Vikavirtasuojakytkin

Kaksinapainen vikavirtasuoja.

Vikavirtasuojakytkin (lyhennetään vvsk) on sähkötekniikassa käytetty komponentti, jonka tehtävä on suojata laitteiden käyttäjiä vaarallisilta sähköiskuilta ja estää tulipaloja. Vikavirtasuojia saa sähkökeskuksiin asennettavina DIN-kiskoon sopivina komponentteina (näitä saavat asentaa vain alan ammattilaiset), mutta myös tavalliseen pistorasiaan liitettäväksi sopivia vikavirtasuojakytkimiä (PRCD-K) on markkinoilla. Vikavirtasuojakytkimen toiminta perustuu sähköjohtimeen menevän ja sieltä palaavan sähkövirran erotuksen mittaamiseen.

Määräysten mukaan kaikki maksimissaan 20 A:n sisäpistorasiat ja 32 A:n ulkopistorasiat on suojattava A-tyypin (sysäysvirrankestävät ja pulssintunnistava) 30 mA:n vikavirtasuojakytkimellä. Vaatimuksesta voidaan tavallisessa kuivantilan asuinhuoneessa poiketa ainoastaan, jos kyseessä on erityinen määrätyn laitteen liittämiseen tarkoitettu pistorasia, johon ei sijoituksensa tai opaskilven takia voida liittää muita laitteita. Esim. keittiökaapin sisälle sijoitettu astianpesukoneen, jääkaapin tai pakastimen pistorasia voidaan jättää ilman vikavirtasuojausta. Erityisen tärkeää asuintilojen vikavirtasuojaus on kylpy- ja pesuhuoneissa sekä ulkopistorasioissa. Kiinteästi asennettu saunan kiuas voidaan kuitenkin jättää suojaamatta vikavirtasuojakytkimellä. Standardin mukaan 30 mA:n vikavirtasuoja voi toimia, kun vikavirta ylittää 15 mA. Vikavirtasuojakytkimien pienin sallittu laukaisuaika rakennestandardin mukaan nimellistoimintavirralle on 300 ms, mutta mittalaitevalmistajat tekevät mittalaitteensa tiukemman DIN VDE 0664 -normin mukaiseksi toimimaan jo 200 ms:ssa.

Toiminta

Henkilösuojaukseen tarkoitettu vikavirtasuoja katkaisee jännitteen ennen kuin vaiheen ja nollan välinen virtaero on 30mA.

Normaalitilanteessa 1-vaihekytkennässä vaihejohtimesta tuleva sähkövirta palaa nollajohtimen kautta verkkoon. Jos sähköjohtimesta tai siihen kytketystä laitteesta vuotaa virtaa laitteen ulkopuolelle, esimerkiksi jännitteelliseen osaan koskettaneen henkilön kautta todelliseen maahan tai suojamaajohtoon, meno- ja paluuvirrat eivät enää ole yhtä suuret. Jos virtojen ero kasvaa yli sallitun arvon, vikavirtasuoja katkaisee virran. Käytännössä toiminta perustuu tarkkaan ja nopeaan magneettilaukaisimeen (summavirtamuuntaja) tai elektroniseen valvontapiiriin ja releeseen.

Selektiivisiä vikavirtasuojia käytetään järjestelmissä, joissa on kaksi sarjaan kytkettyä vikavirtasuojaa, jotka eivät laukea vikatilanteessa samanaikaisesti. Nämä selektiiviset vikavirtasuojat toimivat viivästetyllä laukaisulla. Epälineaarisia vikavirtasuojia PRCD-K, nk. kannettavia vikavirtasuojakytkimiä käytetään ihmisten ja esineiden suojaukseen. Ne mahdollistavat paremman suojaustason, kuten sähköjärjestelmien suojaustoimenpiteissä, estämällä sähköiskun. PRCD-K –tyypin vikavirtasuojakytkimissä on kannettava erovirtajärjestelmä elektronisella vikavirran laskennalla, joka, kuviteltuna kaapelissa olevana välilaitteena, kytkee kaikki navat (L/N/PE). PRCD-K sisältää myös alijännitelaukaisun ja suojajohtimen valvonnan. Koska PRCD-K:n ominaisuuksiin kuuluu alijännitelaukaisu, sitä on käytettävä verkkojännitteellä, ja mittauksia voidaan tehdä vain silloin, kun se on aktivoitu (PRCD-K kytkeytyy kaikkiin napoihin).

Toiminnan testaus

Vikavirtasuojakytkimen toiminta tulee tarkistaa vähintään pari kertaa vuodessa (valmistajat suosittelevat kerran kuukaudessa): tätä varten niissä on erillinen testauspainike, jonka painamisen tulisi laukaista suoja sekunnin murto-osassa, mikäli vikavirtasuojakytkin on jännitteellinen. Testauspainiketta ei tule koskaan painaa yli sekunnin ajan, sillä laitteen sisällä oleva vastus, jonka avulla testaus suoritetaan, saattaisi tällöin ylikuumentua ja palaa. Toimimaton vikavirtasuoja tulee vaihtaa uuteen.

Sähkölaitteiston käyttöönottotarkastuksen yhteydessä vikavirtasuojille suoritetaan tarkempi toiminnan mittaus. Mitattavia suureita ovat laukaisuvirta, laukaisuaika ja kosketusjännite. Mittausten suoritustapa ja tarkkuus vaihtelevat käytettävästä mittalaitteesta riippuen.

Kosketusjännitteen mittauksessa suoritetaan esim. 16 mittausta täysin aalloin ja tehdään I_ΔN:n ekstrapolointi. Laukaisu vahvistetaan 400 ms:n tai 200 ms:n kuluessa nimellisvikavirralla I_ΔN:llä ja mitataan esim. 1 000 ms:iin asti. Mittausjärjestelyllä saavutetaan se etu, että vikavirtasuojakytkin ei laukea ennenaikaisesti, koska testaus alkaa 30 %:n vikavirralla. Siten mittalaite käyttää nimellisvikavirralla esiintyvän kosketusjännitteen U_IΔN mittaamiseen vain n. 1/3...0,5 osaa nimellisvikavirrasta. Menetelmä ei ole täysin aukoton, sillä mittauspiiriin kytketyt kulutuslaitteet saattavat aiheuttaa mittaustulosta vääristävää vuotovirtaa, mikäli niissä on sähköisiä vikoja tai esimerkiksi EMC-suotimia (taajuusmuuntimet ja hakkuriteholähteet). Lisäksi mittauspiirissä voi esiintyä jännitepiikkejä, jos induktiivisia virrankulutuslaitteita sammutetaan vikavirtasuojien laukaisutestin aikana.

Vikavirtasuojakytkimen toimintanopeus voidaan testata esimerkiksi viisinkertaisella nimellisvikavirralla (5 x I_ΔN). Mittaus voidaan käynnistää positiivisella puoliaallolla kohdassa ”0 °” tai negatiivisella puoliaallolla kohdassa ”180 °”.

Henkilösuojaus

Mikään vikavirtasuojakytkin ei kokonaan suojaa sähköiskulta, vaan ainoastaan lyhentää sähköiskun kestoaikaa niin, että kudosten vauriot ja sydämen toimintahäiriöt jäävät mahdollisimman vähäisiksi. Henkilösuojauksessa käytetään yleensä 30 milliampeerin (mA) vikavirtasuojakytkimiä, jotka kykenevät kytkemään virran pois muutaman millisekunnin kuluessa nimellisvirran ylittymisestä. Palosuojaukseen käytettävät 300:n ja 500 mA:n mallit eivät sovellu henkilösuojaukseen, sillä kehon läpi yli 0,5 sekuntia vaikuttava 50 mA:n vaihtovirta riittää aiheuttamaan sydämen pysähtymisen tai kammiovärinän.

Vikavirtasuoja soveltuu henkilösuojaukseen toisin kuin sulake tai johdonsuojakatkaisija, joiden laukaisuvirrat ovat huomattavasti suuremmat. Tämän vuoksi nykyiset rakennusmääräykset edellyttävätkin vikavirtasuojien asennusta kaikkiin kodin pistorasioihin (paitsi tietyt erityispistorasiat) uudiskohteissa sekä muun muassa korroosiolle alttiisiin tiloihin ja rakennustyömaille (vaaditaan ulkokäytössä 20 A:n nimellisvirtaan asti, eli Suomessa kaikkiin yksivaiheisiin pistorasioihin ja 16 A:n kolmivaihepistorasioihin, mutta myös suurempiin, jos niitä rajoittava sulakkeen arvo on korkeintaan 20 A).. Vanhoihin rakennuksiin se on rakennettava kosteisiin ja märkiin tiloihin muutostöiden yhteydessä.

Vikavirtasuojakytkintä käytetään aina sulakkeen tai johdonsuojakatkaisijan kanssa toimivana lisäsuojana, sillä vikavirtasuoja ei laukea nolla- ja vaihejohtimen välisessä oikosulussa eikä ylikuormitustilanteessa, koska menevä ja tuleva virta pysyvät näissä tapauksissa keskenään samansuuruisina. On olemassa myös yhdysrakenteisia johdonsuojakatkaisija-vikavirtasuojia, joita käyttämällä voidaan säästää hieman tilaa sähkökeskuksessa.

Käyttö ja valinta

Vikavirtasuojakytkimessä on tavallisesti testaus- ja nollauskytkimet. Testauskytkimellä (T, TEST) tarkistetaan vikavirtasuojan toiminta valmistajan ilmoittaman ajan välein ja nollauskytkimellä (R, ON, RESET) vikavirtasuoja palautetaan vikatilanteen poistuttua tai testauksen jälkeen takaisin toimintaan. Mikäli vikavirtasuoja laukeaa heti uudelleen, on laitteisto tarkastettava erityisen huolellisesti.

Valintaan vaikuttavia asioita:

• kytkentäpaikka (sähkökeskus, kojerasia tai pistoke)
• käyttötarkoitus (henkilösuojaus, palosuojaus)
• vikavirran suuruus (yleensä 10/30/300/500 mA)
• vikavirtasuojan virrankesto
• vaiheiden määrä
• toimintajännite

Tavallisiin pistorasioihin liitettävät mallit ovat aina korkeintaan 30 mA:n virrasta laukeavia ja soveltuvat siis henkilösuojaukseen.