A fi-relé működési elve egyszerűen.
Hibátlan áramkör, elektromos hálózat esetében a fázisvezetőn folyó áramnak meg kell egyeznie a nullavezetőn visszafolyó áram mennyiségével. Ez a megállapítás igaz a háromfázisú rendszerekre is, még akkor is, ha a három fázis egyenlőtlenül van terhelve. A fi-relé a fázisvezető(k) és a nullavezető között figyeli az áram algebrai összegét.
Hibátlan berendezés esetében az üzemi vezetőkben folyó áram algebrai összege nullával egyenlő. Ha az áramegyensúly megbomlik, azaz kevesebb áram folyik a nullavezetőn mint amennyi a fázisvezetőn folyt, akkor megszakítja a táplálást.
A leírás összefoglalása néhány mondatban:
- A kölcsönös indukció és az áramegyensúly elvén működik.
- Megkerülőáram egyenlőtlenséget eredményez az üzemi vezetők között, amit a vasmag érzékel. Az állandómágnes-relé jelet kap a vasmagtól, és működésbe hozza a megszakítómechanikát.
- A feszültségfüggetlen ÁVK a földpotenciál irányába áramló hibaáram energiáját használja fel a táplálás megszakítására.
- Magyarországon csak a hálózati feszültségtől függetlenül működő kivitelek alkalmazása az elfogadott.
Legfontosabb elemei a fi-relének: vasmag, kioldórelé állandó mágnessel, kapcsolómechanika és a tesztáramkör.
Az Áram-védőkapcsoló hibaáram detektáló részegységei:
Minden fi-relé két olyan fő részegységből áll melyek nélkülözhetetlenek a működés szempontjából. A működésének a megértéséhez ismerni kell ezeknek a fődaraboknak a funkcióját.
Vasmag (áramösszegző transzformátor): A vasmag hasonló képen működik, mint egy transzformátor. A primer oldal összegzi az üzemi vezetők áramát vektoriálisan, és megkerülőáram esetén a vasmagra helyezett szekunder tekercs látja el energiával a kioldórelét.
Állandómágnes-relé: Az állandó mágnes által létrehozott mágneses fluxus stabilizálja az armatúra pozícióját. Az állandó mágnes mágneses fluxusát lágymágneses-anyag vezeti. Ennek az erőnek, ami a helyén tartja az armatúrát, ellen dolgozik egy előfeszített rugó. Az előfeszített rugó által kifejtett erő kisebb, mint az állandó mágnes által létrehozott mágneses fluxus ereje, ezért hibamentes berendezés esetén az armatúra a pozíciójában marad. Hibaáram létrejötte esetén a vasmagra (áramösszegző transzformátor) helyezett szekunder tekercsben feszültség indukálóik, ami áramot fog megindítani, ami egy második fluxust fog létrehozni. Az állandó mágnes fluxusát a tekercsen létrejövő második fluxus kioltja, és a rugóban tárolt energia képes lesz az armatúrát kimozdítani a pozíciójából. A kioldórelé működése ezért független a hálózati feszültségtől.
A fázisvezetők és nullavezető át vannak vezetve egy zárt vasmagon. Amennyiben a berendezés hibamentesen működik, a fi-relé vasmagján átvezetettet üzemi vezetőkben haladó áramoknak a vektoriális összege nulla, még akkor is, ha a három fázis egyenlőtlenül van megterhelve. Ilyenkor a fluxus nulla, és nincs gerjesztés. Amennyiben a berendezés, vagy valamelyik fogyasztó testzárlatos lesz, a védővezetőn keresztül hibaáram folyik megkerülve a vasmagot.
Fontos: Magyarországon csak és kizárólag olyan védelmi készülék alkalmazható aminek a működése független a hálózat feszültségszintjétől!
Ez a föld felé haladó, vasmagot megkerülő zárlati áram különbséget fog létrehozni, ezért a vasmagon áthaladó áramoknak a vektoriális összege már nem lesz nulla. A létrejövő különbség következtében az áramegyensúly megbomlik, és a vasmagnak gerjesztése lesz. Ennek következtében a váltakozó mágneses fluxus feszültséget indukál a kioldórelé tekercsében. Az indukált feszültség áramot indít meg, és az állandó mágnessel szerelt kioldórelé működteti a megszakítómechanikát.