náhled|Proudový chránič pro montáž na DIN lištu|352x352pixelů Proudový chránič (, RCD nebo residual-current circuit breaker, RCCB) je ochranný elektrický přístroj, který automaticky odpojí elektrický obvod od napájení při vzniku reziduálního (unikajícího) proudu překračujícího stanovenou hodnotu. Slouží především jako doplňková ochrana před úrazem elektrickým proudem při poruše elektrické izolace nebo při neúmyslném dotyku živých částí. V některých aplikacích přispívá také ke snížení rizika požáru způsobeného unikajícími proudy.

Základem proudového chrániče je typicky součtový transformátor, kterým procházejí všechny pracovní vodiče chráněného obvodu. Za normálního provozu je vektorový součet proudů nulový, protože proud přitékající do obvodu se vrací zpět stejnou cestou. Dojde-li k poruše izolace nebo k průchodu proudu jinou cestou, například přes ochranný vodič nebo lidské tělo, vznikne rozdíl mezi přitékajícím a odtékajícím proudem. Tento rozdíl vyvolá v součtovém transformátoru signál, který při překročení jmenovité reziduální hodnoty aktivuje vypínací mechanismus a odpojí chráněný obvod. Proudový chránič obvykle odpojuje všechny pracovní vodiče současně, zatímco ochranný vodič zůstává trvale připojen.

Na rozdíl od jističe nebo pojistky nereaguje na přetížení ani zkrat; nelze jej tak použít jako náhradu nadproudové ochrany. Z toho důvodu se vyrábějí kombinované přístroje RCBO (z anglického residual-current circuit breaker with integrated overcurrent protection; v češtině běžně nazývané chráničojističe či jističochrániče), které spojují obě funkce.

Historie Princip ochrany založený na porovnávání proudů v pracovních vodičích byl navržen již ve 20. letech 20. století. Roku 1928 byl v Německu přihlášen patent na přístroj s názvem Fehlerstrom Schutzschalter, zkráceně FI; v překladu ochranný spínač poruchového proudu. Prakticky použitelná zařízení se však začala vyrábět až v 50. letech. K jejich rozšíření přispěl zejména vývoj citlivějších elektromagnetických mechanismů a rostoucí důraz na ochranu osob před úrazem elektrickým proudem. Proudové chrániče tak vytlačily napěťové chrániče, oproti kterým jsou konstrukčně jednodušší, spolehlivější a méně náročné na instalaci i provoz. Moderní proudové chrániče jsou odolné proti krátkým rušivým impulzům, například při bouřce nebo při indukování VF impulzů v průmyslových provozech.

Funkce chrániče náhled|Animace činnosti proudového chrániče: Za normálních okolností teče proud pouze pracovními vodiči (fáze, nulový/střední vodič), jak je vyznačeno šipkami. Při úniku proudu dojde k odvedení části proudu přes ochranný vodič (přes tzv. uzemnění, vyznačeno červeně) a chránič vybaví (odpojí napájení spotřebiče).

Princip činnosti Základním principem proudových chráničů je obvykle zapojení součtového transformátoru, kterým prochází pouze pracovní vodiče (tj. fáze a nulový/střední vodič). V žádném případě nelze součtovým transformátorem vést ochranný vodič (PE), protože v případě porušení izolace na kostru přístroje by chránič nevybavil. Za normálních provozních podmínek je vektorový součet proudů protékajících součtovým transformátorem nulový, neboť elektrické pole proudu tekoucí do obvodu působí proti poli z proudu vytékajícího z obvodu. Proto je výsledný magnetický tok v jádře součtového transformátoru roven nule a v cívce není indukován žádný elektrický proud. Ve chvíli, kdy je část proudu odváděna jinudy (následkem dotyku osoby, poškození izolace, tedy odvodem proudu na zem, kostru nebo ochranný vodič), vznikne rozdíl proudů mezi vodiči uvnitř součtového transformátoru a na vývodech jeho cívky se objeví proud, který vybudí citlivé vybavovací relé, to aktivuje rozpínací mechanismus a jsou rozpojeny všechny pracovní vodiče (kromě ochranného vodiče). Správnou funkci rozpínacího mechanismu je možné otestovat tlačítkem, které simuluje únik proudu.

Normy a standardizace Požadavky na konstrukci, zkoušení a používání proudových chráničů stanovují mezinárodní normy vydávané Mezinárodní elektrotechnickou komisí, které jsou pak přejímány do národních norem. Tyto normy definují zejména jmenovité parametry, typy chráničů, zkušební postupy a podmínky použití v různých druzích elektrických instalací. Zásadními normami jsou: Soubor norem IEC 61008 - Proudové chrániče bez vestavěné nadproudové ochrany pro domovní a podobné použití (RCCB) Soubor norem IEC 61009 - Proudové chrániče s vestavěnou nadproudovou ochranou pro domovní a podobné použití (RCBO)

Konstrukce náhled|Součásti proudového chrániče:

(1) Svorky vstupního napájení (2) Výstupní svorky zátěže

(3) Resetovací tlačítko (4) Kontakty (druhý je za relé) (5) Vybavovací relé (solenoid)

(6) Součtový transformátor (7) Řídící elektronika

(8) Testovací tlačítko (9) Testovací vodič (oranžový). Na principu popsaném výše fungují magnetické chrániče, které se skládají ze součtového transformátoru, vyhodnocovacího a vypínacího mechanismu, spínacích kontaktů a zkušebního obvodu. Použitým materiálem jádra součtového proudového transformátoru lze ovlivnit, zda bude chránič reagovat výhradně na střídavé proudy (typ AC) nebo i na pulsující stejnosměrné složky (typ A). Mechanismus je napájen přímo samotným proudem, který je vyhodnocován, proto jsou též nazývané napěťově nezávislé, neboť fungují i při přerušení některého z přívodních vodičů. Vedle nich existují chrániče elektronické, též zvané napěťově závislé, které namísto součtového transformátoru realizují měření a vyhodnocení proudů prostřednictvím polovodičových obvodů, které vyžadují napájení z napětí přívodu. To může způsobit problém v případě poklesu nebo přerušení napětí (např. při přerušení nulového vodiče), kdy může chránič ztratit svou schopnost reagovat na poruchový proud, ačkoliv nebezpečné napětí může být v obvodu stále přítomno.

Zvláštním případem jsou chrániče reagující na vyhlazený stejnosměrný proud (typ B), na který by běžný transformátor nereagoval. Zde je transformátor buzen pomocným vysokofrekvenčním generátorem, čímž se vytváří ustálený střídavý magnetický tok. Změna reziduálního proudu vyvolá změnu intenzity magnetického pole a to vede ke změně sekundárního napětí součtového proudového transformátoru. Tyto chrániče jsou tak napěťově závislé v oblasti stejnosměrných reziduálních proudů, ale v oblasti střídavých a pulzujících stejnosměrných proudů jsou konstruovány jako napěťová nezávislé.

Chrániče se obvykle vyrábějí v provedení pro montáž do rozvaděčů na nosnou lištu, a to jako samostatné přístroje nebo jako kombinované přístroje spojující funkci proudového chrániče a jističe (RCBO). Existují také přenosná provedení určená například pro staveniště nebo venkovní použití.

Použití Proudové chrániče se používají v domovních, administrativních, průmyslových i energetických instalacích. Uplatňují se rovněž na staveništích, ve zdravotnických zařízeních, zemědělských provozech, karavanech, přístavech, fotovoltaických elektrárnách, nabíjecích stanicích elektromobilů i dalších aplikacích, kde je požadována zvýšená ochrana před úrazem elektrickým proudem. Rozsah jejich použití závisí na technických normách a bezpečnostních požadavcích platných v jednotlivých státech.

Chránič lze použít v sítích TT, TN-S a TN-C-S. V síti TN-C jeho správná funkce není možná. Pokud je požadována zvýšená bezpečnost, může být použit i v síti IT.

Ochrana před úrazem Proudový chránič, stejně jako nadproudové ochranné přístroje, funguje jako prevence úrazu elektrickým proudem, kdy brání vzniku nebezpečného dotykového napětí na přístupných neživých částech, například vlivem poruchy izolace. V takovém případě se uzavře ochranná smyčka a dojde ke vzniku poruchového proudu, který způsobí vybavení přístroje. Pro správnou funkci musí být dodržena nerovnost:

,

kde R je odpor mezi neživými částmi současně přístupnými doteku. Při použití chrániče se jmenovitým residuálním proudem 30 mA tak platí:

V sítích TN je tato podmínka obvykle splněna s velkou rezervou, jelikož z důvodu ochrany pomocí nadproudových přístrojů nebo ochrany před bleskem požadují normy výrazně nižší odpor zemniče a ochranného vodiče, typicky v jednotkách ohmů. V sítích TT však může být problematické dosáhnout dostatečně nízkých hodnot odporu ochranného uzemnění, které by zaručily dostatečně rychlé vybavení nadproudového přístroje. Pak je použití chrániče klíčové pro zajištění vypnutí poruchy v požadovaném čase.

Ochrana při úrazu Na rozdíl od nadproudových přístrojů funguje chránič i jako ochrana v případě, kdy již k úrazu došlo a proud protéká lidským tělem. Zatímco jističe reagují při proudech v řádech desítek ampér, které by byly pro člověka smrtící, chránič reaguje na hodnoty v řádech desítek miliampér, které sice působí křeč a bolest, ale při dostatečně rychlém vypnutí nevedou k smrtelnému úrazu. Chránič reaguje v případě jednopólového dotyku, kdy se obvod uzavírá mezi fázovým vodičem, lidským tělem a zemí (L-PE); nicméně v případě dvojpólového dotyku, kdy se obvod uzavírá mezi fázovým vodičem, lidským tělem a nulovým či jiným fázovým vodičem (L-N; L-L), chránič nereaguje.

Proud tělem při jednopólovém dotyku je dán podílem napětí proti zemi a poruchového odporu, který je dán součtem přechodového odporu, odporu těla a zemního odporu:

Dominantní vliv má odpor těla, který je mezi rukou a nohou zhruba 5 až 15 kΩ. Při zanedbání přechodového a zemního odporu pak platí:

Nicméně v sítích IT nelze zemní odpor zanedbat, protože odpor, respektive impedance mezi živými částmi a zemí, je vysoká a je tvořena především kapacitními vazbami. Proto je možné, že proud při první poruše nebude dostatečný na vybavení chrániče (první porucha v této síti však není nebezpečná).

Ochrana před požárem K ochraně před požárem, například v případě elektroinstalací v dřevostavbách, se používá chránič s jmenovitým vybavovacím proudem menším nebo rovným 300 mA. Experimentálně bylo zjištěno, že ztrátový výkon proudů o této velikosti je již dostatečně velký, aby vyvolal požár, pokud v místě poruchy působí dostatečně dlouho. Ztrátový výkon je roven:

Chránič tak detekuje únik proudu, kterému při běžném síťovém napětí odpovídá ztrátový výkon:

.

Odhadovaná hodnota výkonové meze pro riziko požáru způsobeného elektrickou instalací je cca 60 až 100 W.

Dělení chráničů

Podle jmenovitého reziduálního proudu Chrániče se vyrábějí s různými jmenovitými vybavovacími proudy podle požadované úrovně ochrany osob nebo zařízení. Normalizované hodnoty jsou 10 mA, 30 mA, 100 mA, 300 mA, 500 mA a 1A. Nejčastější hodnotou pro doplňkovou ochranu osob je 30 mA, která je zvolená s ohledem na fyziologické reakce. Vyšší hodnoty se používají zejména pro ochranu před požárem nebo pro selektivní ochranu rozsáhlejších instalací. Aby chránič nevybavil při jakkoliv malém rozdílovém proudu, je normou stanoveno rozmezí, ve kterém se musí pohybovat skutečný vybavovací proud konkrétního chrániče, což je 50 až 100%. Běžný chránič tak vybavuje při unikajícím proudu v rozsahu 15 až 30 mA.

Podle charakteru reziduálního proudu Proudové chrániče se rozlišují podle toho, jaký typ reziduálního proudu jsou schopny detekovat. +Typ chráničeOznačeníDetekuje proudyPoužitíAC100x100pixelůpouze střídavéběžné instalace; jeho použití ustupuje, protože pulzující stejnosměrné složky reziduálního proudu mohou mít za následek snížení reakční citlivosti, nebo až zablokováníA100x100pixelůstřídavé a pulzující stejnosměrné,omezeně i hladké stejnosměrné do 6 mAběžné instalace, zdroje pro LED osvětleníF100x100pixelů100x100pixelůstřídavé a pulzující stejnosměrné,omezeně ihladké stejnosměrné do 10 mAmá upravenou frekvenční charakteristikou do 10 kHz,určité spotřebiče s výkonovými měničiB100x100pixelů100x100pixelů100x100pixelůstřídavé a pulzující i hladké stejnosměrnénapříklad u fotovoltaických systémů nebo nabíjecích stanic elektromobilů

Podle doby reakce