Vikavirtasuojakytkin

Vikavirtasuojakytkin (lyhennetään vvsk) on sähkötekniikassa käytetty komponentti, jonka tehtävä on suojata laitteiden käyttäjiä vaarallisilta sähköiskuilta ja estää tulipaloja. Vikavirtasuojia saa sähkökeskuksiin asennettavina DIN-kiskoon sopivina komponentteina, mutta myös tavalliseen pistorasiaan liitettäväksi sopivia vikavirtasuojakytkimiä (PRCD-K) on markkinoilla. Vikavirtasuojakytkimen toiminta perustuu virtapiiriin menevän ja sieltä palaavan sähkövirran erotuksen mittaamiseen.

Asennusstandardisarjan SFS 6000 standardin SFS 6000-4-41 kohdassa 411.3.3 edellytetään, että kaikki enintään 20 A tavanomaiset maallikoille tarkoitetut pistorasiat ja enintään 32 A ulkopistorasiat on suojattava A-tyypin enintään 30 mA vikavirtasuojakytkimellä. Vaatimuksesta voidaan tavallisessa kuivantilan asuinhuoneessa poiketa ainoastaan, jos kyseessä on erityinen määrätyn laitteen liittämiseen tarkoitettu pistorasia, johon ei sijoituksensa tai opaskilven takia voida liittää muita laitteita. Esimerkiksi keittiökaapin sisälle sijoitettu astianpesukoneen, jääkaapin tai pakastimen pistorasia voidaan jättää ilman vikavirtasuojausta. Syksyllä 2012 julkaistu painos sallii enää jääkaapin ja pakastimen pistorasioista vikavirtasuojan jättämisen pois. Vuonna 2017 voimaan tulleessa pienjännitestandardissa vikavirtasuojaus tuli pakolliseksi myös valaistusryhmäjohdoille.

Erityisen tärkeää asuintilojen vikavirtasuojaus on kylpy- ja pesuhuoneissa kaikissa ryhmissä sekä ulkopistorasioissa. Kiinteästi asennettu saunan kiuas voidaan kuitenkin jättää suojaamatta vikavirtasuojakytkimellä, koska jos kiuas on pitkiä aikoja käyttämättä, vastusten keraaminen eristeaine voi kerätä kosteutta, jolloin suojajohtimen kautta kulkee vikavirta. Se riittää laukaisemaan vikavirtasuojan, vaikka vaaraa ei aiheudukaan, koska kiuas on suojamaadoitettu. Standardin mukaan 30 mA A-tyypin vikavirtasuoja voi toimia, kun vikavirta ylittää 10,5 mA. Vikavirtasuojakytkimien pisin sallittu laukaisuaika rakennestandardin mukaan nimellistoimintavirralla on 300 ms. Mittauslaitteiden tulee olla standardin SFS 6000 osan 61 mukaisesti standardisarjan EN 61557 mukaisia. Jälkimmäisessä standardisarjassa kuvataan standardinmukainen mittaustapa.

Toiminta 

Normaalitilanteessa 1-vaihekytkennässä vaihejohtimesta tuleva sähkövirta palaa nollajohtimen kautta verkkoon. Jos sähköjohtimesta tai siihen kytketystä laitteesta vuotaa virtaa laitteen ulkopuolelle, esimerkiksi jännitteelliseen osaan koskettaneen henkilön kautta todelliseen maahan tai suojamaajohtoon, meno- ja paluuvirrat eivät enää ole yhtä suuret. Jos virtojen ero kasvaa yli sallitun arvon, vikavirtasuoja katkaisee virran. Käytännössä toiminta perustuu tarkkaan ja nopeaan magneettilaukaisimeen (summavirtamuuntaja) tai elektroniseen valvontapiiriin ja releeseen.

Selektiivisiä vikavirtasuojia käytetään järjestelmissä, joissa on kaksi sarjaan kytkettyä vikavirtasuojaa, jotka eivät laukea vikatilanteessa samanaikaisesti. Nämä selektiiviset vikavirtasuojat toimivat viivästetyllä laukaisulla. Epälineaarisia vikavirtasuojia (PRCD-K) eli kannettavia vikavirtasuojakytkimiä käytetään ihmisten ja esineiden suojaukseen. Ne mahdollistavat paremman suojaustason esimerkiksi sähköjärjestelmien suojaustoimenpiteissä, estämällä sähköiskun. PRCD-K–tyypin vikavirtasuojakytkimissä on kannettava erovirtajärjestelmä elektronisella vikavirran laskennalla, joka, kuviteltuna kaapelissa olevana välilaitteena, kytkee kaikki navat (L/N/PE). PRCD-K sisältää myös alijännitelaukaisun ja suojajohtimen valvonnan. Koska PRCD-K:n ominaisuuksiin kuuluu alijännitelaukaisu, sitä on käytettävä verkkojännitteellä, ja mittauksia voidaan tehdä vain silloin, kun se on aktivoitu (PRCD-K kytkeytyy kaikkiin napoihin).

Toiminnan testaus
Vikavirtasuojakytkimen toiminta tulee tarkastaa vähintään kaksi kertaa vuodessa  (jos valmistaja ei muuta edellytä): tätä varten niissä on erillinen testauspainike, jonka painamisen tulisi laukaista suoja sekunnin murto-osassa, mikäli vikavirtasuojakytkin on jännitteellinen. Testauspainiketta ei tule koskaan painaa yli sekunnin ajan, sillä laitteen sisällä oleva vastus, jonka avulla testaus suoritetaan, saattaisi tällöin ylikuumentua ja palaa. Toimimaton vikavirtasuoja tulee vaihtaa uuteen.

Sähkölaitteiston käyttöönottotarkastuksen yhteydessä vikavirtasuojille suoritetaan tarkempi toiminnan mittaus, jossa se laukaistaan sinimuotoisella nimellistoimintavirralla asennustesterillä.

Joillain asennustestereillä on mahdollista mitata myös laukaisuvirta nousevalla vikavirralla ja kosketusjännite. Mittausten suoritustapa ja tarkkuus vaihtelevat käytettävästä mittauslaitteesta riippuen. Erityisen tarkkana tulee olla mittauslaitteen testausvirtojen valinnan osalta, koska toimintarajavirrat ovat erilaisia AC- ja A-tyypin suojalaitteilla. 30 mA AC-tyypin vikavirtasuojan laukaisuvirta sille tarkoitetulla sinimuotoisella testivirralla on yli 15 mA ja enintään 30 mA. Vastaavasti A-tyypin vikavirtasuojan laukaisuvirta sille tarkoitetulla puoliaaltotasasuunnatulla testivirralla on yli 10,5 mA ja enintään 42 mA. Sinimuotoisella testivirralla raja-arvot ovat samat kuin AC-tyypillä. AC-tyyppi ei välttämättä laukea lainkaan A-tyypille tarkoitetulla testivirralla. Uudemmissa mittauslaitteissa on molemmat testivirtatyypit ja ne tunnistaa vastaavasta symbolista kuin ao. vikavirtasuojakytkimessäkin on.

Kosketusjännitteen mittauksessa suoritetaan esim. 16 mittausta täysin aalloin ja tehdään IΔN:n ekstrapolointi. Laukaisu vahvistetaan 500 ms tai 300 ms kuluessa nimellisvikavirralla IΔN ja mitataan esim. 1 000 ms asti. Mittausjärjestelyllä saavutetaan se etu, että vikavirtasuojakytkin ei laukea ennenaikaisesti, koska testaus alkaa 30 % vikavirralla. Siten mittauslaite käyttää nimellisvikavirralla esiintyvän kosketusjännitteen UIΔN mittaamiseen vain noin 1/3...1/2 osaa nimellisvikavirrasta. Menetelmä ei ole täysin aukoton, sillä mittauspiiriin kytketyt kulutuslaitteet saattavat aiheuttaa mittaustulosta vääristävää vuotovirtaa, mikäli niissä on sähköisiä vikoja tai esimerkiksi EMC-suotimia (taajuusmuuntimet ja hakkuriteholähteet). Lisäksi mittauspiirissä voi esiintyä jännitepiikkejä, jos induktiivisia virrankulutuslaitteita sammutetaan vikavirtasuojien laukaisutestin aikana.

Vikavirtasuojakytkimen toimintanopeus voidaan testata esimerkiksi viisinkertaisella nimellisvikavirralla (5 x IΔN).

Mittaus voidaan käynnistää positiivisella puoliaallolla vaiheen kohdassa 0° tai negatiivisella puoliaallolla kohdassa 180°. Tavallisesti mittaustuloksissa ei ole merkittäviä eroja: jos laite toimii nousevalla puoliaallolla, se toimii yleensä aina myös laskevalla puoliaallolla. Tästä syystä tavallisesti käytetäänkin vain jompaakumpaa mittaustapaa.

Henkilösuojaus 
Mikään vikavirtasuojakytkin ei kokonaan suojaa sähköiskulta, vaan ainoastaan lyhentää sähköiskun kestoaikaa niin, että kudosten vauriot ja sydämen toimintahäiriöt jäävät mahdollisimman vähäisiksi. Henkilösuojauksessa käytetään yleensä 30 milliampeerin (mA) vikavirtasuojakytkimiä, jotka kykenevät kytkemään virran pois 300 millisekunnin kuluessa nimellisvirran ylittymisestä. Palosuojaukseen käytettävät 300 ja 500 mA mallit eivät sovellu henkilösuojaukseen, sillä kehon läpi 300 ms vaikuttava 50 mA vaihtovirta voi riittää aiheuttamaan sydämen pysähtymisen tai kammiovärinän.

Vikavirtasuoja soveltuu henkilösuojaukseen toisin kuin sulake tai johdonsuojakatkaisija, joiden laukaisuvirrat ovat huomattavasti suuremmat. Tämän vuoksi nykyiset rakennusmääräykset edellyttävätkin vikavirtasuojien asennusta uudiskohteissa kaikkiin kodin pistorasioihin (paitsi tietyt erityispistorasiat) sekä muun muassa korroosiolle alttiisiin tiloihin ja rakennustyömaille (vaaditaan ulkokäytössä 32 A nimellisvirtaan asti, eli Suomessa kaikkiin yksivaiheisiin pistorasioihin ja 32 A kolmivaihepistorasioihin). Vuonna 2017 voimaan tulleiden määräysten mukaan vikavirtasuoja vaaditaan myös asuntojen valaistusryhmiltä, myös asuntojen ulkovaloilta. Vanhoihin rakennuksiin se on rakennettava kosteisiin ja märkiin tiloihin muutostöiden yhteydessä.

Vikavirtasuojakytkintä käytetään aina sulakkeen tai johdonsuojakatkaisijan kanssa toimivana lisäsuojana, sillä vikavirtasuoja ei laukea nolla- ja vaihejohtimen välisessä oikosulussa eikä ylikuormitustilanteessa, koska menevä ja tuleva virta pysyvät näissä tapauksissa keskenään samansuuruisina. On olemassa myös yhdysrakenteisia johdonsuojakatkaisija-vikavirtasuojia, joita käyttämällä voidaan säästää hieman tilaa sähkökeskuksessa.

Käyttö ja valinta 
Vikavirtasuojakytkimessä on tavallisesti testaus- ja nollauskytkimet. Testauskytkimellä (T, TEST) tarkastetaan vikavirtasuojan toiminta valmistajan ilmoittaman ajan välein ja nollauskytkimellä (R, ON, RESET) vikavirtasuoja palautetaan vikatilanteen poistuttua tai testauksen jälkeen takaisin toimintaan. Mikäli vikavirtasuoja laukeaa heti uudelleen, on laitteisto tarkastettava erityisen huolellisesti.

Valintaan vaikuttavia asioita:
 kytkentäpaikka (sähkökeskus, kojerasia tai pistoke)
 käyttötarkoitus (henkilösuojaus, palosuojaus)
 vikavirran suuruus (yleensä 10/30/300/500 mA)
 vikavirtasuojan virrankesto
 vaiheiden määrä
 toimintajännite

Tavallisiin pistorasioihin liitettävät mallit ovat aina korkeintaan 30 mA virrasta laukeavia ja soveltuvat siis henkilösuojaukseen.

Lähteet 

Sähkökomponentit
Sähköturvallisuus
Seulonnan keskeiset artikkelit