Áramütés (direkt érintés és indirekt érintés) elleni védelem és az áram-védőkapcsoló (Fi-relé).

Áramütés (direkt érintés és indirekt érintés) elleni védelem egyik legfontosabb eszköze az áram-védőkapcsoló. De hogy pontosan meg lehessen érteni a szerepét, elsőnek különbséget kell tenni az indirekt és a direkt érintés fogalma között:

Indirekt érintés: mindig valamilyen meghibásodás, szigetelési hiba következtében jön létre az áramütés. Azaz a szerkezetnek olyan vezetőképes része kerül feszültség alá, ami üzemszerűen nem lehetne feszültség alatt. Ezt, a meghibásodás következtében feszültség alá került részt megérintve, ami a legtöbb esetben egy elektromos szerkezet fém burkolata, megtörténhet az áramütés közvetett módon.

Direkt érintés: az elektromos hálózat vagy villamos szerkezet aktív, azaz üzemszerűen feszültség alatt lévő részeinek közvetlen megérintése, gondatlan hozzányúlása. A fázis vezető, vagy valamilyen elektromos fogyasztó aktív részének közvetlen megérintése mindig az áramütés reális kockázatát hordozza magában. Az áramütés biztosan megtörténik abban az esetben, ha az illető feszültség alatti részt érint meg és földpotenciálon van, vagy egyidejűleg föld potenciálon lévő szerkezeti elemhez is (pl.: fém közüzemi csövek) hozzá ér. Ezt a típusú áramütést fázis föld érintésnek is nevezzük.

Mind a két típusú áramütés esetben védelmet nyújt a 10mA vagy a 30mA névleges hibaáram érzékenységgel rendelkező ÁVK.

Hogyan működik gyakorlatban a hibavédelem (közvetett érintés elleni védelem), ha a berendezést fi-relé is védi?

Test zárlat esetén, a föld irányába akkora áramnak kell tudnia megindulni, amekkora a kismegszakítót garantáltan ki fogja tudni oldani. Egy c13-as kismegszakítónak az időkorláton belüli garantált kioldásához, 130A-nak kell tudnia megindulni. Ahhoz, hogy ekkora áram biztosan meginduljon, igen alacsony hurokimpedanciára van szükség, ami C13-os védelmi eszköz esetén 1.76 Ohm. A hurok-impedancia értéke minél nagyobb, annál alacsonyabb névleges áramú, és vagy kioldási karakterisztikájú kismegszakító alkalmazható. Ez a bizonyos hurok-impedancia jelentősen korlátozhatja az alkalmazandó túláramvédelmi készülékek névleges értékeit, ezáltal az alkalmazható fogyasztókészülékek teljesítményét is. 30mA névleges hibaáram érzékenységű áram-védőkapcsoló alkalmazásával, a hurok-impedancia akár 7666 Ohm is lehet TN nullázott rendszerben. Ekkora átmeneti ellenállás természetesen extrém helyzetet, súlyos folytonossági hibát jelent, de azért megnyugtató az a tudat, hogy a védelem még így is hatásos tud maradni. Beépítésével sokkal hatékonyabban lehet védekezni a test zárlatok ellen, köszönhetően a milliamperes megkerülő áramok érzékelésének, ami teljesen független az alkalmazott kismegszakító névleges áramától, kioldási karakterisztikájától, és fogyasztó készülékek teljesítményétől.

Az elsődleges feladta közvetett, azaz indirekt, meghibásodás következtében fellépő testzárlat elleni védelem.

Ezt a feladatot a rendszerből kilépő, a vasmagot megkerülő, a földpotenciál irányában elfolyó áramok érzékelésével látja el. A kulcsszó a földpotenciál felé. Vagyis, csak abban az esetben fog lekapcsolni, ha a meghibásodás, azaz zárlat a védővezető és valamelyik üzemi vezető között lép fel.

Mosógép elektromos motorjánál szigetelési probléma lépett fel, aminek a következményeként az áramot szivárogtat. Védővezetőn megkerülő áram (hibaáram) indul meg a föld potenciál irányába, és az áram-védőkapcsoló (ÁVK) lekapcsol.
A mosógép szigetelési hiba következtében áramot szivárogtat. Ez az áram nem az üzemi nullavezetőn folyik vissza, hanem azt megkerülve az elektromos hálózat védővezetőjén.

A fenti ábrán egy test zárlatos mosógép látható, aminek a túláramvédelmét 13A névleges áramú, és C kioldási karakterisztikával rendelkező kismegszakító látja el. A kiegészítő védelmet viszont 30mA névleges kioldóáramú áram-védőkapcsoló biztosítja. Ez a háztartási gép az I. Érintésvédelmi osztályba tartozó szerkezet, vagyis készülék csatlakozik a berendezés védővezetőjéhez. Üzem közben a készülék 6.5A-t vesz ki a rendszerből, de a nulla vezetőn már csak 5.80 A áramlik vissza. Valahol eltűnik 0.70A. Jelen esetben a mosógép motorjánál kezdődő szigetelési probléma lépett fel, ezért mosás közben szivárogtat némi áramot. Ez a megkerülő áram a védővezetőn folyik visszafelé, és nem a nulla vezetőn. A védővezető nincs átvezetve a fi-relé vasmagján, ezért a vasmagon áthaladó áramok vektoriális összege nem lesz nulla. Az üzemi vezetők között fellépő különbségre reagálva, a fi-relé azonnal megszakítja a táplálást.

A milliamperes nagyságrendű hibaáram érzékenységének köszönhetően, érzékeli a még csak kezdődő szigetelési problémákat is, és már azelőtt megszakítja a táplálást, még mielőtt bekövetkezne a drasztikus szigetelés romlás.

Természetesen a kismegszakító ekkora, milliamperes hibaáramra nem fog reagálni. Az ábrán még egy nagyon fontos dolog is látható! Mégpedig az, hogy miért védővezetős érintésvédelmi módszer kikapcsoló szerve. Amennyiben nincs védővezető csatlakoztatva a védendő készülék testéhez, test zárlat esetén megkerülő áram sem tud létre jönni. És ha megkerülő áram nem tud folyni az ÁVK nem szakítja meg a táplálást. Itt fontos megjegyezni a második érintésvédelmi osztályba sorolt készülékek nem csatlakoznak a védővezetőhöz és ezért nem is okozhatják a lekapcsolását.

Közvetlen (direkt) érintés elleni védelem Fi-Relével.

Az ilyen jellegű áramütés esetében az aktív részt érintő személyen keresztül áram indul meg a föld potenciál irányában. Az ilyen típusú áramütéses balesetek könnyen végzetessé válhatnak Fi-relé hiányában. Az egészséges emberi test ellenállását szándékosan alábecsülve Re=1Kohm-nak veszik a szabványok. Magyarországon a névleges fázisfeszültség földhöz képest U0 =230V. Ebből a két értékből már könnyedén kiszámolható mekkora áramot tud a feszültség áthajtani az emberen. I=230V/1000ohm= 230mA.

Az emberen áthajtott áram nagyságát számtalan tényező befolyásólhatja, éppen ezért az áthajtott áram mennyiségének pontos megállapítása utólag, csaknem lehetetlen.

Ez az áramerősség már rendkívül veszélyes az emberi szervezet számára. 100mA feletti áthajtott áram gyakorlatilag biztosan végzetes az emberre nézve, ha nem történik meg kellően gyorsan a táplálás megszakítása. Az érintési feszültség és az emberi test ellenállása mellett rendkívül fontos tényező még a behatás ideje is. Köszönhetően a rendkívül gyors működésének az áthajtott áram olyan rövid ideig van behatással, ami rendszerint veszélytelen még az emberre nézve.

Mikrohullámú sütő vezetéke megsérült és a fázis vezető szabadon érinthetővé vált. Azt megérintve az emberen áram indul meg a föld potenciál irányába. Ezt érzékelve az áram-védőkapcsoló (Fi-relé) megszakítja az áramkör táplálását.
A fázisvezető közvetlen megérintése mindig rendkívüli veszélyeket hordoz magában.

Az ábrán az látható, hogy a mikrohullámú sütő üzem közben 3 ampert vesz ki a rendszerből. A csatlakozó vezeték sérülésének következtében a fázisvezető szabadon érinthetővé vált. A szabaddá vált üzemi vezetőt érintő személyen keresztül áram indul meg a föld felé. Jelen esetben az ember ellenállása 1000ohm. Ezzel egyidejűleg a másik kezével a mosogató csaptelepéhez ér, ami tökéletes földpotenciálon van, valamint az említett vízcső be van vonva az EPH hálózatba is. Ekkora ellenálláson (Re=1Kohm) a fázisfeszültség 230mA áramot tud áthajtani, igy már az összes áramfelvétel 3.230A de a nulla vezetőn mindössze 3 Amper folyik vissza, és 0.230mA viszont az emberen keresztül halad a föld potenciál felé. Az áramütés megtörtént, itt már csak az a kérdés, hogy mennyi az az idő amíg ez az áram mennyiség az emberen keresztül is tud folyni. Szerencsére nagyon kicsi. Mert az ÁVK nézőpontjából valahol eltűnik 0.230A, mivel ez az áram a vasmagot megkerüli. Ez a 230mA különbözeti áram többszöröse az alkalmazott kiegészítő védelmi készülék névleges hibaáram érzékenységének. Az áram-védőkapcsoló azonnal reagálni fog erre a különbözeti áramra, és az előírt lekapcsolási időn belül megszakítja a táplálást, amivel megszünteti a kialakult veszélyhelyzetet. Az emberen keresztül akkora áram nem tudna megindulni, hogy megszólaltassa a túláramvédelmet, de a személy védelemre szánt áram-védőkapcsoló kioldásához viszont bőven elegendő ez az áram mennyiség is. Így már látható, hogy miért kell személyvédelemre 10mA vagy 30mA érzékenységű kivitelt alkalmazni.

A közvetlen érintés következményeként létrejövő áramütés ellen a 100mA-s verzió kevésbé, a 300mA-s viszont egyáltalán nem nyújt védelmet.

Ha a megfelelő (10mA és 30mA) kioldóáramú készülék védi a berendezést, az ilyen jellegű áramütéses balesetek elkerülhetővé válnak.