Das Funktionsprinzip des RCD

Die Abkürzung RCD entstand aus dem Ausdruck „Residual Current Device“, der den Zweck des Geräts definiert, der darin besteht, bei versehentlichen Isolationsfehlern und der Bildung von Leckströmen durch diese die Spannung aus dem angeschlossenen Stromkreis zu entfernen.

Funktionsprinzip

Der Betrieb des RCD basiert auf dem Prinzip des Vergleichs der Ströme, die in den gesteuerten Teil des Stromkreises eintreten, und der ihn verlassenden Ströme auf der Grundlage eines Differentialtransformators, der die Primärwerte jedes Vektors in Sekundärwerte umwandelt, die in Winkel und Richtung streng proportional sind für geometrische Raffungen.

Die Vergleichsmethode kann durch eine einfache Bilanz oder Bilanz dargestellt werden.

Wenn das Gleichgewicht erhalten bleibt, funktioniert alles normal, und wenn es gestört ist, ändert sich der Qualitätszustand des gesamten Systems.

In einem einphasigen Stromkreis werden der Phasenstromvektor, der sich dem Messelement nähert, und der Nullstrom, der es verlässt, verglichen. Im Normalbetrieb mit zuverlässiger Integralisolierung sind sie gleich und gleichen sich gegenseitig aus.Wenn im Stromkreis ein Fehler auftritt und ein Leckstrom auftritt, wird das Gleichgewicht zwischen den betrachteten Vektoren durch seinen Wert gestört, der von einer der Wicklungen des Transformators gemessen und an den Logikblock übertragen wird.

Der Vergleich der Ströme in einem dreiphasigen Stromkreis erfolgt nach dem gleichen Prinzip, nur Ströme aus den drei Phasen durchlaufen einen Differentialtransformator und aufgrund ihres Vergleichs entsteht ein Ungleichgewicht. Im Normalbetrieb sind die Ströme der drei Phasen in geometrischer Summe ausgeglichen und bei Isolationsfehlern in jeder Phase entsteht in dieser ein Ableitstrom. Sein Wert wird durch Summierung der Vektoren im Transformator bestimmt.

Strukturdiagramm

Die vereinfachte Funktionsweise eines Fehlerstrom-Schutzschalters lässt sich durch Blöcke in einem Blockschaltbild darstellen.

Das Ungleichgewicht der Ströme vom Messgerät wird an den Logikteil weitergeleitet, der nach dem Relaisprinzip arbeitet:

1. elektromechanisch;

2. oder elektronisch.

Es ist wichtig, den Unterschied zwischen den beiden zu verstehen. Elektronische Systeme boomen derzeit und erfreuen sich aus vielen Gründen immer größerer Beliebtheit. Sie verfügen über eine breite Funktionalität und große Fähigkeiten, benötigen jedoch elektrische Energie für den Betrieb des Logik- und Ausführungselements, die von einem speziellen Block bereitgestellt wird, der mit dem Hauptstromkreis verbunden ist. Fällt aus verschiedenen Gründen der Strom aus, funktioniert ein solcher RCD in der Regel nicht. Eine Ausnahme bilden seltene elektronische Modelle, die mit dieser Funktion ausgestattet sind.

Elektromechanische Relais nutzen die mechanische Energie einer geladenen Feder, die im Grunde wie eine normale Mausefalle aussieht. Damit das Relais funktioniert, ist eine minimale mechanische Kraft auf den betätigten Aktuator ausreichend.

Wenn die Maus den Köder der vorbereiteten Mausefalle berührt, führt der Leckstrom, der bei einer Unsymmetrie im Differentialtransformator entstanden ist, dazu, dass der Antrieb aktiviert und die Spannung vom Stromkreis getrennt wird. Hierzu verfügt das Relais über eingebaute Leistungskontakte in jeder Phase und einen Kontakt zur Vorbereitung des Testers.

Jeder Relaistyp hat bestimmte Vor- und Nachteile. Elektromechanische Konstruktionen funktionieren seit vielen Jahrzehnten zuverlässig und haben sich bestens bewährt. Sie benötigen keine externe Stromversorgung und elektronische Modelle sind vollständig darauf angewiesen.

Es ist mittlerweile allgemein anerkannt, dass die wirksamste Maßnahme zum Schutz vor elektrischem Schlag in Elektroinstallationen bis 1000 V eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) für den Ableitstrom ist.

Ohne der Bedeutung dieser Schutzmaßnahme zu widersprechen, streiten die meisten Experten seit vielen Jahren über die Werte der Hauptparameter des RCD – Installationsstrom, Reaktionszeit und Zuverlässigkeit. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Parameter des RCD sind eng mit dem Preis und den Arbeitsbedingungen verbunden.

Tatsächlich gilt: Je niedriger der Einstellstrom und je kürzer die Ansprechzeit, desto höher ist die Zuverlässigkeit des RCD und desto teurer ist sein Preis.

Darüber hinaus sind die Anforderungen an die Isolierung des Schutzbereichs umso höher, je kleiner der Einstellstrom und je kürzer die Betriebszeit des FI-Schutzschalters ist, da bereits eine geringfügige Verschlechterung der Betriebsbedingungen zu häufigen und teilweise auch langen Ausfällen führen kann. Fehlabschaltungen der Elektroanlage, die ein normales Arbeiten unmöglich machen.

Andererseits gilt: Je höher der RCD-Einstellstrom und je länger die Ansprechzeit, desto schlechter sind seine Schutzeigenschaften.

RCD-Design

Der Aufbau eines einphasigen RCD ist auf dem Foto unten dargestellt.

Dabei wird die Spannung an die Eingangsklemmen angelegt und ein gesteuerter Stromkreis an die Ausgangsklemmen angeschlossen.

Der dreiphasige Fehlerstromschutzschalter ist auf die gleiche Weise aufgebaut, jedoch werden darin die Ströme aller Phasen beobachtet.

Die gezeigte Abbildung zeigt einen vieradrigen RCD, obwohl auch eine dreiadrige Ausführung im Handel erhältlich ist.

So überprüfen Sie den RCD

Die Funktionsüberprüfung ist in jedes Entwurfsmuster integriert. Hierzu wird der „Tester“-Block verwendet, bei dem es sich um einen offenen Kontaktfederknopf zur Selbsteinstellung und einen strombegrenzenden Widerstand R handelt. Sein Wert wird so gewählt, dass ein minimal ausreichender Strom erzeugt wird, der einen Leckstrom künstlich simuliert.

Beim Drücken der Taste „Test“ muss der mit dem Vorgang verbundene RCD ausgeschaltet werden. Geschieht dies nicht, sollte es aussortiert, auf Beschädigungen überprüft und repariert bzw. gebrauchstauglich ersetzt werden. Die monatliche Prüfung des Fehlerstromschutzschalters (RCD) erhöht die Zuverlässigkeit seines Betriebs.

Übrigens lässt sich die Funktionsfähigkeit elektromechanischer und einzelner elektronischer Strukturen vor dem Kauf einfach im Laden überprüfen. Hierzu reicht es aus, beim Einschalten des Relais kurzzeitig einen Strom im Phasen- oder Neutralleiterkreis aus der Batterie bei beliebiger Anschlusspolarität gemäß Variante 1 und 2 einzuspeisen.

Ein funktionierender RCD mit elektromechanischem Relais funktioniert und in den allermeisten Fällen können elektronische Produkte nicht überprüft werden. Sie brauchen Energie, damit die Logik funktioniert.

So schließen Sie einen RCD an eine Last an

Fehlerstromschutzgeräte sind für den Einsatz in Versorgungsstromkreisen im TN-S- oder TN-C-S-System mit Anschluss des Schutzneutralleiters PE in der Verkabelung vorgesehen, an den die Gehäuse aller elektrischen Geräte angeschlossen sind.

In diesem Fall gelangt bei einem Isolationsbruch das am Körper entstehende Potential sofort über den PE-Leiter zur Erde und der Komparator berechnet den Fehler.

Im normalen Leistungsmodus trennt der RCD die Last nicht, sodass alle Elektrogeräte optimal funktionieren. Der Strom jeder Phase induziert im Magnetkreis des Transformators einen eigenen magnetischen Fluss F. Da sie betragsmäßig gleich, aber entgegengesetzt gerichtet sind, heben sie sich gegenseitig auf. Es gibt keinen gemeinsamen magnetischen Fluss und es kann keine EMF in der Relaisspule induziert werden.

Im Falle einer Leckage fließt das gefährliche Potenzial über die PE-Schiene zur Erde. In der Spule des Relais wird durch das resultierende Ungleichgewicht der magnetischen Flüsse (Ströme in Phase und Neutralleiter) eine EMF induziert.

Der Fehlerstromschutzschalter erkennt auf diese Weise sofort den Fehler und trennt im Bruchteil einer Sekunde den Stromkreis mit Leistungskontakten.

Eigenschaften eines RCD mit elektromechanischem Relais

Die Nutzung der mechanischen Energie der gespannten Feder kann in manchen Fällen vorteilhafter sein als die Verwendung eines speziellen Blocks zur Stromversorgung der Logikschaltung. Betrachten Sie dies anhand eines Beispiels, bei dem der Nullpunkt des Versorgungsnetzes unterbrochen wird und die Phase auftritt.

In einer solchen Situation erhalten die statischen elektronischen Relais keinen Strom und können daher nicht arbeiten. Gleichzeitig kommt es in dieser Situation in einem Dreiphasensystem zu einer Phasenunsymmetrie und einem Spannungsanstieg.

Tritt an einer geschwächten Stelle ein Isolationsfehler auf, so tritt das Potenzial am Gehäuse auf und verlässt es über den Schutzleiter.

Bei RCDs mit einem Relais zum elektromechanischen Schutz arbeiten sie normalerweise mit der Energie der geladenen Feder.

Wie ein RCD in einer Zweileiterschaltung funktioniert

Die unbestreitbaren Vorteile des Schutzes vor Ableitströmen in elektrischen Geräten nach dem TN-S-System durch den Einsatz von RCDs haben zu deren Beliebtheit und dem Wunsch einzelner Wohnungseigentümer geführt, RCDs in einem Zweileitersystem zu installieren, das nicht mit einem ausgestattet ist PE-Leiter.

In dieser Situation ist das Gehäuse des Elektrogeräts vom Boden isoliert und kommuniziert nicht mit diesem. Tritt ein Isolationsfehler auf, erscheint das Phasenpotential am Gehäuse und fließt nicht aus ihm ab. Eine Person, die Erdkontakt hat und versehentlich das Gerät berührt, wird vom Ableitstrom genauso beeinflusst wie in einer Situation ohne RCD.

In einem Stromkreis ohne Fehlerstrom-Schutzeinrichtung kann der Strom jedoch lange Zeit durch den Körper fließen. Wenn ein RCD installiert ist, erkennt er einen Fehler und unterbricht die Spannung während der Einrichtung innerhalb von Sekundenbruchteilen, wodurch die Spannung reduziert wird schädliche Wirkung von Strom und das Ausmaß der elektrischen Verletzung.

Auf diese Weise erleichtert der Schutz die Rettung einer Person bei der Stromversorgung in Gebäuden, die mit einem TN-C-System ausgestattet sind.

Viele Heimwerker versuchen, in alten Häusern, die auf den Umbau warten, selbst einen FI-Schutzschalter zu installieren, um auf das TN-C-S-System umzusteigen. Gleichzeitig führen sie im besten Fall eine selbstgebaute Erdschleife durch oder verbinden einfach die Kästen der Elektrogeräte mit dem Wassernetz, Heizbatterien und Eisenteilen des Fundaments.

Solche Verbindungen können bei Störungen zu kritischen Situationen führen und schwere Schäden verursachen. Die Arbeit zur Schaffung der Erdschleife muss effizient durchgeführt und durch elektrische Messungen kontrolliert werden. Daher werden sie von geschultem Fachpersonal durchgeführt.

Installationsarten

Die meisten RCDs werden in stationärer Ausführung für die gemeinsame DIN-Bus-Montage im Schaltschrank hergestellt. Im Angebot finden Sie jedoch tragbare Strukturen, die an eine normale Steckdose angeschlossen werden und über die das geschützte Gerät zusätzlich mit Strom versorgt wird. Sie kosten etwas mehr.