Как обеспечить селективность работы УДТ

В современном мире ежегодно растет количество применяемых электрических приборов, что приводит к тому, что электрические сети становятся все более разветвленными и увеличивается количество защитных устройств, которые устанавливаются в электрических щитах. Возникает новая задача – как обеспечить надежную и бесперебойную работу этой сложной системы. На языке специалистов это называется обеспечить «селективную работу» т.е. сделать так, чтобы любое повреждение электрической сети отключалось бы ближайшим к нему защитным устройством, а остальные ее части  оставались бы в работе, не отключая электроснабжение потребителя. Сложность данной задачи состоит в том, что при этом необходимо защищать сеть от повреждений т.е. нужен баланс между возможностью своевременно отключить повреждение и необходимостью сделать это с наименьшими потерями для электроснабжения потребителя. Каким образом можно сделать это?

Основная опасность связана с протеканием по сети тока, превышающего номинальное значение, на которое эта сеть расcчитана. Для защиты от высоких токов короткого замыкания и перегрузки используются автоматические выключатели (иногда для краткости их называют «автоматы»). Важно помнить, что эксплуатация сети без устройств, защищающих от короткого замыкания и перегрузки, недопустима ни при каких обстоятельствах!  

Рассмотрим вариант решения на основе наиболее популярной в настоящий момент  линейки модульного оборудования Easy 9 производства Schneider Electric. Это оборудование среднего ценового сегмента, которая обладает оптимальным соотношением цена/качество и имеет самый широкий ассортимент защитных устройств среди других аналогичных предложений. В составе линейки представлены автоматические выключатели с отключающей способностью 4,5 кА и 6 кА и различными время-токовыми характеристиками B,C и D, все виды современных устройств дифференциального тока, устройства защиты от перенапряжений, выключатели – разъединители и реле напряжения. Отдельно стоит сказать об экономичной серии пластиковых щиток для модульного оборудования Easy 9 Box, производимых в России.

Широкий выбор автоматических выключателей Easy 9 разных типов позволяет решить задачу обеспечения селективной работы автоматов в щитах конечного распределения. Самый простой вариант это установка в щите  автомата с характеристикой D  в качестве вводного (на отходящих линиях обычно применяют автоматы с характеристикой С или В), повышает порог токовой селективности. Это возможно за счет того, что автоматы с разными характеристиками отключаются при различных величинах токов. Например, автомат с характеристикой В отключается мгновенно, если через него протекает ток от 3 до 5 номинальных токов  т.е. если номинал составляет 10 А, то диапазон мгновенного отключения составит от 30 до 50А. Аналогично, для автоматов с характеристикой С этот диапазон от 5 до 10 номиналов, для D от 10 до 20 номиналов. Рассмотрим взаимодействие двух автоматов с характеристикой С, где 40 А установлен на вводе, а 10 А на отходящей линии. Исходя из сказанного выше, при коротком замыкании автомат 10 А отключится в диапазоне токов 50 - 100 А, а 40 А в диапазоне 200 – 400А. Т.е. если ток при повреждении будет превышать 200 А, то с большой долей вероятности отключится вводной автомат или оба, что не обеспечивает селективной работы. В случае. Если на вводе будет установлен автомат также на 40А, на с характеристикой D, диапазон его срабатывания будет от 400 до 800 А и порог селективной работы составит уже 400 А. Таким образом применение автоматов с характеристикой D на вводе позволяет уменьшить риск ложного отключения вводного автомата при повреждении на отходящей линии.  

Кроме того, установка на вводе щита автомата с более высокой отключающей способностью (6 кА против 4.5 кА) позволяет «подстраховать» нижестоящий автомат на случай отключения коротких замыканий с большими токами, что повышает надежность и безопасность всей системы распределения в щите.

Вторым важным вопросом является обеспечение селективной работы устройств дифференциального тока – УДТ, к которым относятся выключатели дифференциального тока (раньше их называли УЗО) и  дифференциальные автоматы (обычно их для краткости называют диффавтоматы). Оба вида этих устройств могут выполнять функцию  защиты объекта от пожара и защищать человека от поражения током.

Все устройства дифференциального тока имеют  техническую характеристику номинальный отключающий дифференциальный ток, это величина тока (тока утечки), при котором  УДТ отключается. Для защиты от поражения электрическим током применяются УДТ, у которых этот параметр составляет не более 30 мА. По ГОСТ Р 50572.4.42-2012 для защиты от пожара должны устанавливаться  УДТ с номинальным отключающим дифф. током менее 300 мА. Кроме того, для отдельных видов нагрузок, где из-за отказа высока вероятность пожара должны быть установлены УДТ с номинальным отключающим дифф. током менее 30 мА. К таким нагрузкам можно отнести, к примеру, теплые полы с пленочным нагревательным элементом. 

ГОСТ Р 50571.5.53-2013 устанавливает основные правила взаимодействия УДТ в электрической цепи для двух случаев: для применения в жилищном строительстве и для прочих применений. Так, для жилищного строительства необходимо, чтобы УДТ на вводе имело номинальный отключающий дифференциальный ток в три раза больше, чем  устройство на отходящей линии. Это условие подразумевает, что при установке на отходящих линиях УДТ 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 УДТ 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 не всегда развиваются постепенно, 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 т.к. 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 восстановление работы всех систем. В зимнее время это может привести к замерзанию и повреждениею, например, систем водоснабжения и отопления дома и значительному финансовому ущербу.

Решением в данном случае будет установить на вводе УЗО с выдержкой времени на срабатывание, так называемое селективное УЗО. Этот тип устройств 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 дифф. тока см таблицу 1). Такие УЗО с недавнего времени представлены в линейке Easy 9, производимой Schneider Electric.  

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 ждет 60 мсек (из таблицы 1). 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 в целом. При этом селективное УЗО как бы «подстраховывает» УЗО на отходящих линиях.  Если одно из них по какой то причине не сработает, в этом случае селектиное УЗО отключится, защитив всю электрическую цепь от дальнейшего развития аварии.

Рис.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 диффтока до 300 мА и выдержку времени срабатывания т.е. быть селективным.

Таким образом, используя  автоматические выключатели линейки Easy 9 с различными номиналами и время-токовыми характеристиками, а также селективные УЗО  Easy 9 мы можем обеспечить надежную защиту и бесперебойную работу электрической сети дома или квартиры. Доступная цена и высокое качество этого оборудования,  а также постоянно расширяющийся ассортимент  позволяют решать с помощью линейки Easy 9 любые задачи современного электромонтажа.