W rozdzielnicy bardzo łatwo pomylić dwa zupełnie różne parametry wyłącznika różnicowoprądowego zwanego potocznie „różnicówką”: prąd znamionowy In, np. 25 A, 40 A lub 63 A, oraz znamionowy prąd różnicowy IΔn, np. 10mA, 30 mA czy 100mA. Pierwszy określa prąd, jaki aparat może długotrwale przewodzić w określonych warunkach, natomiast drugi mówi, przy jakiej granicznej wartości prądu różnicowego RCD ma zadziałać.
To rozróżnienie jest podstawą prawidłowego doboru wyłącznika różnicowoprądowego. RCD 40 A / 30 mA nie oznacza więc, że aparat wyłączy instalację po przekroczeniu 40 A. Typowy RCCB nie posiada członu zabezpieczającego przed przeciążeniem. Wartość 40 A określa jego prąd znamionowy, natomiast 30 mA dotyczy działania członu różnicowoprądowego.
Dlatego pytanie, jak dobrać wyłącznik różnicowoprądowy, trzeba rozpatrywać szerzej. Znaczenie ma układ sieci, sposób ochrony przeciwporażeniowej, zabezpieczenia znajdujące się przed i za RCD, rodzaj odbiorników, spodziewane prądy różnicowe oraz sposób podziału całej instalacji. Zasady te wynikają przede wszystkim z serii PN-HD 60364, w szczególności części dotyczących ochrony przed porażeniem, doboru aparatury oraz sprawdzania instalacji.
Od czego zacząć dobór wyłącznika różnicowoprądowego
Wyłącznik różnicowoprądowy RCD porównuje prądy płynące przewodami czynnymi przechodzącymi przez jego przekładnik sumujący. W prawidłowo działającym obwodzie suma tych prądów jest równa zeru. Jeżeli część prądu popłynie inną drogą, np. przez uszkodzoną izolację, przewód ochronny, obudowę urządzenia albo ciało człowieka do ziemi, pojawia się prąd różnicowy. Po osiągnięciu odpowiedniej wartości RCD powoduje odłączenie zasilania.
Trzeba jednak pamiętać, że typowy wyłącznik różnicowoprądowy RCCB nie jest zabezpieczeniem przeciążeniowym ani zwarciowym. Dla wyjaśnienia, RCCB (Residual Current Circuit Breaker) oraz RCD (Residual Current Device) właściwie oznaczają to samo urządzenie, czyli wyłącznik różnicowoprądowy. RCBO (Residual Current Circuit Breaker with Overcurrent Protection), jest już trochę innym urządzeniem niż RCD czy RCCB, gdyż dodatkowo posiada zabezpieczenie przeciążeniowe i zwarciowe, czyli podążając za modą można go nazwać zabezpieczeniem hybrydowym, ale najczęściej jest określany wyłącznikiem kombinowanym. Wymagania produktowe dla RCD (RCCB) określa norma PN-EN/IEC 61008. Aparaty łączące funkcję różnicowoprądową i nadprądową, czyli RCBO, objęte są z kolei normą PN-EN/IEC 61009. Aktualne wydania IEC wyraźnie rozróżniają RCCB bez integralnego zabezpieczenia nadprądowego od RCBO wyposażonego w taką funkcję.
W typowej rozdzielnicy RCCB współpracuje więc z bezpiecznikiem albo wyłącznikiem nadprądowym. Zabezpieczenie nadprądowe chroni instalację przed skutkami przeciążenia i zwarcia, natomiast RCD realizuje funkcje związane z ochroną przy uszkodzeniu i – jeżeli ma IΔn nie większe niż 30 mA – może stanowić ochronę uzupełniającą w przypadkach określonych przez normę.
Dobór najlepiej rozpocząć od rzetelnego zestawienia obwodów. Możesz skorzystać z mojego arkusza na zpe24.pl lub skorzystać z modułu podziału obwodów dostępnego na strefaelektryki.pl. Trzeba wiedzieć, które obwody są jednofazowe, które trójfazowe, jakie mają zabezpieczenia nadprądowe, jakie odbiorniki będą z nich zasilane oraz jakie zabezpieczenie ogranicza prąd całej instalacji. Na ten ostatni punkt należy zwrócić szczególną uwagę, gdyż jest on najważniejszy przy doborze prądu znamionowego wyłącznika.
30 mA, 100 mA czy 300 mA?
W instalacjach mieszkaniowych najczęściej spotykamy RCD o znamionowym prądzie różnicowym IΔn = 30 mA. Nie wynika to jednak z zasady, że „wszędzie w domu musi być różnicówka 30 mA”. Zakres stosowania ochrony uzupełniającej określa PN-HD 60364-4-41.
Wymagania odpowiadające IEC 60364-4-41 przewidują m.in. ochronę poprzez RCD o IΔn nieprzekraczającym 30 mA dla obwodów gniazd wtyczkowych prądu przemiennego o prądzie znamionowym nie przekraczającym 32A oraz urządzeń przenośnych o prądzie do 32A użytkowanych na zewnątrz, a po zmianach w 2017 roku wprowadzonych do części 4-41 również dla obwodów oświetlenia w gospodarstwach domowych. Wymaganie stosowania RCD dla pomieszczeń z wanną lub prysznicem zawiera dodatkowo norma PN-HD 60364-7-701.
RCD 30 mA jest więc przede wszystkim środkiem ochrony uzupełniającej. Nie należy traktować go jako podstawowego środka ochrony przed dotykiem bezpośrednim ani jako urządzenia zastępującego prawidłowo wykonany przewód ochronny, połączenia wyrównawcze czy warunki samoczynnego wyłączenia zasilania.
Aparaty o IΔn równym 100 mA lub 300 mA mają inne zastosowanie. Mogą występować jako urządzenia nadrzędne, mogą uczestniczyć w realizacji ochrony przy uszkodzeniu, szczególnie w układach TT gdzie, albo być stosowane tam, gdzie wymagania dotyczą ograniczania zagrożenia pożarowego wynikają z konkretnego rozwiązania instalacji. Nie zastępują jednak RCD 30 mA tam, gdzie norma wymaga ochrony uzupełniającej.
Nie warto również przyjmować zasady, że im niższy IΔn, tym instalacja jest bezpieczniejsza. Każda instalacja ma naturalne prądy upływu. Duża liczba zasilaczy impulsowych, filtrów EMC, urządzeń elektronicznych czy przewodów może powodować ich sumowanie. Jeżeli zbyt wiele obwodów zostanie podłączonych do jednego RCD 30 mA, może dochodzić do niepożądanych zadziałań mimo braku pojedynczej poważnej usterki.
Typ RCD trzeba dobrać do odbiorników
Kolejnym parametrem jest typ wyłącznika różnicowoprądowego. Nie można dobierać go wyłącznie na podstawie ceny czy przyzwyczajenia. Typ aparatu określa, na jakie kształty prądu różnicowego urządzenie jest przeznaczone.
Typ AC reaguje na sinusoidalny przemienny prąd różnicowy. W prostych obwodach z odbiornikami rezystancyjnymi jego właściwości mogą być wystarczające, jednak współczesna instalacja mieszkaniowa zawiera coraz więcej elektroniki.
Typ A jest przeznaczony do wykrywania zarówno sinusoidalnych prądów przemiennych, jak i pulsujących prądów stałych. Z tego powodu przy odbiornikach zawierających prostowniki i układy elektroniczne jest znacznie częściej właściwym rozwiązaniem. Producenci wskazują typ A m.in. dla wielu urządzeń AGD, zasilaczy, elektroniki oraz urządzeń jednofazowych wyposażonych w układy elektroniczne.
Nie oznacza to jednak, że typ A można automatycznie zastosować do każdego urządzenia.
Typ F jest przeznaczony m.in. do określonych odbiorników z regulacją częstotliwości i jednofazowymi przemiennikami, natomiast typ B potrafi wykrywać również gładki prąd stały. Może być wymagany w określonych instalacjach z falownikami, napędami, instalacjami PV czy ładowaniem pojazdów elektrycznych. Ostateczny wybór powinien wynikać zarówno z właściwości instalacji, jak i dokumentacji producenta konkretnego urządzenia.
To szczególnie ważne przy ładowarkach samochodowych i falownikach. Sam fakt, że urządzenie jest „elektroniczne”, nie oznacza jeszcze automatycznie konieczności zastosowania typu B. Część urządzeń posiada własne układy detekcji składowej stałej, co może wpływać na wymagany typ RCD po stronie instalacji. Wymagania co do RCD dla ładowarek EV określa norma PN-HD 60364-7-722, gdzie w pkt. 722.531.3.101 znajdziemy informacje, że RCD typu B stosujemy gdy ładowarka nie zawiera własnego układu detekcji upływu prądu stałego RDC-DD zgodnego z IEC 62955. Jeśli taki układ znajduje się w urządzeniu to można zatosować wyłącznik typu A lub F. Tutaj zawsze trzeba sprawdzić dokumentację producenta.
Jak dobrać prąd znamionowy RCD – 25 A, 40 A czy 63 A?
To jeden z najczęściej źle interpretowanych parametrów.
Prąd znamionowy In RCD, np. 25 A, 40 A, 63 A czy 80 A, określa prąd, jaki aparat może przewodzić w warunkach określonych przez producenta. RCCB sam nie wyłączy jednak obwodu gdy przez aparat przez dłuższy czas płynie np. 45 A zamiast 40 A. Dlatego trzeba zapewnić mu odpowiednią ochronę przed przeciążeniem.
I właśnie w tym miejscu nie możemy patrzeć wyłącznie na wyłączniki nadprądowe znajdujące się za RCD. Trzeba przeanalizować cały tor zasilania, w tym zabezpieczenie znajdujące się przed rozdzielnicą, np. zabezpieczenie przedlicznikowe.
Jeżeli instalacja jest zasilana przez zabezpieczenie przedlicznikowe 25 A, to prąd płynący przez znajdujący się dalej RCCB jest ograniczony przez to zabezpieczenie. Możemy więc zastosować RCD 40 A, a także aparat o większym In, np. 63 A. Jeżeli ochronę RCD przed przeciążeniem realizujemy właśnie przez zabezpieczenie poprzedzające, jego prąd znamionowy nie powinien być większy od dopuszczalnego prądu RCD. W tym przykładzie RCD 25 A może odpowiadać zabezpieczeniu 25 A, natomiast 40 A daje dodatkowy zapas prądowy.
Przykładowo:
zabezpieczenie przedlicznikowe C 25 A → RCD 25 A – niezalecane, gdyż istnieje ryzyko niewielkiego przekroczenia wartości znamionowej In, gdyż wyłącznik nadprądowy działa w zakresie 1,13 – 1,45 * In, czyli dla C25 będzie to zakres 28A – 36A czyli, np. prąd 27A może płynąć przez RCD 25A przez wiele godzin bez wyłączenia, co znacznie wpłynie na jego sprawność.
zabezpieczenie przedlicznikowe C 25 A → RCD 40 A – poprawne pod względem tej zależności, gdyż zanim In w RCD zostanie przekroczone nastapi wyłącznie zabezpieczenia przedlicznikowego.
Zastosowanie aparatu o In niższym niż prąd zabezpieczenia poprzedzającego wymagałoby zapewnienia jego ochrony przed przeciążeniem w inny, prawidłowo zaprojektowany sposób.
Nie ma więc zasady, że przy kilku wyłącznikach B16 za RCD należy bezwzględnie zsumować 16 + 16 + 16 A i na tej podstawie wybrać RCD 63 A lub 80 A. Trzeba sprawdzić sposób, w jaki aparat jest chroniony przed przeciążeniem oraz konfigurację całej rozdzielnicy czy też instalacji.
W praktyce jednym z najprostszych i najbardziej czytelnych sposobów jest przyjęcie, że In RCCB jest o 1 stopień większe niż wartość zabezpieczenia nadprądowego znajdującego się przed nim, o ile właśnie to zabezpieczenie ma zapewniać ochronę RCCB przed przeciążeniem. Producenci rozdzielnic i aparatury stosują dokładnie taką zasadę w swoich rozwiązaniach – RCCB dobierany jest co najmniej do wartości poprzedzającego zabezpieczenia nadprądowego.
Istnieją również rozwiązania, w których ochronę przed przeciążeniem RCCB można wykazać na podstawie aparatów znajdujących się po jego stronie odbiorczej, współczynników użytkowania i zasad określonych dla danej rozdzielnicy. Nie należy jednak mieszać tych metod ani opierać doboru wyłącznie na założeniu, że „wszystkie odbiorniki przecież nigdy nie pracują jednocześnie”. ABB wskazuje przykładowo, że ochrona cieplna RCCB może być zapewniona przez aparaty nadprądowe po stronie odpływowej, ale wymaga to uwzględnienia ich prądów znamionowych oraz odpowiedniego współczynnika wykorzystania.
Osobną kwestią jest odporność zwarciowa RCD. Trzeba uwzględnić spodziewany prąd zwarciowy oraz deklarowaną przez producenta warunkową zdolność zwarciową w zestawieniu z określonym zabezpieczeniem poprzedzającym. Wartość prądu znamionowego 40 A czy 63 A nie mówi nam jeszcze, jaki prąd zwarciowy aparat może bezpiecznie wytrzymać.
RCD 2P czy 4P / 3p+N?
W typowych obwodach jednofazowych stosuje się aparaty dwubiegunowe, natomiast w instalacjach trójfazowych – odpowiednio aparaty czterobiegunowe, jeżeli przez RCD prowadzony jest również przewód neutralny. Przez wiele lat, w wielu instalacjach budynków mieszkalnych RCD 4p lub 3p+N były stosowane jako zbiorcze zabezpieczenie zarówno obwodów 3-fazowych jak i 1-fazowych. Chociaż stosowanie RCCB 4 biegunowego dla obwodów 1 fazowych jest technicznie poprawne i dopuszczalne, to obecnie to rozwiązanie przez wielu elektryków jest uzawane za tzw. „złą praktykę”. Coraz więcej elektryków skłania się do rozwiązania takiego, że w rozdzielnicy RCD 3p+N odpowiada za obwody 3 fazowe, a RCD 2p odpowiada za obwody 1 fazowe. Oczywiście taki podział, przy instalacji 3 fazowej, wymaga zastosowania minimum 3 szt wyłączników RCD 2p, po 1 na każdą fazę, jednak często takich wyłączników jest więcej np. 6 lub nawet 9 szt. równomiernie rozłożonych na każdą z faz.
Przy wielu RCCB kluczowe jest prawidłowe prowadzenie przewodów neutralnych. Wszystkie przewody czynne należące do obwodu chronionego przez dany RCD muszą przechodzić przez jego układ pomiarowy (przekładnik Ferrantiego). Przewód neutralny znajdujący się za jednym RCD nie może być przypadkowo połączony z przewodem neutralnym obwodu znajdującego się za innym RCD. Takie podłączenie spowoduje wyłączenie jednego bądź obu RCD w przypadku podania obciążenia na któryś z obwodów.
To jeden z najczęstszych powodów natychmiastowego albo pozornie przypadkowego wyzwalania różnicówki. Problem może pojawiać się dopiero po włączeniu konkretnego odbiornika, dlatego na pierwszy rzut oka instalacja potrafi wyglądać na prawidłową.
Jeden RCD czy kilka?
Normy nie sprowadzają projektowania instalacji do zasady „jedna różnicówka na cały dom”. Oprócz spełnienia wymagań ochrony trzeba brać pod uwagę również skutki zadziałania zabezpieczenia.
Podłączenie wszystkich obwodów domu do jednego RCD 30 mA oznacza, że pojedyncze uszkodzenie lub zwiększony prąd upływu może wyłączyć jednocześnie oświetlenie, lodówkę, ogrzewanie, automatykę, bramę, alarm i wszystkie gniazda.
Dlatego instalację warto podzielić na kilka logicznych sekcji albo zastosować RCBO dla poszczególnych obwodów. Szczególnej uwagi wymagają odbiorniki, których przypadkowe odłączenie może powodować poważne konsekwencje eksploatacyjne, np. lodówka, zamrażarka, kocioł, pompy, serwer, alarm czy automatyka budynku.
Znaczenie ma również sumowanie prądów upływu. Nawet jeżeli żadne urządzenie nie jest uszkodzone, kilkanaście odbiorników wyposażonych w filtry przeciwzakłóceniowe może powodować przepływ prądów do przewodu PE. Podział instalacji na kilka RCD ogranicza zarówno skutki pojedynczej awarii, jak i ryzyko niepożądanych wyłączeń.
RCBO jest pod tym względem bardzo wygodnym rozwiązaniem, ponieważ jeden aparat realizuje zabezpieczenie nadprądowe i różnicowoprądowe konkretnego obwodu, awaria np. gniazd zewnętrznych nie powoduje odłączenia pozostałych części domu. Łatwiejsza jest także późniejsza diagnostyka. Niestety jest to rozwiązanie kosztowne, gdyż rozdzielnica wykonana na samych RCBO może być nawet kilkukrotnie droższa niż kombinacja RCD oraz wyłączników nadprądowych.
Selektywność RCD
Jeżeli kilka wyłączników różnicowoprądowych pracuje szeregowo, trzeba przeanalizować ich koordynację. Samo zastosowanie RCD 300 mA przed RCD 30 mA nie daje jeszcze automatycznie gwarancji pełnej selektywności.
Aparat znajdujący się wyżej w instalacji może wymagać odpowiedniej zwłoki czasowej – stosuje się w tym celu m.in. RCD selektywne oznaczone literą S. Trzeba również sprawdzić wymagania dotyczące znamionowych prądów różnicowych oraz charakterystyki konkretnych aparatów.
Dlatego selektywności nie powinno się oceniać wyłącznie na podstawie napisów „30 mA” i „300 mA” na obudowie. Należy uwzględnić charakterystyki czasowo-prądowe oraz zasady koordynacji podane przez producenta. Typowy wyłącznik RCD bezzwłoczny z reguły działa w czasie do 40ms (z reguły 5-20ms), natomiast wyłącznik selektywny działa w zakresie od 40 do 150ms, co oznacza, że ich zakresy działania wzajemnie się wykluczają. Ma to szczególne znaczenie w układach sieci TT, gdzie stosowanie wyłącznika RCCB selektywnego nad innymi wyłącznikami RCCB jest zalecane z uwagi na fakt, iż przy zwarciu doziemnym prąd zwarciowy może być zbyt mały, aby spowodować zadziałanie zabezpieczenia nadprądowego, a w przypadku uszkodzenia RCD niższego stopnia selektywny RCD nadrzędny stanowi rezerwową ochronę przed skutkami takiego uszkodzenia.
W poniższym filmie znajdziesz informacje jakie są różnice w podłączeniu RCD oraz SPD dla różnych układów sieci. (źródło: YouTube kanał: Z PORADNIKA ELEKTRYKA)
Dobór aparatu to jeszcze nie koniec
Prawidłowy dobór i montaż RCD musi zostać zakończony sprawdzeniem instalacji. Zagadnienie to obejmuje seria PN-HD 60364-6 dotycząca sprawdzania instalacji elektrycznych.
Przycisk TEST znajdujący się na wyłączniku różnicowoprądowym jest bardzo ważnym elementem kontroli funkcjonalnej, ale nie zastępuje pomiarów wykonywanych odpowiednim miernikiem. Podczas sprawdzania instalacji należy zweryfikować skuteczność zastosowanych środków ochrony, prawidłowość połączeń przewodów ochronnych, warunki samoczynnego wyłączenia zasilania oraz działanie urządzeń różnicowoprądowych. Taki protokół z powdzeniem sporządzisz w moim arkuszu do sporządzania protokłów z pomiarów instalacji elektrycznych.
Trzeba również pamiętać, że prawidłowo działający RCD nie naprawi błędów instalacyjnych. Nie zastąpi przewodu ochronnego, prawidłowego uziemienia tam, gdzie jest ono wymagane, właściwego podziału PEN ani poprawnego wykonania połączeń ochronnych.
Przed zakończeniem projektu warto więc odpowiedzieć przynajmniej na kilka pytań:
- czy RCD jest wymagany w danym obwodzie i jaką funkcję ochronną ma realizować,
- czy IΔn został właściwie dobrany,
- czy typ AC, A, F lub B odpowiada charakterowi odbiorników,
- czy In RCD jest właściwe względem zabezpieczenia poprzedzającego i całego układu zasilania,
- czy zapewniono wymaganą ochronę RCD przed przeciążeniem i zwarciem,
- czy prawidłowo rozdzielono przewody neutralne,
- czy zadziałanie jednego aparatu nie spowoduje niepotrzebnego wyłączenia zbyt dużej części instalacji.
Dobrze dobrany wyłącznik różnicowoprądowy nie jest więc pozycją, którą wystarczy „odhaczyć” w projekcie rozdzielnicy. Powinien być elementem kompletnego systemu ochrony współpracującym z zabezpieczeniami nadprądowymi, przewodami, układem sieciowym i konkretnymi odbiornikami.
Najważniejsze jest patrzenie na całą instalację. Jeżeli przed licznikiem mamy zabezpieczenie 25 A i to ono ogranicza maksymalny prąd dopływający do rozdzielnicy, RCD 40 A może być całkowicie prawidłowym wyborem – nie trzeba automatycznie stosować 63 A tylko dlatego, że suma wartości wyłączników nadprądowych za nim wynosi kilkadziesiąt amperów. Z drugiej strony nie można bez dodatkowej analizy zastosować RCCB o prądzie znamionowym mniejszym od prądu zabezpieczenia, które znajduje się przed nim i ma zapewniać jego ochronę.
To właśnie rozróżnienie między In RCD, IΔn, zabezpieczeniem poprzedzającym i rzeczywistą konfiguracją instalacji pozwala prawidłowo dobrać różnicówkę zamiast kierować się prostą zasadą „30 mA i 40 A pasuje wszędzie”.
Jeśli wolisz luźniejszą wersję tego artykułu, to zapraszam do odsłuchania mojego podcastu Electrostory na spotify:
