Monitorowanie prądu różnicowego w sieci niskiego napięcia

Poprawa niezawodności środka ochrony poprzez samoczynne wyłączenie zasilania w sieci TN-C dzięki zastosowaniu urządzeń monitorujących RCM

Najpowszechniej stosowanym środkiem ochrony przed dotykiem pośrednim (ochrony dodatkowej) jest samoczynne wyłączenie zasilania w sieci TN (zerowanie). Urządzenia ochronne powinny w wymaganym czasie (podanym w przedmiotowych aktach prawnych) wyłączyć zasilanie obwodu lub grupy obwodów w następstwie zwarcia części czynnej z dowolną częścią przewodzącą dostępną.

Głównymi urządzeniami ochronnymi stosowanymi w tej ochronie są urządzenia ochronne przetężeniowe (wyłączniki instalacyjne oraz bezpieczniki instalacyjne) lub urządzenia ochronne różnicowoprądowe (wyłączniki różnicowoprądowe).

Ze względu na to, że samoczynne wyłączenie zasilania w sieci TN (zerowanie) jest stosowane od dziesięcioleci, większość obecnie eksploatowanych instalacji elektrycznych, w których wykorzystuje się ten środek ochrony przeciwporażeniowej, była budowana zgodnie z wówczas obowiązującymi standardami. W instalacjach elektrycznych wybudowanych przed 2000 rokiem wyłączniki różnicowoprądowe były stosowane sporadycznie, co wynika m.in. z układu sieci
TN-C, jaki był stosowany przy budowie instalacji odbiorczych.

W sieci tego rodzaju stosowanie wyłączników różnicowoprądowych jako elementu środka ochrony przed dotykiem pośrednim jest niemożliwe, co wynika z zasady ich działania i wartości prądów upływowych, jakie mogą wystąpić w instalacji. Prądy te wynikają z właściwości materiałów izolacyjnych stosowanych w instalacjach oraz spadku napięcia występującego na przewodzie PEN, przy przepływie prądu obciążenia, powodującego pojawienie się napięcia (maks. kilka woltów) na częściach przewodzących dostępnych zasilanych z instalacji urządzeń
odbiorczych. Przy niewielkich wartościach rezystancji naturalnego uziemienia części przewodzącej dostępnej w tych odbiornikach prąd różnicowy w instalacji może przekroczyć wartości prądu zadziałania wyłączników różnicowoprądowych dopuszczonych do stosowania w ochronie przeciwporażeniowej, powodując zbędne ich działanie.

Elementem umożliwiającym poprawę bezpieczeństwa eksploatacji takiej instalacji jest urządzenie monitorujące RCM współpracujące z wyłącznikami instalacyjnymi.

Nastawienie wartości prądu różnicowego powodującego zadziałanie alarmu oraz przesłanie sygnału wyłączenia wyłącznika zastosowanego w instalacji, umożliwia ominięcie problemów wynikających z występowania w instalacji elektrycznej prądów upływowych doziemnych. Zastosowanie w instalacji elektrycznej urządzenia RCM wymaga przeprowadzenia pomiarów rezystancji izolacji oraz pomiarów wartości prądów upływowych w obwodach mających podlegać monitoringowi przez RCM.

Zastosowane urządzenie RCM powinno być zabezpieczone w taki sposób, aby postronny użytkownik instalacji elektrycznej nie miał możliwości ingerencji w wartości prądów różnicowych zadziałania urządzenia. Korzyści wynikające z poprawy bezpieczeństwa eksploatacji instalacji rekompensują te dodatkowe działania.

W celu sprawdzenia możliwości poprawy niezawodności środka ochrony za pomocą urządzenia monitorującego RCM, przeprowadzono analizę umożliwiającą ilościową ocenę uzyskanych efektów. Przykładowy schemat instalacji elektrycznej wykonanej w układzie TN-C, wraz z zastosowanym urządzeniem monitorującym RCM, przedstawiono na rysunku 3.

Do analizy niezawodności środka ochrony przeciwporażeniowej zastosowano metodę bloków niezawodności. Metodę tę zastosowano przy założeniu, że każdy element struktury niezawodnościowej analizowanego układu ochrony może spełniać wymaganą funkcję w danych warunkach i w ustalonym przedziale czasu (0, t) z pewnym prawdopodobieństwem, które można opisać ogólną zależnością

gdzie:
R(t) – prawdopodobieństwo poprawnej pracy
elementu struktury niezawodnościowej,
λ(u) – intensywność uszkodzeń elementu
struktury niezawodnościowej w chwili t = u.

Na tej podstawie opracowano strukturę niezawodnościową środka ochrony poprzez samoczynne wyłączenie zasilania w sieci TN-C (rys. 4), odpowiadającą układowi przedstawionemu na schemacie uproszczonym (rys. 3). Opracowana struktura niezawodnościowa jest podstawą wyznaczenia funkcji niezawodności środka ochrony przeciwporażeniowej z urządzeniem monitorującym zastosowanym w instalacji, zgodnie w przedstawionymi wcześniej założeniami

gdzie:
n – liczba obwodów (urządzeń) objętych ochroną jednym urządzeniem
ochronnym przetężeniowym oraz monitorującym RCM,
R_2-8 – prawdopodobieństwo poprawnej pracy poszczególnych elementów
środka ochrony.