//Электрика. – 2010. – № 1.– С. 37–40.

 

О СЕЛЕКТИВНОСТИ УСТРОЙСТВ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ТОКА БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Ю. В. Харечко, канд. техн. наук, доцент

член группы поддержки 1 "Термины и определения" технического комитета 64 "Электрические установки и защита от поражения электрическим током" МЭК

 

Для защиты от поражения электрическим током в электроустановках зданий повсеместно применяют устройства дифференциального тока[1] бытового назначения, которые соответствуют требованиям ГОСТ Р 51326.1 [2] и ГОСТ Р 51327.1 [3]. Устройства дифференциального тока обычно включают при этом последовательно. Корректное функционирование любой электроустановки здания в аварийном режиме можно обеспечить только при селективном оперировании последовательно включённых устройств дифференциального тока. То есть при появлении любого тока замыкания на землю[2] первым должно срабатывать УДТ, расположенное ближе к точке замыкания на землю (обычно – в конечной электрической цепи), а вторым – УДТ, расположенное ближе к источнику питания (в распределительной электрической цепи). В противном случае, если первым сработает УДТ, защищающее распределительную электрическую цепь, то вместо одной аварийной электрической цепи будет отключена часть электроустановки здания, состоящая из нескольких конечных электрических цепей. Поэтому при проектировании электроустановок зданий вопросам обеспечения селективного оперирования устройств дифференциального тока следует уделять должное внимание.

В п. 535.3 (539.3) "Селективность между защитными устройствами дифференциального тока" стандарта МЭК 60364‑5‑53 "Электрические установки зданий. Часть 5‑53. Выбор и установка электрического оборудования. Разъединение, коммутация и управление"[3] [6] указано: для того, чтобы гарантировать селективность между двумя защитными устройствами дифференциального тока, включёнными последовательно, эти устройства должны удовлетворять двум следующим условиям:

•время-токовая характеристика несрабатывания защитного устройства дифференциального тока, расположенного на стороне питания (выше по току), должна располагаться выше совокупной время-токовой характеристики оперирования защитного устройства дифференциального тока, расположенного на стороне нагрузки (ниже по току);

•номинальный отключающий дифференциальный ток у устройства, расположенного на стороне питания, должен быть больше, чем у защитного устройства дифференциального тока, расположенного на стороне нагрузки.

В стандарте МЭК 60364-5-53 также указано, что в случае защитных устройств дифференциального тока, соответствующих требованиям МЭК 61008 и МЭК 61009[4], номинальный отключающий дифференциальный ток устройства, расположенного на стороне питания, должен быть по крайней мере в три раза больше, чем у защитного устройства дифференциального тока, расположенного на стороне нагрузки.

В п. 7.2.2 "Селективность" технического отчёта МЭК 62350 "Руководство для надлежащего использования защитных устройств, управляемых дифференциальным током (УДТ), для бытового и аналогичного использования" [7] изложено общее правило, гарантирующее адекватную селективность, основанное на двух условиях, которые должны быть выполнены:

•минимальное время несрабатывания УДТ, установленного выше по току, должно быть больше, чем максимальное время отключения УДТ, установленных ниже по току;

•номинальный отключающий дифференциальный ток УДТ, установленного выше по току, должен быть, по крайней мере, в три раза больше номинального отключающего дифференциального тока УДТ, установленных ниже по току.

Таким образом, селективное оперирование двух последовательно включённых устройств дифференциального тока может быть обеспечено в том случае, если время отключения любого тока замыкания на землю первым УДТ, размещённым ближе к источнику питания, превышает время отключения этого же тока замыкания на землю расположенным за ним вторым УДТ. То есть, как условно показано на рис. 1, характеристика оперирования первого УДТ должна быть расположена "выше" характеристики оперирования второго УДТ во всём диапазоне токов замыкания на землю. Для обеспечения указанного соотношения характеристик оперирования в качестве первого следует применять УДТ типа S, которое срабатывает с кратковременной задержкой, а в качестве второго – УДТ общего типа, которое оперирует без временнóй задержки.

Рис. 1. Характеристики оперирования последовательно включённых устройств дифференциального тока при полной селективности:

                                        1 – УДТ QF1 типа S; 2 – УДТ QF2 общего типа

 

Последовательное включение устройств дифференциального тока общего типа, имеющих разные номинальные отключающие дифференциальные токи, например – 0,3 А первое УДТ и 0,03 А второе УДТ, не обеспечивает их селективную работу практически во всём диапазоне токов замыкания на землю (рис. 2). Рассмотрим более подробно характеристики оперирования устройств дифференциального тока.

В таблице 1 ГОСТ Р 51326.1 и таблице 2 ГОСТ Р 51327.1 установлены стандартные значения времени отключения[5] и времени неотключения[6] для устройств дифференциального тока общего типа и типа S.

Тип

УДТ

In[7], А

IΔn, А

Стандартные значения времени отключения и неотключения, с, при дифференциальном токе

Примечание

IΔn

2IΔn

5IΔn

500 А[8]

Общий

Любое значение

0,30

0,15

0,04

0,04

Максимальное

время отключения

S

³25

0,030

0,50

0,20

0,15

0,15

0,13

0,06[9]

0,05

0,04

Минимальное

время неотключения

 

 

Рис. 2. Характеристики оперирования последовательно включённых устройств дифференциального тока при отсутствии селективности:

                                     1 и 2 – УДТ QF1 и QF2 общего типа

 

При токе замыкания на землю, равном и, тем более, превышающем 5 IDn любое доброкачественное устройство дифференциального тока должно сработать за промежуток времени менее 0,04 с. То есть два последовательно включенных УДТ общего типа с номинальными отключающими дифференциальными токами 0,3 А первое и 0,03 А второе будут срабатывать практически одновременно при токе замыкания на землю 1,5 А или бóльшем. Учитывая, что токи замыкания на землю в электроустановках зданий, соответствующих типам заземления системы TN, обычно достигают сотен и тысяч ампер, а в системах TT – десятков ампер, нельзя обеспечить селективность оперирования последовательно включённых УДТ.

Последовательное включение УДТ типа S и УДТ общего типа позволяет обеспечить их селективное оперирование во всём диапазоне токов замыкания на землю. Доброкачественное УДТ типа S при больших токах замыкания на землю не должно срабатывать, по крайней мере, 0,04 с, в течение которых обязано сработать любое доброкачественное УДТ общего типа. При небольших токах замыкания на землю УДТ типа S также будет срабатывать в течение бóльшего промежутка времени, чем УДТ общего типа. Как условно показано на рис. 3 и 4, стандартные время-токовые зоны, в которых находятся характеристики оперирования всех доброкачественных УДТ типа S и УДТ общего типа, не пересекаются во всём диапазоне дифференциальных токов, обеспечивая, тем самым, их селективное оперирование.

Рис. 3. Характеристики оперирования последовательно включённых УДТ типа S с IDn = 0,1 А (2) и УДТ общего типа с IDn = 0,03 А (1)

 

Рис. 4. Характеристики оперирования последовательно включённых УДТ типа S с IDn = 0,3 А (2) и УДТ общего типа с IDn = 0,03 А (1)

 

В п. 7.1.73 Правил устройства электроустановок [8] имеется следующее некорректное требование: "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 три раза большие, чем у УЗО, расположенного ближе к потребителю".

Однако, как показывает простой анализ, нельзя обеспечить трёхкратное соотношение времени отключения у последовательно включённых УДТ бытового назначения. Минимальное время отключения УДТ типа S при токах замыкания на землю, превышающих его пятикратный номинальный отключающий дифференциальный ток, может быть равным 0,041 с, а максимальное время отключения УДТ общего типа при этом токе замыкания на землю может быть равным 0,039 с (см. таблицу). То есть время отключения УДТ типа S может незначительно превышать время отключения УДТ общего типа. Возможно также иное соотношение между временем отключения двух УДТ. Максимальное время отключения УДТ типа S может быть равным 0,15 с, а фактическое время отключения УДТ общего типа – 0,01 с. В этом случае время отключения УДТ типа S в 15 раз превышает время отключения УДТ общего типа.

Поэтому нельзя выполнить требование п. 7.1.73 ПУЭ о трёхкратном превышении времени отключения у первого устройства дифференциального тока относительно второго УДТ. Его следует исключить из ПУЭ. Устранив другие недостатки[10], рассматриваемое требование следует изложить в иной редакции:

При установке нескольких УДТ последовательно должна быть обеспечена их селективная работа при замыканиях на землю. Номинальный отключающий дифференциальный ток УДТ, расположенного ближе к источнику питания, должен быть в три раза больше номинального отключающего дифференциального тока УДТ, расположенного ближе к электроприёмнику. Время отключения УДТ, расположенного ближе к источнику питания, должно быть больше времени отключения УДТ, расположенного ближе к электроприёмнику, при одном и том же токе замыкания на землю. При последовательном включении двух устройств дифференциального тока первое УДТ, расположенное ближе к источнику питания, должно быть типа S, а второе УДТ, расположенное ближе к электроприёмнику – общего типа.

Список литературы

1.     Харечко Ю. В. Понятие "устройство дифференциального тока" // Электрика. 2009. № 10.

2.     ГОСТ Р 51326.1–99 (МЭК 61008‑1–96). Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения без встроенной защиты от сверхтоков. Ч. 1. Общие требования и методы испытаний. М.: ИПК "Изд-во стандартов", 2000.

3.     ГОСТ Р 51327.1–99 (МЭК 61009‑1–96). Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения со встроенной защитой от сверхтоков. Ч. 1. Общие требования и методы испытаний. М.: ИПК "Изд-во стандартов", 2000.

4.     ГОСТ Р 50345–99 (МЭК 60898–95). Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. М.: ИПК "Изд-во стандартов", 2000.

5.     Харечко Ю. В. О селективности автоматических выключателей бытового назначения // Электрика. 2009. № 1.

6.     International standard IEC 60364‑5‑53. Electrical installations of buildings. Part 5‑53: Selection and erection of electrical equipment. Isolation, switching and control. Edition 3.1. – Geneva: IEC, 2002‑06.

7.     Technical report IEC/TR 62350. Guidance for the correct use of residual current-operated protective devices (RCDs) for household and similar use. First edition. – Geneva: IEC, 2006‑12.

8.     Правила устройства электроустановок. Раздел 1. Общие правила. Гл. 1.1: Общая часть; гл. 1.2: Электроснабжение и электрические сети; гл. 1.7: Заземление и защитные меры электробезопасности; гл. 1.9: Изоляция электроустановок. Раздел 6. Электрическое освещение. Раздел 7. Электрооборудование специальных установок. Гл. 7.1: Электроустановки жилых, общественных, административных и бытовых зданий; гл. 7.2: Электроустановки зрелищных предприятий, клубных учреждений и спортивных сооружений; гл. 7.5: Электротермические установки; гл. 7.6: Электросварочные установки; гл. 7.10: Электролизные установки и установки гальванических покрытий. 7-е изд. М.: ЗАО "Энергосервис", 2002.



      [1] В национальной нормативной документации термин "устройство дифференциального тока (УДТ) " следует применять вместо термина "устройство защитного отключения (УЗО)" (см. [1]).

      [2] Устройство дифференциального тока, имеющее встроенную защиту от сверхтока (АВДТ по ГОСТ Р 51327.1), имеет два расцепителя, инициирующих его оперирование – расцепитель дифференциального тока и расцепитель сверхтока. При появлении в электрической цепи сверхтока замыкания на землю, превышающего номинальный ток АВДТ, срабатывают оба его расцепителя. Если в какой-то области сверхтока замыкания на землю быстрее будет срабатывает расцепитель сверхтока, АВДТ будет оперировать как автоматический выключатель, соответствующий требованиям ГОСТ Р 50345 [4]. Селективность автоматических выключателей при сверхтоках была рассмотрена в [5].

      [3] В комплексе ГОСТ Р 50571 "Электроустановки зданий" отсутствует национальный стандарт, соответствующий стандарту МЭК 60364-5-53.

      [4] На основе стандартов МЭК 61008‑1 и МЭК 61009‑1, датированных 1996 г., разработаны действующие в настоящее время ГОСТ Р 51326.1 и ГОСТ Р 51327.1.

      [5] Время отключения представляет собой интервал времени между моментом внезапного появления в главной цепи устройства дифференциального тока отключающего дифференциального тока и моментом гашения дуги на всех полюсах УДТ.

      [6] Предельное время неотключения характеризует максимальный промежуток времени, в течение которого УДТ не размыкает главные контакты, несмотря на то, что в его главной цепи имеет место отключающий дифференциальный ток.

      [7] In – номинальный ток УДТ.

      [8] В таблице 2 ГОСТ Р 51327.1 вместо "500 А" указана характеристика IDt ("дифференциальный ток АВДТ"), значение которой равно нижнему пределу стандартного диапазона токов мгновенного расцепления (3, 5 или 10 In соответственно для типов мгновенного расцепления B, C или D).

      [9] В таблице 1 ГОСТ Р 51326.1 ошибочно указана величина, равная 0,006. В стандарте МЭК 61008‑1 это значение установлено равным 0,06.

      [10] В требовании п. 7.1.73 ПУЭ вместо характеристики УДТ "номинальный отключающий дифференциальный ток" необоснованно использовано слово "уставка", а вместо характеристики "время отключения" – время срабатывания. Кроме того, термин "электроприёмник" в рассматриваемом требовании подменён словом "потребитель".