Hvad er HPFI-afbryder: konstruktion, funktionsprincip, eksisterende typer og mærkning af HPFI-afbryder

Ethvert elektrisk net skal have en beskyttelsesanordning, men hvad en HFI er, og hvad dens funktionsprincip er, ved ikke alle. Forklaringen af forkortelsen er: fejlstrømsafbryder.

Denne elektriske lavspændingsenhed er designet til at afbryde den beskyttede del af kredsløbet, når der opstår en differensstrøm, der overstiger den nominelle værdi for denne enhed.

I vores artikel vil vi forsøge at gennemgå opbygningen og funktionsprincippet for HFI, se på de eksisterende varianter og forstå, hvilke oplysninger mærkningen af fejlstrømsafbrydere indeholder.

Beskyttelsesapparatets formål

HFI'ens jordingssløjfe er en PE-leder til neutrale strømførende kabinetter eller dele af elektriske mekanismer med en modstand på højst 4 ohm.

Ved opståen af en lækstrøm kan de nævnte udstyrselementer være spændingsførende, hvilket udgør en fare for menneskers og dyrs liv ved berøring samt for ejendom generelt.

At redde fra elektriske skader er formålet med disse overvågningsapparater. Når de registrerer en lækstrøm, afbryder de spændingen.

Den største fare ligger i, at sådanne fejl i kredsløbet er usynlige og sjældent mærkbare, undtagen når man ved berøring af et apparat kan mærke et let stød.

Hovedårsagen til dette fænomen er beskadigelse af isolationslaget på ledningerne. Ukontrollerede processer kan forårsage stor skade, derfor bliver beskyttelsesudstyr mere og mere populært i private hjem.

Indvirkningen af strømførende net på menneskekroppen kan få alvorlige konsekvenser. Dette problem blev løst ved hjælp af kontrol- og måleapparater (HFI), der tilhører beskyttelsessegmentet. De grundlæggende krav til installation og brug er beskrevet i IEC 60364.

Brugen af HFI har fået størst udbredelse i enfasede net med vekselstrøm og jordforbindelse af neutralledningen samt med spændingsindikatorer op til 1 kW i formatet af husholdningsstrømforsyning.

Konstruktion af HPFI-relæ

Valgfrie egenskaber ved beskyttelsesmekanismen hjælper med at forstå princippet bag RCD'en, nemlig den reproducerbare reaktion på lækstrøm.

De vigtigste arbejdskomponenter omfatter:

• differentiel transformatorsensor;
• startorgan — mekanisme, der afbryder en fejlfunktionerende elektrisk kreds;
• elektromagnetisk relæ;
• kontrolenhed.

Til sensoren er der tilsluttet modsatte viklinger – fase og nul. Under normal drift af netværket skaber disse halvlederelementer magnetiske fluxer i kernen med modsat retning i forhold til hinanden. Som følge heraf er den magnetiske flux nul.

Transformatoren består af en lukket stålkerne, hvorpå der er to spoler: primærspolen er tilsluttet vekselstrømskilden, sekundærspolen er tilsluttet belastningen. I samme grad som transformatoren øger vekselspændingen, reduceres strømstyrken.

Til sekundærviklingen, der er viklet på transformatorens magnetkerne, er der tilsluttet et elektromagnetisk relæ. Hvis netværket fungerer under standardforhold, er relæet ikke aktiveret.

Ved opståen af lækstrøm ændres hele funktionen markant. Fase- og nullederne begynder at føre forskellige strømstørrelser. Nu vil styrkeværdien og retningen af de magnetiske fluxer på transformatorens kerne også have forskellige parametre.

Der opstår strøm i sekundærviklingerne, og når en bestemt værdi nås, aktiveres det elektromagnetiske relæ. Det er forbundet sammen med udløsermekanismen. Denne kombination reagerer på det rigtige tidspunkt og afbryder elnettet.

I henhold til brandsikkerhedskravene udføres kontrol af den differentielle beskyttelsesenhed regelmæssigt, mindst en gang om måneden. Til dette formål er der en speciel 'TEST'-knap på enheden.

Testenheden består af en modstandsmekanisme - en bestemt belastning tilsluttet uden om den differentielle sensor. Dette element simulerer en lækstrøm, og på denne måde testes apparatets funktionalitet. Vi har talt mere om testmetoder i denne artikel.

Princippet for RCD's funktion er som følger: tilførsel af strøm fra faselinjen til testmodstanden og derefter til nullederen, uden om sensoren.

Dermed skabes betingelser for forskellige strømværdier ved indgangen og udgangen af enheden. Denne ubalance skal føre til aktivering af afbrydelsesenheden.

Afhængigt af producenten kan det kredsløbstekniske design variere, men princippet, der anvendes i RCD'ens funktion, vil være identisk for alle modeller.

Funktionsprincippet for beskyttelsesmekanismen

Lad os overveje, hvorfor man skal bruge en HFI-afbryder. Beskyttelsesenhedens funktion er baseret på målemetoden.

De indgående og udgående parametre for strømmene, der løber gennem transformeren, registreres. Hvis den første værdi er større end den anden, betyder det, at der er en strømlækage i kredsløbet, og enheden udløser afbrydelse. Hvis parametrene er identiske, aktiveres enheden ikke.

I et to-leder system udløser differentialenheden ikke, hvis der løber en strøm af samme styrke gennem fase- og nullederne. Hvis der er en forskel i disse størrelser, er der en isolationsfejl i nettet, og beskyttelsesmekanismen afbryder den beskadigede sektion.

For bedre forståelse, lad os se på, hvordan HFI-afbryderen fungerer i en husfordelingstavle med et to-polet system.

Til de øverste klemblokke tilsluttes en indgående to-leder ledning (fase og nul). Til de nederste klemmer tilsluttes fase og nul, som er ført til belastningsområdet, for eksempel til stikkontakten til en vandvarmer eller elkedel. Enhedens beskyttelsesjording udføres med et kabel, der går uden om HFI-afbryderen.

Under normal drift bevæger elektronerne sig langs faseledningen fra det indgående kabel til den elektriske varmelegeme i vandvarmeren/kedlen, og strømmer gennem differentialbeskyttelsesenheden. Tilbage bevæger de sig til jord igen gennem HFI-afbryderen, men langs nulledningen.

Hvis en person rører ved kabinettet på et strømførende apparat, hvor der på grund af en fejl er opstået et potentiale, vil lækstrømmen i denne situation gå gennem menneskekroppen, hvortil enheden reagerer næsten øjeblikkeligt og afbryder strømforsyningen.

For eksempel er isoleringen i apparatets varmelegeme blevet beskadiget. Således vil strømmen delvis ledes gennem det indvendige vand til kabinettet og derefter gå til jord via beskyttelsesenhedens ledning.

Resten af strømmen vender tilbage via nulledningen gennem HFI-afbryderen. Men dens styrke vil være mindre med lækagemængden sammenlignet med den indgående.

Forskellen i værdierne beregnes af en differentialtransformator. Hvis tallet er større end det tilladte, reagerer enheden øjeblikkeligt og bryder kredsløbet.

I en anden af vores artikler har vi givet anbefalinger til valg og korrekt tilslutning af HFI-afbryder til vandvarmer.

Hensigtsmæssigheden ved at bruge HFI

Lad os overveje, hvorfor man skal bruge en HFI-afbryder, og mod hvilke negative påvirkninger enheden giver beskyttelse.

Først og fremmest – fasekortslutning til apparatets kabinet. De problematiske områder er primært varmeelementer i vandvarmere og vaskemaskiner. Det skal bemærkes, at fejl kun opstår, når den varmegenererende del opvarmes af strøm.

Også ved forkert tilslutning af ledninger. For eksempel, hvis der bruges snoninger uden klemkasse, som senere bliver indmuret i væggen og dækket med et lag puds. Da overfladen har høj fugtighed, vil denne snoning være et gennembrud, der giver lækage til væggen.

Den differentielle beskyttelsesmekanisme vil i dette tilfælde konstant afbryde strømmen til ledningen, indtil området er helt tørt, eller indtil forbindelsespunktet er lavet om.

Automatisk beskyttelse anvendes effektivt i hjemmet: i elektriske grupper til badeværelse, køkken og stikkontakter med mange tilsluttede apparater. Den ideelle løsning er, når sådanne enheder er installeret på hver stikkontaktgruppe.

Anvendelsesområdet for oversigtsapparater er ret varieret – fra offentlige bygninger til store virksomheder. De er monteret i elektrotekniske konstruktioner og kredsløb til modtagelse og fordeling: tavler i boliger, strømforsyningssystemer til individuelt forbrug osv. Hovedsagen er at vælge HFI-afbryder efter effekt korrekt.

Typer af apparater og deres klassifikation

Udviklerfirmaer giver deres produkter forskellige muligheder, som skal tages i betragtning ved bestemmelse af den nødvendige type HFI-afbryder, baseret på de specifikke driftsforhold for elnettet.

For at den almindelige forbruger kan vælge den nødvendige fejlstrømsafbryder blandt de mange forskellige modeller, er der oprettet et klassificeringssystem baseret på følgende egenskaber:

• aktiveringsprincip;
• type af differentialstrøm;
• tidsforsinkelse for udløsende differentialstrøm;
• antal poler;
• installationsmetode.

Lad os nu se nærmere på hver af disse klassifikationer.

Klassifikation #1 — efter tilslutningsmetode

Der findes kun to tilslutningsmetoder – elektromekanisk og elektronisk. I det første tilfælde vil afbryderen slukke for strømmen på den beskadigede ledning uanset netspændingen. Det primære arbejdselement er en toroidal kerne med viklinger.

Ved lækage dannes der en spænding i sekundærkredsløbet til aktivering af polarisationsrelæet, hvilket fører til aktivering af afbrydermekanismen.

For elektromekaniske enheder kræves der ikke ekstern spænding. Kilden til deres aktivering er differentialstrømmen på fejlledningen.

Funktionen af apparater med elektronisk indhold afhænger helt af ekstra spænding, dvs. der kræves ekstern strøm. Her er arbejdselementet et elektronisk printkort med en forstærker.

Inde i en sådan mekanisme er der ingen ekstra energikilder, så kredsløbet bruger strøm fra det eksterne net, og hvis der ikke er spænding, vil enheden ikke afbryde kredsløbet.

Bestemmelse af enhedstype: Lod to ledninger til klemmerne på et AA-batteri. Tænd for HFI'en og tilslut til indgangen på beskyttelsesenheden, og den næste til udgangen. Linjerne tilsluttes til én pol. Hvis apparatet frakobler, betyder det, at der er tale om en elektromekanisk type; hvis ikke, er det elektronisk.

Eksempel på funktion af en elektronisk HFI installeret på en linje med en stikkontakt, hvorfra en mikrobølgeovn får strøm: Der opstod et brud på nulfasen, og desuden opstår der i samme periode en fejl i mikrobølgeovnens ledning, og fasen kortsluttes til huset, dvs. der opstår et farligt potentiale på det.

Hvis man rører ved ovnen, aktiveres den elektroniske beskyttelsestype ikke, da der ikke er nogen strømforsyning. Netop på grund af upålidelighed i forhold til den elektromekaniske analogi er denne enhed mindre udbredt.

Klassifikation #2 — efter lækstrømsart

Alle modeller af sikkerhedsautomater opdeles yderligere efter belastningsstrømmen, der går gennem enheden. De behandler spænding med et givet svingningsformat.

På alle enheders kabinet og i databladet er den nominelle driftsspænding angivet. Denne parameter skal svare til det nominelle strømområde for elektroteknikken.

Type AC aktiveres ved øjeblikkelig opståen af vekslende lækagespænding i det kontrollerede kredsløb eller ved dens bølgeformede stigning. Disse apparater er mærket med 'AC' eller symbolet '~'.

Den mest velegnede formfaktor til husholdningsbrug er HFI-AC. Modellen er den billigste af enheder med lignende funktion. I databladet for elektroteknik angiver producenterne ofte den specifikke model af sikkerhedsafbryderen, der passer til dette produkt.

Type A aktiveres ved øjeblikkelig dannelse af vekslende eller pulserende gennembrudsstrøm i det kontrollerede kredsløb eller ved langsom stigning.

En sådan mekanisme kan bruges i alle præsenterede situationer. På automathuset er forkortelsen 'A' eller symbolet som på det grafiske billede i en firkant påført. .

Oftest tilsluttes type A til et kredsløb, hvor belastningsregulering sker ved at skære toppen af sinusoiden, f.eks. justering af motorhastighed med tyristoromformer.

Prisen på model A er flere gange højere end AC, da der her også overvåges jævnspænding, der opstår i strømomformerteknik.

HFI af undertype B er effektive til at reagere i det underordnede elektriske kredsløb på jævn-, veksel- eller omformet (ensrettet) lækstrøm.

Dette er dyrt udstyr, der er beregnet til industrielle formål. De anvendes ikke i private hjem.

De præsenterede beskyttelsesafbrydere af type A, B og AC er beregnet til en aktiveringstid på 0,02-0,03 sek.

Klassifikation #3 — efter tidsforsinkelsestype

Denne klassifikation indebærer en forskel på to typer: S og G. En automatisk beskyttelse af type S kan karakteriseres ved en selektiv reaktionsform. Tidsforsinkelsen for aktivering svarer til intervallet 0,15-0,5 sek. Det er hensigtsmæssigt at vælge denne ved gruppetilslutning af HFI-afbrydere.

Diagram af lejlighedstavle med to belastningsgrupper, hvor to forskellige typer beskyttelsesanordninger er tilsluttet: AC eller A, og S

Ifølge diagrammet er der i tavlen placeret to belastningsgrupper i form af stikkontakter nr. 1 og 2, som er tilsluttet en HFI-afbryder type A, og på indgangen til rummet en anden afbryder – S.

Hvis der opstår en nedbrydning i en af bundterne, aktiveres indgangsenheden kun, når den kollektive enhed ikke udfører sin funktion og ikke frakobler den defekte del.

Selektiviteten af aktiveringen af kredsløbsbrud kan opnås ved en anden metode – via lækstrømsindstillinger. Denne metode har opnået størst udbredelse.

Diagram af lejlighedstavle med to belastningsgrupper, hvor to forskellige typer beskyttelsesanordninger er tilsluttet: AC med nedbrydningsindstilling, og den anden A, men med en højere værdi

Lad os tage et kredsløb, der ligner det foregående, og ændre det på følgende måde: gruppeafbryderen vælges type AC, men med en differentialstrømindstilling på 0,03 A, og på indgangen vil der være en tilsvarende enhed, men på 0,1 A.

Der er situationer, hvor differentialstrømmen i fejlkredsløbet overstiger de nominelle indstillinger for de to beskyttelsesenheder. For det første kredsløb vil selektiviteten ikke blive forstyrret, og i det andet kan afbrydelsesstrømmen aktiveres af enhver af de tilsluttede enheder.

Apparatet med formfaktor G er også præsenteret med et selektivt aktiveringsprincip og har en forsinkelse på 0,06-0,08 sek. Alle de beskrevne selektive typer er beregnet til ekstreme strømme – op til 15 kA.

Nogle modeller af HFI-afbrydere har et system til justering af differentialstrømindstilling, andre har ikke denne mulighed. Til private formål er den anden udførelsesform dog passende.

Begrænsningsstrømmen er en vigtig parameter ved valg, da det netop er herved sikkerheden opnås.

For eksempel i rum med høj fugtighed forsynes elektriske apparater med tilslutning af afbrydere med en indstilling på 0,01 A. For standard private forhold – 0,03 A.

For brandbeskyttelse af bygninger – 0,1-0,3 A. Vi anbefaler at se rådene om valg af brandbeskyttende HFI-afbryder og detaljerne ved installationen.

Klassifikation #4 — efter antal poler

Da den automatiske enhed fungerer efter princippet om at sammenligne de strømme, der løber igennem den, vil antallet af poler på enheden være identisk med antallet af strømførende ledninger.

En to-polet HPFI betegnes som 2P. Den tilsluttes i et enfaset kredsløb for at sikre personbeskyttelse og forebygge mulige brandårsager.

Mærkning af fire-polet HPFI er 4P. De er beregnet til drift i et net med tre faser. Der er også mulighed for en kombinationsinstallation, f.eks. kan et apparat med fire poler tilsluttes et toledernet.

Men i dette tilfælde vil enhedens fulde potentiale ikke blive udnyttet, hvilket er økonomisk ufordelagtigt.

Ved installation af en beskyttelsesafbryder skal man overveje sandsynligheden for, at belastningsstrømmen kan overstige enhedens maksimale driftsværdier. Derfor installeres der yderligere en automatisk afbryder med en nominel spænding, der ikke er større end sikkerhedssystemets driftsstrøm.

Klassifikation #5 — efter installationsmetode

Da differentialbeskyttelsesenheder fremstilles i forskellige kabinetter, kan de bruges som stationære eller bærbare.

I det andet tilfælde er apparatet forsynet med en forlængerledning. Enheder, der monteres på en DIN-skinne, installeres i el-tavlen, som placeres enten i gangen eller i lejligheden.

Der findes også udførelsesformer som HPFI-stikkontakt og HPFI-stik. I begge tilfælde udgør ethvert elektrisk apparat, der tilsluttes via en sådan mekanisme, ikke en fare for mennesker ved fejl.

Fuld forklaring af mærkningsværdier

På enhedens kabinet er der obligatorisk angivet producentens navn. Derefter følger en standardiseret mærkning med angivelse af serienummer.

Til afkodning af forkortelsen bruger vi følgende eksempel [F][X]00[X]-[XX]:

• [F] – fejlstrømsafbryder (HPFI);
• [X] – udførelsesformat;
• 00 – numeriske eller alfanumeriske seriebetegnelser;
• [X] – antal poler: 2 eller 4;
• [XX] – egenskaber efter lækstrømstype: AC, A og B.

Her vil også enhedens nominelle parametre blive angivet, som man skal være særlig opmærksom på ved valg.

Afkodning af forkortelsen: 1 – brand; 2 – enhedstype; 3 – selektiv type; 4 – overensstemmelse med europæiske standarder; 5 – nominel driftsstrøm og indstilling; 6 – maksimal vekselspænding; 7 – nominel strøm, som apparatet kan modstå; 8 – differential evne til at slutte og bryde; 9 – elektrisk diagram; 10 – manuel funktionstest; 11 – mærkning af afbryderposition

De maksimale parametre, som enhederne er designet til, omfatter: spænding Un, strøm In, differentiel afbryderstrøm IΔn, tænd- og sluk-kapacitet Im, koblingsevne ved kortslutninger Icn.

De vigtigste mærkningsværdier skal placeres således, at de forbliver synlige efter installationen af apparatet. Nogle parametre kan være påført på siden eller på bagsiden, som kun er synlige før monteringen af produktet.

Udgange, der kun er beregnet til tilslutning af nullederen, er mærket med det latinske symbol «N». På den frakoblede tilstand af HPFI angiver symbolet «O» (cirkel), den tilsluttede tilstand angives med en kort lodret streg «I».

Ikke på hvert produkt er de optimale omgivelsestemperaturindikatorer angivet. I de modeller, hvor der er et symbol — det betyder, at arbejdsområdet er fra -25 til +40 °C, hvis der ikke er nogen betegnelser, så refereres der til standardindikatorer fra -5 til +40 °C.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Videomateriale med en detaljeret gennemgang af alle bestanddele af beskyttelsesmekanismerne, deres formål og principper for interaktion med hinanden:

Beskrivelse af alle typer af sikringsautomater samt råd om, hvordan man træffer det rigtige valg:

Svar på det evige spørgsmål, om man skal vælge en differentialafbryder eller en HPFI + monteringshemmeligheder:

Anvendelse af HPFI er en fordelagtig og korrekt løsning, ikke kun ud fra et besparelsesperspektiv, men også med hensyn til brandsikkerhed og beskyttelse af mennesker.

Det anbefales at udnytte dets potentiale maksimalt i hjemmet ved at installere det på alle grupper af elektrisk udstyr for at sikre fuldstændig isolation fra elektricitetens påvirkning.

Har du stadig spørgsmål om funktionsprincippet eller klassificeringen af fejlstrømsafbrydere? Eller ønsker du at tilføje nyttige oplysninger til det præsenterede materiale? Skriv venligst dine præciseringer i kommentarfeltet, stil spørgsmål – eksperter og kompetente besøgende på vores hjemmeside vil forsøge at give dig et så udførligt svar som muligt.