U prethodna dva nastavka obnovljena su osnovna znanja o djelovanju RCD zaštitne sklopke, tj. kako RCD sklopka djeluje kao zaštita od strujnog udara zbog izravnog i neizravnog dodira dijelova pod naponom u izmjeničnom dijelu instalacije u plovilima. Objašnjeno je ponašanje sustava napajanja s RCD sklopkom i autonomnim izmjenjivačem i sustava napajanja s RCD sklopkom i dvosmjernim pretvaračem pri kvaru izolacije izmjenične instalacije tj. proboja napona na metalne dijelove. Obnovljeno je znanje o ponašanju instalacije predviđene i za priključak na izmjeničnu obalnu mrežu sustava s autonomnim izmjenjivačem i sustava s dvosmjernim pretvaračem, ali ako se u instalaciji primjeni i RCD sklopka i uređaji za sprečavanje nepoželjnih galvanskih struja (galvanski izolator ili izolacijski transformator). Razmotrene su situacije broda u plovidbi i broda priključenog na obalno, pravilno izvedeno napajanje iz obalnog ormarića. U ovom nastavku zaokružit ćemo temu RCD sklopke upoznavanjem glavnih karakteristika RCD sklopke što će olakšati pravilan izbor. RCD sklopka se izvodi kao monofazna (2 pola: faza i nula) i kao trofazna sklopka (4 pola: 3 faze i nula). U manjim plovilima za očekivati je da se projektira monofazno izmjenično napajanje, za složenija plovila sa složenijim i zahtjevnijim trošilima projektirat će se trofazno napajanje trošila.
Foto: Schrack Technik
Najvažniji podaci RCD sklopke su nazivna struja In i nazivna struja greške IΔn
RCD sklopka, to jest kombinirani zaštitni prekidač koji objedinjava i RCD sklopku i zaštitni prekidač, neizostavan je dio instalacije na plovilu. No, kako se snaći u „šumi“ postojećih tipova? Zato će se upoznati specifičnosti po kojima se razlikuju izvedbe RCD sklopki.
Foto: Schrack Technik
RCD sklopke se izvode s nazivnim strujama iz niza: In = 10-13-16-20-25-32-40-63-80-100-125 A. Nazivna struja je ona struja koju RCD sklopka može trajno provoditi i za koju su joj predviđeni sklopni kontakti. Isto tako, propisane su i nazivne struje kvara: IΔn = 0,01 – 0,03 – 0,1 – 0,3 A. U zgradarstvu se najčešće rabe RCD sklopke s 30 i 100 mA strujom kvara. Na plovilima se koristi RCD sklopka s 30 mA strujom kvara jer je to granična struja koja još nije opasna za ljudski život (u zgradarstvu se ova sklopka koristi za vlažne prostore – kupaone, bazene itd…). Koja je logika onda postojanja RCD sklopke sa strujom greške 300 mA, kada je to već opasna – letalna struja za čovjeka? U zgrade se ne smiju ugrađivati RCD sklopke kod kojih je produkt struje kvara i mrežnog napona veći od 100 W (0,3 A x 230 V = 69 W) kako bi se ograničila snaga pri događaju kvara koja je potencijalni uzrok zapaljenja i stvaranja požara! RCD sklopke nam tako služe i kao zaštita u sprječavanju nastanka požara uzrokovanog kvarom instalacije. Istraživanja navode da neispravna elektroinstalacija uzrokuje 40% od ukupnog broja požara.
RCD sklopka prema normi ne smije otvoriti strujni krug sve dok je struja kvara manja od 50% nazivne struje kvara. Ako je struja kvara veća od 50% nazivne struje kvara, tada RCD sklopka mora otvoriti strujni krug! To znači da RCD sklopka s nazivnom strujom kvara 30 mA uz stvarnu struju kvara od 10 mA još neće otvoriti strujni krug, no curenje od 15 do 30 mA mora pouzdano u zadanom vremenu otvoriti strujni krug!
RCD sklopka prema tipu struje kvara
RCD sklopke dijelimo i prema tipu struje kvara na koju mogu reagirati. Različita trošila mogu imati različiti tip, (valni oblik) struje kvara. Tako imamo sklopke tip AC, tip A i tip B.
RCD sklopka tip AC reagira samo kod pojave struje kvara sinusnog oblika.
RCD sklopka tip A osim na sinusni oblik struje kvara (isto kao i tip AC) reagira i na pojavu pulsirajućih istosmjernih struja kvara koje nastupaju iznenada ili polaganim rastom. Sklopka tipa A je osjetljivija pa je stoga i skuplja. Dobro je pročitati kakav tip RCD sklopke zahtijevaju trošila, npr. kod uputstava za moderne perilice rublja piše da treba koristiti RCD sklopke tip A jer perilice imaju puno elektronike i uslijed kvara se može dogoditi da je struja kvara pulsirajuća i onda obična RCD sklopka tip AC ne bi pravilno zaštitno reagirala.
RCD sklopka tip B je osjetljiva na AC struje, na pulsirajuće DC struje i na DC struje kvara ustaljene razine. Rješenje okidanja RCD sklopke tip B prilagođeno je svim mogućim oblicima struje kvara, no zato je ova sklopka i najskuplja. Sve ove navedene struje kvara mogu se pojaviti iznenada ili s nekim polaganim porastom, a RCD sklopka tip B će pouzdano i pravilno reagirati.
RCD sklopke tip AC i A su naponski neovisne sklopke. To znači da za mehanizam okidanja nije potrebno nikakvo posebno napajanje, slika 2., lijevo. Kod ovih RCD sklopki energija inducirane struje na sekundaru mjernog transformatora je dovoljna da pokrene mehanizam otvaranja sklopke.
RCD sklopke tip B su univerzalno osjetljive sklopke osjetljive na sve tipove struje kvara (sinusne, pulsne DC i ustaljene DC struje). Jedan dio RCD sklopke tip B je građen jednako kao i tip A, no tip B ima još jedan dodatni mjerni transformator W2 i elektroniku E, slika 2., desno. W1 mjerni transformator detektira AC i pulsne DC diferencijalne struje kvara dok W2 detektira ustaljenje DC struje kvara. Tip B je sastavljen od naponski nezavisnog mehanizma okidanja kao i sklopka tipa A, ali i naponski zavisnog dijela jer se mora napojiti elektronika. Tip B ima i LED indikaciju koja nam javlja da li je elektronika u funkciji. Na slici 2. prikazuju se i simboli kojima se RCD sklopke označavaju na kućištu.
Foto: Schrack Technik
Na slici 3. prikazuju se oblici mogućih struja kvara u zavisnosti od trošila koja sadrže upravljive i neupravljive poluvodičke ventile, uz napomenu o tipu RCD sklopke koja može reagirati na tu struju kvara. Dobro je ne podcijeniti današnju raznolikost trošila i lakomisleno uzeti najjeftiniju RCD sklopku tipa AC koja možda neće reagirati upravo onda kada je najpotrebnije! Gotovo da bi razmišljanje moralo ići samo u smjeru izbora između A i B tipa RCD sklopke! U Njemačkoj, Belgiji ili Švicarskoj se mora koristiti RCD sklopka isključivo A tipa i sklopke tipa AC nisu dozvoljene! Razlika između sklopki tipa AC i A je u materijalu od kojeg je izrađena feritna jezgra.
Foto: Schrack Technik
RCD sklopke prema vremenu reakcije na struju kvara
Prema vremenu reakcije RCD sklopke dijelimo na standardne, tip S i tip G:
Standardni tip – bez kašnjenja isklopa,
G tip – s kašnjenjem isklopa minimalno 10 ms,
S tip – selektivna RCD sklopka s povećanim kašnjenjima.
Zašto je bitno kašnjenje djelovanja?
Pri atmosferskim pražnjenjima struja munje kroz uređaje prenaponske zaštite može dovesti do nepotrebne prorade standardne RCD sklopke. Trajanje ovog događanja je do 10 ms (do jedne poluperiode mrežnog napona). RCD sklopka tipa G stoga ima kašnjenje isklopa od 10 ms. Ovo vremensko kašnjenje ne smanjuje konačno maksimalno dozvoljeno vrijeme isklapanja RCD sklopke. Na plovilima je u tom smislu moguće primijeniti i G tip i standardni tip.
RCD sklopka tipa S u pravilu ima veća kašnjenja. U primjenama u zgradarstvu to je potrebno zbog principa selektivnosti. Primjerice pri kvaru u kupaoni želimo da „ispadne“ opskrba samo kupaone, a ne i cijelog stana! Samo prva sklopka u nizu od izvora (mreže) mora biti RCD sklopka tipa S, s kašnjenjem isklopa minimalno 40 ms. Dodatno, nazivna struja kvara I∆n prve RCD sklopke u nizu od izvora mora biti minimalno 3 x I∆n struje kvara slijedne RCD sklopke. Dakle prema izvoru postavljamo RCD sklopku tipa S sa 100 mA struje kvara, a prema trošilu standardnu RCD sklopku s 30 mA struje kvara. Ako je riječ o jednostavnim plovilima onda se o selektivnosti ne razmišlja, ali ako je riječ o ozbiljnijim plovilima onda primjena principa selektivnosti može biti bitna!
Na slici 4. uočava se kako su najveća vremena isklapanja definirana normom i da su to kraća što je stvarna struja kvara veća u odnosu na nazivnu struju kvara potrebnu za proradu. Tako se pri standardnoj izvedbi RCD sklopke s nazivnom strujom greške od 30 mA isklapanje uz nazivnu struju kvara od 30 mA mora dogoditi do 300 ms nakon pojave kvara, a pri dvostrukoj struji kvara isklapanje se mora dogoditi za najviše 150 ms, a pri peterostrukoj struji kvara isklapanje se mora dogoditi za maksimalno 40 ms. Što je veća stvarna struja kvara, to se prekidanje i otvaranje strujnog kruga mora događati brže.
Foto: Schrack Technik
Na slici 5. prikazuju se RCD sklopke tip G sa strujom kvara 30 mA i tip S sa strujom kvara 100 mA s kojima je moguće postići selektivnost. Uz najveća dozvoljena vremena isklapanja pojedine RCD sklopke, norma definira i najkraće vrijeme odgode isklapanja, tj vrijeme za koje RCD sklopka još ne smije reagirati i uz prisutnu struju kvara. Tek ako struja kvara traje dulje od vremena odgode isklapanja, tada sklopka mora otvoriti strujni krug. Tako je žuto i plavo područje međusobno razmaknuto čime se i dokazuje osigurana selektivnost.
Foto: Schrack Technik
RCD sklopke s indikacijom razine struje kvara
RCD sklopka se može opremiti LED indikacijom razine struje kvara i pomoćnim kontaktom. Ako je struja kvara manja od 30% nazivne struje kvara, tada je indikacija zelena i pomoćni kontakt je otvoren. Ako je razina struje kvara od 30 do 50% tada je pomoćni kontakt zatvoren i dojavljuje mogući skori kvar, a LED indikacija je pri tome žuta. Ako je struja kvara preko 50%, tada je LED indikacija crvena, a pomoćni kontakt je zatvoren. Komercijalni naziv za ovu sklopku je PRIORI, slika 6.
Foto: Schrack Technik
Pribor uz RCD sklopku
Ovisno o konkretnom tipu i izvedbi RCD sklopke moguće ju je dodatno opremiti i pomoćnim kontaktima za višestruku dojavu stanja glavnih kontakata, ali i uređajem za automatski daljinski uklop, slika 7.
Foto: Schrack Technik
AFDD = zaštitni prekidač + RCD sklopka + detekcija strujnog luka
Ako u električnoj instalaciji zgrade ili plovila dođe do trajnog strujnog luka (iskrenja!) malo treba u skučenom prostoru da se dogodi i zapaljenje okoline. Strujni luk, iskrenje u aktivnom vodu ne prepoznaje niti jedan do sada opisani zaštitni uređaj. Stoga je razvijen uređaj za detekciju strujnog luka u izmjeničnoj instalaciji (engl. Arc Fault Detection Device, AFDD).
RCD sklopka kako smo već ranije opisali primjećuje curenje struje prema zemlji, ovisno o tipu, već od 15 mA i otvara strujni krug ispod 100 ms. Dakle ako takva struja „procuri“ kroz čovjeka ona ne ostavlja posljedice. Struja od 15 mA pri 230 V mrežnog napona predstavlja snagu od 0,015 A x 230 V = 3,5 W, a to je snaga koja ne može još izazvati požar. RCD sklopke nam tako služe i kao zaštita čovjeka od udara električne struje, ali i u sprječavanju nastanka požara uzrokovanog električnom strujom. Zaštitni prekidač ne može primijetiti curenje struje prema zemlji. AFDD – uređaj za detekciju strujnog luka – prepoznaje struju curenja prema zemlji jer u sebi ima RCD dio, slika 8!
Foto: Schrack Technik
Sljedeća vrsta kvara u instalaciji je pravi paralelni kratki spoj na stezaljkama trošila, dakle spoj između linije i nul vodiča. Takav kratki spoj (ali već i preopterećenje preko neke nazivne struje) zbog načela djelovanja ne može prepoznati RCD sklopka već samo zaštitni prekidač. Zaštitni prekidač posjeduje termomagnetski okidač osjetljiv na preopterećenje (niske razine nadstruje) i na kratki spoj (velike razine nadstruje). Pri preopterećenju, zaštitni prekidač će otvoriti strujni krug nakon nešto duljeg vremena, štiteći tako primarno vodiče i kabele od pregrijavanja. Uz velike nadstruje, dakle uz izravne kratke spojeve, trajanje isklopa će biti značajno kraće. Ako je čovjek izložen izmjeničnom naponu većem od 50 V uz frekvenciju napona od 50 Hz, onda se u smislu zaštite čovjeka, trajanje struje kroz čovjeka uz izmjenični napon od 230 V, 50 Hz ne smije biti dulje do 170 ms, a u izrazito lošim, vlažnim uvjetima, ne smije biti dulje od 50 ms! Projektom se uvijek provjerava da u slučaju kratkog spoja kroz zaštitni prekidač može poteći dovoljno velika struja kratkog spoja koja može pokrenuti magnetski okidač zaštitnog prekidača i isklopiti ga prema karakteristici u zadovoljavajuće kratko vrijeme. Sve dok je plovilo priključeno na obalu moguće je pri izravnom kratkom spoju na plovilu dostići potrebne visoke razine struje kratkog spoja koje će isključiti zaštitni prekidač u vremenima ispod 100ms. Zamislite to ovako: brod je spojen na obalu, obalni ormarić je spojen na neku trafostanicu. Kratki spoj na vašem plovilu će izazvati praktički kratki spoj transformatora, struje će biti dovoljno velike za pobuđivanje magnetskog okidača zaštitnog prekidača i isključenje se događa u dovoljno kratkom vremenu! No ako je brod u plovidbi, nema više „snažnog“ transformatora da protjera potrebnu razinu nadstruje, već je prisutan tek mali izmjenjivač 1 do 2 kW. Uz tako slabašan izvor, uređaji nadstrujne zaštite vjerojatno neće moći prekinuti struju kratkog spoja ispod 100 ms, dakle čovjek je gotovo sigurno u opasnosti, a snaga izvora u smislu zapaljenja i požara je zapravo snaga samog izmjenjivača, sve dok magnetski okidač zaštitnog prekidača ne otvori strujni krug. Za naglasiti je da paralelni kratki spoj osim zaštitnog prekidača primjećuje i AFDD – uređaj za detekciju strujnog luka – jer u sebi ima integriran zaštitni prekidač!
Foto: Schrack Technik
AFDD može prepoznati sve što i kombinirani zaštitni prekidač, baš zato što AFDD u sebi ima i okidač iz RCD sklopke i termomagnetski okidač iz zaštitnog prekidača. No ono što AFDD čini jedinstvenim je mogućnost prepoznavanja strujnog luka u instalaciji. To je kvar koji ne prepoznaje niti jedan drugi zaštitni uređaj. Strujni luk može stvoriti jedan trajno loši spoj ili nedovoljno pritegnuti vijak. Strujni luk može biti uzrokovan i oštećenim presjekom vodiča uslijed mehaničkog oštećenja recimo bušilicom ili čak djelovanjem glodavaca. Mehanički oštećen presjek kabela će provoditi struju, ali će se grijati i u jednom trenutku početi iskriti. Takvo iskrenje može trajati i dulje vrijeme. Pri tome struja ne curi prema zemlji, ne može se aktivirati RCD dio, ali niti nije povećanog iznosa što znači da neće reagirati termomagnetski okidač karakterističan za zaštitni prekidač. No AFDD ima u sebi posebnu elektroniku kojom mjeri karakteristične visoke frekvencije koje nastaju pri iskrenju. AFDD prepoznaje iskrenje bilo unutar jednog vodiča bilo da iskri između nule i linije. Ako iskrenje traje dostatno dugo AFDD otvara strujni krug. Mogućnost detekcije strujnog luka, kao potencijalnog izvora požara na plovilu je značajan iskoraku u zaštiti od djelovanja struje, slika 10.
Foto: Schrack Technik
Na slici 11. prikazuje se električki simbol za AFDD zaštitni uređaj. Na donju stranu AFDD-a se priključuje izvor, a na gornju stranu se priključuje trošilo. Zamjena strana može dovesti do neispravnog rada AFDD sklopke. Za uočiti je da nije potrebno paziti da li su priključci 1/3 povezani s L/N ili N/L vodičima.
Foto: Schrack Technik
Na samom kućištu AFDD-a nalazi se mali prozorčić s LED indikacijom. Ako je indikacija zelene boje, AFDD je ispravan i u pogonu. Ako je indikacija bez LED svjetla tada ili nema ulaznog napajanja ili nešto s uređajem nije u redu i mora se pozvati električara ili zamijeniti AFDD. Isto će se morati napraviti ako LED indikacija titra izmjenjujući žutu i crvenu boju.
Foto: Schrack Technik
Ako ste na AFDD uređaju zatekli spuštenu ručicu zaključujete da je do spuštanja ručice došlo zbog neke greške u instalaciji. Odmah ispod ručice nalazi se i mali prozorčić koji može biti bijeli ili plavi. Taj prozorčić će biti bijeli ako je AFDD izbacio zbog nadstruje ili pak ako smo sami mehanički spustili ručicu. Ako je prozorčić plavi onda podignite ručicu. Nakon što ste podigli ručicu promatrajte LED indikaciju i ona će precizno ukazati na izvor kvara brojem žutog bljeskanja. Tako je moguće utvrditi čak 9 uzroka otvaranja strujnog kruga. To bi moralo značajno pomoći u otklanjanju kvara.
Foto: Schrack Technik
Na AFDD-u, kao i na RCD sklopki nalazi se ispitno tipkalo koje je potrebno svakih 6 mjeseci pritisnuti i utvrditi da je RCD dio AFDD uređaja ispravno djeluje. AFDD se može opremiti pomoćnim kontaktom koji služi za dojavu stanja sklopke. Širina samog uređaja je 3M, dakle kao 3 jednopolna zaštitna prekidača.
AFDD se izvodi jednofazno za struje od 10 do 40 A nazivno, uz karakteristiku zaštitnog prekidača B i C, uz nazivnu struju kvara za RCD dio od 30 mA. RCD dio može biti izveden kao tip AC i A, uz standardnu izvedbu bez vremenskog zatezanja i uz vremensko zatezanje. Kontakti se izvode s nazivnom prekidnom moći od 6 ili 10 kA. Primjena AFDD je od 2014 prema HRN EN 60364-4-42 izrazito preporučena. Europske zemlje slijede normu, a Njemačka je primjerice za pojedine vrste zgrada definirala obaveznu primjenu AFDD kroz nacionalnu normu VDE 0100-420:2016-02.
Zaključak
U ovom nastavku spomenute su osnovne razlike tipova AC, A i B s osnova mogućnosti detekcije vrste struja kvara koje mogu nastati u modernim trošilima. Postoji standardna izvedba bez kašnjenja u reakciji i dvije izvedbe s kašnjenjem u reakciji; S i G. Obrađen je i uređaj za detekciju strujnog luka u izmjeničnoj instalaciji, AFDD. Strujni luk u instalaciji ne prepoznaje niti RCD sklopka niti zaštitni prekidač. Ali AFDD osim detekcije strujnog luka u sebi obuhvaća i funkciju zaštitnog prekidača i funkciju RCD sklopke. Time je AFDD sigurno najcjelovitiji zaštitni uređaj izmjenične instalacije i stoga neizbježan i u primjenama u plovilima. Štiti od udara električne struje i od nastanka požara pri kvaru instalacije.
Na ovih nekoliko stranica nismo rekli sve što smo željeli i nismo sigurni da smo to rekli za sve na dovoljno jasan i precizan način. Instalacije koriste ljudi i zato nakon vlastitog proučavanja uvijek potražite savjet ovlaštenog projektanta ili tvrtke koja se bavi instalacijama i za to ima osvjedočene, obučene i ovlaštene djelatnike. U ovom konkretnom slučaju mnogi neće niti znati o čemu govorite ako ih pitate o primjeni i korištenju AFDD-a, toliko je AFDD tehnološki nov uređaj! No Vi ste kroz ovaj članak dobili informacije i stoga hrabro potražite pratnju u Vašim projektima od onih koji imaju potrebna znanja i znaju kako se radi!
Tekst je nastao u Schrack Technik d.o.o., a moguća pitanja naslovite na [email protected]
Pročitajte i prethodne nastavke iz serijala o RCD sklopkama na plovilu:
