селективный дифференциальный автомат что это

Селективное УЗО на вводе: необходимость или излишняя перестраховка?

Безопасность жилища является одной из основных потребностей человека и, наверное, не найдется никого, кто сознательно бы пренебрегал этим показателем. К сожалению, хотим мы этого или нет, существует множество факторов, угрожающих безопасности жилья и его обитателей. И самым опасным в этом случае является пожар. Статистика неумолима — тысячи квартир и домов ежегодно уничтожаются и повреждаются огнем. Та же статистика говорит, что причина примерно 80 % всех пожаров — неисправная электропроводка.

В различных источниках много и подробно говорится об электрических устройствах, предохраняющих дом от пожара, а жильцов от поражения током. Наиболее распространенными из них являются устройства дифференциального тока или УДТ. К ним относятся:

О том, как выбирать и правильно применять УДТ и пойдет речь в статье.

Все устройства дифференциального тока имеют общую техническую характеристику — номинальный отключающий дифференциальный ток — величина, при которой УДТ отключается. Для защиты от поражения электрическим током применяются только те устройства, у которых этот параметр составляет не более 30 мА. Этот показатель выбрана не случайно. Согласно медицинским исследованиям, опасным является протекание через тело человека тока свыше 40 мА в течении 1 секунды, т. е. сочетание в УДТ ограничения тока и мгновенного отключения обеспечивают полную защиту человека от поражения током.

По ГОСТ Р 50572.4.42-2012 для защиты от пожара должны устанавливаться УДТ с номинальным отключающим диф. током менее 300 мА. Это обусловлено исследованиями ВНИИ противопожарной обороны (ВНИИПО МЧС РФ), которые показали, что при значениях тока утечки около 150 мА, на участке протекания тока утечки выделяется мощность примерно 33 Вт, что достаточно для возгорания изоляции провода или кабеля. Кроме того, для отдельных видов нагрузок, где из-за отказа высока вероятность пожара, должно быть установлено оборудование с номинальным отключающим диф. током менее 30 мА. К таким нагрузкам можно отнести, к примеру, теплые полы с пленочным нагревательным элементом.

Таким образом, для надежной защиты от пожара и поражения током в электрической цепи должны быть установлены УДТ двух типов, причем от правильного взаимодействия этих устройств зависят корректная работа всей электрической цепи и надежность защиты помещения и его обитателей. Кроме того, необходимо обеспечить их селективную работу, при которой повреждение будет отключаться устройством, ближайшим к месту повреждения. От этого зависит надежность и бесперебойность электроснабжения дома или квартиры, а также комфорт жильцов. Пример: из-за поврежденного кабеля утюга отключилось УДТ на вводе и обесточило весь дом.

ГОСТ Р 50571.5.53-2013 устанавливает основные правила взаимодействия УДТ в электрической цепи для двух случаев:

Так, для жилищного строительства необходимо, чтобы УДТ на вводе имело номинальный отключающий дифференциальный ток не менее, чем в три раза больше, чем устройство на отходящей линии. Это условие подразумевает, что при установке на отходящих линиях чтобы устройство дифференциального тока с током отключения 30 мА на вводе мы можем применять устройства, имеющие ток срабатывания как 300 мА, так и 100 мА, т. к. это соответствует условию, указанному выше. Выбор тока срабатывания вводного автомата определяется несколькими факторами, в частности, длиной присоединенных кабелей и мощностью нагрузок. На практике же для квартир и небольших дачных домов на вводе используют устройства 100 мА, для коттеджей применяют УДТ с током отключения 300 мА, т. к. электрические цепи в последнем случае являются более разветвленными.

Однако, как показывает практика, выполнение этого условия не всегда позволяет обеспечить селективную работу УДТ. Дело в том, что повреждения изоляции часто развиваются спонтанно: иногда из-за повреждений изоляции ток утечки быстро достигает больших значений, что приводит к отключению не только УДТ на поврежденном участке, но и вводного устройства дифференциального тока, что обесточивает всю электроустановку. Такая ситуация очень неприятна для любого жилища, а для дома и вовсе является критической, так как отключаются жизненно важные потребители. Помимо дискомфорта и отключения, по сути, всех инженерных систем в доме, полное отключения электроснабжения требует еще и много времени на поиск поврежденного участка и восстановления работы всех систем. В зимнее время это может привести к замерзанию и повреждению, например, систем водоснабжения и отопления дома, а также значительным тратам на ремонт.

Оптимальным решением станет установка на вводе УЗО с выдержкой времени на срабатывание, так называемое селективное УЗО. Этот тип УДТ имеет индекс «S» (от англ. selectivity — селективность) и в случае повреждения отключается с задержкой до 130 миллисекунд (полное время отключения может быть до 0,5 сек в зависимости от величины диф. тока — таблица 1). Это его свойство позволяет отключить только поврежденный участок цепи без отключения всей электроустановки.

Таблица 1

Как это работает

Например, в квартире установлены селективное УДТ с отключающим током 300 мА на вводе электрического щита и несколько УДТ с отключающим током 30 мА на группах, питающих электрические розетки, как показано на рис 1. Возникло повреждение кабеля в электрической розетке и из-за этого возникает дифференциальный ток 200 мА, который обнаруживают групповое и вводное УДТ, при этом групповое УДТ отключается мгновенно, а селективное вводное ждет 60 мсек (из таблицы 1), после чего отключается. Отключение группового устройства устраняет ток повреждения и вводное УДТ не отключается, т. е. остальная,неповрежденная часть электроустановки остается в работе. Таким вот образом отключается только аварийный участок и при этом не нарушается электроснабжение объекта целиком. При этом селективное УЗО как бы подстраховывает УЗО на отходящих линиях. Если одно из них по какой-то причине не сработает, в этом случае селективное УЗО отключится, защитив всю электрическую цепь от дальнейшего развития аварии.

Рисунок 1

Сейчас применение селективных УЗО в жилых и общественных зданиях является обязательным. Так, действующий СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа» п.10.13 требует для повышения уровня защиты от возгорания установки УДТ с номинальным отключающим дифференциальным током до 300 мА. При этом, для соблюдения селективности срабатывания УДТ при двух- и многоступенчатой схеме установки, уставка и время срабатывания УДТ установленного ближе к источнику питания должно быть не менее чем в 3 раза больше, чем у УДТ установленного ближе к потребителю.

Другими словами, УДТ на вводе должно иметь уставку диф. тока до 300 мА и выдержку времени срабатывания, т.е. быть селективным.

ГОСТ Р 50571.5.53-2013 также требует обязательного применения селективных УДТ на всех прочих объектах. Дополнительным требованием к устанавливаемым на этих объектах УДТ является то, что номинальный отключающий дифференциальный ток устройства на вводе должен быть больше, чем у устройства на отходящей линии.Таким образом, установка селективных УДТ — один из эффективных способов снизить риск отключений электричества на всём объекте при возникновении повреждений отдельного участка электрической цепи. Это может сделать электроснабжение дома или квартиры бесперебойным, а проживание в нем комфортным.

Источник

Что такое селективная схема подключения дифференциальных автоматов

Разберемся в чем разница между селективной и не селективной схемой подключения. Имеется два рисунка: одна площадка и три квартиры на первом рисунке, на втором рисунке вторая площадка тоже с тремя квартирами.

Что произойдет если вдруг в какой то из квартир возникнет утечка. В правильной схеме (селективной) отключится только поврежденная квартира, автомат на площадке останется включенным и остальные, (неповрежденные) квартиры будут получать питание.

Вторая схема собрана без селективных дифференциальных автоматических выключателей, поэтому здесь при возникновении повреждения в одной из квартир отключится автомат этой квартиры плюс еще и автомат на площадке.

Таким образом обесточатся не только поврежденная линия но и две неповрежденных. С чем это связано? Ведь диффавтомат на площадке 2 рассчитан на ток утечки 100 мА, а отходящие автоматы рассчитаны на ток утечки 30 мА.

Подбор автоматов по току утечки конечно важно учитывать при подключениях но это не является основанием для селективной работы схемы.

Правила монтажа

Большой популярностью у потребителей пользуются дифференциальные автоматы с номинальным током утечки до 30 мА. Дифференциальные автоматы успешно используются как в однофазных, так и в трехфазных электрических сетях переменного тока.

Прежде чем установить их на необходимый участок цепи, надо правильно определить его функциональные возможности. При выборе автоматов, что бы избежать ненужных срабатываний от перегрузок, необходимо учитывать количество потребителей подключенных к данной цепи.

Что такое дифференциальный автомат

Дифференциальный автоматический выключатель представляет собой уникальное устройство, в котором одновременно сочетаются функции автоматического выключателя и защитные свойства УЗО.

Дифференциальный автомат предназначен для защиты человека от поражений электрическим током при его соприкосновении с токоведущими частями электрооборудования либо при утечке электрического тока. В этом случае дифференциальный автомат выполняет функции устройства защитного отключения.

Также устройство осуществляет защиту электрической сети от коротких замыканий и перегрузок, выполняя функции автоматического выключателя.

Конструкция устройства

Конструктивно диф автоматы из состоят рабочей и защитной части.

Рабочая часть представляет собой автоматический выключатель, в котором имеется специальный механизм независимого расцепления и рейка сброса с помощью внешнего механического воздействия. В различных типах диф автоматов устанавливаются четырехполюсные или двухполюсные автоматические выключатели.

Дифференциальный автомат, как и обычный автоматический выключатель, оборудован двумя расцепителями:

Защитной частью устройства является модуль дифференциальной защиты. Он обнаруживает дифференциальный электрический ток на землю (ток утечки). Кроме этого, модуль преобразовывает электрический ток в механическое воздействие, с помощью которого через специальную рейку осуществляется сброс выключателя.

Для обеспечения питания модуля защиты от электрического тока он включается последовательно с автоматическим выключателем.

В модуле защиты от электрического тока имеются некоторые дополнительные устройства, среди которых дифференциальный трансформатор, обнаруживающий остаточный электрический ток, а также электронный усилитель с катушкой электромагнитного сброса.

Как работает диф автомат

В диф автомате, как и в устройстве защитного отключения, в качестве датчика утечки тока применяется специальный трансформатор. Работа этого трансформатора основана на изменении дифференциального тока в проводниках, подающих электрическую энергию на электроустановку, на которой обеспечивается защита.

Ток утечки отсутствует, если нет повреждений изоляции электропроводки или к токоведущим частям установки никто не прикасается. В этом случае в нулевом и фазном проводе нагрузки будут протекать равные токи.

Этими токами в магнитном сердечнике трансформатора тока наводятся встречно направленные равные магнитные потоки. В результате этого ток вторичной обмотки равен нулю и чувствительный элемент – магнитоэлектрическая защелка не срабатывает.

В случае возникновения утечки, к примеру, если человек случайно прикоснется к фазному проводнику или при нарушении изоляционных свойств диэлектрика, происходит нарушение баланса тока и магнитных потоков.

Во вторичной обмотке возникает электрический ток, который приводит в действие магнитоэлектрическую защелку. Сработавшая защелка воздействует на механизм, расцепляющий автомат и контактную систему.

Источник

Селективность на модульных автоматах: как достичь невозможного?

Эта статья – последняя в цикле статей про КЗ (но это не точно). Сначала я подробно рассказал, что такое ток короткого замыкания и какое значение он имеет для всех, кто причастен к электротехнической науке. Что касается практической электротехники, в следующей статье я на примере своей квартиры и дачи измерил реальный ток короткого замыкания тремя способами.

Сегодня я расскажу, что такое селективность, и как на нее влияет значение тока короткого замыкания. Рассмотрим, когда можно, а когда невозможно обеспечить селективность, и чем это может грозить. Приготовьтесь – для полноты изложения пришлось детально разобрать некоторые теоретические вопросы.

В реальной жизни отсутствие селективности может привести к очень неприятным последствиям. Например, из-за замыкания в удлинителе, передавленного шкафом, может произойти отключение всей квартиры. Далее зависит от ситуации. Если никого дома нет, возможно размораживание холодильника с порчей продуктов. Могут быть последствия ещё хуже – если дело происходит зимой в частном доме, из-за остановки насоса вполне вероятна заморозка воды в отопительной системе со всеми вытекающими последствиями…

А может быть ещё хуже, если автомат не сработает, но это уже совсем другая история, о которой я пишу в статье Зачем я поменял советские автоматы в подъездном электрощите.

К чему КЗ может привести в промышленности, в нескольких десятках метрах от ТП, я фантазирую на реальном примере здесь.

Итак, после ссылочной массы, начинаем.

Что такое селективность?

Применительно к автоматическим выключателям (АВ), включенным в последовательную цепь, селективностью называется способность отключения только аварийной линии, без отключения вышестоящего (вводного) выключателя.

Вместо термина «селективность» иногда используют понятие «избирательность».

Иными словами, в двухступенчатой схеме защиты, которая используется в подавляющем большинстве случаев, при возникновении сверхтока должен отключиться только нижестоящий выключатель, питающий проблемную линию, а вводной выключатель, через который питаются другие линии, которые «ни в чем не виноваты», должен продолжить исправно работать и пропускать через себя ток.

Привожу схему, поясняющую селективную работу последовательно включенных автоматических выключателей:

Схема для иллюстрации селективной работы автоматических выключателей

При возникновении сверхтока в линии, которая питается через автоматический выключатель АВ2, вводной АВ1 должен продолжать работать во включенном состоянии, питая остальные линии (АВ3).

Как обычно, гладко бывает только на бумаге, поскольку на практике такая селективность зависит от нескольких факторов:

Кроме того, следует учитывать, что на практике мы имеем дело не с графиками и нормами ГОСТ, а с реальными устройствами, которые по разным причинам могут иметь разброс параметров в определенном диапазоне.

Что такое сверхток?

Сверхток, как известно – это любой ток, который превышает номинальный. Максимальное его значение на практике можно считать равным току КЗ.

Обычно номинальным током цепи считают номинальный ток «нижнего» по схеме автоматического выключателя, который ограничивает ток в этой цепи. Разумеется, если расчет схемы проведён верно, и автоматический выключатель является тем самым слабым звеном, которое разорвет цепь при сверхтоке.

Все значения сверхтока условно делят на две части – ток перегрузки и ток короткого замыкания. Это деление пошло из-за того, что за каждый из этих токов «отвечает» свой расцепитель внутри автоматического выключателя. Током перегрузки принято называть ток, от которого срабатывает тепловой расцепитель (биметаллическая пластина), который работает сравнительно инерционно. Током короткого замыкания называют такие величины сверхтока, при которых защиту цепи обеспечивает электромагнитный (ЭМ) расцепитель, работающий гораздо быстрее теплового.

Где официальное определение этих токов? Может, кто-то подскажет? Меня посылали к ГОСТ IEC 60050, но не нашел там подобного пункта.

Следует отличать три понятия –

Ох уж эти вольности в терминологии!

А вы знали? При однофазном КЗ происходит перекос фаз, который может вывести из строя технику, которая питается на других фазах! Поэтому резкое повышение напряжения (до 300 В и выше, за несколько миллисекунд) может произойти не только при обрыве трехфазного нуля (нейтрали), но и при КЗ у соседа. Сосед поставил автоматы С25, и у него закоротила переноска, а проблема у вас! Реле напряжения в этом случае – лучшее решение!

Что такое время-токовые характеристики?

Надеясь на подготовленность читателя, буду краток, и расскажу только то, что касается темы статьи. Тем более, что ссылки я давал в начале.

Буквы В, С и D – это главная характеристика электромагнитного расцепителя. Буквой обозначается диапазон токов мгновенного расцепления. В начале этого диапазона ЭМ расцепитель не должен сработать, в пределах диапазона – может сработать, а при сверхтоке, равном верхнему краю диапазона (и больше) – должен сработать. Границы диапазонов можно проиллюстрировать на упрощенных графиках для трёх АВ с одинаковым номинальным током 10 А, но с разными характеристиками отключения:

Графики для одного номинального тока и разных характеристик расцепления. График и синяя область продолжаются вправо!

График работы теплового расцепителя, показанный плавной жирной линией, одинаков для всех трёх автоматических выключателей. А вот диапазоны токов мгновенного расцепления (закрашены синим) – разные.

При сверхтоке до 11,3 А три наших выключателя выключаться не должны никогда. При увеличении тока время выключения уменьшается вплоть до секунд, а при работе в так называемой зоне токов КЗ (“синяя зона”) время выключения может составлять десятки и даже единицы миллисекунд. Все токи, которые превышают отмеченные диапазоны, должны приводить к мгновенному расцеплению.

Подробно и официально о время-токовых характеристиках автоматических выключателей можно узнать в ГОСТ IEC 60898-1-2020 (скачать можно в конце статьи).

Селективность и сверхток – какая связь?

Селективность может быть полной, когда вышестоящий АВ не отключится при любом токе КЗ, который ограничен отключающей способностью нижестоящего АВ.

На практике при использовании модульных автоматических выключателей удается достичь только частичной селективности, которая обеспечивается лишь в некотором диапазоне значений сверхтока. Верхняя граница зоны частичной селективности называется предельным током селективности Is. Частичная селективность по току будет обеспечена, если сверхток не будет больше тока селективности Is.

Максимальный сверхток в конкретной точке схемы равен току КЗ Iкз. Поэтому на практике можно считать, что полная селективность работы последовательно включенных АВ обеспечивается при Iкз ≤ Is, а частичная – при Iкз > Is.

Когда селективность обеспечена, то в случае возникновения сверхтока ничего страшного не произойдет – просто сработает автомат проблемной линии, а остальные линии продолжат работать, как ни в чем не бывало.

В зоне токов перегрузки можно говорить о времятоковой селективности, поскольку на селективность влияет и уровень сверхтока, и время его действия. Но в зоне токов КЗ имеется только токовая селективность, поскольку время срабатывания электромагнитных расцепителей всех характеристик одинаково.

Официальные определения по теме селективности можно прочитать в ГОСТ Р 50030.2-2010 (в частности, в п.2.17).

Пример обеспечения селективности

Для примера посмотрим, как будут выглядеть на одном графике время-токовые характеристики двух АВ – с номинальным током 10 А и характеристикой «В» (В10, мы про него говорили выше) и с номинальном током 25 А и характеристикой «С» (С25). Если эти автоматические выключатели включить последовательно, зона селективности будет располагаться между их диапазонами токов мгновенного расцепления. То есть, селективность и нормальная работа схемы будет обеспечиваться при сверхтоках от 50 до 125 А:

Формирование зоны селективности между время-токовыми характеристиками В10 и С25

Благодаря графическому представлению ВТХ мы видим, что предельный ток селективности равен минимальному току мгновенного расцепления – 125 А. В случае, если ожидаемый ток КЗ (максимально возможный сверхток) в точке замыкания меньше 125 А, можно говорить о полной селективности – при любом сверхтоке от 50 до 125 А нижестоящий автомат (В10) отключится мгновенно, а вышестоящий (С25) останется включенным. Тут всё ясно.

Но что же будет при сверхтоках менее 50 А? Тут изменится лишь то, что время отключения может быть больше – это ясно из графика. Однако, такие сверхтоки на практике встречаются редко, а ток КЗ 50 А говорит о том, что проводку надо менять – она не может обеспечить нормальное электропитание и пожаробезопасность.

Тут может возникнуть закономерный вопрос – а для чего же выключателю С25 электромагнитный расцепитель, если он при токах менее 125 А не функционирует? Ответ можно дать, посмотрев на такую схему:

Схема для пояснения того, что токи КЗ в электроустановке могут существенно отличаться

До сих пор мы говорили о токе КЗ в конце кабельной линии, в районе нагрузки. Этот ток обозначен как Iкз2. Но в электрощитке, где установлены оба автоматических выключателя, ток КЗ, обозначенный как Iкз1, может быть ощутимо выше. В нашем случае в щитке он может быть более 200 А. И если замыкание происходит в щитке после вводного АВ (а это бывает в основном из-за человеческого фактора), он мгновенно выключится.

Иными словами, каждый АВ отвечает за свой участок линии до нижестоящего АВ. И только самый последний защищает линию вплоть до нагрузки.

Кстати, если устроите КЗ в щитке сразу после группового автомата АВ2, не удивляйтесь, что выбило оба автомата – ведь условие селективности не выполняется.

Иногда в некоторые светлые головы, изучающие тему селективности, приходит гениальная идея – установить на вводе автомат с характеристикой «D». Да, селективность будет прекрасной – примерно такой же, как если установить на вводе рубильник. Ведь в случае низкого тока КЗ такой автомат при КЗ внутри электрощита будет бесполезен.

Графики селективности

Графики ВТХ, которые я привел для наглядной демонстрации зоны селективности, относятся только к двум определенным автоматическим выключателям – С25 и В10. Предлагаю пойти дальше, и построить универсальные графики, по которым можно определить зоны селективности для любых пар автоматов.

График “взаимной” селективности для двух автоматов разного номинала и характеристики. Графики позволяют определить зону селективности

Оранжевая зона на графиках – диапазон токов мгновенного расцепления для характеристики «С», синяя – для характеристики «В». Графиком пользоваться просто. Например, выбираем уже известную нам пару С25-В10. На графиках красными отрезками обозначены их «зыбкие зоны», до которых они не должны сработать при КЗ, а после которых – должны. Между этими зонами проводим пунктиры, которые и будут обозначать зону селективности.

График универсален – по нему можно графически определить зону селективности пары автоматов любых номиналов.

Таблицы селективности

Я бы мог построить более подробный график селективности с учетом ряда номиналов выпускаемых АВ. Но большинство производителей уже позаботились об этом вопросе, и привели на своих сайтах таблицы селективности. Эти таблицы удобнее графиков из-за обилия информации.

В таблицах селективности приводятся все модели и номиналы выпускаемых автоматических выключателей. Зная номинальные токи и характеристики отключения, можно определить предельный ток селективности. Можно решить и обратную задачу – зная ток КЗ в электрощите и ток КЗ в конце защищаемой линии, выбрать по таблицам модели вводного и группового АВ, которые смогут обеспечить селективность в данном случае.

Выводы

Стоит помнить о том, что если вопрос селективности между модульными АВ стоит остро, нужно выполнение условий:

На практике селективность при коротких замыканиях при помощи модульных АВ обеспечить удается далеко не всегда. Этот пессимизм оправдан несколькими уважительными причинами:

На промышленных предприятиях, где отсутствие селективности может привести к остановке технологического процесса и большим материальным потерям, используют автоматические выключатели категории В (не путайте с характеристикой отключения «В»!) либо с электронными расцепителями. В результате, если соответствующие измерения и настройки произведены правильно, в зоне токов короткого замыкания появляется возможность обеспечения полной селективности.

Дополнение. Когда моя статья будет бесполезной?

Смотрите, прекрасный пример, как узнать, что ток КЗ очень высокий, даже без измерений и расчетов:

Высокий ток КЗ из-за близкого расположения ТП

Скрутка на вводе в старый дом

Будет ли ток КЗ в этом доме низким? Да. Учитывая, что провода, подходящие к дому, ковали ещё при Петре 1, скрутка никакая, а в доме скорее всего такие же картины. Но будет ли при этом селективность? Скорее всего нет, поскольку ток КЗ имеет неуловимое, плавающее значение…

Видео про селективность

Пожалуй, лучшее видео на тему статьи, от моего коллеги Дмитрия:

Скачать

Респект и уважение, если дочитали досюда и намереваетесь скачать документы и книги по этой теме! Вы серьёзный человек!

• ГОСТ IEC 60898-2-2011 / 2-я часть ГОСТ Р 50345-2010 (IEC 60898-1:2003) на автоматические выключатели, направленная на коррекцию ошибок в первой части. До сих пор действует, ссылаясь на недействующий документ., pdf, 374.83 kB, скачан: 133 раз./

• ГОСТ IEC 60898-1-2020 / Новый ГОСТ на автоматические выключатели, вступивший в действие с 1 марта 2021 г. Несёт в себе ошибки старого., pdf, 13.13 MB, скачан: 133 раз./

Какие ошибки допущены в ГОСТ по автоматическим выключателям, читайте подробно здесь.

Статья была впервые опубликована в журнале “Электротехнический рынок” и на электротехническом интернет-портале “Элек.ру”.

Скачать журнальную версию статьи можно прямо здесь и сейчас:

• Селективность в домашнем электрощите: как достичь невозможного / Журнальная версия статьи от СамЭлектрик.ру, pdf, 497.19 kB, скачан: 158 раз./

Источник