Áram-védőkapcsoló, ÁVK, RCD, FI relé



Az elektromos áram felfedezését követően, a vezetékek szigetelésén túl az áram-védőkapcsoló (ÁVK) a leginnovatívabb találmány az áramütéses balesetek elkerülésére. Az ÁVK-t sok különböző néven említik, ezek az: ÉV-relé, áram-védőkapcsoló, érintésvédelmi relé, életvédelmi relé, FI relé (a német Fehlerstromschutzschalter elnevezésből és az áramerősség SI jeléből I származtatott elnevezés), RCD (Residual-current device) valamint egyes dokumentumokban, valamint szakmai fórumokon differenciál relé, differenciáláram-megszakító néven is említésre kerül.

A személyek áramütés elleni védelmét különféle létesítményekben a megfelelő szabványoknak és törvényi előírásoknak megfelelően kell biztosítani. Az ilyen szabványok elsődleges feladata az elektromos sokk okozta halálesetek megelőzése vagy drámai csökkentése.

Az áramütés

Áramütés akkor következik be, amikor egy személy kapcsolatba kerül egy elektromos energiaforrással, és a testen átáramló áram sérülést vagy halált okoz.

Abban az esetben, ha megérintünk egy feszültség alatt lévő szigeteletlen vezetéket, vagy bármilyen készülék feszültség alatt lévő részét, nagyon komoly az áramütés veszélye.

Például, ha egy személy izzót cserél az asztali lámpában, és elfelejti kihúzni a csatlakozót az aljzatból, vagy kikapcsolni az áramot, akkor valószínű, hogy van elektromos áram a készülékben. Amikor az egyén eltávolítja a villanykörtét, a lámpafoglalat feszültség alatt álló csatlakóját megérintve áramütést szenvedhet, tehát sokkveszélynek van kitéve.

Egy másik viszonylag gyakori eset egy olyan világítótest, amelynek kétirányú kapcsolója van, például egy folyosón, kapcsoló a helyiség egyik végén és egy kapcsoló a másikon amely ugyanazt a fényforrást kapcsolja. Ha az izzó hibás, nem világít, akkor szemrevételezéssel nem lehet megállapítani, hogy van-e feszültség az adott izzón, vagy lámpán. Természetesen ilyen esetben nem lenne szabad az adott készüléket vagy annak szigeteletlen vezetékeit megérinteni, annak áramtalanítása előtt, de ez az áramtalanítás sok esetben sajnos nem történik meg. További áramütést fokozó tényező lehet a szerelési folyamatban a fém létra vagy egyéb elektromos vezető eszközök használata.

Áramütéses baleseteket nem csak szerelési javítási munkálatok alatt szenvedhetünk el. Egy elektromos eszköz belső hibája is okozhatja, hogy a fém burkolata feszültség alá kerül (kiül a burkolatra a fázis), valamint bármilyen hálózati elektromos eszköz használata során annak vezetékei elöregedhetnek és a fázisvezető szigetelésének meghibásodása is okozhat súlyos akár halásos áramütéses balesetet.

A fentiek egyszerű példák arra, hogy mennyire kiszolgáltatottak vagyunk az elektromos áram szervezetünkre gyakorolt hatásainak.

Egyes esetekben az áram egy konnektorból vagy egy arra kapcsolt készülékből-, máskor pedig a világítási áramkörből származik, de mindegy hogy honnan érkezik az elektromos áram, az ugyanolyan veszélyes és mind komoly sokk-kockázatot jelenthet.

Szerencsére az technológia lehetővé teszi számunkra, hogy jelentősen csökkentsük az ilyen helyzetek által okozott súlyos sérülések lehetőségét, ÁVK használatával.

Az ÁVK-nak az áramkörre történő telepítése biztosítja, hogy egyes esetekben a testen keresztül áthaladó elektromos áram esetén az áramellátást gyorsan megszakítsa és ezáltal védelmet nyújtson az erős áramütés ellen.

Ahhoz hogy megértsük pontosan milyen célt is szolgál az AVK, először meg kell, hogy értsük mi is az a veszélyes áramütés.

Amikor az emberi testen 30 milliampert (0.03 Amper-t) meghaladó áram halad át, az egyént súlyos, akár halálos áramütés veszélye fenyegeti, ha az áramellátást nem szakítják meg időben.

Nemzetközi vizsgálatok alapján a felnőttek 95%-ának test impedanciája 1000–2000 ohm között van. Ha az 1000 ohm testellenállással és 230 voltos tápellátással számolunk akkor akár 230 milliamperes (0.23 Amper) áram is átfolyhat a testen, azonban 40mA (0.04 Amper) áramütés esetén már szívleállás alakulhat ki. Ez súlyos és potenciálisan halálos sokk-kockázatot jelent.

FI relé Áram-védőkapcsoló, FI relé

Az ÁVK működésének alapja a Kirchoff törvény, amely kimondja, hogy „a csomópontba befolyó áramok összege megegyezik az onnan elfolyó áramok összegével”. De mivel ez nem egy fizikaóra így nem részletezzük ezt, hanem ennél jóval egyszerűbben próbáljuk elmagyarázni az áram-védőkapcsoló működését.

Az legegyszerűbb, egyfázisú hálózatra tervezett áram-védőkapcsolók belsejében egy egyszerű ellenőrző egység figyeli az L (fázis) és az N (null) vezetőt. Tulajdonképpen a kézi a lakatfogós árammérőkhöz hasonló egység méri a két vezetéken árfolyó áram erősségét. Mivel mindkét vezeték át van vezetve ezen a hurkon, a két vezeték által indukált eredő elektromágnes tér nulla, az ellentétes mágneses terek kioltják egymást, tehát egy általános fogyasztó esetében ahol nincs testzárlat (nincs szivárgó elektromos áram) az áram-védőkapcsoló nem lép működésbe akármilyen nagy is a terhelés a hálózaton. Azonban ha a hálózat valamelyik pontján testzárlat jön létre és a szivárgó áram értéke eléri az áram-védőkapcsoló hibaértékét (amely lehet 10mA, 30mA, 100mA vagy 300mA típustól függően) akkor az áram-védőkapcsoló azonnal leold.

FI relé felépítése Az áram-védőkapcsoló egyszerűsített elvi rajza

Amikor a két vezetéken nem azonos terhelés lép fel, tehát valahol a rendszerben testzárlat (földpotenciál felé történő szivárgás) van akkor a két vezeték által indukált elektromágnes tér is különböző erősségű lesz és ha ez eléri a kapcsolási határértéket akkor az áram-védőkapcsoló kiold és lekapcsolja a rajta átfolyó elektromos áramot.

Ha egy személy megérinti az elektromos hálózat valamelyik pontját és a testén elfolyó áram több mint az ÁVK (áram-védőkapcsoló) hibaértéke (leoldási értéke) vagyis az elektromos hálózatból a megengedettnél nagyobb teljesítményű elektromos áram halad földpotenciál felé akkor az azonnal lekapcsol.

Az áram-védőkapcsoló beépítése – alkalmazása számos már kötelező (kivétel: beltéri 20A feletti dugaljak, kültéri 32A feletti dugaljak).

Az ÁVK (áram-védőkapcsoló) az első kezdetleges típusok óta rengeteget fejlődött és létezik egyfázisú, valamint háromfázisú hálózatra kifejlesztett változata is.

Áram-védőkapcsoló, 2P, 4P Áram-védőkapcsoló, 2P - 1 fázis , 4P - 3 fázis

Mind az egyfázisú mind a háromfázisú változat szerepe azonos, megszakítani az áramellátást szivárgó elektromos áram esetén.

Bár ez az eszköz az egyik legfontosabb baleset-megelőzési automata eszköz, sajnos ez sem véd minden áramütés esetén.

Mikor nyújt védelmet az áram-védőkapcsoló, elektromos áramütés esetén?

Ha egy személy megérinti az elektromos hálózat valamelyik pontját és a testén a föld felé áthaladó áram értéke nagyobb mint az AVK kapcsolási értéke.

Fontos tudni, hogy az áram-védőkapcsoló beépítése önmagában nem nyújt megfelelő védelmet. A védőföldelés jelenléte nagyban hozzájárul a mielőbbi hibaáram kialakulásához és ezáltal az áram-védőkapcsoló gyors leoldását eredményezi.

Mikor nem nyújt védelmet az áram-védőkapcsoló, elektromos áramütés esetén?

Az áram-védőkapcsoló nem képes érzékelni, a fázis-nulla valamint a fázis-fázis zárlatot. Mit jelent ez? Ha pl. egy személy megérinti a fali konnektor két csatlakozóját (fázist és a nullát) akkor az áram-védőkapcsoló azt nem fogja érzékelni, ugyanez a helyzet ha egy személy többfázisú rendszer két különböző fázisát érinti meg, az ÁVK ekkor sem fog lekapcsolni.

Ez a két eset ugyanolyan veszélyes (mint a fázis-föld zárlat) és akár halált okozó áramütést is eredményezhet de ezekben az esetekben jelenleg egyetlen védelmi eszköz sem képes megállapítani, hogy szabványos fogyasztó vagy valamilyen más vezető az amin az elektromos áram áthalad.

Áram-védőkapcsolók típusai

Az első generációs áram-védőkapcsolók (FI-relék) megjelenése óta a fejlesztő mérnökök rengeteg munkaórát fordítottak arra, hogy az elektromos eszközök felsődét megfelelően kövessék és mind újabb- és újabb típusok jelennek meg az áram-védőkapcsolókból is.

Az áramvédő kapcsolók legismertebb típusai A, AC, F, B, B+, valamint egyes típusok a felsorolt négy jelölés valamelyike mellett az S jelölést is tartalmazzák.

Az AC típusú fi-relé a legrégebbi de még mind a mai napig legelterjedtebb típus, azonban pusztán szinuszos jel figyelésére alkalmas és az utóbbi időben megjelenő rengeteg belső tápegységgel rendelkező elektronikai eszköz (pl. LED fényforrások is) az AC típus hibás működését okozzák és ezek esetében gyakran eredményez hibás leoldást. Ezeket a típusokat ajánlott A típusra cserélni.

Áram-védőkapcsoló - AC típus Áram-védőkapcsoló - AC típus

Az A típusú áram-védőkapcsolók kifejlesztését és elterjedését a modern elektronikai eszközök tették szükségessé, mivel ezen fogyasztók belső egyenáramú tápegységet tartalmaznak és az első (AC típus) gyakori fals leoldása ellen nyújtanak megoldást. A modern LED fényforrások, televízió készülékek, számítógépek, nyomtatók belső egyenáramú egységeinek hálózatra ható zavarjelei nem hatnak az A típusú áram-védőkapcsolóra így ezekkel elkerülhetőek a gyakori hibás (fals) leoldások.

Áram-védőkapcsoló - A típus Áram-védőkapcsoló - A típus

Az F típus főként az iparban használatos ahol nem ritkán frekvenciaváltókkal vezérlik az aszinkron motorok sebességét. A frekvenciaváltók különleges elektronikai eszközök amelyek hálózatra gyakorolt hatása (zavarjele) eltér a háztartásokban használt készülékek okozta zavarjelektől, valamint a hálózati 50Hz-es elektromos áramot magas frekvenciára konvertálják, nem ritkán akár 1000Hz-re is ahol a hagyományos áram-védőkapcsolók már túl lassúnak bizonyultak, így ehhez külön típus létrehozására volt szükség.

Áram-védőkapcsoló - F típus Áram-védőkapcsoló - F típus

Az F típust felkészítették, hogy akár 1000Hz (1Khz) frekvenciájú elektromos áram esetén is képe legyen érzékelni a hibaáramot és megfelelő időn belül leoldjon (megszakítsa az áramellátást) ha szükséges. Míg régebben a háztartásokban szinte egyáltalán nem találkozhattunk frekvenciaváltóval vezérelt aszinkron motorokkal, addig az utóbbi időben megjelenő modern klímaberendezések (légkondicionálók) kompresszorait már frekvenciaváltóval készült típusok is lehetnek amelyekhez ajánlott az F típusú áram-védőkapcsoló használata.

Áram-védőkapcsoló - B típus Áram-védőkapcsoló - B típus

A B és a B+ típusok a cikk írásának pillanatában ismert legmodernebb áram-védőkapcsoló típusok, összegzik a fentebb felsorolt mindhárom típus jó tulajdonságai, sőt a B típus akár 2Khz-ig, míg a B+ típus 20Khz frekvenciájú elektromos áram esetén is képes megfelelően érzékelni a hibaáramot.

Áram-védőkapcsoló - B+ típus Áram-védőkapcsoló - B+ (B plusz) típus

Az S jelölés a fent felsorolt bármelyik típuson megjelenhet mint kiegészítő jelölölés. Fontos tudni, hogy az S típus késleltetett leoldású és önmagában alkalmazni tilos. Az S típus csak olyan helyen alkalmazható ahol a hálózat további leosztásaiban S jelölés nélküli áram-védőkapcsolók is beépítésre kerülnek. Az S típus a késleltetett leoldása miatt az egyik legfontosabb tulajdonságát veszítette el, a hálózati feszültség gyors megszakítását hibaáram esetén. Az S típus inkább tűzvédelmi szempontok figyelembevétele érdekében kerül beépítésre, emberi élet és áramütéses balesetek elkerülésére ez nem elegendő.

Áram-védőkapcsolók méretei

A legismertebb típusok szabványos DIN sínre szerelhető dupla vagy annál szélesebb méretű eszközök, azonban léteznek speciális az ipar számára gyártott egyenáramú kisfeszültségű típusok amelyek belső felépítésük miatt nem férnek be szabványos DIN méretezésbe és ezek a típusok nagyobb méretű egyedi tokozást (dobozolást, burkolatot) kaptak.

A DIN sínre szerelhető szabványos méret-típusok és az ipari egyedi méretezésű változatok mellett léteznek szabványos aljazatba csatlakoztatható változatok is, amelyeket extra védelemként használhatunk a hálózatba beépített társai mellett.

Dugaljba csatlakoztatható áram-védőkapcsoló Dugaljba csatlakoztatható áram-védőkapcsoló

Az általános áramvédő kapcsolók nem tartalmaznak túláramvédelmet azonban léteznek kombinált eszközök amelyek fel vannak készítve túláramvédelemre, fázis-nulla vagy fázis-fázis zárlat észlelésére és ezek lekapcsolnak ha hálózaton a kapcsolási határértéküknél nagyobb terhelés lép fel. Fontos tudni, hogy ezek az eszközök sem képesek észlelni, hogy ha adott személy került fázis-nulla vagy fázis-fázis zárlatba, csupán a határérték feletti túlterhelés esetén kapcsolnak ki amely a veszélyes áramütés értékének akár tízezerszerese is lehet.

Az áram-védőkapcsolók érzékenysége

Minden áram-védőkapcsoló a rajta feltüntettet értéknek megfelelő (vagy annál kicsit érzékenyebb) típus. Az elektronikai eszközök gyártásakor a gyártók minden esetben megadják az adott eszközök paramétereit, így az ÁVK-k esetében is a hibaáram értékét azonban ezek az értékek kis szórással értendők és ezen eszközök esetében a feltüntet értékkel egyenlőek vagy annál érzékenyebbek lehetnek.

Az áram-védőkapcsolók sorba kötése

Az áramvédő kapcsolókat lehet és szabad is a hálózaton egymás után elhelyezni, azonban tudni kell, hogy azonos névleges értékűek is a különböző valós érzékenységük és emiatt ha egy hálózaton kettő vagy annál több áram-védőkapcsoló került egy sorba, akkor azonos hibaáram esetén is az érzékenyebb fog lekapcsolni.

Amennyiben egy elektromos hálózatban a fő elosztóba és al-elosztókba is bekötésre kerül egy-egy azonos hibaáram értékű áram-védőkapcsoló, akkor szivárgó áram esetét azonos terhelés esetén az érzékenyebb különböző, terhelés esetén a nagyobb terhelésű, tehát valószínűleg a központi elosztóba elhelyezett eszköz fog leoldani. Felmerül a kérdés, hogy akkor van-e értelme minden al-elosztóba is elhelyezni egy-egy áramvédő kapcsolót? A válasz az, hogy ha lehetőség van rá akkor igen! Az áramvédő kapcsolók olyan eszközök amelyek működését javasolt gyakran ellenőrizni, mert véletlenszerű meghibásodásuk gyakori, de ha egy sorban több ilyen eszköz került bekötésre akkor hibaáram esetén egy meghibásodott leoldani már nem képes eszköz helyett leold a hálózat azonos ágában (sorban) bekötött másik eszköz. Természetes több sorban elhelyezett eszköz esetén nagyobb a fals hiba is, tehát a véletlenszerű nem várt leoldások száma, azonban ez megfelelő típusú eszköz megválasztásával jelentősen csökkenthető.

Olyan hálózati aljzatok (konnektorok) esetében amelyek csak valamilyen szórakoztató elektronikai eszköz tápellátásáért felelnek, a fals leoldás nem okoz különösebb problémát, kikapcsol a televízió, vagy valamilyen hanglejátszó eszköz, esetleg egy konyhai kenyérpirító, azonban egy hűtő-, vagy fagyasztószekrény esetében egy nem várt leállás komoly problémákat okozhat.

Egy véletlenszerűen, áramellátás nélkül maradt leolvadó fagyasztószekrény teljes tartalma is tönkremehet, valamint olyan kazánok esetében amelyek működéséhez elengedhetetlen az elektromos áram, áramkimaradás esetén már súlyos anyagi kár is keletkezhet (pl. elfagyó vezetékek, csőrepedés).

Az áram-védőkapcsolók rendszeres ellenőrzése

Az áram-védőkapcsolókon található egy TESZT gomb amellyel időközönként (1-, 3-, 6 havonta) ajánlott az eszközt tesztelni. A TESZT egy beépített ellenállást zár amelynek egyik ága az áram-védőkapcsoló mérő (figyelő) részén már áthaladó fázist zárja a még nem áthaladó nullával. A beépített ellenállás olyan értékű amely képes az adott eszköz hibaáramánál kicsit magasabb hibaáramot generálni, teljesítménye pedig lehetővé teszi elviselje a rajta áthaladó áram erősségét.

FI relé teszt gomb

A TESZT gomb megnyomásakor az eszköznek azonnal le kell oldania. Gyakran hallani olyan kijelentést, hogy a TESZT gombot hosszan nyomva tartva leégethetjük a belső ellenállást, azonban ez nem igaz. Az ellenállás teljesítményét a gyártó úgy választotta meg hogy az nem tud leégni, valamint működő áram-védőkapcsoló esetén a leoldás pillanatában az ellenállás is termelésmentessé válik.

Amennyiben az áram-védőkapcsoló a TESZT gomb megnyomására nem old le akkor az hibásnak minősítendő és cserélni szükséges. Amennyiben leold akkor sem jelenthető ki, hogy az eszköz tökéletes, mivel nem csak a leoldás fontos de annak a sebessége is, ezért időközönként ezeket az eszközöket olyan szakemberrel is le kell ellenőriztetni aki rendelkezik az áram-védőkapcsolók tesztelésére és mérésére alkalmas professzionális berendezéssel.

Az áram-védőkapcsolók műszeres vizsgálata

Az áram-védőkapcsolók tesztelésére / mérésére használt eszközök nem tartoznak a hobbi mérőműszerek kategóriájába, ezek professzionális drága precízen kalibrált műszerek, amelyeket meghatározott időnkét felülellenőriznek, hogy az általuk mért értékek minél pontosabbak legyenek.

Áram-védőkapcsoló viszgáló műszer Áram-védőkapcsoló viszgáló műszer

Ezeket a tesztereket több gyártó kínálatában is megtalálhatjuk, fő funkciójuk az RCD-k hibaáramának és leoldási idejének mérése.

Összegzésül, néhány fontos tudnivaló:

  • Az áram-védőkapcsoló csak fázis-föld zárlat vagy nulla-föld zárlat esetén kapcsol le (szakít).
  • Az áram-védőkapcsoló masszív nulla-föld zárlat esetén nem kapcsol le (nem szakít) ha nincs rajta megfelelő terhelés (fogyasztó).
  • Az áram-védőkapcsoló nem kapcsol le (nem szakít) fázis-nulla, valamint fázis-fázis zárlat esetén.