.

Circuitele nr. 2,3,6 si 7 trebuie protejate cu diferentiale de tip B.

Exemple de sarcini ce necesita dispozitive RCD de tip A sau B:c Echipamente monofazate cu diode redresoare (circuitul nr. 4)v Ca de exemplu pompe, ventilatoare, aparate de aer conditionat, echipamente de ridicare si manevrare, ascensoare, masini de ambalat, masini speciale ( masini –unelte, etc.) cu puteri variind intre 0,37 si 2,2 kW alimentate la 230 V/50 Hz (pentru puteri mai mari, sursa fiind in general trifazata).

Un defect de izolatie poate apare in care un rezistor de franare este conectat la circuitul de curent continuu (bara de CC), un defect intern de izolatie fiind putin probabil.v Surse de putere pentru circuite de curent continuu:Ca exemple pot fi date echipamente de sudura, acumulatoare, dispozitive electronice ( controllere PLC, regulatoare, etc), bobinaje de excitatie pentru motoare de curent continuu, bobine de electromagnet.Maximul de putere pentru acestea este de 3 kW ( pentru puteri mai mari, sursa este in general trifazata).

Observatie: De cele mai multe ori, aceste dispozitive au un transformator de separatie montat in amonte de redresor. In acest caz, un defect de izolatie intre circuitul de curent continuu si pamant nu creaza scurtcircuit. Astfel, este posibila functionarea cu un pol al sursei de curent continuu pus la pamant.v Surse de alimentare stabilizateExemplele includ sursele pentru calculator, echipamente stereo si video, etc.

7

8

9

6

N

L1

IL

IdL2

PE

Id

t

IL

t

Two-pulse bridge connectionterminal connection between phases

Six-pulse bridge connection (Three-phase bridge connection)

L

A.C. power controllerphase control

A.C. power controllermulti-cycle control

IL

IdNPE

N

L1

IL

IdL2

PE

L3

IL

t

Id

t

IL

IL

t

Id

t

Id

t

LIL

IdNPE

Connection Fault currentMains current in normal operation

Fig. 33 (continuare din p. 26).: Scurtcircuite corespunzatoare diferitelor ansamble de redresare


c Redresoare cu tiristori (circuitul nr. 5)v Variatoare de viteza pentru motoare de curent continuu: aceasta metoda a fost inlocuita in mare parte de utilizarea convertizoarelor de frecventa; puterea pentru aceste echipamente este sub 10kWv Incarcatoare pentru baterii acumulatoareAcest tip de redresor este folosit pentru un anumit tip de incarcatoare; totusi, un transformator de separatie este montat in amonte de redresor; prin urmare, nu exista curent rezidual daca are loc un scurtcircuit in aval de redresorAlte tipuri de echipamente ce pot genera curenti de defect nesinusoidalic Convertizoare de frecventa cu sursa de alimentare monofazataCircuitul de alimentare este circuitul nr. 4. Pentru un defect in circuitul de cc. este necesar un RCD de tipul A. Forma undei de curent pentru un defect aparut la iesirea dintr-un convertizor monofazat este ilustrata in figura 34. Aceasta reprezentare nu este descrisa in standardele prezente. . IEC a inceput studiile acestor cazuri speciale. Chiar daca acest curent nu corespunde formelor de unda indicate pentru RCD-urile de tip A, RCD de tip A de la Merlin Gerin ofera protectie.c Convertizoare de frecventa trifazateCircuitul de alimentare este circuitul nr. 7 si necesita un RCD de tip B.Forma undei de curent pentru un defect aparut la iesirea dintr-un convertizor trifazat este ilustrata in figura 35.Un RCD de tip B este o potrivire perfecta. Daca nu exista riscul unui scurtcircuit pe bara de curent continuu, se poate utiliza si un RCD de tip A, chiar daca acest scurtcircuit nu corespunde formelor de unda indicate pentru un diferential de tip A.

Fig. 35 : Curentul de defect la iesirea dintr-un convertizor de frecventa trifazat

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.020.01 0.030 0.04

A

t

(s)

Fig. 34 : Curentul de defect la iesirea dintr-un convertizor de frecventa monofazat.

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.010

A

t

(s)

0.02


N C

CPE

i1V1

a

N C

CPE

i1

i2

V1

V2

a

a

Fig. 36 : Dispozitiv conectat la un sistem TN

Fig. 37 : Dispozitiv conectat la un sistem IT

Anexa 3: curenti de scurgere pentru diferite sisteme de legare la pamant

Diferenta intre curentii de secventa directa in sisteme TT/TN si ITSe considera schema simplificata a unui dispozitiv monofazat alimentat in sistem TN. Condensatorii C sunt conectati intre conductoarele active si pamant pentru a conferi dispozitivului imunitate la fluctuatiile de putere ale sistemului.

Curentul masurat de RCD este egal cu:i1 = V1 C ωPentru un sistem IT, daca se presupune ca primul scurt are loc pe faza 2, schema simplificata este cea din Fig. 37

Curentul masurat de RCD este egal cu: iT = i1 - i2

unde i1 = (V1 - V2) C ω

i2 = V2 C ω

Mai departe, rezulta ca:

V1 = V sinωt

V2 = V sin(ωt - 2π )3

Calculand pe iT:

iT = i1 - i2 = (V1 - 2V2) C ω

i V C sin t - 2sin t -23T = ⎛

⎝⎜

⎞⎠⎟

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥ω ω ω

π

i V C sin t - 2 sin t cos23

- sin23

cos tT = ⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥ω ω ω

π πω

i V C 2 sin t +3

2 cos tT =

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟ω ω ω

Aceasta expresie poate fi scrisa sub forma :iT = V C ω 2 a (cosα sinωt + sinα cosωt) iT = V C ω 2 a sin(ωt + α)

De aici rezulta:a cosα = 1a sinα =

32

Prin urmare: a2 cos sin 134

2 2α α+( ) = +

Ca un rezultat:a = 72

i V C 7sin( t )T = +ω ω α

Valoarea absoluta a curentului de scurgere este de7 ≈ 2,6 ori mai mare pentru primul scurt intr-un sistem IT decat intr-un sistem TN.


TT TN-S ITNr maxim de balasturi pentru fiecare RCD

300 mA 300 220 10030 mA 30 22 10

TT TN-S IT

Nr maxim de consumatori per 30 mA "si" RCD

Office PC * 6 4 2Workstation ** 3 2 1

Drept urmare, este necesara reducerea numarului de dispozitive din sistemul IT monitorizate de un RCD, ajungandu-se la un numar comparabil cu cel dintr-un sistem TN (vezi tabelul de mai jos). .Limitarea numarului de dispozitive monitorizate de fiecare RCD:Sarcina formata din mai multe computere.

*: Include un PC, un monitor si o imprimanta **:Include un PC cu periferice, un monitor mare si o imprimanta.

Pentru configuratii mai mici numarul de sarcini poate fi marit. Pentru sarcina data de lampi cu balast electronic:


Anexa 4: Pragurile limita ale RCD si sisteme de alimentare cu tensiune

In Statele Unite, anumite circuite ce alimenteaza prize si nu sunt echipate cu conductor PE, sunt protejate de un intrepator legat la pamant GFCI (ground-fault circuit interrupter) care este de fapt un dispozitiv de curent rezidual. Acest fapt este impus de articolul 210-8 din NEC 680-10, 511-10. Daca protectia impotriva curentului rezidual este oferita, atunci acest dispozitiv este instalat in priza si are sensibilitate de 5 mA.

Decizia de a utiliza o sensibilitate de 5 mA (±1 mA) nu este discutata in detaliu, dar este explicata de un numar de factori.

A se observa ca distributia de 120V in sistemul TN-S reduce semnificativ riscurile. Daca are loc un defect de izolatie intr-un dispozitiv si rezistenta conductorilor de faza ( marime, lungime) este echivalenta cu cea a conductorilor de retur (PE sau metal), tensiunea de atingere a maselor electrice (ECP) ale dispozitivului defect este aproximativ jumatate din tensiunea de faza, si anume 60 V.

Aceasta tensiune de 60V este apropiata de tensiunea de 50 V, ce este recunoscuta ca fiind nepericuloasa ( tensiunea limita de atingere conventionala). Prin urmare, organizatia de standardizare din Statele Unite considera, ca in functie de caracteristicile distributiei de JT in America de Nord, nu este necesara protectia suplimentara impotriva contactului direct in sisteme trifazate 230/400V unde tensiunea de atingere a maselor electrice a unui dispozitiv defect este de doua ori mai mare.

Aceasta explica de ce, in Statele Unite, protectia impotriva contactului direct nu este obligatorie la tablouri de sigurante, ci doar la prizele anumitor circuite.

Pentru contactul direct cu un conductor, de exemplu un prelungitor deteriorat, tensiunea de atingere in Statele Unite este de 120V. Impedanta corpului uman la o tensiune de 120V este mai ridicata decat cea la 230V si ajunge la valori medii de aproximativ 2200Ω. Curentul care ar traversa astfel corpul ar fi 120V/2200Ω=54.5 mA.

Corespunzator timpilor din standardele IEC, un diferential de 30 mA ar opera in 300ms pentru un curent de 54.5 mA (< 2I∆n). Persoana in discutie ar fi puternic afectata de curentul ce strabate corpul pentru aceasta perioada relativ lunga de timp.

Intr-un sistem cu o tensiune intre faza si nul de 120V , un diferential de 5 mA, este mai bun deoarece timpul de declansare pentru acelasi curent de 54.5 mA ( >5I∆n) este de doar 40 ms. In acest caz, declansarea este la fel de rapida ca in cazul unui diferential de 30mA intr-un sistem de 230V.

Sensibilitatea de 5mA folosita in SUA pentru protectia impotriva contactului direct la prize ar parea, prin urmare, potrivita pentru sistemele bifazate TN-S ( 240 V faza-faza) utilizate in SUA.

Pentru un sistem trifazat (230V faza-nul), o sensibilitate de 30 mA este mai potrivita pentru a oferi protectie impotriva contactului direct, cu dispozitive instalate in tablouri de siguranta sau in prize.


Appendix 5: Bibliography

Reference documents:

c IEC 60364, Electrical installations in buildingsc IEC 60479-1, Effects of current on humanbeings and livestock - Part 1. General aspects

c IEC 60479-2, Effects of current on humanbeings and livestock - Part 2. Special aspects

c IEC 60755, General requirements for residualcurrent operated protective devices

c IEC 60947-2, Low-voltage switchgear andcontrolgear, Part 2. Circuit breakers

c IEC 61008, Residual current operated circuit-breakers without integral overcurrent protectionfor household and similar uses (RCCBs)

c IEC 61009, Residual current operated circuit-breakers with integral overcurrent protection forhousehold and similar uses (RCBOs)

c IEC 61200, Electrical installation guide, Part413. Protection against indirect contact -Automatic disconnection of supply

c EN 50178, Electronic equipment for use inpower installations

Schneider Electric "Cahiers Technique"publications

c Uninterruptible static power supplies and theprotection of personsJ.-N. FIORINA,"Cahier Technique" no. 129c Development of LV circuit breakers to standardIEC 60947-2E. BLANC,"Cahier Technique" no. 150c Earthing systems in LVLACROIX and R. CALVAS,"Cahier Technique" no. 172

c Earthing systems worldwide and evolutionsB. LACROIX and R. CALVAS,"Cahier Technique" no. 173c Disturbances in electronic systems andearthing systemsR. CALVAS,"Cahier Technique" no. 177c The IT earth system in LVF. JULLIEN and I. HERITIER,"Cahier Technique" no.178c Cohabitation of high and low currentsR. CALVAS and J. DELABALLE,"Cahier Technique" no. 187c LV protection devices and variable speeddrives (frequency converters)J. SCHONEK and Y. NEBON,"Cahier Technique" no. 204

Other publications

c Electrical installation guideSchneider Electric CITEF

Schneider Electric Service prescriptionF-38050 Grenoble cedex 9Fax: 33 (0)4 76 57 65 28

E-mail : [email protected]

Editor: Schneider ElectricDTP: Axess

© 2

006

Sch

neid

erE

lect

r ic

02-06xxxxx

Caiet Tehnic Nr.114

Documents

Transcript of Caiet Tehnic Nr.114