Wyłączniki różnicowoprądowe typu U firmy Eaton swoimi właściwościami dostosowane są do specyfiki pracy przemienników częstotliwości.

Fot. 1. Wyłącznik różnicowoprądowy FI, typ U do zastosowań z przetwornicami częstotliwości.Fot. 1. Panel świetlny zawierający 72 diody LED typu SMD w plafonierach VARNA ECO.

Przemienniki częstotliwości znajdują coraz szersze zastosowanie tak w obiektach przemysłowych jak i obiektach użyteczności publicznej: napędy dźwigów, wentylatorów, pomp czy taśm przenośników to tylko niektóre z przykładów ich zastosowań. Zapewnienie ochrony przeciwporażeniowej w obwodach zasilających przemienniki częstotliwości wymaga dodatkowej uwagi i analizy, chociażby ze względu na prąd upływowy w przewodzie ochronnym, który może mieć w stanie ustalonym znaczne wartości oraz silnie odkształcony przebieg. Realizacja ochrony przeciwporażeniowej jest jeszcze bardziej złożonym zadaniem, w przypadku gdy do jej zapewnienia konieczne jest zastosowanie wyłączników różnicowoprądowych.

Dobierając wyłączniki różnicowoprądowe należy uwzględnić budowę odbiorników, które będą podłączone do sieci elektrycznej. Wyjątkowo złożonym zagadnieniem jest ochrona instalacji elektrycznej, zasilającej układ napędowy sterowany poprzez przemiennik częstotliwości.

Przemiennik częstotliwości jest odbiornikiem nieliniowym, w którym następuje przełączanie napięcia z częstotliwością rzędu kHz. Wysoka częstotliwość przełączania prowadzi do powstawania pojemnościowych prądów międzyprzewodowych oraz doziemnych. Konieczność ograniczenia zaburzeń elektromagnetycznych emitowanych do otoczenia przez układ napędowy wymaga zasilania silników elektrycznych przez kabel silnikowy ekranowany, który charakteryzuje się pojemnością pasożytniczą między żyłą a ekranem (rys. 1). Uziemiony ekran kabla silnikowego powoduje powstanie wysokoczęstotliwościowych prądów doziemnych. Dodatkowym źródłem tych prądów są wejściowe filtry stosowane w celu ograniczenia negatywnego wpływu przemiennika częstotliwości na sieć zasilającą.

Opisane zjawiska sprawiają, że przy normalnych warunkach pracy przemiennika powstają wysokoczęstotliwościowe prądy doziemne o dużych wartościach.

Fot. 2. Wyłączniki różnicowoprądowe typu U dostępne są również w ramach serii cyfrowych wyłączników różnicowoprądowych dRCM. Cechą charakterystyczną tej serii wyłączników jest optyczny wskaźnik wartości prądu upływu umieszczony na czole aparatu.Fot. 2. Wyłączniki różnicowoprądowe typu U dostępne są również w ramach serii cyfrowych wyłączników różnicowoprądowych dRCM. Cechą charakterystyczną tej serii wyłączników jest optyczny wskaźnik wartości prądu upływu umieszczony na czole aparatu.

Z uwagi na dużą wartość ustalonego prądu upływu, wytwarzanego przez przemienniki częstotliwości, z reguły do obwodów z przemiennikami stosowane są wyłączniki różnicowoprądowe o znamionowym prądzie różnicowym nie mniejszym niż 100 mA. Stosowanie wyłączników wysokoczułych (o prądzie różnicowym ? 30 mA) ograniczone jest do przemienników o najmniejszych mocach, o tak małej wartości ustalonego prądu upływu, który nie powoduje zadziałania wysokoczułego wyłącznika.

Firma Eaton oferuje wyłączniki typu U (fot. 1) przeznaczone do stosowania właśnie w obwodach z przemiennikami częstotliwości. Wyróżniają się one cechami szczególnie istotnymi w przypadku pracy w tego rodzaju obwodach. Wyłączniki typu U zapewniają właściwą pracę przy częstotliwości prądu upływu różnej od 50 Hz. Reagują na prądy różnicowe sinusoidalne i pulsacyjne. Wyzwalanie wyłącznika następuje niezależnie od napięcia sieci, a energia potrzebna do zadziałania przekładnika pobierana jest z prądu różnicowego. Należy podkreślić, że w obwodach z przemiennikami częstotliwości zastosowanie wyłączników typu AC nie powinno mieć miejsca z uwagi na powstawanie prądu upływu o charakterze odkształconym.

Rys. 1. Schematy zasilania napędów elektrycznych z przekształtnikami.Rys. 1. Schematy zasilania napędów elektrycznych z przekształtnikami.

Rysunek 2 przedstawia charakterystykę czułości wyłącznika różnicowoprądowego typu U dla prądu różnicowego IDn = 100 i 300 mA. Dla częstotliwości ok. 50 Hz wyłącznik różnicowoprądowy wyzwala zgodnie z wymaganiami czyli w zakresie 50--100% znamionowego prądu różnicowego IDn. W zakreskowanym polu między 100 a 300 Hz następuje często błędne wyzwalanie wyłącznika w przypadku zastosowania w obwodzie przemienników częstotliwości. Wyłącznik różnicowoprądowy typu U jest odpowiednio mniej czuły w tym zakresie niż przy częstotliwości 50 Hz, co ogranicza ilość niepożądanych zadziałań.

Odrębną kwestią przy ochronie instalacji elektrycznych zasilających przemienniki częstotliwości jest możliwość pojawienia się dużych prądów udarowych od strony linii zasilającej. Do ich powstania może dojść np. w wyniku niesymetrii napięcia zasilania czy wspólnej pracy urządzeń tyrystorowych i przemienników częstotliwości. Prąd taki może powodować uszkodzenie oraz zbędne zadziałanie wyłączników różnicowoprądowych. Przyczyną niepożądanych zadziałań wyłączników może być także prąd udarowy, towarzyszący powstawaniu przepięć, których źródłem są wyładowania atmosferyczne oraz operacje przełączeń. Wyłączniki typu U firmy Eaton są testowane na prądy udarowe o kształcie 8/20 ms o wartości szczytowej 5 kA (3 kA dla wyłączników o IDn – 30 mA), gwarantując odporność na tego typu zjawiska.

Rys. 2. Charakterystyka czułości wyłącznika
różnicowoprądowego typu U dla prądu różnicowego IDn = 100 i 300 mA.Rys. 2. Charakterystyka czułości wyłącznika różnicowoprądowego typu U dla prądu różnicowego IDn = 100 i 300 mA.

Na zwiększenie ciągłości zasilania zabezpieczanych obwodów z przemiennikami częstotliwości wpływa również zwłoka zadziałania wyłączników typu U. Dzięki opóźnieniu zadziałania, przejściowe prądy upływu o krótkim czasie trwania nie powodują zbędnego zadziałania aparatów. Opóźnienie wyzwolenia wyłączników wynosi co najmniej 40 ms dla aparatów o prądach różnicowych 100 mA i 300 mA, oraz 10 ms dla wyłączników wysokoczułych (o IDn = 30 mA). Wyłączniki typu U o IDn = 30 mA dostępne są w ramach serii cyfrowych wyłączników różnicowoprądowych dRCM (fot. 2) firmy Eaton.

Wyłączniki typu U dostępne są w zakresie prądów znamionowych od 40 do 100 A, natomiast wersja przekaźników różnicowoprądowych z zewnętrznymi przekładnikami różnicowoprądowymi PFR typu U dostępna jest dla prądów do 400 A.

Wobec określonej specyfiki pracy przemienników częstotliwości odpowiednie wymogi muszą również spełniać urządzenia zabezpieczające. Dzięki odpowiednio ukształtowanej częstotliwościowej charakterystyce czułości, wytrzymałości na duże udary prądowe oraz opóźnieniu zadziałania wyłączniki różnicowoprądowe typu U są przystosowane do pracy w instalacjach zasilających układy napędowe z przemiennikami częstotliwości.