Vad är en jordfelsbrytare (RCD/UZO): konstruktion, funktionsprincip, befintliga typer och märkning

Varje elnät måste ha en skyddsanordning, men vad en jordfelsbrytare är och hur den fungerar är det inte alla som vet. Förkortningen står för – jordfelsbrytare.

Denna elektriska lågspänningsapparat är avsedd att koppla bort den skyddade kretsdelen när en differensström uppstår som överstiger enhetens nominella värde.

I vår artikel kommer vi att i detalj försöka analysera konstruktionen och funktionsprincipen för jordfelsbrytare, gå igenom befintliga varianter och förstå vilken information märkningen på jordfelsbrytare innehåller.

Skyddsanordningens syfte

Jordfelsbrytarens jordningskrets består av en PE-ledare som ansluter neutrala strömförande höljen eller delar av elektriska mekanismer med ett motstånd på högst 4 ohm.

Vid läckström kan dessa utrustningsdelar bli spänningsförande, vilket utgör en fara för människors och djurs liv vid beröring, samt för egendom i allmänhet.

Att rädda från elskador är dessa skyddsapparaters uppgift. När de upptäcker läckström kopplar de bort spänningen.

Den största faran ligger i att sådana fel i kretsen är osynliga och i sällsynta fall märkbara, när man vid beröring av apparaten kan känna en lätt elektrisk stöt.

Huvudorsaken till detta är skador på ledningarnas isolering. Okontrollerade processer kan orsaka stor skada, därför blir skyddsutrustning allt populärare i hushåll.

Påverkan från strömförande nät på människokroppen kan få allvarliga följder. Detta problem löstes med hjälp av jordfelsbrytare, som tillhör skyddssegmentet. Grundläggande krav för installation och användning beskrivs i IEC 60364.

Användningen av jordfelsbrytare har fått störst spridning i enfasnät med växelström och jordning av neutralledningen, samt med spänning upp till 1 kW i form av hushållsel.

Konstruktion av jordfelsbrytare

De valfria funktionerna i skyddsmekanismen hjälper dig att förstå hur en jordfelsbrytare (RCD) fungerar, nämligen apparatens reproducerbara reaktion på läckström.

Nyckelkomponenterna inkluderar:

• transformatorisk differentialgivare;
• startorganet – en mekanism som bryter en felaktigt fungerande elektrisk krets;
• elektromagnetiskt relä;
• kontrollenhet.

Till givaren är motlindningar anslutna – fas och nolla. Vid normal nätdrift skapar dessa halvledarelement magnetiska flöden i kärnan som är motsatt riktade mot varandra. Detta gör att det magnetiska flödet är noll.

Transformatorn består av en sluten stålkärna på vilken två spolar är monterade: primärspolen är ansluten till växelströmskällan, sekundärspolen är ansluten till lasten. För varje gång transformatorn ökar växelspänningen, minskar strömstyrkan i samma proportion.

Till sekundärlindningen, som är lindad på transformatorns magnetkärna, är ett relä av elektromagnetisk typ anslutet. Om nätet fungerar under normala förhållanden är det inte aktiverat.

Vid uppkomst av läckström förändras hela funktionen radikalt. Fas- och neutralledarna börjar leda olika strömstyrkor. Nu kommer även magnetflödenas styrka och riktning i transformatorns kärna att ha olika parametrar.

I sekundärlindningen uppstår en ström, och när den når inställda värden aktiveras det elektromagnetiska reläet. Det är kopplat i par med en frånkopplingsmekanism. Denna kombination reagerar vid rätt tillfälle och bryter elnätet.

Enligt brandskyddskraven utförs kontrollkontroller av det differentiella skyddet regelbundet, minst en gång i månaden. För detta ändamål finns en speciell knapp 'TEST' på enheten.

Testenheten består av ett resistansmotstånd – en specifik belastning ansluten förbi differentialgivaren. Detta element simulerar en läckström och på så sätt testas apparatens funktion. Mer om testmetoderna har vi diskuterat i denna artikel.

Principen för hur en jordfelsbrytare fungerar är följande: ström tillförs från fasledningen till testmotståndet och därefter till neutralledningen, förbi givaren.

På så sätt skapas förhållanden med olika strömvärden vid apparatens in- och utgång. Denna obalans bör utlösa frånkopplingsenheten.

Beroende på tillverkaren kan kretskonstruktionen skilja sig, men principen som används i jordfelsbrytarens funktion är identisk för alla modeller.

Skyddsmekanismens utlösningsprincip

Låt oss titta på varför en jordfelsbrytare behöver användas. Skyddsapparatens funktion är baserad på en mätmetod.

De inkommande och utgående parametrarna för strömmarna som flyter genom transformatorn registreras. Om det första värdet är större än det andra betyder det att det sker ett läckage i kretsen och enheten löser ut. Om parametrarna är identiska, aktiveras inte enheten.

I ett tvåtrådssystem löser differentialanordningen inte ut om strömmen i fas- och neutralledarna är lika stark. Om det finns en skillnad i dessa värden innebär det ett isolationsfel i nätet och skyddsmekanismen kopplar bort den skadade delen.

För bättre förståelse, låt oss titta på hur jordfelsbrytaren fungerar i en hushållscentral med ett tvåpoligt system.

Till de övre plintarna är en tvåtrådig ledning (fas och nolla) ansluten. Till de nedre plintarna är fas och nolla anslutna som går vidare till lastområdet, till exempel till ett uttag för en varmvattenberedare eller en vattenkokare. Apparatens skyddsjordning utförs med en kabel som förbigår jordfelsbrytaren.

I normal drift rör sig elektronerna från fasledaren från den ingående kabeln till värmeelementet i beredaren/vattenkokaren, genom differentialskyddsanordningen. Tillbaka till jord rör de sig återigen genom jordfelsbrytaren, men via neutralledaren.

Om en person rör vid höljet på en strömförande apparat som på grund av ett isolationsfel har fått en potential, kommer läckströmmen i detta fall att gå genom människans kropp, vilket enheten reagerar nästan omedelbart på och kopplar bort strömförsörjningen.

Till exempel har isoleringen i apparatens värmeelement skadats. Genom vattnet inuti kommer strömmen delvis att ledas av höljet och sedan gå till jord via skyddsanordningens ledning.

Resten av strömmen återvänder via neutralledaren genom jordfelsbrytaren. Dess styrka har dock minskat med läckmängden jämfört med den inkommande strömmen.

Skillnaden beräknas av differentialtransformatorn. Om siffran är större än den tillåtna reagerar enheten omedelbart och bryter kretsen.

I en annan artikel har vi gett rekommendationer för val och korrekt anslutning av jordfelsbrytare för varmvattenberedare.

Ändamålsenligheten med att använda jordfelsbrytare

Låt oss titta på varför man bör använda en jordfelsbrytare och mot vilka negativa faktorer enheten ger skydd.

För det första – kortslutning av fas mot höljet på elektrisk utrustning. De problematiska områdena är främst värmeelement i värmare och tvättmaskiner. Det bör noteras att genomslag endast sker när den värmegenererande delen värms upp av ström.

Även vid felaktig anslutning av ledningar. Till exempel om skarvar utan kopplingsbox används, som sedan läggs in i väggen och täcks med ett lager puts. Eftersom ytan har hög luftfuktighet kommer denna skarv att bli ett genomslag som ger läckage in i väggen.

Differentialskyddsmekanismen kommer i detta fall ständigt att bryta strömmen till ledningen tills området är helt torrt eller tills anslutningspunkten har ombyggts.

Automatiskt skydd används effektivt i hushåll: i elgrupper för badrum, kök och uttag med många anslutna apparater. Idealet är när sådana enheter är installerade på varje uttagsgrupp.

Användningsområdet för översiktsapparater är ganska varierat – från offentliga byggnader till stora företag. De används i elektriska konstruktioner och kretsar för mottagning och distribution: elcentraler i bostadshus, strömförsörjningssystem för enskild konsumtion osv. Huvudsaken är att – korrekt välja jordfelsbrytare efter effekt.

Typer av apparater och deras klassificering

Utvecklarföretagen utrustar sina produkter med olika funktioner som måste beaktas när man bestämmer rätt typ av jordfelsbrytare, utifrån de specifika driftsförhållandena för elnätet.

För att en vanlig användare ska kunna välja rätt jordfelsbrytare bland de många modellerna har ett klassificeringssystem skapats, baserat på följande egenskaper:

• utlösningsprincip;
• typ av differentiell ström;
• tidsfördröjning för frånkopplande differentiell ström;
• antal poler;
• installationsmetod.

Låt oss nu titta närmare på var och en av dessa klassificeringar.

Klassificering #1 — efter anslutningsmetod

Det finns bara två anslutningsmetoder – elektromekanisk och elektronisk. I det första fallet bryter automaten strömmen på den skadade ledningen oavsett nätspänning. Huvudarbetsorganet är en toroidformad kärna med lindningar.

Vid läckage bildas en spänning i sekundärkretsen för att aktivera polarisationsreläet, vilket leder till att frånkopplingsmekanismen aktiveras.

För elektromekaniska enheter krävs ingen extern spänning. Källan för deras utlösning är differentiell ström på den skadade ledningen.

Funktionen hos en apparat med elektroniskt innehåll är helt beroende av extra spänning, dvs. extern ström krävs. Här är arbetsorganet ett elektroniskt kort med en förstärkare.

Inuti en sådan mekanism finns inga extra källor som lagrar energi, så kretsen använder el från det externa nätet och om det inte finns någon spänning kommer enheten inte att bryta kretsen.

Fastställande av enhetstyp: Löd fast två ledningar till polerna på ett AA-batteri. Slå på JFB och anslut till ingången på skyddsblocket, och nästa till utgången. Ledningarna ansluts till en pol. Om apparaten löser ut betyder det att den är av elektromekanisk typ, om inte – elektronisk.

Exempel på funktionen hos en elektronisk JFB installerad på en ledning med ett uttag som försörjer en mikrovågsugn: nollfasen bryts, och dessutom uppstår ett fel i mikrovågsugnens elektriska ledning under samma period, vilket orsakar kortslutning av fasen mot chassit, det vill säga en farlig potential uppstår på chassit.

Om man rör vid ugnen kommer den elektroniska skyddstypen inte att aktiveras eftersom det inte finns något elnät. Just på grund av opålitligheten jämfört med den elektromekaniska motsvarigheten har denna enhet fått mindre spridning.

Klassificering #2 — efter läckströmmens typ

Alla modeller av tillverkade säkerhetsautomater delas ytterligare efter belastningsströmmen som passerar genom enheten. De bearbetar spänning med ett specificerat oscillationsformat.

På alla enheters hölje och i databladen anges det nominella värdet på driftspänningen. Denna parameter måste överensstämma med elutrustningens nominella strömområde.

Typ AC aktiveras vid omedelbar uppkomst av växelspänning i den kontrollerade kretsen eller vid dess vågformiga ökning. Dessa apparater märks med texten 'AC' eller symbolen '~'.

Den mest lämpliga formfaktorn för hushållsbruk – JFB-AC. Modellen är den billigaste bland liknande apparater. I elutrustningens datablad anger tillverkare ofta en specifik modell av skyddsautomat som passar för denna produkt.

Typ A löser ut vid omedelbar bildning av växel- eller pulserande genombrottsström i den kontrollerade kretsen, eller vid långsam ökning av dessa.

En sådan mekanism kan användas i alla förekommande situationer. På automathöljet finns förkortningen 'A' eller en symbol som i grafisk bild i en rektangel. .

Oftast ansluts typ A till en krets där lastreglering sker genom att kapa toppen av sinusoiden, till exempel justering av varvtalet hos en motor med en tyristoromvandlare.

Priset på modell A är flera gånger högre jämfört med AC eftersom här sker även övervakning av likspänning som uppstår i kraftomvandlingsteknik.

JFB av undertyp B är effektiva för att framkalla reaktion i en underordnad elkraftskrets för lik-, växel- eller omvandlad (likriktad) läckström.

Detta är dyrbar utrustning avsedd för industriella anläggningar. I hushållsmiljö används de inte.

De presenterade skyddsbrytarna av typ A, B och AC är konstruerade för aktiveringstid 0,02-0,03 s.

Klassificering #3 — efter typ av tidsfördröjning

Denna klassificering skiljer mellan två typer: S och G. Automatskyddet av typ S kan beskrivas med selektiv reaktion. Tidsfördröjningen för utlösning ligger i intervallet 0,15-0,5 s. Det är lämpligt att välja den vid gruppanslutning av jordfelsbrytare.

Schema för lägenhetens elcentral med två lastgrupper, där två olika typer av skyddsenheter är anslutna: AC eller A, och S

Enligt schemat finns det två lastgrupper i elcentralen i form av uttag nr 1 och nr 2, till vilka en jordfelsbrytare av typ A är ansluten, och på rummets ingång en andra automat – S.

Om ett genombrott sker i en bunt aktiveras ingångsenheten endast när den gemensamma enheten inte utför sin funktion och inte kopplar bort den defekta sektionen.

Selektivitet vid aktivering av kretsbrott kan uppnås med en annan metod – genom läckströmsinställningar. Denna metod har fått störst spridning.

Schema för lägenhetens elcentral med två lastgrupper, där två olika typer av skyddsenheter är anslutna: AC med genombrottsinställning, och den andra A med ett högre värde

Låt oss ta en liknande krets som den föregående och modifiera den på följande sätt: vi väljer gruppautomat av typ AC men med inställning av differentiell ström 0,03 A, och på ingången kommer en liknande enhet på 0,1 A.

Det finns situationer där den differentiella strömmen i felslingan överstiger de nominella inställningarna för två skyddsenheter. För den första kretsen kommer selektiviteten inte att brytas, medan i den andra kan frånkopplingsströmmen aktivera vilken som helst av de anslutna enheterna.

Apparaten med formfaktor G har också en selektiv utlösningsprincip och har en fördröjning på 0,06-0,08 s. Alla beskrivna selektiva typer är konstruerade för extrema strömmar upp till 15 kA.

Vissa modeller av jordfelsbrytare har ett system för justering av inställningen för differentialström, andra har inte denna möjlighet. För hushållsändamål passar det andra utförandet.

Begränsningsströmmen är en viktig parameter vid valet, eftersom det är just detta som säkerställer säkerheten.

Till exempel, i utrymmen med hög luftfuktighet, sker strömförsörjning av elektriska apparater genom att ansluta frånkopplingsenheter med inställning 0,01 A. För standard hushållsförhållanden – 0,03 A.

För brandskyddssäkerhet i byggnader – 0,1-0,3 A. Vi rekommenderar att du bekantar dig med tipsen om val av brandskyddande jordfelsbrytare och detaljerna för dess installation.

Klassificering #4 — efter antal poler

Eftersom den automatiska enheten fungerar genom att jämföra strömmen som passerar genom den, kommer antalet poler på brytaren att vara identiskt med antalet strömförande ledningar.

Tvåpolig jordfelsbrytare betecknas 2P. Den ansluts i ett enfassystem för att skydda människor och förebygga eventuella brandorsaker.

Markeringen för fyrpoliga jordfelsbrytare är 4P. De är avsedda för användning i ett trefassystem. Det finns även möjlighet att kombinera installationen, till exempel kan en enhet med fyra poler installeras i ett tvåledarnät.

Men då kommer inte enhetens fulla potential att utnyttjas, vilket är ekonomiskt ofördelaktigt.

Vid installation av en skyddsbrytare bör man ta hänsyn till risken att belastningsströmmen kan överstiga enhetens maximala driftsvärden. Därför installeras ytterligare en effektbrytare med en märkspänning som inte är högre än säkerhetssystemets driftström.

Klassificering #5 — efter installationsmetod

Eftersom differentialskyddsenheter tillverkas i olika höljen kan de användas som fasta eller portabla.

I det andra fallet är apparaten försedd med en förlängningskabel. Enheter som monteras på DIN-skena installeras i elskåpet, som placeras antingen i korridoren eller i lägenheten.

Det finns även utföranden som jordfelsbrytaruttag och jordfelsbrytarstickpropp. I båda fallen utgör en elektrisk apparat som ansluts via en sådan mekanism ingen fara för människan vid ett fel.

Fullständig förklaring av märkningsvärden

På enhetens hölje finns obligatoriskt tillverkarens namn. Därefter följer en standardiserad märkning med serienummer.

För att tolka förkortningen kommer vi att använda detta exempel [F][X]00[X]-[XX]:

• [F] – jordfelsbrytare;
• [X] – utförandeformat;
• 00 – numeriska eller alfanumeriska seriebeteckningar;
• [X] – antal poler: 2 eller 4;
• [XX] – egenskaper efter läckströmsart: AC, A och B.

Här kommer även enhetens nominella parametrar att anges, vilka man bör vara särskilt uppmärksam på vid val.

Tolkning av förkortningen: 1 – varumärke; 2 – enhetstyp; 3 – selektiv typ; 4 – överensstämmelse med europeiska standarder; 5 – nominell driftström och inställning; 6 – maximal växelspänning; 7 – nominell ström som enheten tål; 8 – differentiell in- och frånkopplingsförmåga; 9 – elschema; 10 – manuell funktionskontroll; 11 – märkning av omkopplarläge

Till de maximala parametrar som enheterna är konstruerade för hör: spänning Un, ström In, differentiellt värde för brytström IΔn, in- och frånkopplingsförmåga Im, brytförmåga vid kortslutning Icn.

De viktigaste märkningsvärdena ska placeras så att de förblir synliga efter apparatens installation. Vissa parametrar kan finnas på sidan eller bakpanelen, synliga endast före montering av produkten.

Utgångar avsedda endast för anslutning av nollledaren markeras med latinskt tecken «N». På frånkopplat läge för JFB indikerar symbolen «O» (cirkel), tillkopplat — ett kort vertikalt streck «I».

Inte på varje produkt finns optimala temperaturvärden för omgivningen. I de modeller där det finns en symbol — det betyder att arbetsområdet är från -25 till +40 °C, om det inte finns några beteckningar gäller standardvärden från -5 till +40 °C.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Videomaterial med en detaljerad översikt över alla ingående delar i skyddsmekanismer, deras syfte och princip för samverkan:

Beskrivning av alla typer av skyddsautomater, samt råd om hur man gör sitt val på rätt sätt:

Svar på den eviga frågan, vad man ska välja – differentialautomaten eller JFB + monteringshemligheter:

Användning av JFB — en fördelaktig och riktig lösning inte bara ur ekonomisk synvinkel, utan även ur brandsäkerhetssynpunkt och människoskydd.

Det rekommenderas att maximalt utnyttja dess potential i hushållsmiljö, genom att installera på alla grupper av elutrustning för att säkerställa fullständig isolering från elektricitet.

Har du frågor om funktionsprincipen eller klassificering av jordfelsbrytare? Eller vill du komplettera det presenterade materialet med användbar information? Skriv dina kommentarer i kommentarsfältet, ställ frågor – experter och kunniga besökare på vår webbplats kommer att försöka svara dig så utförligt som möjligt.