bélyegkép|jobbra|200px|Egyfázisú (kétpólusú) FI relé, Névleges árama: 100 A, leoldási árama: 100 mA, karakterisztikája (típusa) AC
Az áram-védőkapcsoló (ismert még: FI relé, érintésvédelmi relé, ÉV-relé és életvédelmi relé, illetve ÁVK néven is; / ground fault circuit interrupter, ) olyan elektromos kapcsolókészülék, amely lekapcsolja a mögötte lévő hálózatot, amennyiben (relatíve kicsi) szivárgó áramot észlel. Ilyen eset például akkor fordulhat elő, ha egy vezető vagy egy fogyasztó földzárlatos lesz, illetve ha valaki véletlenül megérinti a hálózat feszültség alatt álló részeit. Ebben az esetben, a készülék megszólalási idejére áramütés éri az embert, de a rövid behatási idő miatt ez nagy valószínűséggel nem okoz maradandó károsodást.
A „FI relé” névnek nincs köze a görög ábécé φ, Φ (fí) betűjéhez, hanem az a német nevéből származtatott rövidítés, amelyben az F a német Fehler (magyarul: hiba) és az I nagybetű az SI-mértékegységrendszer szerint az áram egyezményes jele. Gyakran az életvédelmi relé kifejezés használatos – utalva ezzel az eszköz tényleges feladatára –, miközben a köznyelvben a FI relé megnevezés terjedt el leginkább.
Működési elve bélyegkép|jobbra|250px|Háromfázisú FI relé elvi működése Működése azon az egyszerű elven alapul, hogy Kirchhoff csomóponti törvénye értelmében – általános 230 V váltakozóáramú hálózatot feltételezve – a fázisvezetőben folyó áram értéke megegyezik a nullavezetőben folyó árammal. Amennyiben a fázisvezetőn folyó áram különbözik a nulla vezető áramától, akkor valahol szivárgás van, például testzárlatos a fogyasztó vagy megérintettünk egy feszültség alatt álló fémrészt (amely lehet például egy megsérült szigetelésű vezeték), így az áram egy része nem szabályos fogyasztói áramkörön, azaz nem a fázis- és a nullavezető között halad. Ebből adódóan az érintésvédelmi relé a fázis- és a nulla vezetékekben kialakult aszimmetriát érzékeli. A „különbség miatt feltételezett hiba” elvére épülő megoldás eredményeként, a relé nem „tud” az elfolyás okáról és helyéről, csak annak tényét érzékeli. Amennyiben ez az úgynevezett hibaáram a relére jellemző küszöbértéket meghaladja, a beépített elektromechanikus modul azonnal bontja a hálózatot.
Háromfázisú, 400 V-os hálózaton a fentiek úgy érvényesek, hogy normál üzemben a három fázisban folyó áram (vektoriális) összege megegyezik a nullavezetőben folyó árammal, és ezt az egyensúlyt figyeli az áram-védőkapcsoló. Ha I1+I2+I3≠In, akkor a föld felé folyik az áram, ezért a relé kiold. Ebből következik, hogy egy háromfázisú ÁVK nem helyettesíthető 3 darab egyfázisúval, mert mindhárom leoldana.
Lényeges különbség a normál biztosítók (olvadóbiztosító vagy kismegszakító) és az érintésvédelmi relé között, hogy az érintésvédelmi relé 2-3 nagyságrenddel érzékenyebb a biztosítónál, illetve a kismegszakító csak az átfolyó túláram ellen véd, míg a FI relé a szivárgó áramok ellen nyújt védelmet az átfolyó áram nagyságától függetlenül. Például amíg egy alacsony értékű szokványos biztosító kioldási értéke 6 A túláram, addig az életvédelmi relé már 30 mA-es szivárgó áram esetén elvégzi a lekapcsolást, ráadásul igen gyorsan, korszerűbb változatok akár kevesebb, mint 20 ms alatt.
Alkalmazási területe A jelenleg érvényben lévő szabványok szerint minden olyan új építésű elektromos szekrény (kapcsolószekrény) kötelező része, amelyet „A képzetlen személyek által használt és általános használatra szánt, legfeljebb 20 A névleges áramú csatlakozóaljzatok számára” telepítettek.Navigálás a változó előírások tengerében VI. (villanyszaklap.hu) A régebbi kialakítású és hasonló célú elektromos szekrények pótlólagosan felszerelhetőek érintésvédelmi relével.
Érintésvédelmi relé alkalmazása a következő esetekben szükséges:Hibaáramvédelem FI relé segítségével (ABB, Angol nyelven) általános használatú fémházas elektromos készülékek testzárlatakor előforduló áramütések elkerülésére; vezetékek vagy feszültség alatt álló részek véletlen érintési lehetősége miatt; tűzvédelmi célból: a kialakult tűz okozta károk mérséklésére, illetve az elektromos tűz kialakulási esélyének csökkentésére; készülékvédelmi célból: az aszimmetrikus áramok kárt okozhatnak a többfázisú berendezésekben; kisgyerekek véletlen csatlakozó aljzatba nyúlása esetére (bár erre a célra vakdugók vagy speciális védett csatlakozó aljzat beszerzése ajánlott, a FI relé lehet a második biztos védelmi szint, ha a vakdugó véletlenül kint maradt stb.) kisállatok esetleges vezetékrágásából eredő károk megelőzésére; az állat védelmére speciális, nem szokványos hálózati áramokat és feszültségeket használó munkakörnyezetben.
Felépítése bélyegkép|jobbra|200px|Érintésvédelmi relé elvi kapcsolása Részei: 1. Elektronika az áramváltóhoz 2. Áramváltó szekunder tekercs 3. Áramváltó transzformátor vasmag 4. Teszt kapcsoló L Fázis vezeték N Nulla vezeték
Egy egyfázisú FI relé felépítése az ábrán tanulmányozható: Az L (fázis) és az N (nulla) vezeték azonos irányban van átvezetve az áramváltó vasmagján, amelynek felmágnesezése így a két áram (előjelhelyes) összegével arányos.
Alaphelyzetben mindkét vezetékben azonos nagyságú, de ellentétes irányú áram folyik, ezért az áramváltó 3 vasmagját nem mágnesezik fel, mivel a mágneses terük eredője éppen nulla. Amennyiben valamilyen hiba esetén az áramváltó után az L vezetőtől a föld felé folyik valamekkora áram, az N vezetőben visszafolyó áram nagysága ennyivel kisebb lesz. A különbség miatt a mágnesezések nem egyenlítik ki egymást, és a vasmag felmágneseződik. A vasmagon lévő 2 szekunder tekercsben ettől feszültség indukálódik, de mivel zárt kört képez, áram is folyik. Az 1 elektronika észleli az áramot, és ha az meghaladja a küszöbértéket, a főérintkezőket bontja, így a fogyasztók felé menő hálózatot leválasztja a bejövő hálózatról. A lekapcsolás olyan gyors (25 ms –40 ms), hogy az áramkört gyakorlatilag azonnal megszakítja, és így az áramütött személy szinte fel sem fogja, hogy „megrázta az áram”. Szerencsétlen esetben előfordulhat, hogy nem alakul ki a küszöbértéket meghaladó áram az emberen keresztül. Ekkor érezni fogja az áramütést, de az ijedtségen túl, nem okoz maradandó károsodást neki. Lényeges szempont, hogy a védővezetőt (földelés) nem szabad átvezetni az áramváltón, hiszen akkor az azon visszatérő árammal együtt már nincs különbség. Ezért az igen elterjedt TN-C-S rendszereknél a védővezető és a nullavezető összekötése (föld nullázása) csakis a FI relé előtt megengedett, utána szigorúan tilos, azaz onnantól a fázis (L), nulla (N) és föld (PE) vezetékeket csakis elkülönítve, egyértelműen megjelölve kell vezetni.Villanyszerelési szaklap cikke a tiltott nullázásról (villanyszaklap.hu) Villanyszerelési szaklap átfogó cikke a védővezetős érintésvédelemről (villanyszaklap.hu) Korszerűbb FI relé típusok már hibaként érzékelik a relé utáni szabálytalan nullázást is, aminek eredményeként azonnal leoldanak és visszakapcsolásuk nem is lehetséges a hibás kötés kijavításáig. Hangsúlyozni szükséges, hogy fázis-nulla közötti rövidzárlat, túlterhelés stb. ellen az érintésvédelmi relé semmilyen védelmet nem ad, hiszen akkor a fázis(ok) és nulla ág(ak)ban is ugyanakkora áram folyik, vagyis nem lép fel aszimmetria.
Ellenőrző kapcsoló A készüléken található a 4 ellenőrzésre szolgáló nyomógomb, amelyet működtetve az áram egy része nem folyik át az áramváltón, hanem kikerüli azt, ilyenkor a relének azonnal le kell kapcsolnia. Ezt a vizsgálatot beüzemeléskor és évente kétszer célszerű elvégezni. Korábban a legtöbb gyártó havi rendszerességű ellenőrzést javasolt, de a folyamatosan fejlődő előállítási technológiák miatt ez sok típus esetében lecsökkent évi két alkalomra. Fontos megjegyezni, hogy ez a vizsgálat csak arról ad felvilágosítást, hogy a relé működik-e, de arról nem ad felvilágosítást, hogy a hálózat is védett-e. Az egész hálózat védettségét bizonyító legbiztosabb ellenőrzés, ha a relével védett szakaszon egy helyesen bekötött csatlakozóaljzatnál vagy fogyasztónál egy megfelelő ellenőrzőlámpával áramkört létesítünk a fázis- és a földvezető között. Az FI relé szabályos felszerelése és tökéletes működése esetén még azelőtt leold, hogy a lámpa izzószála egyáltalán kivilágosodna, jelezve ezzel a hibátlan érintésvédelem meglétét.
Léteznek speciális kézi teszterek,Megger gyártmányú kézi FI relé teszterek. (Angol nyelven) amelyek a hálózati aljzatba dugható csatlakozóba épített egyszerű tesztlámpáktól egészen az LCD kijelzős, digitálisan programozható változatokig terjednek.Fluke gyártmányú multifunkciós kézi teszterek. (Angol nyelven) Ez utóbbiak igen részletes képet tudnak adni a vizsgált hálózatról, így az ott felszerelt életvédelmi reléről is. Mérhető velük a tényleges hibaáram, amelyre a leoldás bekövetkezik, de a relé sebessége és karakterisztikája is vizsgálható.
Érzékenysége bélyegkép|jobbra|200px|Egyfázisú AC típusú szétszerelt FI relé elektromechanikus leoldó modulja. A rugóval előfeszített billenőnyelvet egy állandó mágnes tartja a helyén, de ha a tekercs áram alá kerül, az ellentétes irányban gerjeszt mint a mágnes, így a kis piros nyomókar a rugó hatására elmozdul, oldja a reteszelést és elvégzi a szintén rugóval előfeszített ezüst ötvözetből készült főérintkezők szétválasztását Az érintésvédelmi relé érzékenysége független a hálózatból felvett áramtól, és nem fogyaszt energiát. A készülék megszólalási érzékenységét a védett helytől függően választják meg. Mivel az emberre a 70 mA-es áram már életveszélyes lehet, a megszólalási érzékenységet általában 30 mA-ben határozza meg a szakma elfogadott szabályrendszere.Electric shock - Electrical Installation Guide (Angol nyelven) Az épületek vezetékezésében gyakran felléphet valamennyi átvezetés (szivárgás) – különösen nedves környezetben, nyirkos falakban, pl. pincékben vezetett régi öreg szigetelésű vezetékek esetében stb. – ezért a kisebb értékű megszólalási érzékenység a készülék felesleges lekapcsolásait okozhatná. Speciális célokra gyártanak 10 mA, 100 mA, 300 mA és 500 mA megszólalású készülékeket is. A 10 mA-es változat felhasználására kiváló példa egy elektromos motorokkal üzemelő pezsgőfürdő, ahol csak a fürdő motorjait tápláló kört szokás külön ilyen magas szinten biztosítani, míg a többi áramkörnek megfelelő a 30 mA-es relé is. Az 500 mA-es relé egy nagyobb épület összegző fő reléje lehet, ahol cél az, hogy az egész épület is védve legyen, de külön alkörök biztosítják az egyes kisebb áramkörök védelmét (jellemzően emeletek, speciális szobák, műhelyek kerülnek ilyen módon alhálózati szegmensekre).
Az elektromos érzékenység és hibatűrés közötti helyes arány megtalálása csak az egyik fontos tényező, amelyet a gyártók igyekeznek fejleszteni. A másik szempont a fizikai környezeti behatások, hőmérséklet, páratartalom, légszennyezettség, amelyek káros hatásait szintén megpróbálják minél jobban kiküszöbölni. Az elektromechanikus leoldó modul képén látható, hogy az alkalmazott megoldás egyfajta kompromisszumot követel meg a környezeti behatásokat illetően, mivel a fémek, rugók, műanyagok eltérő hőmérsékleti dilatációja, rugalmasságváltozása kedvezőtlenül befolyásolhatják a relé működését intenzív környezeti körülmények között. A legtöbb gyártó meg is adja azt a hőmérsékleti és légszennyezettségi tartományt, ahol szavatolják a relé adatlapján feltüntetett értékek meglétét. Mivel legtöbbször igen nagy áramok átvezetését és megszakítását kell egy ilyen relének elvégeznie, muszáj mechanikus (ezüst ötvözetből, korábban kadmiumos ötvözetből készült) érintkezőket is tartalmaznia, amelyek a 100 A-es tartományban is megbízható megszakítást tudnak produkálni egy terhelés alatt lévő hálózaton. Ilyenkor a megszakítás pillanatában intenzív elektromos ív keletkezik, melyet az ötvözőanyag használata ugyan csökkent, de emiatt szokás megadni a relé maximális üzemszerű lekapcsolásainak számát is, amelyet az érintkezők még elviselnek. Az elektromos és elektromechanikus alkatrészek közötti összhang stabil megtalálása sokéves gyártói tapasztalaton és kutatáson alapul.