Wyłącznik różnicowoprądowy, czyli RCD

Czego dowiesz się z artykułu?

• Czym jest wyłącznik różnicowoprądowy?
• Co to jest znamionowy prąd różnicowy?
• Czy aparaty RCD są niezawodne?
• Sprawdzanie wyłącznika różnicowoprądowego
• Rodzaje, warianty i modyfikacje aparatów RCD
• Gdzie należy, a gdzie nie trzeba stosować zabezpieczeń RCD?
• Gdzie musimy, a gdzie nie wolno stosować zabezpieczenia RCD?

Czym jest wyłącznik różnicowoprądowy?

Jego określeń wymyślono wiele, ale zaproponowałbym jeszcze jedno. Proste i bardziej opisowe. Jest to elektryczny aparat zabezpieczający, przeznaczony do wykrywania różnic w wartościach natężenia prądu elektrycznego przewodów zasilających jeden obwód, albo też jedną grupę obwodów. Dla obwodów jednofazowych będą to przewody fazowy L oraz neutralny N. W przypadku wykrycia różnicy wielkości prądów "wpływającego" do aparatu i "wypływającego" (takiego "wycieku gdzieś w bok"), jego zadaniem jest szybkie wyłączenie zasilania chronionego obwodu czy też grupy obwodów. Stąd zresztą wzięła się jego nazwa - wyłącznik różnicowoprądowy. A ze względu na funkcjonalność potocznie zwany przez elektryków przeciwporażeniowym.

Ani budową, ani opisem zasady działania wyłącznika różnicowoprądowego nie będziemy się zajmowali. Jeśli ktoś jest tym zainteresowany, bez trudu znajdzie w sieci stosowne materiały. Natomiast dla użytkowników domowych instalacji ważniejsza jest znajomość nie budowy ale jego cech, właściwości i funkcji.

Spójrzmy na zamieszczone powyżej fotografie. Na frontach ukazanych wyłączników RCD możemy zauważyć szereg różnych symboli i oznaczeń, ale dwa z nich są większe i jakby wyróżnione. To oznaczenia "25A" (w lewym dolnym rogu) oraz "30mA" (na prawym boku). Co one nam mówią?

Oznaczenie "25A" oznacza maksymalną wartość natężenia prądu elektrycznego jaki może płynąć przez zestyki danego aparatu (prąd znamionowy ciągły). Wielkość ta powinna być większa niż wartość zabezpieczeń nadmiarowoprądowych chronionych obwodów i nigdy nie może być mniejsza. Jest to więc parametr wytrzymałościowy aparatu i nie jest żadną informacją o sposobie czy skuteczności zabezpieczenia instalacji.

Fot. 1 . Wyłączniki różnicowoprądowe. Jednofazowy i trójfazowy. (fot. Legrand)

Znamionowy prąd różnicowy

Bardziej interesujące jest drugie, wyróżnione oznaczenie. To 30 mA, czyli 30 miliamperów. Jest to tak zwany prąd różnicowy znamionowy, oznaczany jako I_ΔN, czyli parametr charakteryzujący czułość wyłącznika różnicowoprądowego. Mówi nam o tym, że w przypadku wystąpienia w chronionym obwodzie (czy grupie obwodów) prądu upływu o wielkości w zakresie od 15 mA do 30 mA (taki jest wymóg wynikający z definicji RCD), wyłącznik musi zadziałać i odłączyć od tego obwodu napięcie zasilania.

Skąd akuratnie taka wartość? Dlaczego 30 mA nie może być przekroczone? Otóż badania naukowe wykazały, że wielkość 30 mA, przy napięciu sieci, jest wartością graniczną, której przekroczenie oznacza u człowieka początek paraliżu dróg oddechowych. Dlatego jest bardzo ważne aby stosowane zabezpieczenie nie dopuszczało do zwiększenia tej wielkość prądu rażeniowego przy uszkodzeniach instalacji.

A dlaczego dopiero od wielkości 15 mA? Dlaczego nie może być to mniej? Otóż ważną cechą instalacji elektrycznej jest pewność zasilania. Nadmierne obniżenie wartości prądu upływu mogłoby powodować nieuzasadnione wyłączenia i przerwy w zasilaniu. Dlaczego nieuzasadnione? Bo wynikające z istnienia w instalacji upływności naturalnych.

Trzeba zdawać sobie sprawę iż cały szereg naszych domowych sprzętów jest zasilanych zasilaczami impulsowymi. Telewizory, inny sprzęt RTV, urządzenia AGD, sprzęt komputerowy i wiele innych, one wszystkie generują upływność w wysokości od pół do półtora miliampera. Niemal każdy egzemplarz! Jeśli to zsumować, otrzymujemy pokaźną wartość, która czasami ociera się o próg zadziałania wyłącznika RCD. I wcale nie oznacza to uszkodzenia instalacji elektrycznej! Dlatego zdecydowano, że wyłączniki różnicowoprądowe muszą mieć uniemożliwione zadziałanie poniżej wartości ½ prądu różnicowego znamionowego I_ΔN. Ta zasada obowiązuje zawsze.

Można jeszcze dodać iż w instalacjach domowych stosuje się czasami wyłączniki różnicowoprądowe o znamionowym prądzie różnicowym I_ΔN = 10 mA. Wykorzystywane bywają do zabezpieczania obwodów łazienkowych w sytuacji, kiedy projektant instalacji elektrycznej, ze względu na występujące tam warunki, uzna to za konieczne. Należy przy tym pamiętać że ich koszt jest istotnie wyższy.

Warto też mieć świadomość, że oprócz podstawowego aparatu RCD, istnieje wiele typów i odmian, o bardziej specjalizowanych zastosowaniach. Jednym z najczęściej stosowanych jest wyłącznik różnicowoprądowy zwany przeciwpożarowym (w odróżnieniu od przeciwporażeniowego), o znamionowym prądzie różnicowym I_ΔN = od 100 mA do 500 mA.

Skąd taka wielkość? Otóż uznaje się, że przepływ prądu o wartości do 500 mA przez drewno nie powoduje jego zapłonu. Dlatego też aparaty te stosuje się w instalacjach prowadzonych w obiektach drewnianych (albo innych nawet trudnopalnych) lub zawierających drewniane elementy w miejscach prowadzenia przewodów i sytuowania osprzętu. Zazwyczaj stosuje się w takich przypadkach jeden wyłącznik RCD i obejmuje nim całą instalację elektryczną.

Niezawodność działania aparatów RCD

Sama idea działania RCD była znana od wielu lat. Niestety, przez długi czas barierą w jego powszechnym zastosowaniu była bardzo wysoka cena. Poziom rozwoju przemysłu uniemożliwiał wówczas produkcję seryjną tanich aparatów odpowiedniej jakości. Dopiero druga połowa XX-wieku przyniosła przełom i wtedy stosowanie wyłączników RCD zostało objęte normami, a w wielu krajach ich montowanie w nowych instalacjach stało się obligatoryjne. W Polsce obowiązek ten istnieje od lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku.

Trzeba zdawać sobie sprawę, że wyłącznik różnicowoprądowy jest aparatem znacznie bardziej skomplikowanym niż np. wyłącznik nadmiarowoprądowy. A to oznacza, że jest też bardziej zawodny i to pomimo wielu starań projektantów oraz producentów. W ogóle, w branży elektrycznej kwestia jakości i zapewnienia niezawodności wyłączników różnicowoprądowych jest uznawana za problem o znaczeniu szczególnym, tym bardziej, że wraz z postępem technologicznym oraz rosnącą kulturą techniczną użytkowników rosną też wymagania jakościowe im stawiane. Dlatego od kilkudziesięciu lat, w wielu krajach, wiele instytutów badawczych nieprzerwanie prowadzi szczegółowe badania mające na celu doskonalenie konstrukcji i technologii ich wykonania.

Mimo tych wszystkich działań, rzeczywiste wyniki badań zawodności wyłączników różnicowoprądowych wykazują, że liczba niesprawnych egzemplarzy waha się od 2-5 % dla producentów renomowanych aż do 20% dla producentów mniej doświadczonych. Jest to odsetek produktów które utraciły sprawność podczas użytkowania. Utraciły zbyt szybko i bez umyślnej winy użytkowników, a najczęstszym tego objawem jest nadmierny wzrost rzeczywistego prądu różnicowego i/lub zbędne zadziałania wyłączające nam potrzebne zasilanie.

A przecież od wyłącznika różnicowoprądowego oczekujemy pełnej niezawodności i pewności działania! Zdolności do właściwego wypełniania zadań związanych z ochroną instalacji, przy zachowaniu przewidzianych parametrów w danych warunkach środowiskowych i w określonym czasie. Dlatego sprawą niezmiernie istotną dla użytkowników jest okresowa kontrola zdolności działania aparatu RCD.

Sprawdzanie wyłącznika różnicowoprądowego

Stosuje się dwa podstawowe sposoby sprawdzania RCD. Pierwszy typ kontroli jest banalnie prosty i przeprowadzać go powinien każdy użytkownik instalacji elektrycznej przynajmniej raz w miesiącu. Polega na naciśnięciu przycisku "TEST" w który wyposażony jest każdy wyłącznik różnicowoprądowy. Naciśnięcie przycisku symuluje uszkodzenie chronionego obwodu i wyłącznik powinien wtedy niezwłocznie zadziałać, wyłączając obwód spod napięcia. Jeśli tak się stanie, podnosimy dźwignię wyłącznika załączając ponownie napięcie i na tym próba jest zakończona. Jej wynik jest pozytywny. Jeśli natomiast RCD nie zareaguje, należy niezwłocznie zlecić elektrykowi jego wymianę oraz przegląd co najmniej tego fragmentu instalacji, który on chronił, gdyż tam może kryć się przyczyna jego niesprawności.

Nie należy przetrzymywać wciśniętego przycisku TEST. Może to spowodować uszkodzenie aparatu.

Drugi sposób kontroli parametrów należy wyłącznie do elektryków posiadających kwalifikacje do wykonywania pomiarów elektrycznych oraz odpowiedni sprzęt pomiarowy. Pomiary takie przeprowadza się też w ramach okresowego (co pięć lat) przeglądu każdej instalacji elektrycznej, gdyż taka kontrola jest wymagana prawem. Dokonywane są wtedy między innymi pomiary rzeczywistych prądów wyzwalania wyłączników różnicowoprądowych, oraz czasy zadziałania co pozwala wydać orzeczenie odnośnie możliwości ich dalszej eksploatacji.

Rodzaje, warianty i modyfikacje aparatów RCD

Warto wiedzieć, że oprócz zwykłych aparatów RCD o różnych wartościach prądu znamionowego ciągłego (od 6A do 630A), wyłączniki różnicowe dzielą się na:

• wysokoczułe, o prądzie zadziałania I_ΔN nie większym niż 30 mA,
• średnioczułe, o prądzie zadziałania I_ΔN pomiędzy 30 mA a 500 mA
• niskoczułe, o prądzie zadziałania I_ΔN powyżej 500 mA.

Istnieje również podział ze względu na napięcie znamionowe czy częstotliwość znamionową, oraz podział ze względu na typ wyzwalania, oznaczany wielkimi literami jako AC, A, B. Określa on przy jakim kształcie przebiegu różnicowego prądu upływu aparat RCD będzie reagował właściwie. Produkuje się też aparaty z różnym rodzajem wyzwalacza: np. selektywny (S), czy też krótkozwłoczny (G) oraz zróżnicowane ze względu na kilka innych, specjalistycznych parametrów.

Modyfikacjami aparatu RCD ze wzglądu na obciążalność zwarciową, są wyłączniki różnicowoprądowe nie posiadające wyzwalaczy nadprądowych, posiadające jednak zdolność wyłączania prądów zwarciowych. Oznacza się je jako RCCB. Muszą być dobezpieczane.

Wytwarzane są również wyłączniki różnicowoprądowe zintegrowane z wyzwalaczem nadprądowym. Zastępują one parę aparatów, czyli wyłącznik nadmiarowo-prądowy i wyłącznik RCD a oznacza się je na schematach jako RCBO.

Oczywiście, istnieje też podział ze wzglądu na liczbę par biegunów. Produkowane są dwubiegunowe, czterobiegunowe i trójbiegunowe (dla obwodów trójfazowych bez przewodu neutralnego).

Gdzie należy, a gdzie nie trzeba stosować zabezpieczeń RCD?

Zgodnie z wymogami obowiązujących norm, głównie pochodzących z wieloarkuszowej normy PN-HD 60364, obowiązkowemu zabezpieczeniu urządzeniami ochronnymi różnicowoprądowymi podlegają (jeden aparat lub kilka):

• wszystkie obwody w pomieszczeniach kąpielowych (np. łazienka);
• wszystkie obwody sauny, z wyjątkiem ogrzewacza sauny;
• obwody zasilające grzejniki elektryczne;
• obwody gniazd wtyczkowych ogólnego przeznaczenia, o prądzie znamionowym do 20A użytkowane przez osoby niewykwalifikowane,
• obwody z urządzeniami przenośnymi użytkowanymi na zewnątrz pomieszczeń;
• wszystkie obwody instalacji tymczasowych, w tym oświetleniowe, gniazd wtyczkowych, czy też służące do zasilania odbiorników przenośnych;
• obwody urządzeń stałych w ograniczonych przestrzeniach przewodzących;
• zalecane jest również objęcie ochroną urządzeniami RCD (jeden lub kilka) obwodów w gospodarstwach rolniczych, ogrodniczych oraz na terenach budowy i/lub rozbiórki.

Jak wynika z przytoczonych zasad, wyłącznikiem różnicowoprądowym nie musimy zabezpieczać domowych obwodów oświetleniowych, oprócz oświetlenia łazienki, chociaż możemy to zrobić. Dlaczego jednak warto z tego zrezygnować? Otóż zagrożenie porażeniem z tych obwodów nie jest wielkie, dzieci raczej nie mają tam dostępu, a w przypadku uszkodzenia w takim obwodzie i zadziałania RCD będziemy pozbawieni światła, a więc przeważnie możliwości poszukiwania uszkodzonego miejsca. Natomiast w nocy może dojść do sytuacji stwarzającej jeszcze większe zagrożenie dla użytkowników (np. konieczność poruszania się w ciemności po schodach).

Dlatego odradzam stosowanie tych aparatów w obwodach oświetleniowych. Chyba że dotyczy to oświetlenia sauny, łazienki i/lub obwodów oświetlenia zewnętrznego, na przykład ogrodowego albo na fasadzie budynku.

Mimo istniejącego zalecenia, wiele osób nie stosuje też zabezpieczenia RCD do niektórych wydzielonych obwodów, np. zasilających chłodziarkę, zamrażarkę lub kocioł c.o. Dzieje się tak ze względu na wspominaną wcześniej pewność zasilania. Gniazdo z wtyczką od chłodziarki jest gdzieś tam schowane i niedostępne normalnie nawet dla dorosłego użytkownika, tworzy się więc obwód z podłączeniem quasi-stałym.

Należy jednak pamiętać, że w takich obwodach nie wolno stosować gniazdek podwójnych, stwarzających pokusę zasilania z nich innego urządzenia, ponadto muszą posiadać oddzielne zabezpieczenie nadmiarowoprądowe. Potocznie mówimy o takich obwodach i gniazdkach, że są dedykowane. A więc takie obwody nie mogą by wykorzystywane do żadnego innego celu, a jedynie do zadeklarowanego.

Elektrycy czy inwestorzy korzystali tutaj z pierwotnej wersji rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Ustawodawca wprowadził w nim ogólny zapis dotyczący obowiązku wyposażania instalacji w urządzenia ochronne różnicowoprądowe o brzmieniu: "W urządzeniach elektrycznych należy stosować urządzenia ochronne różnicowoprądowe lub odpowiednie do rodzaju i przeznaczenia budynku bądź jego części, inne środki ochrony przeciwporażeniowej".

Przeznaczenie wydzielonego obwodu do zasilania wyłącznie jednego, określonego urządzenia, w takiej sytuacji można było uznać za "inny środek ochrony przeciwporażeniowej", jednak przepis ten był nadużywany i obecnie obowiązującą wersją tego postanowienia w rozporządzeniu jest:

"W urządzeniach elektrycznych należy stosować urządzenia ochronne różnicowoprądowe uzupełniające podstawową ochronę przeciwporażeniową i ochronę przed powstaniem pożaru, powodujące w warunkach uszkodzenia samoczynne wyłączenie zasilania".

Natomiast innym, prawnie dopuszczalnym odstępstwem od głównej zasady są instalacje lub obwody, w których bezwzględnie konieczne jest zachowanie ciągłości zasilania. Mogą to być instalacje bezpieczeństwa, zasilanie obwodów pożarniczych instalacji zraszających, oświetlenia awaryjnego i podobne. Pamiętać jednak należy, że przeważnie są to instalacje z obsługą wykwalifikowaną, instalacje regularnie kontrolowane i konserwowane. Nie można zatem stosować tu porównań do instalacji domowych, z których korzystają np. małoletnie dzieci.

Gdzie musimy, a gdzie nie wolno stosować zabezpieczenia RCD?

Wszystko co zostało dotychczas napisane dotyczy instalacji elektrycznych w układzie sieciowym TN-S, TT albo TN-C-S, ale tylko w części z rozdzielonym przewodem PEN. Mówiąc bardziej obrazowo, we wszystkich typach instalacji z wydzielonym przewodem ochronnym PE (układ IT pomijamy, jako że nie jest stosowany w instalacjach domowych). Czyli w tych układach mamy obowiązek stosowania zabezpieczenia różnicowoprądowego tam, gdzie zaleca to prawo. A co z układem TN-C lub starymi instalacjami niesklasyfikowanymi? Na przykład z takimi gdzie kiedyś zastosowano zerowanie jako środek ochrony przed porażeniami? Otóż w tych instalacjach nie wolno stosować zabezpieczeń RCD!!! Nie wolno i kwita!

Nie miejsce tutaj na analizowanie zagrożeń jakie aparat RCD mógłby wprowadzić do takiej instalacji TN-C, od tego są specjalistyczne fora dla elektryków. Jednak analizy różnych rozwiązań sytuacyjnych dobitnie dowiodły, że zainstalowanie w nich RCD zwiększa zagrożenie, a nie zmniejsza, przede wszystkim z powodu rozłączania przewodu PEN lub przewodu "zerowego". A stare przysłowie elektryków głosi, że "Kto przerywa PEN-a ten rozumu nie ma!". Z tego też powodu wszelkie dyskusje o możliwości stosowania modyfikowanych RCD w instalacji TN-C lub w instalacji z "zerowaniem" uznaję za zakończone.

Warto również pamiętać, że wszystkie te przepisy i zasady stosuje się nie tylko przy budowie, lecz także przy przebudowie, rozbudowie, modernizacji i zmianie sposobu użytkowania budynku bądź pomieszczeń, dlatego dokonując np. modernizacji, należy bezwzględnie dostosować się do obecnie obowiązujących przepisów.

Kilka odpowiedzi na często spotykane pytania praktyczne

Mam w domu starą instalację, taką z "zerowaniem". Jak mogę poprawić bezpieczeństwo jej użytkowania?

Nie ma prostej odpowiedzi na tak postawione pytanie. Należy jednak pamiętać, ze instalacje z "zerowaniem" były wykonywane jeszcze w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku i dostosowane były do ówczesnego obciążenia mocą. Znacznie mniejszego niż to obecne. Dlatego taka instalacja powinna bezwzględnie zostać poddana przeglądowi oraz pomiarom i dopiero otrzymane wyniki mogą stanowić wyznacznik dla toku dalszego postępowania. Czy da się poprawić to co jest, czy wynika już konieczność jej przebudowy? Na pewno w chwili obecnej zamontowanie w niej aparatu RCD jest wykluczone.

Nie zapominajmy przy tym, że już od prawie 30 lat prawo wymaga oddzielnego przewodu ochronnego w nowej lub przebudowywanej instalacji, dlatego nie wolno rozbudowywać instalacji „po staremu”. Jest to zresztą w interesie użytkownika.

Czy aparat RCD zabezpiecza instalację elektryczną w razie przypadkowego zwarcia?

Nie. Wyłącznik RCD nie zadziała w sytuacji spięcia pomiędzy przewodem fazowym i neutralnym, ani też w razie przeciążenia obwodu. Dlatego w instalacji stosowany jest łącznie z zabezpieczeniem nadmiarowoprądowym i zwarciowym.

Co robić jeśli wyłącznik różnicowoprądowy nie daje się załączyć?

Jest to wyraźny sygnał, że w chronionej przez aparat części instalacji wystąpiło uszkodzenie, albo popełniono błąd montażowy. W żadnym przypadku nie należy wtedy omijać zabezpieczenia, a odszukać przyczynę upływu prądu elektrycznego.

A jeśli jeden aparat RCD chroni całą instalację i jego zadziałanie nastąpiło w nocy? Nie ma światła w całym domu jak wtedy odnaleźć uszkodzenie?

Wtedy mamy do czynienia z błędami wykonawcy instalacji oraz inwestora. Z taką pseudo oszczędnością, która w pierwszym lepszym przypadku przyniesie nam duże straty. Instalowanie jednego aparatu RCD dla całej instalacji jest dozwolone i nie jest ani naruszeniem normy, ani żadnego innego prawa. Ale dobry instalator zawsze zastosuje przynajmniej dwa aparaty w jednej instalacji. Właśnie po to, by nie dochodziło do podobnych sytuacji.

W mojej instalacji wykonawca zastosował trójfazowy aparat RCD do zabezpieczenia obwodów jednofazowych. Czy takie rozwiązanie jest prawidłowe?

Tak, ale... Musimy pamiętać, że wyłączniki czterobiegunowe (trójfazowe z przewodem neutralnym) mają jeden tor fazowy uprzywilejowany, to znaczy służy on również do zasilania obwodu kontrolnego. Jeśli więc wykonawca go nie pominął, to takie rozwiązanie jest do przyjęcia. Ale jest jeszcze inny warunek. Czasami instalatorzy wykorzystują aparat trójfazowy do zabezpieczania dwóch lub trzech obwodów z tej samej fazy. Takie rozwiązanie powoduje najczęściej przekroczenie dopuszczalnej obciążalności zestyków toru N w aparacie, co nie ma prawa wystąpić. Taka sytuacja jest niedopuszczalna!

Czy wyłącznik RCD ochroni nas w każdym przypadku porażenia?

Nie! Aparat RCD nie zadziała, gdy będziemy mieć kontakt z przewodem neutralnym i wtedy dotkniemy przewodu fazowego. W takiej sytuacji wyłącznik różnicowoprądowy "nie zauważy" omijania odbiornika przez część prądu, gdyż patrząc na to od strony jego styków, bilans prądów będzie się zgadzał. Jest to przypadek ekstremalny, ale teoretycznie całkiem możliwy. Pamiętajmy! Nie ma ochrony gdy samo ciało będzie odbiornikiem!

Wykonawca instalacji elektrycznej w moim domu zamontował jeden wyłącznik RCD i powiedział, że to będzie mój wyłącznik główny, dzięki czemu zaoszczędzę na kosztach dodatkowego wyłącznika. Czy to jest dopuszczalne?

Temu pseudo elektrykowi z rozkoszą odebrałbym świadectwo kwalifikacji. Kolejna, głupia niby - oszczędność. Nie należy traktować aparatu RCD jako wyłącznika mocy! To jest precyzyjny aparat i nie do tego celu służy! Testu działania RCD dokonujemy raz w miesiącu przy uprzednim zdjęciu dużych obciążeń, więc przy małym łuku elektrycznym. Duży prąd to duży łuk, to duże zużycie styków i konieczność szybkiej wymiany aparatu na nowy, przy koszcie co najmniej dziesięć razy większym od wyłącznika mocy.

Stanisław Liberski
fot. otwierająca: Sid74 / pixabay.com