Селективное УЗО: обзор и правила установки ВДТ типа A-S

Эта статья – для подготовленных читателей, которые знают, что такое ВДТ (УЗО), и готовы углубиться в тему, чтобы вместе со мной исследовать селективное ВДТ (УЗО) и разобраться:

• что такое селективное УЗО
• чем оно отличается от обычного и противопожарного УЗО,
• что про него говорится в ГОСТ, ПУЭ и СП,
• как выглядит время-токовая характеристика селективного ВДТ,
• для чего нужно селективное УЗО,
• как его правильно подключить, не наделав ошибок.

Структура статьи построена по принципу “чем дальше – тем интереснее”, и состоит из двух частей. Это означает, что в первой части мы начнём с теории, и во второй постепенно перейдём к реальным схемам. В итоге я испытаю реальное селективное ВДТ (УЗО) на селективность – вы увидите испытания на видео.

Претендую на самое полное исследование темы селективного ВДТ (УЗО) в интернете, поэтому готовьтесь – будет много букв.

Если я, по вашему мнению, что-то умолчал или где-то ошибся – смело пишите об этом в комментарии, я все их читаю и почти на все отвечаю.

УЗО или ВДТ. Что это и для чего?

Начнём с терминологии, обратившись к первоисточнику. Как правило, этот первоисточник указан на корпусе или в инструкции устройства, и в нашем случае он называется ГОСТ IEC 61008-1 — 2020. Полное название – “Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения без встроенной защиты от сверхтоков. Часть 1. Общие требования и методы испытаний”.

Этот ГОСТ – почти дословный (но не всегда точный) перевод международного стандарта IEC 61008-1:2013.

Первым делом, принимаем терминологию ГОСТ – это устройство называется не УЗО (Устройство защитного отключения), а ВДТ (Выключатель дифференциального тока). Поэтому дальше – только “ВДТ”, не смотря на то, что название “УЗО” более привычно в электротехническом сообществе.

В начале я декларировал, что статья для подготовленных читателей. Однако, нелишне будет напомнить основы.

Напомню суть работы ВДТ – он отключает питание при появлении достаточного дифференциального тока. Это, пожалуй, единственная функция ВДТ. Чтобы ВДТ гарантированно отключился, нужен дифференциальный ток IΔ не менее номинального отключающего дифференциального тока IΔn.

Зачем нужно отключение от дифференциального тока? Этот ток – разница между токами по фазному и нейтральному полюсу. Если дифференциальный ток появляется, значит, что-то пошло не так, и питающий ток вместо нагрузки утекает мимо: или через плохую изоляцию, или через тело человека. А это может привести к пожару или к другим трагическим последствиям. Дальше разберем этот момент детально.

Подробно, от чего конкретно срабатывает ВДТ, я писал в статье От какого тока всё-таки срабатывает УЗО? Разбираемся в терминологии.

ВДТ размыкает замкнутый контур, который в наихудшем случае может проходить через тело человека

О главных характеристиках ВДТ

Все характеристики ВДТ указаны в разделе 5 ГОСТ IEC 61008-1 — 2020, расскажу только о самых главных.

Номинальный отключающий дифференциальный ток IΔn – это главный параметр ВДТ, в ГОСТ про него сказано в п.5.2.3. Обычно он имеет значения 10, 30, 100 и 300 мА. Его также называют номинальным током утечки, или просто “утечка УЗО”. Это неправильно, но оправдано с точки зрения простоты общения.

На этом месте у меня родился мем:

Теперь понятно, почему терминология бывает проблемой?

Может ли отключиться ВДТ, если дифференциальный ток IΔ меньше номинального отключающего IΔn? Да, может, и чаще всего так и происходит. Если на примере ВДТ с самым ходовым номиналом IΔn = 30 мА, на разных дифференциальных токах он ведёт себя так:

1. IΔ = [0…15] мА – ВДТ выключаться не должен (в нашем примере 15 мА  – номинальный неотключающий дифференциальный ток IΔn0, п.5.2.4),
2. IΔ = (15…30) мА – может выключаться, а может и нет (может, но не обязан),
3. IΔ = [30…500 000] мА – должен выключаться.

Есть кто-то забыл или не знал: круглая скобка означает, что крайнее значение не принадлежит диапазону, квадратная – принадлежит. Пользуясь случаем, передаю благодарность моей учительнице алгебры Клавдии Васильевне.

Значение 500 А (или 10 In, выбирается большее) в конце третьего участка – это параметр IΔm (минимальное значение номинальной дифференциальной включающей и отключающей способности). При этом дифференциальном токе ВДТ должен отключиться без необратимых для себя последствий.

Есть еще одна причина, почему говорят “ток утечки” вместо длинного названия характеристики IΔn. Это делается, чтобы не было путаницы – ведь у ВДТ не один номинальный ток.

Номинальный ток In – это ток, который ВДТ способен проводить неограниченное время. У модульных ВДТ он обычно равен 25, 32, 40 и 63 А.

Какие бывают ВДТ?

Ещё пара слов о типах ВДТ. Общепризнано, что максимально надёжными устройствами, обеспечивающими наибольшую безопасность, являются электромеханические ВДТ типа “А”. Расшифрую:

Электромеханические – значит, не зависящие от напряжения питания, в противовес электронным ВДТ (зависящим от напряжения питания). Они работают (выполняют свою основную и единственную защитную функцию) даже тогда, когда нет питания, и дифференциальный ток появляется, когда ток протекает только в одном полюсе.

Мне до сих пор странно, что производители пишут “работает при обрыве нуля”, умалчивая тот положительный факт, что такой ВДТ прекрасно работает и при обрыве фазы. А ведь про пропадании фазы несчастные случаи тоже возможны – например, если в результате аварии на нейтральном проводе появилось напряжение, вы отключили однополюсный вводной автомат, а потом одной рукой коснулись нейтрали, а второй – заземленной конструкции. Электронный ВДТ не шелохнётся, а электромеханический не позволит вам умереть.

Более того, электромеханическому ВДТ по барабану, где ноль, а где фаза – оно всё равно не умеет их отличать. Также ему всё равно, где находится входное напряжение – на верхних или на нижних клеммах. Ему главное – понять, достиг дифференциальный ток нужной величины или нет.

Сейчас подавляющее большинство линеек ВДТ на российском рынке – электромеханические. Но в тему замечу, что у Schneider Electric, пока они не ушли из России, были в ассортименте электронные ВДТ.

Тип А – говорит о том, что ВДТ срабатывает не только от дифференциального тока синусоидальной формы (как типа АС), но и от дифференциального тока с постоянной составляющей. Это особенно актуально сейчас – такой ток дают бытовые электронные устройства. Кто хочет подробностей, привожу цитату из ГОСТ: “5.2.9.2 ВДТ типа А – ВДТ, который обеспечивает срабатывание при синусоидальных переменных дифференциальных токах и дифференциальных пульсирующих постоянных токах, либо прикладываемых скачком, либо медленно возрастающих”.

Для однофазных цепей используются двухполюсные ВДТ (L1+N), для трехфазных – четырехполюсные (L1 + L2 + L3 +N).

Упомяну также про АВДТ. Фактически это тот же ВДТ, только дополнительно имеющий защиту от сверхтока. Его описание приводится в ГОСТ IEC 61009-1—2020.

По общей информации пока всё. Переходим к нормативно-технической документации.

Пример селективного ВДТ от Systeme Electric

На этом месте пора вывести на сцену главного героя этой статьи. Это двухполюсный электромеханический селективный ВДТ серии City9 от компании Systeme Electric. Его параметры: In = 40А, IΔn = 100мА, тип дифференциального тока A, артикул (референс) C9R76240:

City9 Set ВДТ 40А 2P 100мА A-S 230В

Подробнее рассмотрим его характеристики.

Что мы видим на лицевой панели?

ВДТ 100 А-S обозначения

1. City9 Set RCCB – название серии модульного оборудования и название устройства (RCCB – Residual Current operated Circuit-Breaker, в переводе – ВДТ);
2. 40 А – номинальный ток In;
3. 100 мА – номинальный отключающий дифференциальный ток IΔn, который также называют номинальным током утечки, Type A – тип тока утечки, обозначение типа тока утечки в рамке, S – знак селективности;
4. C9R76240 – референс, позволяющий быстро найти и идентифицировать это устройство;
5. кнопка Тест, которая позволяет легко проверить исправность устройства. В ГОСТ не указана периодичность ручной проверки. Для справки: В СП 256.1325800.2016 сказано, что проверка должна проводиться не реже одного раза в три месяца.

Другая информация и внутренняя функциональная (монтажная) схема приведены на боковой и верхней части корпуса устройства.

На корпусе селективного ВДТ City9 Set указано всё, о чём говорится в ГОСТ IEC 61008-1 — 2020 в главе 6.

Посмотрим, что говорится в ГОСТ про селективное ВДТ.

Отличия селективного ВДТ. Что говорит ГОСТ?

Следуя заданному вектору, обратимся к ГОСТ IEC 61008-1 — 2020, который описывает ВДТ и общего, и селективного типов. Что там говорится про ВДТ селективного типа? Немного.

1 Область применения: ВДТ типа S достаточно устойчивы к нежелательному срабатыванию даже в случае возникновения импульсного напряжения, приводящего к пробою и остаточному току.

Далее. Пункт, который определяет, что такое ВДТ с выдержкой времени (они же – типа S):

3.3.11 ВДТ с выдержкой времени отключения (time-delay RCCB): ВДТ, специально предназна­ченные для обеспечения заранее установленного значения предельного времени неотключения, соот­ветствующего данному значению дифференциального тока.

Переводя с корявого на русский, тут сказано, что селективные ВДТ не срабатывают при возникновении кратковременного тока утечки.

п.4.5: – Классификация ВДТ по условиям устойчивости к нежелательному срабатыванию от воздействия импульсов напряжения
– ВДТ с нормальной устойчивостью к нежелательному срабатыванию (общий тип в соответствии с таблицей 1 и таблицей 2, если применимо);
– ВДТ с повышенной устойчивостью к нежелательному срабатыванию (тип S в соответствии с таблицей 1 и таблицей 2, если применимо).

Примерно то же самое сказано в Области применения. Считаю, что переводчики немного неточны: как указано в том же ГОСТ, ВДТ должны срабатывать только от дифференциального тока, о чём как раз речь в таблицах 1 и 2. Ни о каких импульсах напряжения на самом деле речи не идёт. Или идёт? Напишите мнение в комментариях. Кстати, в новом международном стандарте IEC 61008-1:2024, по которому производятся ВДТ для европейских стран, этот сомнительный пункт исключили.

В п.4.7 сказано, что по наличию задержки по времени при наличии дифференциального тока ВДТ классифицируются на два типа:

– ВДТ без выдержки времени — тип для общего применения;
– ВДТ с выдержкой времени — тип S для обеспечения селективности.

П.5.2.8 говорит о главной характеристике ВДТ типа S – выдержке времени, которая приводится в таблицах 1 и 2.

Таким образом, главное и единственное отличие селективного ВДТ от “обычного” – наличие выдержки времени (задержки отключения), которая определяется табличными значениями ГОСТ.

Забегая вперёд, скажу, что в ПУЭ-7 и СП 256.1325800.2016 про селективное ВДТ и его применение сказано более подробно. Но сначала обсудим ещё несколько важных моментов.

Селективное ВДТ на графике. Время-токовая характеристика по ГОСТ

Среди электриков известно, что время-токовая характеристика (ВТХ) – это график, показывающий, как зависит время отключения автоматического выключателя от сверхтока. Многие удивятся, но у ВДТ тоже есть ВТХ. Она показывает, как меняется время отключения ВДТ от дифференциального тока.

Дифференциальный ток IΔ выше номинального IΔn можно назвать дифференциальным сверхтоком.

Давайте максимально подробно (с точностью до миллисекунды) исследуем время-токовые характеристики ВДТ обоих типов.

Как и у автоматов, официальная ВТХ у ВДТ существует только в табличном виде, и приводится в ГОСТ IEC 61008-1 — 2020 (Таблица 1). Чтоб вы далеко не ходили, привожу эту таблицу здесь:

Таблица 1 — Предельные значения времени отключения и неотключения для переменного дифференциального тока (среднеквадратичное значение) для ВДТ типов АС и А

Любое изображение графика ВТХ автоматического выключателя – не более, чем художественное творчество, основанное на табличных данных из ГОСТ IEC 60898-1—2020 (Таблица 7). Почему бы и нам тогда не нарисовать график ВТХ для ВДТ, основанный на ГОСТ IEC 61008-1 — 2020 (Таблица 1)?

Чтоб не лить воду, сразу на одном графике изображу две ВТХ – для ВДТ на 30 мА (общего типа) и на 100 мА (типа S).

ВДТ от Systeme Electric на 100мА (S) и 30мА. Эта парочка сможет обеспечить селективность при каскадном подключении

Почему я выбрал для примера именно эти устройства – будет понятно дальше.

Для того, чтобы построить график, сначала составлю таблицу с данными для этих двух ВДТ. Таблица построена для реальных значений дифференциального тока IΔ.

Таблица зависимости времени отключения для ВДТ общего и селективного типов на 30 и 100 мА

Зеленым цветом я выделил значения времени отключения для “неселективного” ВДТ с номиналом 30 мА, определенные в Таблице 1. Красным – для селективного ВДТ с номиналом 100 мА.

Отдельно скажу про “бесцветные” значения времени, выделенные курсивом. Это моя ИМХО-интерполяция на основе точных соседних значений. Я написал эти значения для более красивого графика. Потому что, к сожалению, из ГОСТ невозможно понять, за какое время будут отключаться ВДТ с разными номинальными токами при одном и том же дифференциальном токе.

Ещё раз о записи времени отключения на примере диапазона (0,13..0,5]. Такая запись означает, что время отключения должно быть более 130 мс, но не более 500 мс. То есть, при 0,13 с отключения происходить не должно, при всех остальных значениях этого диапазона – должно.

Особенность этой таблицы по сравнению с таблицей ВТХ автоматических выключателей: За пределами указанных диапазонов ВДТ отключаться не должен. В отличии от автоматических выключателей – там АВ должен выключаться вплоть до килоампер, не указываемых в Таблице 7.

Кроме того, время срабатывания электромагнитного расцепителя может достигать почти 0,1 с, при этом ток КЗ не оговаривается. У ВДТ время ограничено 0,04 мс, начиная с токов в десятые доли ампера. А значит, ВДТ имеют большее быстродействие, чем АВ.

Итак, привожу графики время-токовых характеристик, наглядно поясняющие обеспечение селективности про последовательном включении двух ВДТ:

Время-токовые характеристики для ВДТ общего и селективного типов на 30 и 100 мА. Пунктир: значения не принадлежат данному диапазону, либо точно не определены.

Даю описание характерных областей и точек графика (с использованием данных из таблиц выше).

Область 1 (ВДТ с номиналом 30 мА общего типа):

1. 15 мА  – ничего не происходит, это номинальный неотключающий дифференциальный ток IΔn0;
2. (15…30 мА) – ВДТ может отключиться (но не обязан). Время тут не нормировано, но предполагаю, что оно может быть более 0,3 с, что и отражено на графике заштрихованной областью, ограниченной пунктирами;
3.  [30..60 мА) – время отключения должно быть не более 0,3 с;
4. [60..150 мА) – время отключения должно быть не более 0,15 с;
5. [150 мА.. 500 А] – время отключения должно быть не более 0,04 с.

Область 2 (ВДТ с номиналом 100 мА селективного типа):

1. 50 мА  – ничего не происходит, это номинальный неотключающий дифференциальный ток IΔn0;
2. (50..100 мА) – ВДТ может отключиться (но не обязан). Время тут не нормировано, но предполагаю, что оно может быть более 0,5 с, и не должно быть меньше 0,13 с, что и отражено на графике заштрихованной областью, ограниченной пунктирами;
3.  [100..200 мА) – время отключения должно быть не более 0,5 с и менее 0,13 с;
4. [200..500 мА) – время отключения должно быть не более 0,2 с и не менее 0,06 с;
5. [500 мА..5 А) – время отключения должно быть не более 0,15 с и не менее 0,05 с;
6. [5 А..500 А) – время отключения должно быть не более 0,15 с и не менее 0,04 с.

Совмещая эти области, можно легко понять, что при одном токе IΔ они никогда не пересекутся. Даже на токах более 5 А. Таким образом, можно говорить о полной селективности. Например, представим худший случай: ток КЗ фаза-земля более 500 А. При КЗ фазы на землю в групповой цепи выбьет только групповой ВДТ, а вышестоящий селективный останется включенным. Чего не скажешь о модульных автоматах – там селективность достижима лишь в узком диапазоне токов КЗ, а селективные АВ – что-то из области фантастики.

Хотите подробностей? Читайте статью Селективность на модульных автоматах: как достичь невозможного?

Нормативно-техническая документация про установку селективного ВДТ

К сожалению, в ГОСТ ничего не сказано про правила подключения селективного ВДТ. Зато об этом говорится в ПУЭ-7 и СП 256.1325800.2016 (Изм.1-6).

Пункт 7.1.73 ПУЭ, который говорит про селективный ВДТ, выглядит так:

Единственный пункт ПУЭ, где говорится про селективное ВДТ (УЗО)

П. 7.1.73. При установке УЗО последовательно должны выполняться требования селективности. При двух- и многоступенчатой схемах УЗО, расположенное ближе к источнику питания, должно иметь уставку и время срабатывания не менее чем в 3 раза больше, чем у УЗО, расположенного ближе к потребителю.

Есть небольшая загвоздка по указанному времени срабатывания. Мы понимаем, что тут идёт речь про два типа ВДТ – селективного и общего типа, хотя явно в ПУЭ об этом не говорится. Условие “время срабатывания не менее чем в 3 раза больше” для нас невыполнимо, поскольку чёткого значения времён отключения для реальных устройств у нас нет, есть только диапазоны времени срабатывания. Ближайшие границы диапазонов отличаются друг от друга на несколько миллисекунд, но точно не в 3 раза.

Мы не можем точно сказать, во сколько раз у них отличается время срабатывания ещё и потому, что у нас нет точных данных для одинаковых токов и разных устройств. Кроме того, реальные устройства всегда имеют разброс в пределах допустимого диапазона, что хорошо видно на графике.

Подробно об этом говорил и показывал выше, в таблицах и графиках. Посмотрите на курсив и пунктир.

Поэтому считаю логичным и достаточным требование, что для полной селективности при всех дифференциальных токах максимальное время срабатывания обычного ВДТ должно быть меньше, чем минимальное время срабатывания селективного.

Более толково про установку селективного ВДТ сказано в СП 256, п.10.13:

СП 256, п.10.13 (Изм.6) При установке УДТ последовательно должны выполняться требования селективности в соответствии с ГОСТ Р 50571.5.53. При двух- и многоступенчатой схемах номинальный отключающий дифференциальный ток УДТ, расположенного ближе к источнику питания, должен быть не менее чем в три раза больше, чем у УДТ, расположенного ближе к потребителю. Также УДТ, расположенные ближе к источнику питания, должны иметь выдержку времени отключения (тип S согласно ГОСТ 61008-1 и ГОСТ 61009-1).

В то же время, в ПУЭ и СП256 в нескольких местах говорится, что для защиты людей в групповых цепях нужны ВДТ с IΔn не более 30 мА. Делаем очевидный вывод: при двухступенчатой установке ВДТ есть требование нормативной документации, чтобы вышестоящий ВДТ был селективным.

Зачем нужно селективное ВДТ?

Наконец-то мы подбираемся к главному. Мы разобрали, что такое селективное ВДТ, каковы его характеристики и отличие от обычных ВДТ, и как его подключать. А теперь главное: зачем его устанавливать?

Есть только две причины, по которым нужно применять селективные ВДТ.

Селективное ВДТ для противопожарной защиты

Главная причина использования селективных ВДТ – противопожарная защита питающей линии между селективным и обычными ВДТ.  Дело в том, что для противопожарных целей все линии должны быть защищены не только автоматами, но и ВДТ. Но работает ВДТ, защищая только нижестоящие цепи. Если групповые цепи от пожара защищают групповые ВДТ (в первую очередь защищая человека), то для вводных цепей нужен свой ВДТ.

О противопожарной защите сказано в ПУЭ, п.7.1.84:

Рекомендация установки противопожарного ВДТ (УЗО).

7.1.84. Для повышения уровня защиты от возгорания при замыканиях на заземленные части, когда величина тока недостаточна для срабатывания максимальной токовой защиты, на вводе в квартиру, индивидуальный дом и т.п. рекомендуется установка УЗО с током срабатывания до 300 мА.

(То же самое сказано в СП 256, п.10.13).

Совмещая пункты ПУЭ 7.1.84 и 7.1.73, можно легко увидеть, что если устанавливается противопожарное ВДТ на вводе, то оно должно быть селективным в случае, когда групповые цепи защищены ВДТ для безопасности человека.

Уточню: установка противопожарного ВДТ – рекомендуемая мера повышения безопасности. Но если вы его установили, то противопожарный ВДТ обязательно должен быть селективным.

Короткая справка, как ВДТ защищает от пожара. Разумеется, он не тушит пламя. Защита заключается в отключении напряжения. Действие возможно с двух сторон:

1. При повреждении изоляции может возникнуть ток утечки, который даже при небольших значениях может привести к воспламенению горючих материалов. Если этот ток с достаточной величиной, ВДТ отключит питание.
2. Если пожар уже начался, при горении будет происходить плавление и уменьшение сопротивления изоляции, возникнет ток утечки, ВДТ отключится. Согласитесь, тушить пожар в обесточенном доме безопаснее, не так ли? А в некоторых случаях после снятия напряжения пожар может затухнуть сам.

Селективное ВДТ для резервирования

Вторая причина применения селективных ВДТ – дублирование (резервирование) нижестоящих ВДТ. Селективный ВДТ обеспечивает дополнительную защиту и повышает безопасность в тех случаях, когда групповые ВДТ почему-то не справились со своей функцией – например, из-за неправильного подключения, поломки или банального отсутствия.

Если вы знаете ещё причины установки селективного ВДТ, напишите в комментариях!

Итоги

Дальше – больше! Во второй части статьи мы обсудим все возможные схемы с противопожарными и селективными ВДТ – правильные и не очень, опасные и компромиссные, для параноиков и для бюджетников.

Реклама. АО «Систэм Электрик» ИНН: 7712092928 Erid:2W5zFGhnXNY

Понравилось? Поставьте оценку, и почитайте другие статьи блога!

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Загрузка...