Powszechnie montowany w nowych instalacjach elektrycznych i tych, które zostały zmodernizowane. Czym jest ten aparat i jak działa. Urządzenie może występować jako samodzielny wyłącznik różnicowo-prądowy lub wyłącznik różnicowo-prądowy z modułem nadprądowym. Obydwa te urządzenia czuwają nad bezpieczeństwem obsługiwanej instalacji elektrycznej, z czego pierwszy ma tylko jedną funkcję a drugi dwie. Przyjrzyjmy się tym urządzeniom bliżej, każdemu z osobna. W pierwszej kolejności należy jednak nadmienić, że tylko prawidłowo dobrane i podłączone urządzenie zapewnia jego sprawne działanie.
Wyłącznik różnicowo-prądowy – budowa i zasada działania
Wyłącznik jest zbudowany z kilku podstawowych elementów: główne tory prądowe — zestyki główne połączone ze sobą dźwignią izolacyjną, wyzwalacza prądowego, zapadki, sprężyny oraz przekładnika Ferrantiego. Urządzenie to stale monitoruje podłączoną do niego instalację elektryczną odbiorczą, najczęściej obwody zasilające gniazda wtykowe, gniazda zasilające sprzęt AGD i obwody oświetleniowe.
W jaki sposób?
W trakcie normalnej pracy instalacji elektrycznej — główny tor prądowy wyłącznika jest utrzymywany w stanie zamkniętym. Suma geometryczna prądów płynących przewodami obwodu odbiorczego jest wtedy równa zeru a tym samym suma strumieni magnetycznych w rdzeniu przekładnika jest również równa zeru. W takiej sytuacji przez rdzeń uzwojenia wtórne przekładnika nie płynie żaden prąd. W sytuacji wystąpienia stanu awaryjnego – rys.3 w instalacji elektrycznej, którą obsługuje wyłącznik, np. zwarcie z obudową zasilanego urządzenia suma prądów w uzwojeniu pierwotnym przekładnika nie jest równa zeru, ponieważ część prądu powraca do źródła przez obudowę odbiornika, uziemienie, ziemię aż do uziemionego punktu zerowego transformatora.
W takiej sytuacji powstaje w rdzeniu przekładnika strumień magnetyczny, który następnie indukuje w jego uzwojeniu wtórnym siłę elektromotoryczną wymuszającą przepływ prądu w obwodzie wyzwalacza. Przy odpowiedniej wartości tego prądu wyzwalacz przyciągnie zapadkę i główny tor prądowy wyłącznika przy udziale sprężyny zostanie otwarty.
Wyłącznik różnicowo-prądowy z modułem nadmiarowo prądowym
Jest to urządzenie kombinowane, które łączy w sobie dwie funkcje: działa jednocześnie jako wyłącznik różnicowo prądowy (budowa modułu różnicowego opisanego powyżej pozostaje taka sama) oraz wyłącznik nadmiarowo prądowy, czyli popularny bezpiecznik automatyczny. Powszechnie stosowany aparat, którego zadaniem jest zabezpieczanie instalacji odbiorczych przed przeciążeniami i zwarciami przez wyłączenie chronionego obwodu spod napięcia w sytuacji awaryjnej.
Utrzymanie wyłącznika w stanie zamkniętym uzyskuje się przez zastosowany wewnątrz układ dźwigni i sprężyn, tzw. zamka. Zwolnienie mechanizmu zamka może nastąpić pod wpływem siły zewnętrznej (wyłączenie obwodu przez użytkownika) lub zadziałania elementów zabezpieczających zwanych wyzwalaczami. Moduły te poprzez swoje elementy ruchome zwalniają zapadkę zamka, a otwieranie wyłącznika odbywa się pod wpływem siły sprężyny napinanej w czasie załączania aparatu.
Wyłącznik bimetaliczny
Wyłączniki nadmiarowo prądowe mają dwa szeregowo połączone ze sobą wyzwalacze, a mianowicie wyzwalacz termobimetalowy działający przy przeciążeniach oraz wyzwalacz elektromagnetyczny działający przy zwarciach. Zasadniczym elementem przekaźnika termobimetalowego jest cienki pasek utworzony z połączonych ze sobą na całej długości dwóch pasków metalowych o różnych współczynnikach rozszerzalności liniowej. Element ten zwany bimetalem umieszcza się w torze prądowym tak, że prądy robocze i zakłóceniowe przepływają przez niego bezpośrednio. Ciepło wydzielone przy przepływie prądu powoduje nagrzewanie się bimetalu i jego wygięcie w kierunku paska metalowego o mniejszym współczynniku rozszerzalności liniowej. Przy prądach przeciążeniowych wygięcie paska jest tak duże, że bimetal popychając dźwignię spowoduje zwolnienie mechanizmu zamka i wyłączenie aparatu.
Wyzwalacze elektromagnetyczne to elektromagnesy charakteryzujące się dużymi prądami zadziałania z uzwojeniami włączonymi w tory główne wyłącznika. Ich czas zadziałania jest bardzo krótki. Podczas przepływu zmiennego prądu w cewce wyindukowany zostaje zmienne pole magnetyczne proporcjonalnie do zmian natężenia prądu. Wnętrze cewki składa się z dwóch rdzeni: stałego i ruchomego wzajemnie odpychających się w momencie powstania pola magnetycznego. Silna zmiana natężenia prądu płynącego przez cewkę spowoduje odepchnięcie się rdzeni, z czego wypchnięty z cewki ruchomy rdzeń uderzając w blokadę zamka spowoduje rozłączenie obwodu (wyłączenie wyłącznika).