Что такое селективная схема подключения дифференциальных автоматов

УЗО (устройство защитного отключения) предназначено для предотвращения опасного воздействия на человека и животных электрического тока при прикосновении к токоведущим и другим частям приборов и электроустановок, находящихся под напряжением. Следующей важной функцией устройства является предупреждение возгораний при появлении токов утечки на землю. Защитное действие проявляется в отключении питающей сети при следующих ситуациях:

• замыкание корпуса электроприбора, находящегося под напряжением, через тело на землю;
• контакт токоведущих элементов с заземленными нетоковедущими частями электроустановок в результате повреждения изоляции;
• перемена заземляющего (PE) и нулевого (N) проводников в электрической схеме.

УЗО также защищает сети от скачков напряжения. Для этого к нейтрали на входе прибора и фазе на выходе подключается нелинейное сопротивление. Дифференциальный ток протекает по нему при увеличении напряжения выше 270 В, после чего УЗО отключается.

Защитные устройства отличаются по типам и принципам работы. Одним из наиболее практичных является УЗО селективное, обеспечивающее целевое отключение групп нагрузок. Его особенностью является заниженная скоростная характеристика срабатывания (тип S или G). Он устанавливается ближе к источнику, имеет номинал дифференциального тока срабатывания 100 или 300 мА и гарантирует, что первым отключится следующее обычное УЗО, расположенное перед потребителем.

Таким образом, современная защита электросетей строится на выявлении неисправностей и отключения отдельных участков от работающих в нормальных режимах систем.

Как устроено УЗО?

УЗО также называют выключателем дифференциального тока. Назначение остается прежним: отключать цепь при появлении утечки тока. Основным элементом устройства является тороидальный трансформатор с несколькими витками нулевого и фазного проводов, включенных встречно. Результирующее магнитное поле при нормальной работе прибора остается равным нулю. Утечка в землю нарушает баланс, во вторичной обмотке возникает напряжение, при достижении которым определенной величины происходит отключение электрической цепи с помощью пускового и исполнительного механизмов.

Для УЗО нужна заземляющая шина РЕ. В противном случае, когда появляется потенциал на корпусе электроприбора из-за поврежденной изоляции, утечки тока нет, и при прикосновении к нему и заземленным металлическим частям (радиатор отопления, водопроводные трубы) можно получить ощутимый удар током. При этом защитное устройство сработает, но будет лучше, если это произойдет от утечки в землю.

Для надежной работы защитного устройства следует проложить заземление. При работе по такой схеме УЗО разорвет цепь еще до прикосновения к металлическому корпусу оборудования или бытовой техники.

Принцип работы УЗО селективного действия

Принципы работы у всех УЗО, которые были перечислены выше, одинаковы. У них одна цель — предотвращение токовых утечек во избежание пожара и поражений электричеством. Схема действия:

1. Конструкция обладает трансформатором дифференциального типа.
2. Он производит сравнение входящих в него токов.
3. Разница между ними направляется на близкорасположенный чувствительный элемент.
4. Если значение разницы больше, чем установленный параметр, то УЗО производит отсечку.

Типы УЗО

УЗО классифицируются по выполняемым функциям:

• АС — реагирование на внезапно появляющийся или нарастающий постепенно переменный ток утечки.
• А — дополнительно срабатывает на постоянный пульсирующий дифференциальный ток, который может появляться неожиданно или нарастать постепенно.
• В — реагирование на постоянный и переменный пульсирующие токи утечки.
• S — селективное УЗО с дополнительной временной выдержкой на отключение.
• G — аналогично S, но с меньшей задержкой.

Где устанавливать УЗО?

1. Общедоступные места в зданиях, где отсутствует повышенная опасность поражения током.
2. В электрических цепях с возможной опасностью поражения током (помещения с влажностью выше нормы, группы розеток, бытовая техника и т. д.).
3. На главном вводе для защиты от пожарной опасности. Обычно здесь устанавливают УЗО селективное.
4. В этажных распределительных щитах, в квартирных щитках, в индивидуальных домах.
5. В радиальных системах электроснабжения: общее селективное УЗО и отдельные по отводящим линиям, с выбором параметров, гарантирующих избирательное срабатывание.
6. На ближних ступенях защиты, например, 10 и 30 мА, 30 и 40 мА и т. п. маловероятна токовая избирательность действия УЗО из-за высокой скорости срабатывания. Для указанных значений она обеспечивается, если подобрать селективное УЗО 100мА, чтобы была еще выдержка по времени.
7. По причине старения изоляции не всегда происходит постепенное увеличение токов утечки.
8. При мгновенном нарастании тока утечки из-за пробоя изоляции может сработать любое обычное УЗО, последовательно расположенные в цепи. Это происходит в связи с быстрым и значительным превышением уставок сразу на нескольких ступенях защиты.

Особенности работы устройства при наличии защитного провода PE и без него

Поражение человека электротоком может произойти в результате прямого или косвенного прикосновения. СтабЭксперт.ру напоминает, что прямым называется прикосновение непосредственно к токоведущим частям оборудования или электроприбора, то есть, проще говоря, к фазному проводу. Косвенным считается прикосновение к электропроводящим частям, которые в нормальном режиме не должны находиться под напряжением. В частности это корпуса бытовых электроприборов – холодильников, стиральных машин и т.п. Это означает, что поражение электротоком при косвенном прикосновении может произойти только в случае повреждения изоляции и внутренних частей оборудования и появлении опасного напряжения на его корпусе.

В этой ситуации как раз и проявляется различие систем электроснабжения с защитным проводом и без него.

Электропроводка без защитного провода, такой вариант встречается в домах старой постройки. Однофазная разводка в этом случае выполняется только двумя проводами – фазным и рабочим нулевым. Мы об этом писали в теме заземления частного дома.

Электрические розетки в таких домах не имеют третьего защитного контакта.

Что бывает без УЗО?

Теперь представим, что произойдёт, если в такой квартире, к тому же не оборудованной УЗО в результате повреждения изоляции под фазным напряжением окажется корпус стиральной машины в сырой ванной комнате?

Правильно, ничего не произойдёт. Но только до поры до времени. А именно, пока кто-нибудь не прикоснётся одновременно к стиральной машине и, например, трубе водоснабжения. В этом случае человек оказывается под воздействием фазного напряжения, через его тело потечёт электроток и с большой долей вероятности он погибнет.

Вариант 1. Провод PE отсутствует

Теперь рассмотрим вариант, когда в этой же квартире установлено УЗО. В этом случае на пробой изоляции стиральной машины и появление фазного напряжения на её корпусе также никакой реакции не последует. УЗО может сработать только в том случае, если корпус стиральной машины случайно окажется соединённым с естественным заземлением (трубы отопления, водоснабжения, канализации). При этом возникнет некоторый ток утечки, на который и отреагирует устройство отключения. Но это частный случай, на такой исход рассчитывать нельзя. То есть корпус нашей машинки будет находиться под напряжением.

При касании человеком стиральной машины и трубы всё произойдёт, как и при отсутствии УЗО. Только в этом случае ток утечки, протекающий через тело человека, вызовет отключение устройства, которое сократит время воздействия этого тока на организм до долей секунды. А это значит, что при наличии устройства защитного отключения уровень безопасности выше, чем без него. Хотя сказать, что всё замечательно тоже нельзя, ведь человека всё же ударит током.

Вариант 2. Электропроводка с защитным PE-проводом

В этом случае однофазная разводка выполняется трёхпроводной. Кроме фазного и рабочего нулевого провода от щитка прокладывается третий, защитный провод PE, который заводится в розетки и соединяется с их защитным контактом. При подключении электроприборов к такой розетке их корпус оказывается соединённым с проводом PE. Это в корне меняет уровень защищённости людей и оборудования. При пробое изоляции электроприбора и появлении фазного напряжения на его корпусе в такой системе возникает короткое замыкание и срабатывает защита на питающем автоматическом выключателе. Таким образом, наличие фазного напряжения на корпусе электрооборудования здесь исключено даже при отсутствии УЗО.

В случае установки устройства защитного отключения при наличии защитного провода PE, создаются условия его гарантированного срабатывания не только при появлении фазы на корпусе. УЗО надёжно сработает при ослаблении изоляции, которое вызывает ток утечки, достигающий значения дифференциального тока устройства.

Резюмируя, можно отметить следующие результаты:

• установка устройства защитного отключения повышает уровень безопасности как в системах с защитным проводом PE, так и без него;
• наибольшая эффективность применения УЗО достигается при наличии защитного провода, в этом случае практически исключается возможность даже кратковременного воздействия опасного напряжения на человека;
• при наличии провода PE УЗО реагирует на начальную стадию ухудшения изоляции электроприбора, когда токовая утечка измеряется миллиамперами и отсутствуют условия для срабатывания автоматических выключателей.

Необходимость использования селективных УЗО

УЗО селективное выполняет свою функцию противопожарной защиты, если применять модификации с временной задержкой — S или G. К ним предъявляются повышенные требования по устойчивости к коротким замыканиям, коммутационной способности, динамической и термической стойкости и т. д.

Обычно на главном вводе устанавливают селективное противопожарное УЗО на большой ток утечки.

УЗО нельзя применять в цепях, которые недопустимо внезапно отключать, так как это может привести к аварийным ситуациям (пожарная или охранная сигнализация, опасность для персонала и т. п.).

Кроме УЗО, токовую селективность должны иметь автоматические выключатели. Первыми должны срабатывать расположенные ближе к участку перегрузки или короткого замыкания. При этом автоматические выключатели срабатывают раньше, чем ток КЗ достигает предельного значения. Это необходимо для предотвращения перегрузки последовательно подключенных участков, поскольку ток проходит через контакты их защитных устройств.

Что понимают под селективностью УДТ?

Харечко Ю.В. в своей книге акцентирует внимание на том, что [1]:

« При последовательном включении устройств дифференциального тока следует обеспечить их селективное оперирование при замыканиях на землю. Первым должно срабатывать УДТ, расположенное ближе к месту замыкания на землю, обычно находящемуся в конечной электрической цепи. Вторым должно оперировать УДТ, расположенное ближе к источнику питания, например, установленное на вводе в электроустановку здания или защищающее распределительную электрическую цепь. В противном случае, если первым сработает вводное устройство дифференциального тока или УДТ, установленное в распределительной электрической цепи, то вместо одной конечной электрической цепи, в которой произошло замыкание на землю, будет отключена вся электроустановка здания или ее часть, состоящая из нескольких конечных электрических цепей. »

Аналогичное нежелательное отключение произойдет также в том случае, если оба устройства дифференциального тока сработают одновременно. Поэтому при проектировании электроустановок зданий вопросам обеспечения селективного оперирования устройств дифференциального тока следует уделять должное внимание.

Типы селективных УЗО

Для селективного УЗО важно выдержать паузу, чтобы успело сработать устройство общего типа, расположенное ниже по схеме. При этом устройство с временной задержкой отключения пропускает через себя ток утечки и не срабатывает. Интервал задержки у моделей может отличаться. У изделий с маркировкой S он составляет 0,15-0,5 с, например, УЗО 63а 100мА селективное, с возможностью настройки запаздывания. Выбор будет лучшим, если их устанавливать на входе питающего кабеля квартиры. У некоторых иностранных моделей имеются выдержки времени еще выше. Они предназначены на отключение цепи при возникновении пожарной опасности. Чем дольше будет отключаться защита, тем больше вероятность воспламенения изоляции.

При маркировке G устройство срабатывает в пределах 0,06-0,08 с. Прибор является достаточно быстрым по реакции на неполадки в сети. Его следует устанавливать ниже УЗО типа S селективное. При двухступенчатой защите оно может устанавливаться на главном вводе, поскольку быстродействие УЗО, подключенных ниже все-таки выше.

При наличии в сети нескольких групп нагрузок, перед каждой подключается отдельное защитное устройство, а на вход — селективное противопожарное УЗО. Тогда при неисправности одной из линий обесточится только она, а остальные останутся подключенными. При подобной схеме соединений проще обнаружить неисправность. Если обычное УЗО окажется неисправным или не реагирует на неполадки в схеме, тогда сработает селективное УЗО (300 мА или 100 мА) и отключит всю сеть.

Для обеспечения селективности нужна следующая настройка приборов:

• выставить время срабатывания селективного УЗО, если в нем предусмотрена такая возможность;
• установить требуемые параметры отключения в зависимости от величины тока утечки.

Характеристики отключения УЗО селективного действия должны по величине превышать остальные не менее чем в 3 раза. Только в этом случае устройство будет гарантированно срабатывать.

Что такое селективность УЗО

Основная цель селективности защитного устройства представлена его избирательностью, поэтому таким типом автоматики выбираются исключительно поврежденные участки, которые отсекаются от рабочей электрической сети.
В этом случае исключается нежелательное обесточивание любых других, работоспособных потребителей.

Устройства селективного защитного отключения в обязательном порядке применяются при электрификации современных жилых зданий и офисных помещений, складских площадей и производственных сооружений, квартир и частных домовладений.

Таким образом, селективность является свойством автоматической защиты электрической сети – срабатывать строго поочередно.

Параметры УЗО

Два временных параметра УЗО определяются российскими стандартами:

• время отключения — промежуток от появления отключающего тока утечки ∆i до момента гашения дуги;
• предельное время несрабатывания для устройства типа S — временной интервал между началом возникновения ∆i и размыканием контактов.

Последний параметр определяет селективность действия УЗО. Его предельная величина составляет 0,5 с. При этом следует учитывать, что для защиты людей размыкание должно происходить в течение 10-30 мс, для предотвращения возгорания изоляции — до 500 мс. УЗО типа S селективное широко применяется там, где нужно исключить ложные срабатывания от влияния помех или скачков напряжения.

По скорости отключения сети УЗО разделяются следующим образом:

• общего применения — без задержки;
• типа G — 10-40 мс;
• типа S — 40-500 мс.

Токи утечки всегда имеют место в электрических цепях. В сумме они не должны быть выше 1/3 от номинального ∆i устройства. Считается, что на 1 А нагрузки приходится 0,4 мА тока утечки потребителя, а на 1 м длины фазного провода — 10 мкА. Защитный прибор настраивается по величине суммарного тока естественной утечки. Если этого не делать, могут происходить частые ложные срабатывания. При этом следует учитывать, что устройство с ∆i=100 мА уже не защитит человека от поражения током.

При проектировании электросетей можно не указывать тип УЗО, пока эксперты не требуют. Но обосновать свой выбор заранее нужно. Важно, чтобы номинальный ток прибора был выше тока предполагаемой нагрузки. Кроме того, УЗО устанавливается только в общей паре с автоматическим выключателем. Можно установить один дифференциальный автомат вместо двух приборов. Он обойдется дешевле, но при этом следует правильно подобрать параметры.

УЗО защищает в двухпроводных сетях, где отсутствует защитный проводник. Но срабатывает оно только после прикосновения к опасному месту.

Какое выбрать противопожарное УЗО?

Селективное УЗО 63А, 300мА обычно устанавливается на входе как противопожарное.

Многие используют обычные модели общего типа, установив в доме приборы защиты на 30 мА. Здесь функция «частичной» селективности выполняется благодаря большой разности токов срабатывания. При этом экономятся средства на разнице цен. Кроме того, обычное УЗО обеспечивает безопасность лучше из-за более быстрого срабатывания при отлавливании токов утечки. Разница в поведении приборов заключается в том, что селективный прибор не отключится первым при дифференциальном токе, равным или большим 300 мА. Подобная ситуация уже является экстраординарной и вопрос не стоит о том, стоит ли идти до щита управления, который может находиться на уличном столбе. При таком большом токе наверняка сработает еще обычное УЗО, если произошла авария на линии. Здесь и так будет ясно, где искать неисправность.

Таким образом, противопожарное УЗО можно устанавливать как селективное, так и обычное.

Производители УЗО

Группа Legrand является известным в мире производителем электрических систем зданий. Лидирующие позиции обеспечивает высочайшая культура производства и крупные инвестиции в создание новых электротехнических изделий. Для России группа поставляет весь перечень электрооборудования, начиная с розеток и выключателей до сложнейших систем управления.

Селективное УЗО Legrand бывает электронного и электромеханического типа (обозначено на лицевой панели). В зависимости от исполнения оно устанавливается сбоку или снизу от автоматических выключателей. Регулируется выдержка времени (0-1,3 с) и чувствительность. В комплексе с автоматами применяются как высокочувствительные или основные защитные устройства.

Цены на УЗО остаются высокими, как и у остальных брендов.

Фирмой АВВ наиболее полно УЗО представлены серией F 200 — от 16 А до 125 А. Для домашней сети достаточно УЗО 63A, 100мА селективное. По токам утечки для бытовой техники обычно применяется устройство на 30 мА. В качестве противопожарной защиты на вводе частного дома применяется селективное УЗО ABB (63А, 300мА) четырехполюсное для трехфазной сети, как одно из самых надежных. Ему не уступают по качеству изделия марки Legrand. Для квартиры с однофазным вводом будет двухполюсное устройство. На фото ниже изображено селективное УЗО ABB 63А, 300мА.

Максимальный ток, который способен выдержать аппарат, составляет от 3 до 10 кА (указывается на лицевой панели). Он является кратковременным, а не рабочим током. УЗО способно выдержать паузу, пока автомат не отключит цепь.

Фирма является одной из ведущих, но цены очень высокие. Потребители часто отдают предпочтение моделям abb, поскольку безопасность стоит дороже всего. Выпускается дифференциальный блок ABB DDA200 AP-R типа А и АС. В нем предусмотрена задержка срабатывания на 10 мс, хотя это не селективное УЗО ABB. Кривая характеристики отключения у него расположена между селективным и обычным УЗО. Устройство обладает повышенной устойчивостью к ложному срабатыванию по сравнению с устройствами общего назначения.

Процент брака на селективное УЗО ABB, как и на остальные изделия, составляет всего 2 %, благодаря чему проблем в работе практически не бывает. Электромеханические устройства значительно надежней электронных и во всем имеют плюсы, за исключением цены. Уже начинают появляться УЗО с электронным исполнительным устройством, не уступающие по надежности механическому.

На рынке можно найти изделия вдвое дешевле, а по качеству не уступающие АВВ. Фирма выпускает также серию FH 200, которая имеет цену несколько ниже, но значительно проигрывает в качестве изделиям F 200. В частности, у нее не такие надежные контакты крепления проводников, которые быстро начинают болтаться, что отражается на качестве работы.

Если приобретать селективное УЗО ABB, то только в специализированных магазинах, а не в сомнительных местах. Подделка опасна тем, что она не способна защитить человека должным образом. На модульное оборудование, в перечень которого также попало УЗО, самопальщики обращают большое внимание из-за высокой стоимости.

Отечественная группа компаний IEK производит около 7 тыс. наименований изделий, отвечающих мировым стандартам и обеспечивающих надежную работу электросетей.

К УЗО предъявляются высокие требования. С одной стороны, они должны надежно срабатывать, защищая людей от удара током, а проводку — от опасности воспламенения. Но при этом устройства, установленные на разных ступенях электрических цепей, должны действовать избирательно, отключая отдельные участки. Этим условиям, а также ГОСТу 51326.1, соответствует селективное УЗО IEK типа ВД1 63S.

Группа изделий представлена значениями номинальных токов 25-80 А, а дифференциальные токи составляют 100 мА и 300 мА. Изделия дешевле, чем у именитых брендов и широко применяются в качестве вводных противопожарных аппаратов. При этом селективность защиты обеспечивается большими величинами токов отсечки и временными задержками на отключение цепей.

Выбор защитных устройств

Если потребление электроэнергии происходит по простой схеме, по цепи протекает синусоидальный ток. Утечка будет аналогичной формы и здесь можно применять приборы типа АС.

В современных бытовых приборах все чаще применяются схемы управления с отсечкой по фазе. Устройство типа АС на них реагировать не будет и здесь лучше применять УЗО типа А, которое реагирует также на синусоидальный ток. Устройства можно применять совместно, например, для освещения лампами накаливания подойдет тип АС, а для розеток, к которым могут быть подключены приборы с импульсным регулированием — тип А. Но если придется менять освещение на энергосберегающие лампы с управлением яркости путем отсечки по фазе, придется также заменить устройство типа АС на А. Иначе оно не будет работать.

С целью разделения срабатывания по уровням электрических цепей необходимо применять селективные приборы. На главном вводе устанавливается тип S, на втором уровне — G, а затем приборы мгновенного срабатывания.

УЗО выбирается на одну ступеньку выше по номинальному току, чем подключенный в паре с ним автоматический выключатель, который может длительное время работать при превышении нагрузки. Если на вводе стоит автомат на 50 А, к нему подойдет УЗО селективное 63А.

По требованиям стандартов, на лицевых панелях приборов указываются номинальные значения напряжения, а также продолжительного и отключающего тока ∆i. Если есть обозначение синусоиды — это тип АС. Наличие под ней двух положительных полупериодов означает тип А. Селективные УЗО обозначаются буквами S и G. Номинальный ток КЗ указывается в рамке. Устройство должно выдержать его нарастание до максимума, пока автомат не отключится. Обычно ток не успевает достичь предельной величины. УЗО отключает цепь с дефектом заранее, пока еще не произошел нагрев проводника и не воспламенилась изоляция.

Типы устройств

Классификация УЗО может осуществляться по нескольким характеристикам, среди которых:

• номинальное значение тока;
• установка дифференциального тока (токовой утечки);
• род дифференциального тока;
• величина выдержки времени;
• количество полюсов;
• конструктивное исполнение выходного реле.

Номинальный ток

Эта характеристика должна подбираться исходя из суммарной нагрузки электроприборов, подключенных к защитному устройству. Лучше обеспечить некоторый запас, то есть, выбрать УЗО, номинальный ток которого превышает суммарную нагрузку на 15 – 20%.

Ток утечки

Этот параметр имеет принципиальное значение, по нему все УЗО подразделяются на две группы.

К первой группе относятся приборы

, предназначенные для защиты людей от поражения электрическим током. Поскольку, как уже было сказано, смертельно опасным считается величина тока 100 мА и выше, приборы данной группы имеют уставки по току утечки меньше этого значения:

• 6 мА
  — наиболее чувствительные приборы, соответствующие стандартам стран Европейского Союза и США. Использование их в сетях с ветхой проводкой приводит к неустойчивой работе и частым отключениям. В России практически не применяются;
• 10 мА
  — используются для подключения электроприборов в условиях повышенной опасности, например, во влажных помещениях (ванна, сауна, бассейн);
• 30 мА
  — устройства с подобной характеристикой наиболее распространены.

Вторая группа

рассчитана на дифференциальные токи срабатывания 100 мА и более. УЗО этого типа предназначены для предотвращения возгорания электропроводки при нарушении изоляции.

Род тока

Поскольку в устройствах защитного отключения происходит трансформация токов, чувствительность УЗО не одинакова к токам различного рода. По этой причине существует несколько типов УЗО, предназначенных для работы в различных условиях:

• AC
  — устройства этого класса предназначены для работы с синусоидальным переменным током, имеют самое широкое распространение и наиболее доступны по ценам;
• A
  — рассчитаны на работу не только с синусоидальными токами, но и с пульсирующими;
• B
  — этот тип устройств обладает наиболее широким функционалом, работает со всеми родами тока, в том числе с постоянным.

В современных бытовых приборах уже не являются редкостью такие компоненты, как импульсные блоки питания, инверторы и частотные преобразователи. Характер тока утечки в этой связи может иметь не только синусоидальную форму. И, в зависит от того, какой из блоков электронной схемы бытового устройства потеряет изоляцию с корпусом, меняется и ситуация. В этом смысле наибольшую безопасность в бытовых условиях способны обеспечить приборы типа «A».

Пиктограммы, которые наносят на корпус для обозначения типа УЗО.

УЗО типа «AC» следует признать устаревающими, не в полной мере отвечающими особенностям современной бытовой техники.

Тип «B» применяется преимущественно в производственных электроустановках, где может иметь место поражение постоянным током.

Количество полюсов

Здесь всё достаточно просто. Для определения факта утечки необходим контроль фазного и нулевого провода. По этой причине в однофазной сети используются устройства с двумя полюсами для подключения фазы и нуля, в трёхфазной — с четырьмя полюсами для нуля и трёх фаз.