Prúdový chránič

Prúdový chránič je elektrické zariadenie (elektrický prístroj), zabezpečujúce elektrický obvod tak, aby došlo k rýchlemu odpojeniu obvodu v prípade, že dôjde k úniku (aj relatívne malej) časti elektrického prúdu mimo chránený obvod (tzv. chybový alebo poruchový prúd). K takejto situácii môže dôjsť napr. pri priamom dotyku uzemneného ľudského tela so živou časťou obvodu.

Charakteristika 
Dvojpólový prúdový chránič porovnáva veľkosť prúdu, tečúceho fázovým vodičom s veľkosťou prúdu, tečúceho neutrálnym vodičom. Pokiaľ sú veľkosti prúdov zhodné (vektorový súčet ich okamžitých hodnôt je nulový), obvod zostáva pripojený. Pri náraste prúdovej asymetrie (rozdielu veľkostí prúdov) nad určitú hodnotu, charakteristickú pre daný chránič (tzv. citlivosť chrániča), dôjde k rýchlemu odpojeniu oboch pólov chráneného obvodu. 4-pólový (3-fázový) prúdový chránič obdobne kontroluje vektorový súčet všetkých štyroch pracovných vodičov.

Na rozdiel od ističa alebo tavnej poistky, ktoré chránia obvod pred nadprúdom (nárast veľkosti prúdu nad určitú menovitú hodnotu), prúdový chránič reaguje výhradne na prúdovú asymetriu v obvode – a to už na hodnotu 100 až 1000-násobne menšiu ako menovitý prúd ističa. Pre ilustráciu: typická citlivosť prúdového chrániča je 30 mA (0,03 A), pričom typický vypínací prúd ističa v domácom rozvode je 1016 A.

Pri priamom dotyku časti ľudského tela so živým kontaktom, resp. živou časťou zariadenia, tečie časť prúdu z obvodu cez ľudské telo do zeme. O túto veľkosť sa zvýši hodnota prúdu, tečúceho cez živý (fázový) pól prúdového chrániča. Veľkosť prúdu, tečúceho cez neživý (neutrálny) pól zostane nezmenená, v dôsledku čoho prúdový chránič obvod odpojí. Prúdový chránič tak predstavuje zásadný prvok ochrany voči úrazu elektrickým prúdom pri živom dotyku.

Citlivosť a reakčná doba prúdových chráničov pre ochranu pred priamym dotykom je navrhnutá tak, aby k odpojeniu obvodu došlo už pri takej veľkosti prúdovej asymetrie (530 mA) a v takom krátkom čase (2540 ms), aby následky priameho dotyku neboli pre človeka nebezpečné.

Skratky a názvy 
 RCD ()
 RCCB ()
 GFI () (Severná Amerika)
 GFCI () (Severná Amerika)
 ALCI () (Severná Amerika)

Využitie 
Súčasne platné technické normy vyžadujú použitie prúdových chráničov v novobudovaných rozvodoch. Staršie rozvody sa z dôvodov znižovania rizika úrazu elektrickým prúdom dopĺňajú prúdovými chráničmi. Sú to najmä vetvy rozvodov, ktoré vedú do priestorov so zvýšeným rizikom úrazu elektrickým prúdom (vlhké prostredie, sociálne zariadenia, kúpeľne a pod.).

Využitie prúdových chráničov:
 ochrana pred priamym a nepriamym dotykom
 ochrana pred požiarom, spôsobeným zvodovým prúdom
 ochrana pred poškodením prístrojov zvodovým prúdom

Princíp činnosti 

Princíp činnosti 2-pólového prúdového chrániča: Napájacie vodiče (L: fázový, N: neutrálny) sú vedené stredom feritového jadra súčtového transformátora (3). V normálnom prevádzkovom režime je vektorový súčet okamžitých hodnôt prúdov nulový a na sekundárnom vinutí (2) transformátora sa neindukuje žiadne napätie. V prípade rozdielnej veľkosti prúdov, tečúcich fázovým a neutrálnym vodičom sa na sekundárnom vinutí transformátora indukuje napätie, úmerné veľkosti rozdielu (prúdovej asymetrie). Toto diferenciálne napätie sa pomocnou elektronikou (1) zosilňuje, porovnáva s nominálnou hodnotou a po jej prekročení elektromagnet (1) rozpojí oba napájacie vodiče. 

Súčasťou chrániča je aj testovacie tlačidlo (4), uzatvárajúce obvod s rezistorom, vytvárajúcim umelý poruchový prúd pre overenie funkčnosti chrániča.

Konštrukcia 

Príklad konštrukcie 2-pólového prúdového chrániča:
 vstupné kontakty
 výstupné kontakty
 obnovovacie tlačidlo (reset)
 vypínacie kontakty, ovládané elektromagnetom diferenciálneho relé
 elektromagnet diferenciálneho relé
 súčtový transformátor
 pomocná elektronika (zosilňovač diferenciálneho napätia z transformátora)
 testovacie tlačidlo
 testovací závit transformátora

Kategorizácia a charakteristické údaje

Nadprúdová ochrana 
 Štandardné prúdové chrániče (bez nadprúdovej ochrany). Prúdovému chrániču musí byť predradený samostatný istič alebo tavná poistka, chrániaca obvod proti nadprúdu.
 Prúdové chrániče s integrovanou nadprúdovou ochranou.

Počet pólov 
 2-pólové chrániče (1 fázový + 1 neutrálny vodič)
 4-pólové chrániče (3 fázové + 1 neutrálny vodič)

Menovité napätie 
Menovité napätie (Un [V]) rozvodu, pre ktorý je dimenzovaný prúdový chránič (typicky 230 V pre 2-pólový resp. 400 V pre 4-pólový chránič).

Menovitý prúd 
Maximálny trvalý prúd (In [A]), ktorý môže tiecť cez prúdový chránič do záťaže. Predradený istič je vhodné voliť s rovnakým menovitým prúdom. Na chráničoch je obvykle uvedený aj maximálny povolený menovitý prúd predradeného ističa.

Citlivosť 
Citlivosť prúdového chrániča je vyjadrená ako menovitý reziduálny prúd alebo menovitý rozdielový prúd (IΔn [mA]). Určuje veľkosť chybového prúdu, pri ktorej musí dôjsť k vypnutiu chrániča. 

Chrániče sa (podľa IEC 60755) delia do 3 tried podľa citlivosti:
 vysoká citlivosť (HS z angl. high sensitivity): 6 – 10 – 30 mA (ochrana pred priamym dotykom)
 stredná citlivosť (MS z angl. medium sensitivity): 100 – 300 – 500 – 1000 mA (ochrana pred požiarom)
 nízka citlivosť (LS z angl. low sensitivity): 3 – 10 – 30 A (ochrana zariadení)

Druh chybového prúdu 
IEC 60755 definuje 3 triedy prúdových chráničov podľa charakteristiky chybového prúdu:
 AC: vypnutie je zaručené pre:
 striedavý chybový prúd s harmonickým priebehom
 A: vypnutie je zaručené pre:
 striedavý chybový prúd s harmonickým priebehom
 jednosmerný pulzujúci prúd (napr. obvod s usmerňovačom)
 jednosmerný pulzujúci prúd superponovaný na vyhladenom jednosmernom prúde
 B: vypnutie zaručené pre podmienky ako pri type A, rozšírené o ďalšie druhy prúdu

Čas vypnutia 
 G (z angl. General use): prúdové chrániče s okamžitým vypnutím
 minimálny vypínací čas: okamžite
 maximálny vypínací čas: 200 ms pre 1x IΔn, 150 ms pre 2x IΔn, 40 ms pre 5x IΔn
 S (z angl. Selective) alebo T (z angl. Time delayed): prúdové chrániče s oneskoreným vypnutím
 minimálny vypínací čas: 130 ms pre 1x IΔn, 60 ms pre 2x IΔn, 50 ms pre 5x IΔn
 maximálny vypínací čas: 500 ms pre 1x IΔn, 200 ms pre 2x IΔn, 150 ms pre 5x IΔn

Vypínacia schopnosť 
Vypínacia schopnosť (Icn [kA]) charakterizuje maximálny krátkodobý skratový prúd, ktorý dokáže chránič spoľahlivo rozpojiť.

Zdroje

Pozri aj 
 Istič
 Tavná poistka

Iné projekty

Externé odkazy 
 Bezpečnosť elektrických zariadení – Katedra teoretickej a experimentálnej elektrotechniky FEI STU
 Príručka ochrany prúdovými chráničmi – Legrand.sk

Elektrická bezpečnosť
Elektrické prístroje
Elektrotechnika