Stosowanie wyłączników różnicowoprądowych w obwodach z zasilaczami UPS

Zasilacz UPS włączony jest pomiędzy źródło pierwotne, jakim jest sieć elektroenergetyczna, a chronione odbiorniki, zapewniając im ciągłą dostawę energii elektrycznej o wymaganych parametrach. Równorzędnym kryterium przy projektowaniu systemów zasilania gwarantowanego, obok zapewnienia odpowiedniego poziomu niezawodności, jest bezpieczeństwo użytkowania systemu. Zasilacz UPS będący elementem instalacji elektrycznej narażony jest na zagrożenia pochodzące od sieci zasilającej, ale także sam może być źródłem zagrożeń. Zatem priorytetowym zadaniem jest dobór właściwych środków ochrony przeciwporażeniowej.

W celu uzyskania odpowiedniego bezpieczeństwa, w obwodach z zasilaczami UPS stosowane są powszechnie używane środki ochrony przeciwporażeniowej, ograniczające do minimum możliwość zetknięcia się człowieka z niebezpiecznym napięciem rażeniowym. Jako uzupełnienie ochrony przed dotykiem bezpośrednim stosuje się wyłączniki różnicowoprądowe wysokoczułe. Ich stosowanie z punktu widzenia bezpieczeństwa wydaje się dobrym rozwiązaniem, jednak w rzeczywistości wiąże się z wieloma problemami, szczególnie w aspekcie niezawodności systemów zasilania gwarantowanego. Po pierwsze, wyłączniki różnicowoprądowe są urządzeniami o stosunkowo dużej zawodności działania. Po drugie, źle dobrane potrafią sprawić wiele kłopotów użytkownikowi, powodując niepotrzebne wyłączenia. Po trzecie, wymagają regularnej kontroli w celu utrzymania aparatu w stanie sprawności, co również może powodować odłączenia odbiorów. Dodatkowym problemem, rzadko branym pod uwagę, jest przerywanie przewodu neutralnego (w standardowych konstrukcjach wyłączników różnicowoprądowych), który może być niezbędny do prawidłowego działania zasilacza UPS.

prąd upływowy pochodzący od zasilacza UPS

Energoelektroniczne układy przetwarzające napięcie w zasilaczach UPS są źródłem niepożądanych zakłóceń, które muszą być eliminowane przez filtry. Konieczność stosowania filtrów przeciwzakłóceniowych, często o dużych pojemnościach doziemnych, powoduje przepływ prądów upływowych od części czynnych do ziemi poprzez przewód ochronny PE, stanowiący wspólny potencjał odniesienia dla wszystkich przyłączonych filtrów. Składają się one z odpowiednio połączonych ze sobą dławików i kondensatorów. Przykładowe schematy filtrów: wejściowego stosowanego w zasilaczach jednofazowych – przedstawiono na rysunku 1. oraz wyjściowego – pokazano na rysunku 2. Natomiast filtr stosowany na wyjściu baterii akumulatorów przedstawiono na rysunku 3.

Rolą kondensatorów jest eliminowanie zakłóceń sieciowych związanych z pojawieniem się wielkiej częstotliwości w napięciu zasilającym. Maksymalny prąd upływowy płynący w przewodzie ochronnym PE jest proporcjonalny do pojemności kondensatorów klasy Y. Za wartość graniczną, dla której nie trzeba jeszcze stosować zaostrzonych rygorów bezpieczeństwa, przyjmuje się wartość 3,5 mA prądu przemiennego i 10 mA prądu stałego [1, 2].

Większość zasilaczy UPS wykonywanych jest w I klasie ochronności, z tego też powodu problematyka prądu upływowego w aspekcie bezpieczeństwa użytkowania jest ważna, tym bardziej że prąd ten może osiągać wartość 10 mA, a nawet większą. W przypadku przerwania przewodu ochronnego PE, potencjał obudowy może osiągnąć wartość niebezpieczną dla człowieka. Gdyby w takiej sytuacji człowiek dotknął jednocześnie obudowy i części przewodzącej obcej, przez jego ciało popłynie prąd rażeniowy. Jego wartość będzie zależna od impedancji ludzkiego ciała. Wartość prądu dotykowego nie powinna przekraczać progu odczuwania 0,5 mA (dla prądu przemiennego).