Селективный щиток

Количество электрооборудования, используемого в быту и производстве, в нашем техногенном мире возрастает непрерывно. Растет и объем сетей энергоснабжения, предназначенных для «прокорма» всей массы электроприборов – а значит, увеличивается и количество распределительных щитов. И по мере усложнения существующей системы электропитания осложняется и задача обеспечения ее бесперебойного функционирования.

Защита сетей

Современные сети энергоснабжения строятся по принципу автоматического отключения любого неисправного участка защищающим его устройством при полном сохранении работоспособности остальными частями сети, не лишая потребителя полностью электроснабжения. На профессиональном языке это называется «селективной работой», и ее реализация – задача достаточно сложная. Основная трудность при этом заключается в нахождении требуемого баланса между отключением поврежденного участка линии и минимизацией потерь в электроснабжении потребителя.

Любая электросеть рассчитана на прохождение по ней определенного, называемого номинальным, значения тока. Логично, что главная угроза для нее заключается в протекании тока большей величины, причиной которого чаще всего служит короткое замыкание. В целях защиты от больших токов, возникающих в критических ситуациях, применяются специальные устройства – защищающие автоматические выключатели, в народе более известные как «автоматы» и даже «аешки», а у технарей – как «АВ». Такие «предохранители» настолько удобны, что в соответствии с современными нормативами эксплуатация сетей электроснабжения без такой автоматики просто-напросто запрещена и недопустима ни при каких условиях.

Линейка Easy 9

Автоматические выключатели модульного типа, наиболее распространенные в «малой энергетике», разрабатываются и изготавливаются большим количеством производителей. Одна из самых популярных линеек такого оборудования производится известнейшей компанией Schneider Electric и называется Easy 9. Популярность продукта вполне объяснима – автоматы этой серии отличаются относительно низкой стоимостью при высокой надежности и очень широким ассортиментом. В этой линейке есть оборудование на все случаи жизни:

• выключатели с самыми востребованными время/токовыми характеристиками – B, чаще всего используемой C и довольно редкой D;
• автоматы с отключающей способностью 4,5 кА и 6 кА;
• дифференциальная автоматика;
• УЗО всех стандартных номиналов;
• модули защиты от повышенного напряжения;
• автоматические разъединители;
• и многое другое.

Для размещения выбранного защитного оборудования выпускается серия пластиковых щитков с аналогичным названием линейки – Easy 9 Box. 

Обеспечение селективности

Благодаря богатству выбора модульных защитных устройств этой серии обеспечение селективной работы в оконечных распределительных щитах решается довольно просто.

Для повышения токовой селективности характеристика устанавливаемого в качестве вводного автомата выбирается обычно D, а вот отходящие линии защищаются автоматами групп B и C. Селективность повышается в результате того, что мгновенное отключение автоматических выключателей с разными время-токовыми характеристиками происходит при разных значениях тока. Так, для группы B величина отключающего тока должна превышать величину номинального тока в 3-5 раз, для группы C это 5-10 раз, а для характеристики D это 10-20 «номиналов».

Выбор время-токовых характеристик

Последовательная установка автоматов с одинаковой характеристикой может привести к печальным последствиям. Рассмотрим, например, ситуацию, когда в качестве вводного используется АВ с номинальным током отключения 40 А, а отходящую линию защищает 10-амперный. В случае короткого замыкания на линии «меньший» автомат сработает при возрастании тока до 50...100 А, «больший» - при величине тока в 200-400 А. Такая сила тока при КЗ отнюдь не запредельна – и в итоге отключится либо только вводной автомат, либо оба. В любом случае – селективность работы не будет соблюдена.

При установке в качестве вводного такого же 40-амперного выключателя, но группы D, минимальный порог его срабатывания будет уже 400 А, верхний предел увеличится до 800 А. В таком случае шансы того, что первым отработает защищающий линию 10-амперник серьезно увеличиваются, а ненужного отключения вводного АВ с высокой долей вероятности удастся избежать. Для еще большей подстраховки можно на вводе поставить автомат с более высокой (6 кА) отключающей способностью.

Устройства дифференциального тока

Второй по важности момент – создание условий для корректной селективной работы другой большой категории автоматических выключателей-предохранителей, среди профессионалов известных как УДТ, они же «устройства дифференциального тока». В нее входят УЗО (современное официальное название – выключатели дифф.тока) и их функционально близкие «родственники» дифференциальные автоматы. Главное функциональное назначение этих приборов – защита пользователей электрооборудования от поражения опасным электрическим током и противопожарная защита.

Главная характеристика УДТ

Основная и объединяющая все УДТ техническая характеристика – это величина номинального отключающего дифференциального тока. Иными словами – величина протекающего через устройство тока утечки, необходимого для срабатывания автомата. Регламентируется она в зависимости от особенностей конкретного функционального назначения устройства:

• для защиты от тяжелого поражения электричеством ток утечки не должен превышать 30 мА;
• номинал противопожарного УДТ, по требованию ГОСТа Р 50572.4.42-2012, не должен иметь значение более 300 мА;
• в отдельных случаях, когда отказ дифференциального автомата с высокой вероятностью может привести к возгоранию, требуется устанавливать устройства с током отключения максимум 30 мА.

Правила выбора номиналов УДТ определены ГОСТом Р 50571.5.53-2013 и несколько различаются для жилого домостроительства и для всех прочих сфер применения. В первом случае номинальный диффток устройства, играющего роль вводного, минимум втрое превышать соответствующую характеристику УДТ на отходящих потребительских линиях. Проще говоря, при установке в качестве линейного автомата с отключающим диффтоком 30 мА вводное УДТ может быть рассчитано на ток срабатывания хоть 100 мА, хоть и явно большие 300 мА.

Выбор номинала

Конкретный выбор – 100 мА или 300 мА – зависит от многих факторов, основные из которых – суммарная нагрузочная мощность и длина присоединенных кабелей. На практике обычно для небольших домов и квартир вполне хватает меньшего номинала, а вот в двух- и более этажные коттеджи лучше устанавливать 300-миллиамперные УДТ. Однако следует учитывать, что соблюдение этого правила не служит твердой гарантией правильности селективного срабатывания дифавтоматики.

Это связано с тем, что вызывающее срабатывание этих автоматов нарушение изоляции проводов далеко не всегда развивается линейно и предсказуемо. Это, в свою очередь, вполне может приводить к очень резкому увеличению тока утечки и, соответственно, к отключению вводного УДТ. В итоге обесточивается полностью все жилье, а в любом более-менее большом доме это равнозначно катастрофе – ведь останавливается работа практически всех инженерных систем жизнеобеспечения, от отопления до вентиляции... кроме того, поиск неисправности в таких ситуациях весьма сложен и занимает много времени.

Селективные УДТ

Избежать подобных ситуаций помогает использование селективных УЗО, имеющих индекс «S» в своем наименовании – устройств с задержкой времени срабатывания. Длительность задержки может достигать 0,5 с и коррелируется с величиной протекающего дифференциального тока (см. таблицу). Такие УЗО достаточно распространены, имеются они и в линейке Easy 9 модульных АВ производства SchneiderElectric.

Логику работы подобной сборки можно проследить на следующем примере. Допустим, что в распределительном щите в качестве вводной защиты установлено селективное УЗО с номинальным током отключения 300 мА, а в качестве защиты отходящих розеточных линий используются 30-миллиамперные УДТ (см. рисунок).

Пусть повреждение кабельной изоляции привело к возникновению дифференциального тока величиной 200 мА. Этот ток будет воздействовать практически одновременно и на вводное, и на линейное защитное устройство – но при этом линейный «дифавтомат» сработает мгновенно, а вот вводное селективное УДТ – только, как следует из таблицы, через 60 мсек. Но поскольку розеточный автомат отработал моментально и отключил неисправную линию – отключающий дифференциальный ток исчез, следовательно, отсутствует и сигнал на отключение вводного УЗО. В итоге аварийная линия обесточена, вся остальная сеть электроснабжения продолжает функционировать.

В этом случае вводное селективное УДТ – дублер и подстраховка по отношению к защищающему линию устройству: если розеточное УЗО в силу неисправности или по какой-либо другой причине не отработало – сработает УЗО на вводе. И, хотя оно в таком случае и отключит все электроснабжение – но зато предотвратит дальнейшее развитие аварийной ситуации.

Easy 9 –решение проблем

Поскольку селективные УДТ стали очень удачным решением многих «электрических» проблем в жилищном домостроительстве, - на сегодняшний день их установка обязательна как в жилых, так и в общепользовательских зданиях. Это впрямую требуется соответствующими, регламентирующими проектирование и электромонтаж строительными правилами (СП 256.1325800.2016, п.10.13), требующими использовать УДТ с величиной отключающего диффтока не больше 0,3 А (300 мА). И это требование не надуманное – его выполнение значительно снижает риск возникновения пожара по причине неисправности электропроводки.

Согласно тому же требованию, в многоступенчатых схемах управления и распределения электропитания для соблюдения корректной селективности работы время срабатывания и уставка установленного со стороны источника питания устройства диффтока должно минимум втрое превышать соответствующие характеристики устройства, установленного ближе к защищаемому потребителю. Проще говоря – вводное УДТ должно быть селективным и иметь определенную задержку времени срабатывания.

Без затруднений соблюсти все приведенные нормы выполнить рекомендации несложно при использовании модульной автоматики серии Easy 9 – в нее входят все необходимые автоматические выключатели с соответствующими время-токовыми характеристиками и номиналами токов, а также селективные УДТ.