Son yıllarda kullanımı güncel hale gelen, fakat yapısı ve tesis şekli hakkında gerekli bilgiye sahip olunması önemsenmeden tesislere rasgele yerlere takılan ve fonksiyonuna veya işletme şekline uygun olmayan tarzda tesis edilmesi nedeniyle ya sürekli ya da fasılalı olarak sık sık açmalara neden olan, aynı zamanda farklı yapıda ve koruma mantığına sahip kaçak akım koruma cihazları ile birbirine karıştırılan ve hatta bu isimle anılan, gerek insan hayatını tehlikeli elektrik şoklarına karşı koruma, gerekse tesiste oluşabilecek izolasyon hatalarını önceden tesbit ederek, izolasyon hatalarından kaynaklanan yangınları önleme amacıyla kullanılması gereken çok önemli bir koruma cihazıdır.

RCD Cihazının yapısı
 

Şekil 1: RCD cihazının yapısı

RCD Cihazlarının Çalışma Prensipleri

RCD, elektromanyetik prensiplere göre çalışan koruma cihazıdır. Bu tip koruma cihazında RCD içinden geçen akımları taşıyan ve korunan devreye ait aktif, yani faz ve nötr iletkenlerinde meydana gelen manyetik alanı algılayan toroidal transformatör kullanılır. Söz konusu akımların yönü ve büyüklüğü göz önüne alınarak vektör toplamları (residüel akımlar, yani artık akımlar olarak bilinir) normal işletme şartlarında yani hatasız devrelerde efektif olarak sıfırdır. Anormal şartlar halinde yani bir izolasyon hatası meydana geldiğinde; dengesiz akımların meydana getirdiği rezidüel manyetik alan, cihazın açtırma bobinine rezidüel akım gönderir ve bu akım daimi mıknatısın çekme etkisini ortadan kaldırır, yayın çekme kuvvetini dengeleyen çekme etkısi ortadan kalktığından yay kuvveti vasıtasıyla klape açılarak RCD ile korunan devrenin açılması sağlanır.

Normal ve anormal işletme şartları altındaki akım akışı, manyetik alanlar ve rezidüel akım arasındakı bağlantılar aşağıdaki şekillerle açıklanmaktadır.

Şekil 2: Normal şartlar altındaki cihazda akım ve mağnetik alan (MF=MN  )  ve Rezidüel magnetik alan sıfırdır.

Şekil 3:  Anormal şartlar altındaki yani  cihazda meydana gelen hatadan dolayı Akım ve magnetik alanlardaki değişme (MF= MN) olup ve rezidüel magnetik alan sıfırdan farklıdır.

Şekillerde gösterilen semboller,

M_F: Faz iletkeninde meydana gelen manyetik alan

M_N: Nötr  iletkeninde meydana gelen manyetik alan.

I_F: Faz iletkeninden akan akım

I_N: Nötr iletkenden akan akım

I_E1: Topraklama iletkeninden akan akım

I_E2: İnsan vücudu üzerinden köprülenen hata akımı

Açıklanması gereken bir durum da,  rezidüel akım koruma sistemleriyle kaçak akım koruma sistemlerinin; bu ikisi tamamen ayrı koruma mantığına ve açtırma mekanizmalarına haiz olmalarına rağmen birbirleriyle karıştırılmasıdır.

Bu anlam karmaşası sebebiyle bir açma meydana geldiğinde RCD cihazının koruduğu devrede meydana gelen hatanın nedeni genellikle tesbit edilememekte veya RCD cihazı yapısı ve koruma mantığının gerektirdiği uygun şartlarda tesis edilemediğinden tesiste bir izolasyon hatası oluşmadığı halde cihaz ya sürekli açma yapmakta veya sebebi anlaşılamayan, zaman zaman ortaya çıkan fasılalı açmalar meydana gelmekte ve sonuçta cihazın kullanımı iptal edilmektedir.

Piyasada rezidüel akım koruma cihazı; kaçak akım koruma anahtarı olarak anılmaktadır.

Bu iki sistem arasındaki farklar aşağıda belirtildiği gibidir.

1) Rezidüel akım koruma cihazı faz iletkenlerinin içinden geçtiği akımları algılamak amacıyla yerleştirilen bir adet akım transformatöründan meydana gelir. (Şekil 1,2.) Toprak kaçak koruma sistemleri ise korunacak sistemin girişine ve çıkışına konulan; fonksiyonu cihaza giren ve çıkan akımların farkını algılayan  akım transformatörleriyla çalışır. (Şekil 3.)

Yani rezidüel akım korumasında korunacak cihazın sadece giriş tarafındaki akım tranformatörü ile cihazın çalışması sağlanır, Toprak kaçak koruma sisteminde korunacak cihazın hem girişine ve hemde çıkışına akım transformatörleri yerleştirilir.

Şekil 4: Kaçak akım koruması

2) Rezidüel akım koruma cihazı, bu cihazın toroidal akım transformatörerinin içinden geçen faz ve nötr iletkenlerdeki akımların, arıza halinde vektörel toplamlarının sıfır olmamasından dolayı ortaya çıkan rezidüel akımın, açtırma mekanizmasını harekete geçirmek suretiyle arızalı devreyi açtırma esasına dayanan sistemdir. (Bkz Şekil 5.)

Şekil 5: RCD cihazına ait vektör diyagramları

Toprak kaçak koruma ise, bir izolasyon hatası meydana geldiğinde korunan cihazın giriş ve çıkışındaki akımlar arasındaki farkı algılayarak açma yaptıran diferansiel akım prensibine göre çalışan  bir sistemdir. 

3) Rezidüel akım koruma sistemi öncelikli amacı insan hayatını korumaktır. Alçak gerilim sistemlerinde ev, büro ve iş yerlerindeki dağıtım panolarındaki priz çıkışlarına yerleştirilir. RCD'nin koruduğu devrede cihaz bir izolasyon hatası meydana geldiğinde hata akımının açma eşik değerine ulaşmasıyla ani olarak çalışır.

Toprak kaçak koruma sisteminin öncelikli amacı izolasyon hatası olan cihazın tamamen tahrip olmasını engellemektir.

Şebekede seçiciliği sağlama amacıyla ve geçici olaylardaki akımlar göz önüne alınarak zaman gecikmeli çalıştırılabilir. Halbuki RCD cihazı insan hayatı için tehlike oluşturacak şekilde gerilimlerin meydana gelmesiyle hangi şartlar olursa olsun ani olarak devreyi keser.

RCD, Şekil 5’te görüleceği üzere cihazı toroidal akım transformatoru, daimi mıknatıs ve bu mıknatıs tarafından çekili tutulan klape, hata meydana geldiğinde endüklenen akım vasıtasıyla daimi mıknatısın çekme kuvveti ortadan kaldırıldığında klapeyi açtıran yay ve bu açmayı kuvvetlendirerek cihazın kontaklarını açtıran mekanik amplifikatörden meydana gelir. 

Rezidüel Akım Koruma Cihazı ile Koruma Sağlanması

Kaynak: Turgut ODABAŞI; "RCD Rezidüel Akım Koruma Cihazları" Elektrik Tesisat Mühendisleri Derneği (ETMD)