Ako funguje prúdový chránič – princíp, normy, využitie

Prúdové chrániče sú nevyhnutnou súčasťou každej bezpečnej elektroinštalácie. Ochránia vás nielen pred úrazom, ale tiež pred požiarom – navyše nie sú ani príliš drahé. V tomto článku vám popíšem, ako funguje prúdový chránič, v ktorých situáciách je užitočný a v ktorých vám, naopak, nepomôže.

Článok pripravil: Michal Toma

🔍 Odkiaľ mám informácie

Tento článok som pre vás napísal na základe informácií z odbornej literatúry a technických noriem STN, a tiež mojich dlhoročných skúseností s elektroinštaláciami. Zapojil som desiatky prúdových chráničov v bytových, domových i priemyselných rozvodných skrinkách a rozvádzačoch.

Tento článok píšem pre vás, ktorí sa v elektroinštaláciách neorientujete, no zaujíma vás, ako fungujú. Niektoré informácie sa teda môžu  zdať odbornému oku zjednodušené. Ďakujem za pochopenie.

⚠️ Upozornenie:
Elektroinštalácia patrí medzi tzv. vyhradené technické zariadenia. To znamená, že inštalovať, opravovať ich či do nich zasahovať môže iba kvalifikovaný elektrotechnik s oprávnením podľa vyhlášky 508/2009 Z.z. 

Prevádzkovateľ magazínu akourobit.sk nezodpovedá za prípadné škody spôsobené použitím informácií z tohto článku.

Vhodný spôsob ochrany elektroinštalácie pred úrazom a požiarom by mal určiť projektant alebo kvalifikovaný elektrotechnik podľa viacerých kritérií. Takýto zásah do elektroinštalácie je následne odobrený revíziou zahŕňajúcou špeciálne merania. Revíziu vykonáva kvalifikovaný revízny technik.

Prúdový chránič je zariadenie, ktoré slúži na ochranu pred úrazom el. prúdom a požiarom. Môže mať rôzne vyhotovenia, najpoužívanejšie sú však prúdové chrániče na DIN lištu, ktoré svojím vyhotovením pripomínajú ističe.

V rozvodnej skrinke na DIN lište zaberú 2 pozície (dvojpólový, tj. jednofázový prúdový chránič) alebo 4 pozície (štvorpólový, tj. trojfázový prúdový chránič). Nájdete však aj miniatúrne prúdové chrániče, ktoré zaberú iba jednu pozíciu – rovnako, ako jednofázové (jednopólové) ističe.

Prúdový chránič je zariadenie, ktoré slúži na ochranu pred úrazom el. prúdom a požiarom. Môže mať rôzne vyhotovenia, najpoužívanejšie sú však prúdové chrániče na DIN lištu, ktoré svojím vyhotovením pripomínajú ističe.

V rozvodnej skrinke na DIN lište zaberú 2 pozície (dvojpólový, tj. jednofázový prúdový chránič) alebo 4 pozície (štvorpólový, tj. trojfázový prúdový chránič). Nájdete však aj miniatúrne prúdové chrániče, ktoré zaberú iba jednu pozíciu – rovnako, ako jednofázové (jednopólové) ističe.

Mnohí ľudia berú prúdové chrániče iba ako nevyhnutnosť, ktorá elektroinštaláciu predraží o desiatky eur. Prúdové chrániče síce nedokážu zabrániť každému úrazu el. prúdom, dokážu však minimalizovať účinky el. prúdu tak, že predídu vážnym následkom na zdravie a smrti. 

Prúdový chránič má jednoduchú funkciu – že sleduje množstvo prúdu pretekajúceho cez fázový vodič do spotrebiča a zároveň množstvo prúdu, ktorý sa vracia späť cez neutrálny vodič. Ak zistí, že všetok prúd sa nevracia späť, znamená to, že jeho časť prechádza ľudským telom či iným objektom a môže teda spôsobiť úraz alebo požiar. 

Chránič zareaguje v okamihu, keď je rozdiel medzi prúdom do spotrebiča a prúdom, ktorý sa vracia cez neutrálny vodič vyšší než tzv. menovitý rozdielový prúd chrániča. Existuje viacero typov chráničov s rôznym rozdielovým prúdom, na ochranu pred úrazom sa používajú 5 – 30 mA chrániče, na ochranu pred požiarom 100 mA a vyššie. 

Prúdový chránič musí príslušný obvod odpojiť od napájania v zlomku sekundy. Ide o čas 20 – 45 ms, počas ktorého nepríde k ohrozeniu ľudského zdravia (fibrilácia srdcových komôr).

Použitie prúdových chráničov pred elektroinštalácie s nízkym napätím (tj. v bytoch, domoch, administratívnych budovách, skladoch či vo väčšine častí priemyselných budov) predpisuje norma STN 332000-4-41:2019/A12 (332000), Elektrické inštalácie nízkeho napätia. Časť 4-41: Zaistenie bezpečnosti, ochrana pred zásahom elektrickým prúdom.

Podľa aktualizácie tejto normy musíte prúdovým chráničom ochrániť všetky zásuvkové i svetelné obvody v dome i byte. Prúdový chránič do kúpeľne či iba na zásuvky teda nestačí.

STN však prúdové chrániče predpisujú aj pre celé elektroinštalácie v niektorých špecifických objektoch, kde je vyššie riziko úrazu či požiaru spôsobeného el. prúdom. Ide napr. o poľnohospodárske budovy, plavárne, bazény či wellness, budovy z horľavého materiálu, tj. drevostavby vrátane drevodomov, sklady horľavín či chemikálií atď.

Prúdové chrániče chránia pred priamym a nepriamym jednopólovým dotykom živých častí.

Nechránia však pred dvojpólovým dotykom. 

Chránič funguje v týchto situáciách:
Dotýkate sa živej časti a stojíte na zemi – Živá časť môže byť napr. vodič elektroinštalácie s poškodenou izoláciou, svorkovnica el. zariadenia a pod. El. prúd prechádza cez miesto vášho dotyku (napr. ruku) a celé vaše telo do zeme. Prúdový chránič zareaguje a obvod preruší.

Dotýkate sa živej časti a zároveň ochranného vodiča – El. prúd prechádza cez miesto vášho dotyku živej časti (napr. ruku) a cez miesto vášho dotyku s ochranným vodičom. Nemusí pritom ísť o vodič ako taký, s ochranným vodičom sú vodivo prepojené napr. aj vodivé kryty el. zariadení (práčka, chladnička, bojler a pod.) či vodivé časti domu, resp. budovy (potrubie vodovodu, plynu, kanalizácie, ústredného vykurovania, vodovodné batérie a pod.). Prúdový chránič zareaguje a obvod preruší.

Živá časť zariadenia sa dotýka ochranného vodiča – Ide o poruchu na zariadení, napr. ak sa v práčke vplyvom vibrácií uvoľní fázový vodič zo slabo utiahnutej svorky a dotkne sa vodivej kostry, ktorá je spojená s ochranným vodičom. Aj v tomto prípade zareaguje prúdový chránič a obvod preruší ešte skôr a pri nižšom prúde, ako by na takúto situáciu zareagoval istič.

Prúdový chránič teda chráni aj pred skratom na zem alebo na ochranný vodič, ktorý by mohol spôsobiť požiar. 

Na rozdiel od ističa však reaguje pri omnoho nižších prúdoch, takže poskytuje účinnejšiu ochranu, keďže v mieste poruchy (skratu) vznikne menší tepelný výkon – pozri tabuľku nižšie.

Z uvedenej tabuľky jasne vyplýva, že pri použití prúdového chrániča sa dané miesto ohrieva omnoho nižším výkonom a tým pádom omnoho pomalšie. 

Riziko vzniku požiaru pri skrate na ochranný vodič alebo na zem je teda chráničom minimalizované.

Naopak, prúdový chránič nefunguje v týchto prípadoch:
Dotýkate sa živej časti a neutrálneho vodiča (nuláka) – Prúd prechádza z fázového vodiča do neutrálneho tak, ako keby prechádzal cez el. spotrebič. Prúdový chránič nereaguje, keďže nedokáže rozlíšiť, či prúd prechádza ľudským telom alebo elektrospotrebičom.

Dotýkate sa vodičov či živých častí s rôznymi fázami – Ani v tomto prípade prúdový chránič nezareguje. Ide o vôbec najhoršiu situáciu, keďže medzi akýmikoľvek rozdielnymi fázami v domácnosti je napätie 400 V a nie 230 V ako medzi fázovým a neutrálnym vodičom, resp. ako medzi fázovým a ochranným vodičom.

V uvedených prípadoch funguje iba základná ochrana pred úrazom el. prúdom, tj. ochranné kryty zariadení, prípadne mimo domácnosti zábranami (plot pred rozvodnou stanicou) polohou (nedosiahnete na vzdušné el. vedenie) atď.

Elektrické ističe pred úrazom el. prúdom nechránia. Reagujú totiž až pri príliš vysokých prúdoch (16 A pri zásuvkových a 10 A pri svetelných obvodoch). Životu nebezpečný je však už striedavý prúd 50 mA.  

Ako som už spomenul, prúdový chránič funguje tak, že sleduje množstvo prúdu pretekajúceho cez fázový vodič do spotrebiča a zároveň množstvo prúdu, ktorý sa vracia späť cez neutrálny vodič.

Pri bežnej prevádzke sa všetok prúd cez neutrálny vodič vracia, cez ochranný vodič ani do zeme teda netečie žiadny prúd. Prúdový chránič nereaguje.

Akonáhle príde k úrazu alebo poruche el. zariadenia, cez neutrálny vodič sa vracia menšie množstvo prúdu, než tečie do spotrebiča. Ak je tento rozdiel prúdu väčší než menovitý rozdielový prúd prúdového chrániča, ten situáciu vyhodnotí ako nebezpečnú a pripojený elektrický obvod preruší (podobne ako napr. istič pri skrate).

Rozdiel medzi prúdmi dokáže rozpoznať tzv. diferenciálny prúdový transformátor, ktorý je srdcom každého prúdového chrániča. Cez tento transformátor prechádza fázový vodič a neutrálny vodič („nulák“), ktoré majú navzájom opačnú orientáciu a tvoria primárne vinutie. Zároveň je na ňom navinutých niekoľko závitov sekundárneho vinutia.

Pri bežnej prevádzke spotrebiča prechádza primárnymi vinutiami (tj. fázovým a neutrálnym vodičom – „nulákom“) prúd s rovnakou veľkosťou, takže vyvolá v jadre transformátora rovnako veľké magnetické toky. Tie pôsobia proti sebe (keďže sú vinutia opačne orientované), takže sa navzájom neutralizujú – v sekundárnom vinutí sa teda neindukuje žiadne napätie, prúdový chránič nereaguje a necháva obvod zopnutý. 

Vedeli ste, že? Magnetický tok a písmeno „fí“
Magnetický indukčný rok tok sa označuje gréckym písmenom „fí“, tj. veľké Φ, malé φ. Aj to je dôvod, prečo na niektorých chráničoch nájdete práve takéto symboly. Navyše, niektorí elektrikári chránič aj hovorovo označujú ako „fí-istič“ alebo skrátene „fíčko“.

Ak však tečie nejaký prúd mimo spotrebič do zeme alebo cez ochranný vodič (tj. cez ľudské telo či vplyvom poruchy na zariadení), prúd tečúci cez fázový vodič je väčší než ten, ktorý sa vracia cez neutrálny („nulák“). V jadre diferenciálneho transformátora teda rastie magnetický tok a tým pádom sa  zväčšuje napätie naindukované na sekundárnom vinutí. 

Ak toto napätie zodpovedá vyššiemu prúdu než je menovitý rozdielový prúd chrániča (napr. 30 mA pre najčastejšie používané chrániče), aktivuje sa elektromagnet, pripojený k sekundárnemu vinutiu. 

Elektromagnet udrie na mechanickú poistku spúšte prúdového chrániča. Poistka sa uvoľní a pružina rozopne kontakty chrániča. Obvod sa tým preruší a prúd prestane tiecť.

Vedeli ste, že? Prúdový chránič iba pre trojvodičové inštalácie
Už samotný princíp činnosti prúdového chrániča prezrádza, že na svoju prevádzku potrebuje trojvodičovú sieť TN-S, tj. fázový (hnedý), neutrálny (modrý – tzv. „nulák“) a ochranný vodič (žltozelený – tzv. „uzemnenie“). To znamená, že v starších elektroinštaláciách typu TN-C s dvoma vodičmi prúdový chránič nefunguje a jeho inštalácia je nerealizovateľná. Ak máte takú elektroinštaláciu doma, musíte zrekonštruovať aspoň jej časť, kde chcete prúdový chránič použiť.

Aj pri bežnej prevádzke niektorých spotrebičov sa môže stať, že do zeme či cez ochranný vodič tečie malé množstvo prúdu v dôsledku nedokonalosti izolácie. Tento prúd nazývame únikový a prejavuje sa najmä pri výkonných spotrebičoch ako napr. elektrické sporáky, bojlery, kotly a pod. Obvykle sa pohybuje v rádoch miliampérov, takže jeden takýto spotrebič nepredstavuje pre prúdový chránič problém. 

Únikové prúdy sa však pri viacerých spotrebičoch sčítajú a pri pripojení väčšieho množstva okruhov či spotrebičov na jediný chránič sa môže stať, že chránič bude vypínať aj pri bežnej prevádzke. Pri návrhu elektroinštalácie a používaní prúdových chráničov teda musí projektant alebo elektrotechnik brať ohľad aj na únikové prúdy.

Ako som už spomenul, aktuálne platné STN predpisujú použitie prúdových chráničov nielen v kúpeľniach, ale pre všetky zásuvkové a svetelné obvody v dome. 

Okrem iného ich predpisujú aj pre osobitné priestory so zvýšeným rizikom úrazu el. prúdom, napr. také, kde je vysoká vlhkosť (bazény, vírivky, wellness a pod.), vysoká teplota (napr. sauny – človek sa potí) či iné riziko. 

Prúdové chrániče sú obzvlášť nápomocné všade tam, kde je zvýšená vlhkosť či riziko mechanického poškodenia elektroinštalácie, spotrebičov alebo ich prívodných káblov. Môže ísť napr. o zásuvky v exteriéri domu (terasa, fasáda), dielňa – používanie ručného náradia, či práce okolo domu – elektrická kosačka atď.

Pri kosení elektrickou kosačkou by som sa ešte pozastavil. Z hľadiska rizika úrazu el. prúdom ide o veľmi nebezpečnú situáciu. Nebezpečný je už len samotný fakt že sa pohybujete blízko zeme a trávy, ktorá je často vlhká od rosy alebo závlahového systému, čím sa stáva nebezpečne vodivou. Vaše telo delí od zeme iba vaša obuv, ktorá vás nemusí od zeme dostatočne odizolovať, nehovoriac o tom, že niektorí ľudia kosia v sandáloch či šľapkách. Pri poškodení prívodného kábla je teda úraz otázkou času. 

Prúdový chránič vnímam v tomto prípade (a nielen v tomto) ako nevyhnutnosť, ktorá síce stojí iba cca 20 eur, no môže pre vás alebo vašich blízkych predstavovať deliacu čiaru medzi životom a smrťou, čo sa potvrdilo aj v tomto prípade.

Aj to je dôvod, prečo väčšina výrobcov ručného elektrického náradia, ale aj elektrospotrebičov odporúča pripojenie spotrebiča do zásuvky v obvode chránenom prúdovým chráničom.

Ak teda prúdové chrániče doma nemáte, je najvyšší čas ich do elektroinštalácie doplniť aspoň na takéto rizikové miesta. Ak však máte starú dvojvodičovú elektroinštaláciu, môže to byť problém. Podrobné informácie vám prinesiem v článku Ako zapojiť prúdový chránič. 

Vedeli ste, že? Testovacie tlačidlo prúdového chrániča
Každý prúdový chránič má zabudované testovacie tlačidlo. Akonáhle ho stlačíte, vodivo sa prepojí fázový vodič na strane spotrebiča s neutrálnym vodičom na strane siete (pred chráničom) cez rezistor.

Tlačidlo teda pri stlačení simuluje poruchu, keďže časť prúdu obíde diferenciálny transformátor. Výsledkom je rozdiel prúdov, na ktorý by mal vypínací mechanizmus zareagovať, vďaka čomu zistíte, že chránič je funkčný. Test stlačením uvedeného tlačidla by ste mali vykonávať každý mesiac.

Prúdových chráničov existuje veľa druhov v závislosti od menovitého rozdielového prúdu (pri ktorom reagujú na poruchu), prúdu, ktorý nimi môže pretekať či vyhotovenia.

Pre bežné situácie ako napr. ochrana pred úrazom pri zásuvkových a svetelných obvodoch v dome predpisujú STN chránič s rozdielovým prúdom max. 30 mA, čo je aj najčastejšie  používaný typ. Môžete však kúpiť aj chrániče s 10 mA či 5 mA rozdielovým prúdom (ten je typický pre GFCI používané v USA – pozri jazykové okienko vyššie).

Pri ochrane celého domu alebo objektu sa používajú chrániče s rozdielovým prúdom 100 mA a vyšším kvôli selektivite a únikovým prúdov (pozri nižšie v článku).

Prúdové chrániče však majú aj ďalšie parametre, ktoré by ste si mali pri výbere všímať. Podrobnosti o nich budem písať v článku Ako vybrať prúdový chránič.

Vynález prvého systému na ochranu pred úrazom elektrickým prúdom pochádza už z r. 1956, kedy sa používal v baniach v Juhoafrickej republike (bane sú miestom so zvýšeným rizikom úrazu el. prúdom). 

Neskoršiu zdokonalenú verziu si dal patentovať americký profesor Charles Dalziel, ktorý sa zaoberal výskumom účinkov elektrického prúdu na ľudí a zvieratá.

V angličtine sa prúdovým chráničom hovorí RCD (Residual Current Device), RCCB (Residual Current Circuit Breaker). V USA a Kanade sa častejšie používa skratka GFCI (Groud Fault Current Interrupter) či GFI (Ground Fault Interrupter) a sú často zabudované do zásuviek, používaných v kúpeľni.

V niektorých prípadoch sa môžete stretnúť aj so skratkami ALCI (Appliance Leakage Current Interrupter) alebo LCDI (Leakage Current Detection Interrupter). 

Pre prúdové chrániče s integrovanou nadprúdovou ochranou (vstavaným ističom) sa používa skratka RCBO.

Zdroje:

• http://www.rotex.sk/docs/36-prepatove-ochrany/36c%20LEGRAND/katalog_prirucka_ochrany_PCH.pdf
• Tkotz, Klaus a kol.: Příručka pro elektrotechnika, Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 2006,
• https://en.wikipedia.org/wiki/Residual-current_device
• https://elektrika.cz/data/clanky/hrobar-rosa-v-trave-a-smrt-devcatka