Reststroomstroomonderbreker

Aardlekschakelaar (RCCB) of een 'trip switch' is een beveiligingsapparaat dat wordt gebruikt in elektrische systemen. Aardlekschakelaars beschermen zowel mensen als elektrische apparaten tegen elektrische storingen zoals elektrische schokken en stroomlekkage. In dit artikel bespreken we wat aardlekschakelaars zijn, hoe ze worden gemaakt en hoe ze functioneren als elektrische circuitbeveiligingsapparaten.

Aardlekschakelaar Hoe het werkt

Aardlekschakelaars worden ook wel 'trip switches' en RCD (Residual Current Device) genoemd. Ze behoren tot de categorie van elektrische circuitbeveiligingsapparaten. Aardlekschakelaars zijn te vinden in elk huishoudelijk en industrieel stroomdistributiecircuit. Ze zijn verkrijgbaar in eenfasige en driefasige configuraties en hebben meerdere klassen.

De eenvoudigste vorm van RCCB is het enkelfasige type. Ze hebben twee ingangsaansluitingen en twee uitgangsaansluitingen in elke unit. gelijk aan a MCB, er is ook een schakelaar die veerbelast is om het apparaat aan en uit te zetten. Naast de schakelaar is er een 'test'-knop om te testen of het apparaat daadwerkelijk werkt. Deze knop kan een andere kleur hebben, zoals rood, groen, geel, oranje of blauw, afhankelijk van de fabrikant.

Een typisch mens kan alleen tolereren tot 30mA elektrische stroom voordat levensbedreigende verwondingen optreden. Als een mens of een levend wezen in contact komt met een stroomvoerende elektrische verbinding en geaard is, zullen ze worden geëlektrocuteerd en ernstig gewond raken. Hoewel niet zo ernstig, kunnen elektrische machines ook beschadigd raken door elektrische kortsluitingen en stroomlekkage.

Een aardlekschakelaar werkt volgens het principe van: De huidige wet van Kirchhoffs (KCL). KCL stelt dat de stroom die in een circuit vloeit gelijk moet zijn aan de stroom die terugkeert uit het circuit. Evenzo meet de RCCB eventuele significante veranderingen in de stroom die door live (L) en neutrale (N) terminals gaat. In een ideaal scenario zou het verschil heel dicht bij 0mA moeten liggen.

Als er een lekstroom is in een elektrische apparatuur die wordt beschermd door de aardlekschakelaar, zal de nulleiderstroom lager zijn dan de stroom onder spanning, omdat een bepaalde hoeveelheid stroom zal worden geaard via de aardverbinding van een persoon of de machine. Dit verschil wordt de 'reststroom' genoemd. Wanneer dit verschil de uitschakeldrempel van de aardlekschakelaar (dwz 20 mA) overschrijdt, wordt de schakelaar snel uitgeschakeld en wordt de verbinding onmiddellijk verbroken en wordt de stroom naar de apparatuur onderbroken. 

De uitschakelactie gebeurt onmiddellijk binnen een paar milliseconden. Daarom kan de persoon die wordt geëlektrocuteerd, worden beschermd tegen levensbedreigende verwondingen. Hoewel de elektrische schok niet kan worden voorkomen, is de veiligheid van de persoon altijd gegarandeerd. Bij het overwegen van elektrische apparaten, als een dergelijk apparaat een stroomlekfout heeft die stroom in het chassis lekt, kan het de aardlekschakelaar onmiddellijk uitschakelen om potentiële elektrische gevaren te voorkomen.

Aardlekschakelaar stroomonderbreker:

Nu we de werking van een aardlekschakelaar kennen, gaan we dieper in op hoe een aardlekschakelaar werkt.

Hieronder ziet u de interne constructie van een eenfasig (tweepolig) aardlekschakelaar.

Vanaf links worden de ingangsklemmen aangesloten op de hoofdstroomvoorziening van het elektriciteitsnet of de generator. Dit wordt geschakeld met behulp van een tweepolige MCB om het circuit te isoleren wanneer dat nodig is. De voeding wordt dan door 2-polige brekercontacten geleid; één voor live en één voor neutraal voor totale bescherming.

De spanningvoerende en neutrale draden gaan door een speciale spoel met één wikkeling per draad en een andere afzonderlijke wikkeling die 'detectiespoel' wordt genoemd. Elk uiteinde van deze twee primaire spoelen is verbonden met de belasting. Zoals hierboven besproken, wanneer stroom door deze spoelen gaat, creëren ze een magnetisch veld volgens de De wet van Faraday van elektromagnetische inductie. Onder normale omstandigheden waar er geen storing is in het belastingscircuit, heffen deze twee magnetische velden elkaar op.

Wanneer er een storing is en de live stroom hoger/lager is dan de neutrale stroom, kunnen deze twee magnetische velden elkaar niet opheffen. Dit induceert een spanning in de 'sensing coil'. Als deze spanning te hoog wordt (wat betekent dat de foutstroom/reststroom te hoog is), activeert het een solenoïde om de contacten te verbreken om de stroom naar de belasting af te sluiten. Eenmaal geactiveerd, moet het handmatig worden ingeschakeld nadat de fout is verholpen.

Aardlekschakelaars zijn ook uitgerust met een extra circuit met een knop en een weerstand. Dit is een circuit waarmee het apparaat kan worden getest. Wanneer we op de knop drukken, creëert het een kunstmatige foutconditie (reststroom) en activeert het de RCCB. Als het apparaat uitschakelt wanneer de knop wordt ingedrukt, bevestigt het dat de beveiliging aanwezig is.

Aardlekschakelaar bedrading

Aardlekschakelaars zijn veiligheidsvoorzieningen die in elektrische circuits zijn geïnstalleerd. Ze worden vaak geïnstalleerd op stroomverdeelborden dicht bij de bron. De onderstaande afbeelding geeft de volgorde van installatie van een aardlekschakelaar aan.

De aardlekschakelaar wordt aangesloten na de primaire schakelaar, dit is een 2-polige MCB. De MCB fungeert als hoofdschakelaar om het circuit volledig te isoleren van het net in gevallen zoals reparatie en onderhoud. De aardlekschakelaar wordt naast de subcircuits geplaatst. Enkelpolige MCB's die overstroombeveiliging bieden aan subcircuits worden na de RCCB geplaatst.

Classificatie van aardlekschakelaar

Aardlekschakelaars worden gewoonlijk ingedeeld in twee hoofdtypen op basis van hun aantal terminals. Zij zijn enkelpolige aardlekschakelaar en 4-polige aardlekschakelaars.

• Enkelpolige aardlekschakelaar
  • Enkelpolige aardlekschakelaars worden vaak gebruikt in huishoudelijke toepassingen en kleinschalige industriële toepassingen waar enkelfasige belastingen worden gebruikt. Ze hebben twee terminals en twee outputterminals, live en neutraal (L en N).

• 4-polige aardlekschakelaar
  • 4-polige aardlekschakelaars worden gebruikt voor de bescherming van het driefasige stroomsysteem. Er zijn 4 input- en outputterminalsets voor L1, L2, L3 en N-draden in een driefasensysteem. Deze worden vaak aangetroffen in industriële stroomdistributiecircuits en sommige huishoudelijke stroomdistributiecircuits waar het stroomverbruik hoog is.

Naast deze twee fysieke configuraties zijn er nog een paar typen die speciaal zijn ontworpen voor specifieke toepassingen. Deze zijn gedefinieerd in de IEC 60755: Algemene veiligheidseisen voor aardlekschakelaars.

• Type AC – algemeen gebruik
  • Dit type is geschikt voor alternerende sinusvormige spanningssystemen. Dit zijn de meest gebruikte aardlekschakelaars in huishoudelijke en industriële toepassingen.

• Type A – Eenfasige, klasse I elektronische belastingen
  • Type A aardlekschakelaars zijn het meest geschikt voor circuits die werken op zuivere sinusgolf of gemodificeerde sinusgolfbronnen zoals omvormers. Deze worden ook gebruikt in circuits waar de belastingen diode- en/of thyristorgelijkrichtercircuits hebben, zoals VFD's (Variable Frequency Drive) motorcontrollers. Type A aardlekschakelaars kunnen worden gebruikt als vervanging voor type A eenheden.

• Type F – nieuw geïntroduceerd, speciaal doel
  • Type F aardlekschakelaars zijn speciaal gemaakt om te worden gebruikt in aandrijfcircuits met variabele snelheid, zoals motorcontrollers. Deze presteren zeer goed in hoogfrequente, vervormde stroom- en spanningsgolfvormcircuits zoals HVAC-systemen. Type F aardlekschakelaars zijn erg gevoelig voor foutstromen. Deze schakelen niet uit door plotselinge inschakelstromen. Type F kan Type A en AC aardlekschakelaars vervangen.

• Type B – 3-fasensystemen, EV- en PV-systemen
  • Type B aardlekschakelaars zijn ontworpen om te werken in laadcircuits van elektrische voertuigen, fotovoltaïsche systemen en andere driefasige gelijkgerichte systemen. Deze kunnen sinusvormige AC, pulserende DC met meerdere frequenties en zelfs vloeiende DC-reststromen detecteren. Naast de golfvormtypen worden de kenmerken ook gedefinieerd onder specifieke frequenties van 3Hz tot 50kHz. Type B aardlekschakelaars voldoen aan de typen A, F en AC en kunnen als vervanging worden gebruikt.

RCCB voordelen en nadelen:

Aardlekschakelaars zijn een van de meest cruciale beveiligingsapparaten voor elektrische circuits. We zien ze in bijna elk elektrisch verdeelbord en beschermen de gebruikers en de apparatuur tegen schade. Zoals elk apparaat hebben aardlekschakelaars ook nadelen en voordelen.

RCCB Voordelen/Voordelen:

• Aardlekschakelaars worden voornamelijk gebruikt om mensen en andere levende wezens tegen elektrische schokken te beschermen.
• Naast elektrische schokken kunnen aardlekschakelaars ook mensen en elektrische apparatuur beschermen tegen aardfouten zoals stroomlekken.
• Aardlekschakelaars schakelen automatisch uit wanneer de foutstroom de nominale gevoeligheid overschrijdt.
• Ze zijn verkrijgbaar in meerdere gevoeligheden en classificatietypes voor een specifieke toepassing.
• Aardlekschakelaars zijn er in enkelfasige (tweepolig) of driefasige (vierpolige) configuraties. Deze regelingen stellen ons in staat om het circuit volledig te isoleren van de voeding.
• De meeste aardlekschakelaars bevatten extra filtercircuits die de apparatuur helpen beschermen tegen spanningsschommelingen.

Nadelen RCCB:

• Aardlekschakelaars hebben geen beveiliging tegen kortsluiting/overbelasting. Ze zijn volledig afhankelijk van de reststroom. Als een belasting per ongeluk kortsluit, is de retourstroom hetzelfde als de stroom die uit de aardlekschakelaar stroomt. Hierdoor wordt de apparaatbeveiliging niet geactiveerd.
• Zeer gevoelige varianten kunnen worden geactiveerd door blikseminslag en spanningsschommelingen.
• Aardlekschakelaars kunnen niet beschermen tegen defecte elektrische bedrading (dwz wanneer spanningvoerende en neutrale draden zijn verwisseld in het stopcontact)
• RCCB biedt alleen bescherming tegen stroomvoerende of neutrale aardschokken. Het kan de gebruiker niet beschermen tegen live-neutrale schokken. Dit kan dodelijk zijn.
• Het niet selecteren van het juiste type aardlekschakelaar voor een bepaalde toepassing leidt tot een lager beschermingsniveau tegen elektrische schokken.

Reststroom stroomonderbreker Prijs:

Elektrische beveiligingsinrichtingen zijn inherent duur. Het zijn gevoelige apparaten die moeten voldoen aan de industrienormen om ervoor te zorgen dat het minimaal vereiste beschermingsniveau van elke eenheid wordt gegarandeerd.

De prijzen van aardlekschakelaars beginnen bij $ 25- $ 30 voor enkelpolige 25A-types. Naarmate de huidige rating, het aantal polen en de gevoeligheid toenemen, kan een aardlekschakelaar u enkele honderden dollars tot enkele duizenden dollars kosten. Bijvoorbeeld de 125A ABB 4-polige aardlekschakelaar kost een flinke $ 51730 op het moment van schrijven van dit artikel.

Aardlekschakelaar met overstroombeveiliging (RCBO)

Zoals hierboven vermeld, is een typische RCCB niet in staat om overstroomgebeurtenissen te detecteren. Dit komt door het werkingsprincipe van het apparaat. Het is uitsluitend afhankelijk van het verschil tussen de uitgangs- en retourstroom (reststroom) om de veiligheid te activeren. Als een belasting te veel stroom trekt, kan de aardlekschakelaar dit niet detecteren, omdat de retourstroom precies hetzelfde is als de uitgangsstroom van het apparaat.

Om dit te voorkomen, kunnen er twee benaderingen zijn. De gebruikelijke praktijk is om één aardlekschakelaar te gebruiken en de stroom over meerdere MCB's te verdelen. Op deze manier wordt de aardlekbeveiliging afgehandeld door de aardlekschakelaar en wordt de overstroombeveiliging verzorgd door de MCB. Een reststroomgebeurtenis in een van de subcircuits zorgt er echter voor dat de RCCB het hele systeem activeert en uitschakelt.

RCBO's zijn ontworpen om dit probleem te omzeilen. Ze bestaan ​​uit een overstroombeveiligingscircuit naast het algemene aardlekbeveiligingscircuit.

Onderstaande afbeelding is een 4-polige RCCBO. RCCBO's zijn te onderscheiden door hun MCB-achtige uiterlijk met 4 verbonden polen. Ze zien er bijna uit als een MCB in combinatie met een RCCB.

Wat veroorzaakt een aardlekschakelaar om te trippen?

Aardlekschakelaars zijn ontworpen om uit te schakelen wanneer er een foutstroom is. Deze stroom wordt 'reststroom' genoemd. Het apparaat bewaakt, zoals hierboven uitgelegd, de stroom die in stroomvoerende (en) en neutrale draden loopt. Onder normale werkomstandigheden moet het verschil tussen de twee stromen bijna nul zijn.

Wanneer er een stroomlek is; een persoon die geaard is, wordt bijvoorbeeld geëlektrocuteerd, een kleine hoeveelheid stroom van blootliggende stroomdraad gaat door de persoon de grond in. Dit veroorzaakt een onbalans in de levende en neutrale stromen in de aardlekschakelaar. ALS het verschil te groot is, schakelt de aardlekschakelaar uit.

Afgezien van deze primaire functionaliteit kunnen ook gebeurtenissen zoals bliksem, niet-uniforme belastingen zoals sterk inductieve belastingen (elektromotoren, lasinstallaties) de aardlekschakelaar onbedoeld activeren. Dit is ongewenst en kan worden voorkomen door het juiste type aardlekschakelaar te gebruiken dat geschikt is voor het type belasting.

De opgewaardeerde RCBO's kunnen ook trippen als gevolg van overstroom. RCBO's kunnen overstroom/kortsluiting detecteren en de schakelaar dienovereenkomstig uitschakelen.

Conclusie

Aardlekschakelaars zijn zeer betrouwbare veiligheidsvoorzieningen die zowel apparatuur als menselijke operators beschermen tegen gevaarlijke elektrische schokken. Er zijn zeer geavanceerde aardlekschakelaars op de markt waarmee zelfs parameters zoals uitschakelstroom en uitschakelvertraging kunnen worden geprogrammeerd. Gebruik altijd de geschikte aardlekschakelaar in uw stroomverdeelsysteem om een ​​optimale bescherming te garanderen.