Пристрій захисного відключення

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Структура ПЗВ

При́стрій захисно́го відклю́чення (ПЗВ) або відмика́ч, керо́ваний різнице́вим стру́мом (англ. residual current operated сircuit-breaker, RCСB)[1][2] — це електромеханічний комутаційний апарат, призначений вмикати, проводити та відмикати струми при нормальних умовах роботи, а також приводити до розмикання контактів, коли диференційний струм за визначених умов доходить до заданого значення. Такі апарати диференційних струмів забезпечують ефективний захист від непрямих дотиків, вони також забезпечують захист й від прямих дотиків, на що не здатний будь-який інший апарат.

Крім того, вони здійснюють захист від спалаху і пожеж, що виникають унаслідок можливих пошкоджень ізоляції, несправностей електропроводки і електроустаткування. При порушенні нульового рівня ізоляції, прямому дотику до однієї із струмовідних частин або при обриві захисних провідників ПЗВ є практично єдиним швидкодійним засобом захисту людини від ураження електричним струмом.

Застосування[ред.ред. код]

ПЗВ виявляється корисним при пошкодженні ізоляції проводів в електроприладах, необережному поводженні з електропроводкою або електроприладами. Короткі замикання, як правило, розвиваються з дефектів ізоляції, замикань на землю, витоків струму на землю (ситуація, коли частина струму не повертається в ПЗВ) і так далі. ПЗВ відстежують витік струму і запобігають короткому замиканню, відключаючи електроустановку від джерела живлення і тим самим запобігаючи неприпустимому нагріву провідників, іскрінню і подальшому спалаху. З моменту виникнення витоку струму автоматичне відключення всіх фаз аварійної ділянки електричного гола проводиться за час, як правило, що не перевищує період в 0,03-0,3с залежно від струму витоку. Кажучи звичною мовою, ПЗВ порівнює струм, що пішов в квартиру, із струмом, який повернувся з квартири. Якщо ці струми виявляються різними, ПЗВ відключає напругу.

Перший пристрій, що діє, на базі диференціального трансформатора і поляризованого реле, що мало чутливість 0,01 А і швидкодію 0,1 с, було створено в 1937 р. фірмою Schutzapparategesellschaft Paris & Co. У 1960–1970 рр. у всьому світі, насамперед в країнах Західної Європи, Японії, США почалося активне впровадження ПЗВ в широку практику.

В даний час сотні мільйонів ПЗВ успішно захищають життя і майно людей від ураження електричним струмом і пожеж. Сьогодні ПЗВ є обов'язковим елементом будь-якої електроустановки промислового або соціально-побутового призначення. Цими пристроями в обов'язковому порядку обладнані всі пересувні об'єкти (торгові фургони, фургони громадського харчування), ангари, гаражі. Попри те, що в даний час на кожного жителя розвинених країн доводиться приблизно по два ПЗВ, десятки виробників розробляють нові пристрої електрозахисту найрізноманітніших модифікацій, постійно удосконалюючи їх технічні параметри.

Витрати на встановлення ПЗВ значно менші можливих збитків — загибелі і травм людей від ураження електричним струмом, пожеж і їх наслідків, що сталися через несправності електропроводки і електрообладнання. Якщо врахувати, що вартість ПЗВ не перевищує вартості звичайного побутового електроприладу, а можливі збитки обчислюються великими сумами, то стає очевидною і не потребує додаткових доказів необхідність якнайшвидшого і найширшого застосування ПЗВ нового покоління в усіх електроустановках.

Маркування[ред.ред. код]

Варто зауважити, що термін «пристрій захисного відключення — ПЗВ», прийнятий у вітчизняній спеціальній літературі, найбільш точно визначає призначення даного пристрою і його відмінність від інших комутаційних електричних апаратів — автоматичних вимикачів, вимикачів навантаження, магнітних пускачів тощо

За кордоном прийняті наступні позначення:

  • В Німеччині, Австрії — Fehlerstrom-Schutzschalter (Fehlerstrom-Schutzeinrichtung). Скорочено: FI-Schutzschalter (F-Fehler — пошкодження, несправність, витік, I — символ струму в електротехніці, Schutzschalter — захисний вимикач, Schutzeinrichtung — захисний пристрій);
  • У Франції — DD — disjoncteur differentiel (диференційний вимикач);
  • В Великобританії — e.l.c.b. (earth leakage circuit breaker — вимикач струму витоку на землю);
  • В США — GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter — розмикач струму витоку на землю).

З 1990 року діє міжнародна класифікація ПЗВ, розроблена міжнародною електротехнічною комісією (МЕК)[2], якою прийнята загальна назва: RCD — residual current protective device або RCСB — residual current operated circuit-breaker without integral overcurrent protection. Точний переклад — захисний пристрій відмикання по різницевому (диференційному) струму.

Типи ПЗВ[ред.ред. код]

Влаштування ПЗВ з вбудованим захистом від великих струмів: 1 — котушка струмової відсічки; 2 — біметалева пластина; 3 — диференційний трансформатор струму; 4 — електромагнітний розчіплювач, що реагує на диференційний струм; 5 — тестовий резистор; 6 — силові контакти; Н — навантаження; Т — кнопка «Тест»

За умовами функціювання ПЗВ ділять на наступні типи: АС, А, В, S, G.

  • ПЗВ типу АС — пристрій захисного відключення, що реагує на змінний синусоїдальний диференційний струм, який виникає раптово, або повільно зростає.
  • ПЗВ типу А — пристрій захисного відключення, що реагує на змінний синусоїдальний диференційний струм і пульсуючий постійний диференційний струм, який виникає раптово, або повільно зростає.
  • ПЗВ типу В — пристрій захисного відключення, що реагує на змінний, постійний і випрямлений диференційні струми.
  • ПЗВ типу S — пристрій захисного відключення, селективний (з витримкою часу відключення).
  • ПЗВ типу G — те ж, що і типу S, але з меншою витримкою часу.

Тип AC реагує на витік змінних (синусоїдальних) струмів. Проте в електричних ланцюгах можливий витік не тільки змінного, але і постійного (пульсуючого) струму. ПЗВ типу А призначено саме для таких випадків. Оскільки схема вимірювання різниці струмів в ПЗВ типу A складніша, ці прилади в 1,1-1,5 разу дорожче. Подібні пристрої повинні застосовуватися у ряді випадків (наприклад, в інструкції з експлуатації пральних машин, посудомийних машин і інших потужних та габаритних побутових електроприладів можна зустріти вимогу встановити саме цей тип ПЗВ).

Принципове значення при розгляді конструкції ПЗВ має розділення пристроїв по способу технічної реалізації на наступні два типи:

ПЗВ, що функціонально не залежать від напруги живлення (електромеханічні). Джерелом енергії, що необхідна для функціювання — виконання захисних функцій, включаючи операцію відключення, є сам сигнал — диференційний струм, на який воно реагує;

ПЗВ, що функціонально залежать від напруги живлення (електронні). Їх механізм для виконання операції відключення потребує енергію, яку отримує або від мережі, що контролює, або від зовнішнього джерела. Застосування пристроїв, що функціонально залежать від напруги живлення обмежено в силу їх меншої надійності, впливу зовнішніх факторів та ін. Однак головною причиною меншого розповсюдження таких пристроїв є їх непрацездатність при несправності електроустановки, яка часто зустрічається, а саме — при обриві нульового провідника в колі ПЗВ в напрямі джерела живлення. В цьому випадку «електронне» ПЗВ, при відсутності живлення, не функціонує, а на електроустановку по фазному провіднику виноситься небезпечний для життя людини потенціал.

Стандарт МЕК 364-5-53 «Електроустановки будівель. Частина 5. Вибір і монтаж електрообладнання. Комутаційна апаратура і апаратура керування» визначає наступні вимоги до ПЗВ, що функціонально залежать від напруги живлення:

  • 531.2.2. Вибір пристроїв (ПЗВ) з врахуванням їх функціональної залежності від напруги живлення.
  • 531.2.2.1. Пристрої захисту (ПЗВ), що керуються залишковим струмом, можуть мати або не мати допоміжне джерело живлення, приймаючи до уваги вимоги пункту 531.2.2.2.
  • 531.2.2.2. Застосування пристроїв захисту, що керуються залишковим струмом, з допоміжним джерелом живлення, що не відключає автоматично коло, яке захищає, у випадку відмови допоміжного джерела, дозволяється тільки при виконанні однієї із двох умов: захист від непрямого контакту по п. 413.1 забезпечується навіть у випадку відмови допоміжного джерела; пристрої монтуються в установках, які керуються, випробовуються і перевіряються навченим або викокваліфікованим персоналом.

В конструкції «електронних» ПЗВ, що виробляються в США, Японії, Південній Кореї і деяких європейських країнах, як правило, закладена функція відключення від мережі електроустановки, що захищається, при зникненні напруги. Ця функція конструктивно реалізується за допомогою електромагнітного реле, що працює режимі самоутримання. Силові контакти реле знаходяться у ввімкненому положенні тільки при протіканні струму по його обмотці (аналогічно магнітному пускачу).

При зникненні напруги на ввідних затискачах пристрою якорь реле відпадає, при цьому силові контакти розмикаються, електроустановка втрачає живлення. Подібна конструкція ПЗВ забезпечує гарантований захист від ураження людини в електроустановці і у випадку обриву нульового провідника.

Види ПЗВ[ред.ред. код]

Окрім ПЗВ, що встановлюються на розподільному щитку, можна зустріти електророзетки з вбудованим ПЗВ. Ці пристрої бувають двох видів: перший встановлюється на місце існуючої розетки, другої під'єднується до наявної розетки, і потім вже в нього включається вилка від електроприладу.

До переваг даних пристроїв можна віднести відсутність необхідності заміни в будинках старої забудови електропроводки, а до недоліків — високу вартість (розетки з вбудованим ПЗВ обійдуться приблизно в 3 рази дорожче, ніж ПЗВ, що встановлюються на розподільний щит).

Третім видом пристроїв з вбудованим ПЗВ є так звана «ПЗВ-вилка».

До ефективних захисних пристрої також відносяться диференціальні автомати, які є комбінацією автоматичного вимикача з ПЗВ (за типом «два в одному»). Диференціальний автомат спрацьовує в обох випадках: як при витоку струму на землю, так і при коротких замиканнях і перевантаженні. Їх вигідно застосовувати у тому випадку, коли на установку двох окремих пристроїв в електрошафі не вистачає місця. Ціна на диференціальний автомат перевищує ціну на ПЗВ.

Принцип дії ПЗВ[ред.ред. код]

Робота ПЗВ ґрунтується на роботі диференційного трансформатора струму. Сумарний магнітний потік в осерді пропорційний різниці струмів в провідниках, що є первинними обмотками трансформатора струму. Під дією ЕРС в ланцюзі вторинної обмотки протікає струм, пропорційний різниці первинних струмів. Цей струм і приводить в дію пусковий механізм.

У нормальному робочому режимі результуючий магнітний потік дорівнює нулю, струм у вторинній обмотці диференційного трансформатора також дорівнює нулю. При дотику людини до відкритих струмопровідних частин або до корпусу електроприймача, на який відбувся пробій ізоляції, по фазному провідникові через ПЗВ окрім струму навантаження протікає додатковий струм — струм витоку. Для трансформатора струму він є диференційним (різницевим). Якщо цей струм перевищує значення порогового елементу пускового пристрою, останній спрацьовує і впливає на виконавчий механізм. Для здійснення контролю справності (працездатності) ПЗВ передбачений ланцюг тестування (кнопка «Тест»), що працює за рахунок штучного створення відключаючого диференціального струму.

Параметри ПЗВ[ред.ред. код]

Номінальна напруга (Un) — діюче значення напруги, при якій забезпечується працездатність ПЗВ.

Un = 220, 380 В.

Номінальний струм навантаження (In) — значення струму, яке ПЗВ може пропускати в тривалому режимі роботи.

In = 6; 16; 25; 40; 63; 80; 100; 125 А.

Номінальний відключаючий диференційний струм (IDn) — значення диференційного струму, яке викликає відключення ПЗВ при заданих умовах експлуатації.

IDn = 0,006; 0,01; 0,03; 0,1; 0,3; 0,5 А.

Номінальний невідключаючий диференційний струм (IDn0) — значення диференційного струму, яке невикликає відключення ПЗВ при заданих умовах експлуатації.

IDn0 = 0,5 IDn.

Граничне значення невідключаючого надструму (Inm) — мінімальне значення невідключаючого надструму при симетричному навантаженні двох і чотириполюсних ПЗВ або несиметричному навантаженні чотириполюсних ПЗВ.

Inm = 6 In.

Надструм — будь-який струм, що перевищує номінальний струм навантаження.

Номінальна включаюча і відключаюча здатність (комутаційна здатність) (Im) — діюче значення струму, який ПЗВ здатне включити, пропускати протягом свого часу розмикання і відключити при заданих умовах експлуатації без порушення його працездатності.

Мінімальне значення Im = 10 In або 500 А (вибирається більше значення).

Номінальний умовний струм короткого замикання (Inc) — діюче значення струму, яке може витримати ПЗВ, що захищається пристроєм захисту від коротких замикань, при заданих умовах експлуатації, без незворотних змін, що порушують його працездатність.

Inc = 3000; 4500; 6000; 10 000 А.

Вибір ПЗВ[ред.ред. код]

Пристрої захисного вимкнення призначені у першу чергу для захисту людей від ураження електричним струмом при прямому та непрямому дотику. Знати наперед, де й коли людина опиниться у зазначеній ситуації, неможливо, тому бажано охопити таким захистом усі напрямки, але у першу чергу доцільно забезпечити його для найбільш небезпечних приєднань.

До першої, найбільш небезпечної групи можна віднести — приміщення з підвищеною вологою — ванні кімнати, душові, сауни, підвали, зовнішні приєднання.

Друга група — розеткова мережа, до якої можуть приєднуватись побутові прилади (праски, тостери, холодильники, переносний електроінструмент).

До третьої групи можна віднести пристрої електроопалення, електроводонагрівання, електропечі.

В деяких випадках електроприймачі різних груп можна приєднувати до загального ПЗВ. Всі вказані групи електроприймачів відносять до першого рівня захисту. Номінальний струм витоку захисного пристрою не повинен перевищувати 30 мА, а для особливо небезпечних випадків (ванна кімната, душова тощо) рекомендуються пристрої зі струмом уставки ПЗВ рівним 10 мА.

Згідно з нормативними документами спрацювання ПЗВ може відбуватися в діапазоні струмів витоку Іп > Ів > 0,5Іп.

Оскільки електричним установкам в нормальному режимі притаманні струми витоку, то при підборі ПЗВ їх необхідно попередньо оцінити і порівняти з 50%-ю величиною струму уставки, яку ці струми не повинні перевищувати.

Для оцінки струмів витоку можна прийняти наступні величини:

  • комп'ютеризоване робоче місце — 1-2 мА;
  • принтер — до 1 мА;
  • факс — 0,5-1 мА;
  • дисплей — 0,5-1,5 мА;
  • копіювальний аппарат — 0,5-1,5 мА.

Якщо дані про струми витоку обладнання відсутні, можна його прийняти з розрахунку 0,3 мА на 1 А струму навантаження, а струм витоку мережі — з розрахунку 10 мкА на 1 м довжини фазного проводу.

ПЗВ вибирають також за номінальним струмом та узгоджують з послідовно увімкненим автоматичним вимикачем за умовами: номінальний струм диференційного вимикача навантаження повинен бути більшим від максимального робочого струму навантаження та не повинен бути меншим від номінального струму автоматичного вимикача. Автоматичний вимикач, крім вибору за робочим струмом приєднання, вибирають також за умовами захисту (вибір типу захисної кривої В, С, D тощо), та за струмом короткого замикання. Величина допустимого струму КЗ (в амперах) автоматичного вимикача для житлово-побутових приміщень вказана на панелі приладу в прямокутнику, наприклад 6000.

Якщо в струмі витоку існує постійна складова, необхідно застосовувати ПЗВ типу А, якщо її не має — типу АС.

Комбінований автоматичний вимикач (з ПЗВ) вибирають за тими ж умовами:

  • І п 0.5 І витоку нормального режиму;
  • І ном. І роб. макс.;
  • І кз. доп. І кз. макс.;
  • а також за часострумовою характеристикою вимкнення.

Крім того, необхідно перевірити узгодження пристроїв з перерізом проводів відгалужень (допустимий струм відгалуження повинен бути більший від номінального струму захисного апарата).

Пристрої захисного вимкнення другого рівня захищають від непрямого дотику та пожежі, а також у певній мірі можуть резервувати ПЗВ першого рівня, якщо струми витоку перевищують струми спрацювання ПЗВ другого рівня. Для забезпечення селективності апарати другого рівня повинні мати більший час спрацювання, тобто бути селективного типу.

Встановлено, що потужність, яка виділяється в точці замикання може стати джерелом пожежі, якщо вона перевищує 60 Вт. Струм витоку у цьому випадку становить біля 300 мА. Ці умови задовільняють ПЗВ зі струмами уставок 100 мА, 300 мА. За рештою умов вибір ПЗВ виконують аналогічно вибору ПЗВ першого рівня захисту.

Вибір апаратів за захисною характеристикою виконують з врахуванням відомостей про типи характеристик та характеру струму споживання, який визначають за типом споживача.

Встановлення ПЗВ[ред.ред. код]

Захисні пристрої типу ПЗВ встановлюються в розподільній шафі квартири (можна використовувати і вже наявні шафи). Існує декілька варіантів монтажу: Одне ПЗВ на все житло (повинно бути із струмом витоку 30 мА). До плюсів такого рішення слід віднести невисоку ціну пристрою, а також те, що ПЗВ не займатиме багато місця. До недоліків даного пристрою відноситься те, що в цьому випадку важко визначити, на якій з існуючих ліній відбувся витік, а також те, що при спрацьовуванні пристрою вся квартира залишається без електроенергії.

Одне ПЗВ (30 мА на розеткову лінію) + ПЗВ (10 мА) на кожну лінію (наприклад, на лінії, що живлять пральну машину, джакузі і «теплі» підлоги). В порівнянні з попереднім, це сучасніший і зручніший варіант, оскільки при виникненні якої-небудь проблеми з електропроводкою або електроприладами відключатиметься тільки відповідна лінія, а не вся квартира. Недоліки даної системи — вищі витрати і необхідність мати значно більше вільного місця. Більш ніж одне ПЗВ, як правило, вдається встановити лише в індивідуальний внутрішньоквартирний щиток, спеціально спроектований для цих цілей. У звичайному щитку на сходовому майданчику для цього, як правило, не вистачає місця.

При використанні даного варіанту поряд з автоматичним вимикачем, що захищає весь будинок, встановлюється ПЗВ. В цьому випадку краще застосувати не звичайне, а так зване селективне ПЗВ, час спрацьовування якого становить 0,3-0,5 с. Більш тривалий час спрацьовування дасть можливість зреагувати на виниклий витік і відключитися пристроям першої лінії, що захищають окремі електроприлади або лінії будинку (квартири). Тільки у випадку якщо вони не спрацюють, воно відключить всю схему електропостачання цілком.

Основні помилки під час монтажу ПЗВ[ред.ред. код]

Найпоширенішою помилкою при монтажі ПЗВ є підключення до ПЗВ навантаження, в ланцюзі якої є з'єднання нульового робочого провідника з відкритими провідними частинами електроустановки або з'єднання з нульовим захисним провідником. Також можливі наступні помилки: підключення навантажень до нульового провідника до ПЗВ, підключення навантажень до нульового робочого провідника іншого ПЗВ, перемичка між нульовими робочими провідниками різних ПЗВ. Розрахунком, монтажем і наладкою електросхем з використанням ПЗВ повинні займатися тільки кваліфіковані фахівці. Тільки в цьому випадку ви отримаєте гарантію того, що захист спрацює вчасно.

Випадки, коли установка ПЗВ недоцільна[ред.ред. код]

ПЗВ недоцільно встановлювати за наявності старої електропроводки в приміщенні, оскільки в цьому випадку властивість ПЗВ виявляти витік струму може викликати ряд проблем. Наприклад, при старій електропроводці пристрій електрозахисту може спрацьовувати непередбачуваним чином. Тому в даному випадку рекомендується установка в місцях з підвищеною небезпекою розеток з вбудованим ПЗВ.

Спрацювання ПЗВ[ред.ред. код]

При спрацюванні ПЗВ необхідно визначити вид несправності в електроустановці. Порядок дій в цьому випадку такий:

  • Звести ПЗВ. Якщо ПЗВ зводиться, то це означає, що в електроустановці мав місце виток струму на землю, викликаний нестабільним або короткочасним порушенням цілісності ізоляції. В такому випадку необхідно провести загальний контроль стану ізоляції. Перевірити роботоздатність ПЗВ натисканням кнопки «Тест».
  • Якщо ПЗВ зводиться і миттєво спрацьовує, то це означає, що або в електроустановці має місце дефект ізоляції якого-небудь електроприймача, електропроводки, монтажних провідників електрощита, або ПЗВ несправне. В цьому випадку необхідно провести наступні дії:
  1. Відключити всі автоматичні вимикачі групових кіл, які захищають ПЗВ. Якщо автоматичні вимикачі однополюсні або триполюсні і не розмикають нульові робочі провідники, то з врахуванням того, що витік струму можливий і з нульового робочого провідника, для виявлення дефектного кола можливо знадобиться виконати від'єднання всіх нульових робочих провідників від збірної шини.
  2. Звести ПЗВ. Якщо ПЗВ зводиться, то перевірити работоздатність натисканням кнопки «Тест». Миттєве відключення ПЗВ означає, що воно справне, але в колі, що захищається є витік струму.
  3. Послідовно вмикати автоматичні вимикачі (якщо ПЗВ не зводиться, то це означає, що має місце несправність ізоляції монтажних проводів електрощита або несправність ПЗВ).
  4. Якщо ПЗВ спрацьовує при включенні певного автоматичного вимикача, то це означає, що в колі даного вимикача є пошкодження ізоляції.
  5. Відключити або від'єднати всі електроприймачі в колі вимикача, при включенні якого спрацював ПЗВ.
  6. Звести ПЗВ.
  7. Якщо ПЗВ зводиться, то це означає, що несправність ізоляції в якомусь із електроприймачів.
  8. Послідовно вмикати кожний електроприймач даного кола (якщо ПЗВ не зводиться при всіх відключених електроприймачах даного кола, то це означає, що дефектна ізоляція електропроводки).
  9. ПЗВ спрацьовує при включені певного електроприймача.
  10. Відключити дефектний електроприймач.
  11. Підключити всі електроприймачі (крім дефектного), звести ПЗВ, переконатися, що ПЗВ не спрацьовує. Перевірити роботоздатність ПЗВ натисканням кнопки «Тест».

Див. також[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

  • ДБН В.2.5-23:2010 — "Державні будівельні Норми України. Інженерне обладнання будинків і споруд. Проектування електрообладнання об'єктів цивільного призначення
  • Правила улаштування електроустановок. Четверте видання, перероблене й доповнене — Х.: Вид-во «Форт», 2011.— 736 с.
  • Ачкасов А. Є., Лушкін В. А., Охріменко В. М., Кузнецов А. І., Чернявська М. В., Воронкова Т. Б. Електротехніка у будівництві: Навчальний посібник. — Харків: ХНАМГ, 2009–363 с.
  • Довідник сільського електрика / За редакцією кандидата технічних наук В. С. Олійника. — 3-тє видання, перероблене і доповнене. — Київ, Вид-во «Урожай», 1989. — 264 с.
  • ДСТУ 2843-94. Електротехніка. Основні поняття. Терміни та визначення. Чинний від 1995-01-01. – Київ: Держспоживстандарт України, 1995. – 65 с.
  • О.В. Кулаков, В.О. Росоха. Електротехніка та пожежна профілактика в електроустановках: Підручник. - Харків: Національний університет цивільного захисту України, 2012.
  • ДНАОП 0.00-1.32-01. Правила улаштування електроустановок. Електрообладнання спеціальних установок. Київ. — 2001.

Примітки[ред.ред. код]

  1. Клименко Б. В. 2012, С.108,C.207.
  2. а б IEC 61008-1 Residual current operated circuit-breakers without integral overcurrent protection for household and similar uses (RCCBs) — Part 1: General rules.

Джерела[ред.ред. код]