Kolmivaiheinen (4-napainen) vikavirtasuojakytkin

4-napaista vikavirtasuojaa käytetään kolmivaiheisten laitteiden, ja myös useampien yksivaiheisten laitteiden tai ryhmäjohtojen suojaamiseen (kuva 1). Kolmivaihejärjestelmän ominaisuus on, että eri vaiheiden virrat kumoavat toisiaan yhteisessä paluujohtimessa. Kolmen vaiheen samansuuruisten virtojen summa on puhdas nolla. Tästä seuraa vikavirtasuojassa se "haitta", että eri vaiheista vuotavat vikavirrat myös kumoavat toisiaan, niinpä vikavirtasuojan summavirtamuuntaja "näkee" vain eri vaiheiden vikavirtojen epäsymmetrian suuruisen vikavirran. Jos esim. jokaisesta kolmesta vaiheesta on vuotovirtaa 10 mA, niin epäsymmetriaa ei ole, joten vikavirtasuoja ei suinkaan rekisteröi 30 mA kokonaisvikavirtaa, vaan se ei havaitse vikavirtaa olevan lainkaan.

Mitä tästä voi seurata? Se että jos muilla vaiheilla on sopivasti "ennakkoa" vikavirroissa, ei vikavirtasuoja laukaisekaan vielä nimellisellä toimintavirrallaan. Kun esimerkiksi; L1=20 mA ja L2=20 mA, niin voi L3 olla 40 mA, ilman että 30 mA:n vikavirtasuoja laukaisee. Nämä erivaiheiset vikavirrat summautuvat johtaviin rakenteisiin, maahan tai suojajohtimeen muodostuvaan tähtipisteeseen. Vain eri vaiheiden vikavirtojen erotus kulkee suojajohtimessa tai maassa kohti maadoituselektrodia paluuvirtana, jonka myös vikavirtasuoja havaitsee erovirtana (kuva 2).

Entisten vuotovirtojen lisäksi tuleva yksittäinen "uusi" vikavirta, esim. ihmisen jouduttua kosketukseen jännitteisen osan kanssa, voi olla korkeintaan kaksinkertainen vikavirtasuojan toimintavirtaan nähden. Siispä yleisin henkilösuojaukseen käytetty 30 mA:n vikavirtasuoja sallii yksittäisessä vikapaikassa, korkeintaan 60 mA vikavirran lisäyksen ilman laukaisua. Ihmisen kehon läpi kulkiessaan tällainen virta kuitenkin luokitellaan jo vaaralliseksi.

On vikavirtojen kumoutumisesta "hyötyäkin". Laajoista asennuksista aiheutuvat luonnolliset vuotovirrat kumoavat toisiaan, eikä aiheettomia vikavirtasuojan laukaisuja tapahdu kovin helposti.

Varmistin edellä kerrotun teorian myös käytännön kokeella. Kytkin tavanomaisen 4-napaisen A-tyypin 30 mA:n vikavirtasuojan perään, kolmelle vaiheelle, säätövastuksen ja kiinteän vastuksen sarjakytkennän, jotka ohittavat vikavirtasuojan tulopuolen nollaan (kuva 3). Säätövastuksilla pystyi säätämään vikavirraksi 14,50 --- 37,28 mA. Vaihe kerrallaan testattuna tämän vikavirtasuojan laukaisuvirraksi osoittautui 20,5 mA. Jokaista kolmea vikavirtaa vähitellen lisättynä vikavirtasuoja kesti laukaisematta, jokaisessa kolmessa vaiheessa samanaikaisesti tuon 37,28 mA:n vikavirran. Ilmeisesti olisi kestänyt kymmen- tai jopa satakertaisenkin virran?