"Рекомендации по проектированию, монтажу и эксплуатации электроустановок зданий при применении устройств защитного отключения" (стр. 4 из 21)
1 - неощутимые токи; 2 - ощутимые, но не вызывающие физиологических нарушений; 3 - ощутимые, но не вызывающие опасность фибрилляции сердца; 4 - ощутимые, вызывающие опасность фибрилляции сердца (вероятность <5%); 5 - ощутимые, вызывающие опасность фибрилляции сердца (вероятность <50%); 6 - ощутимые, вызывающие опасность фибрилляции сердца (вероятность >50%); А и В - времятоковые характеристики УЗО (IDn=10mA и IDn=30mA)
Другим, не менее важным свойством УЗО является его способность осуществлять защиту от возгораний и пожаров, возникающих на объектах вследствие возможных повреждений изоляции, неисправностей электропроводки и электрооборудования.
По данным ВНИИПО МВД РФ более трети всех пожаров происходят по причине возгорания электропроводки в результате нагрева проводников по всей длине, искрения, горения электрической дуги на каком-либо элементе, вызванных токами короткого замыкания.
Короткие замыкания, как правило, развиваются из дефектов изоляции, замыканий на землю, утечек тока на землю. УЗО, реагируя на ток утечки на землю или защитный проводник, заблаговременно, до развития в короткое замыкание, отключает электроустановку от источника питания, предотвращая тем самым недопустимый нагрев проводников, искрение, возникновение дуги и возможное последующее возгорание.
В отдельных случаях энергии, выделяемой в месте повреждения изоляции при протекании токов утечки, достаточно для возникновения очага возгорания и, как следствие, пожара. По данным различных отечественных и зарубежных источников, локальное возгорание изоляции может быть вызвано довольно незначительной мощностью, выделяемой в месте утечки. В зависимости от материала и срока службы изоляции эта мощность составляет всего 40-60 Вт. Это означает, что своевременное срабатывание УЗО противопожарного назначения с уставкой 300 мА предупредит выделение указанной мощности, и, следовательно, не допустит возгорания.
Первое устройство защитного отключения было запатентовано германской фирмой RWE (Rheinisch-Westfälisches Elektrizitätswerk AG) в 1928 г. (DRP № 552 678 от 08.04.28). Впервые принцип токовой дифференциальной защиты, ранее применявшийся для защиты генераторов, линий и трансформаторов, был применен для защиты человека от поражения электрическим током.
В 1937 г. фирма Schutzapparategesellschaft Paris & Co. изготовила первое действующее устройство на базе дифференциального трансформатора и поляризованного реле, имевшее чувствительность 0,01 А и быстродействие 0,1 с. В том же году с помощью добровольца - сотрудника фирмы, было проведено испытание УЗО. Эксперимент закончился благополучно, устройство сработало четко, доброволец испытал лишь слабый удар электрическим током, хотя и отказался от участия в дальнейших опытах.
Все последующие годы, за исключением военных и первых послевоенных, велась интенсивная работа по изучению действия электрического тока на организм человека, разработке электрозащитных средств и в первую очередь - совершенствованию и внедрению УЗО.
В 70-х годах, в нашей стране активно велись научно-исследовательские, экспериментальные и опытно-конструкторские работы по созданию и внедрению в широкую практику УЗО. На нескольких предприятиях было освоено производство УЗО, к сожалению, в малых объемах. Большое значение имело осуществленное в 80-е годы оборудование ряда школ страны устройствами УЗОШ (школьное). Это устройство до сих пор производит Гомельский завод "Электроаппаратура". Этот завод выпускает также устройства ЗОУП-25 (для сельскохозяйственного электрооборудования), УЗО-В (устройство разрабатывалось первоначально как УЗО-вилка - для подключения стиральных машин).
При реконструкции гостиницы "Россия" после печально известного пожара все гостиничные номера были оборудованы отечественными УЗО, изготовленными по специальному заказу одним из оборонных предприятий.
В 1960-70 гг. во всем мире, в первую очередь в странах Западной Европы, Японии, США началось активное внедрение УЗО в широкую практику.
В настоящее время сотни миллионов УЗО успешно, о чем свидетельствует официальная статистика, защищают жизнь и имущество граждан Франции, Германии, Австрии, Австралии и других стран от электропоражений и пожаров.
УЗО давно стало привычным и обязательным элементом любой электроустановки промышленного или социально-бытового назначения.
УЗО является обязательным элементом любого распределительного щита, этими устройствами оборудованы в обязательном порядке все передвижные объекты (жилые домики-прицепы на кемпинговых площадках, торговые фургоны, фургоны общественного питания, малые временные электроустановки наружной установки, например, устраиваемые на площадях на время праздничных гуляний), ангары, гаражи.
УЗО встраивают в розеточные блоки или вилки, через которые подключаются электроинструмент или бытовые электроприборы, эксплуатируемые в особоопасных - влажных, пыльных, с проводящими полами и т.п. помещениях.
Страховые компании при оценке риска, определяющего страховую сумму, обязательно учитывают наличие на объекте страхования УЗО и их техническое состояние.
В настоящее время на каждого жителя указанных стран приходится в среднем по два УЗО. Тем не менее, десятки фирм на протяжении многих лет стабильно, в значительных количествах производят эти устройства самых различных модификаций, постоянно совершенствуя их технические параметры.
Следует отметить, что термин "устройство защитного отключения - УЗО", принятый в отечественной специальной литературе, наиболее точно определяет назначение данного устройства и его отличие от других коммутационных электрических аппаратов - автоматических выключателей, выключателей нагрузки, магнитных пускателей и т.д.
За рубежом приняты следующие обозначения:
- В Германии, Австрии - Fehlerstrom-Schutzschalter (Fehlerstrom-Schutzeinrichtung). Сокращенно: FI-Schutzschalter (F-Fehler - повреждение, неисправность, утечка, I - символ тока в электротехнике, Schutzschalter - защитный выключатель, Schutzeinrichtung - защитное устройство);
- Во Франции - DD - disjoncteur differentiel (дифференциальный выключатель);
- В Великобритании - e.l.c.b. (earth leakage circuit breaker - выключатель тока утечки на землю);
- В США - GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter - размыкатель тока утечки на землю).
Таблица 3.1
| RCD | residual current protective device - защитное устройство по дифференциальному (разностному) току (общее название УЗО) |
| PRCD | portable residual current protective device - переносное защитное устройство по дифференциальному току |
| PRCD-S | portable residual current protective device-safety - переносное защитное устройство по дифференциальному току (в кабеле удлинителе) |
| SRCD | fixed socket outless residual current protective device - защитное устройство по дифференциальному току (встроенное в розетку) |
| RCCB | residual current operated circuit-breakers without integral overcurrent protection - защитное устройство по дифференциальному току без встроенной защиты от сверх токов |
| RCBO | residual current operated circuit-breakers with integral overcurrent protection - защитное устройство по дифференциальному току со встроенной защиты от сверх токов |
| RCM | residual current monitor - устройство контроля дифференциального тока (тока утечки) |
В настоящее время действует международная классификация УЗО, разработанная международной электротехнической комиссией (МЭК) - (табл. 3.1).
Принято общее название - RCD - residual current protective device.
Точный перевод - защитное устройство по разностному (дифференциальному) току.
Примечание.
Очень часто, даже в стандартах, встречается перевод слова "residual" как "остаточный", что вызывает различные недоразумения, поскольку в отечественной электротехнической терминологии нет термина "остаточный ток".
Другая неточность, также вкравшаяся в стандарты, это определение УЗО, как "устройства, управляемого остаточным током". Здесь нарушена элементарная причинно-следственная связь. Устройство не управляется этим током, а реагирует на него!
В последних отечественных стандартах (серии ГОСТ Р 51326, 51327) также нарушена терминология: в отличие от принятого в основном стандарте (ГОСТ Р 50807-95) определения, УЗО называется то выключатель дифференциального тока - ВДТ, то автоматический выключатель дифференциального тока - АВДТ, что вводит в заблуждение специалистов.
Часто применяется другое, не соответствующее стандартам название УЗО - "дифференциальный выключатель". Это название распространилось из переведенных не специалистами-электриками проспектов зарубежных фирм и относится к "УЗО со встроенной защитой от сверхтоков".
3.2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УЗО
Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.
Основные функциональные блоки УЗО представлены на рис. 3.2.
Рис 3.2. Структура УЗО
Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока 1. В абсолютном большинстве УЗО, производимых и эксплуатируемых в настоящее время во всем мире, в качестве датчика дифференциального тока используется именно трансформатор тока. В литературе по вопросам конструирования и применения УЗО этот трансформатор иногда называют трансформатором тока нулевой последовательности - ТТНП, хотя понятие "нулевая последовательность" применимо только к трехфазным цепям и используется при расчетах несимметричных режимов многофазных цепей.
Пусковой орган (пороговый элемент) 2 выполняется, как правило, на чувствительных магнитоэлектрических реле прямого действия или электронных компонентах. Исполнительный механизм 3 включает в себя силовую контактную группу с механизмом привода.
В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока - тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока 1 протекает рабочий ток нагрузки. Проводники, проходящие сквозь окно магнитопровода, образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока. Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке, как I1, а от нагрузки как I2, то можно записать равенство:
I1 = I2.
Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф1 и Ф2. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю.
Пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя.
При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I1 протекает дополнительный ток - ток утечки (ID), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным).
Неравенство токов в первичных обмотках (I1 + ID в фазном проводнике) и (I2, равный I1, в нейтральном проводнике) вызывает неравенство магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока. Если этот ток превышает значение уставки порогового элемента пускового органа 2, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3.
Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается.
Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4. При нажатии кнопки "Тест" искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно.