Выбирая автомат для щитка, мы первым делом обращаем внимание на его номинал. Однако даже правильно подобранный номинал не гарантирует надёжное срабатывание автомата. Почему?
Потому что автомат может не сработать из-за недостаточного тока КЗ. Но как же такое может случиться? Всё просто – неправильно рассчитали петлю фаза-ноль!
Что такое петля фаза-ноль?
Только начиная разбираться в электротехнике, мы понимаем, что при коротком замыкании, напряжение уменьшается, а сила тока, наоборот, увеличивается и может достигать сотни ампер. Этого должно с лихвой хватить для срабатывания автомата, если он, конечно, исправен.
Как же может не хватить силы тока? Разумеется, что жизнь вносит свои коррективы, поэтому этот вопрос нужно рассмотреть подробнее. Начнём с того, что сила тока не может быть безгранично большой, и в первую очередь, для потребителя она ограничена сопротивлением петли фаза-ноль.
Однако откуда же берётся эта петля? Вспомним простую схему из учебника.
Понятно, что электрическая энергия не может поступать в дом или в квартиру прямо с электростанции. Это крайне неэффективно. Поэтому для передачи электроэнергии на большие расстояния с наименьшими потерями, напряжение приходится повышать.
В свою очередь, для передачи электроэнергии в пределах населённого пункта напряжение понижают при помощи подстанций. В конце концов, напряжение 380 В к нам в дома и квартиры приходит от комплектной трансформаторной подстанции (КТП).
Для облегчения понимания попробуем представить всё на однолинейной схеме, где источником тока будет силовой трансформатор, установленный в КТП. К ней добавим отходящую от распределительного устройства (РУ) КТП, линию электропередач (питающая сеть), которая приходит на вводной распределительное устройство (ВРУ), а также распределительные и групповые линии, питающие нагрузку (электроприборы) в доме.
Разумеется, что без нулевого проводника электрическая цепь не будет замкнутой, поэтому также отразим это на схеме. В итоге получаем искомое: петлю фаза-ноль. Кстати, ток дальше силового трансформатора не сможет проходить, так обмотки трансформатора между собой электрически не связаны.
Полученную схему можно упростить.
Формулы и расчёт
Используя эту схему, можно рассчитать силу тока, который будет протекать в цепи при возникновении короткого замыкания (КЗ).
IКЗ=U/Zп
В этой формуле U — напряжение сети (220 В), Zп — полное сопротивление петли.
Чем выше сопротивление, тем меньше ток!
Попробуем рассчитать ток КЗ для схемы электрической, приведённой выше. Чтобы сделать это безопасно, нам нужно подключить известное сопротивление, а затем замерить величину тока в цепи. Затем применим закон Ома: известное нам напряжение (U) делим на величину тока (I) и получаем в итоге полное сопротивление петли (Zп).
Zп=U/I
Однако мы рассчитали сопротивление для всей электрической цепи, куда входит также и сопротивление нагрузки. Соответственно, для вычисления сопротивления пели фаза-ноль (Zфн) нужно из величины сопротивления всей петли вычесть сопротивление нагрузки (Zн).
Zфн=Zп-Zн
Наконец, рассчитаем силу тока, протекающего при КЗ.
Iкз=U/Zф
Причины высокого сопротивления
Произведя расчёты для проводки в новостройке и проводки, которая много десятков лет служила верой и правдой, можно увидеть существенную разницу. Ведь у старой электропроводки сопротивление, как правило, будет больше, чем у исправной новой проводки.
Причину этого явления отыскать нетрудно — это высокое переходное сопротивление, которое появляется из-за плохого контакта, например, при окислении, ослаблении контактных соединений в розетках, щитке или распределительных коробках. Также причиной высокого сопротивления может быть коррозия или механическое повреждение проводки, которая может происходить при длительной эксплуатации.
Кроме всего перечисленного, на величину сопротивления влияет длина электропроводки, а также сечение кабеля – тонкие провода имеют большее сопротивление.
А влияет ли на силу тока, мощность силового трансформатора?
Трансформатор на подстанции может иметь недостаточную мощность, что снижает максимально возможный ток КЗ. Также имеет значение и удалённость от подстанции. Чем дальше объект, тем больше сопротивление линии, тем меньше ток КЗ.
Как поступить с полученным результатом?
Разберём простой пример. В доме имеется старая алюминиевая проводка длиной 50 метров. При этом сопротивление петли может быть настолько большим, что ток КЗ упадёт до 100 А. Проверим правильность выбора автоматического выключателя.
По время-токовой характеристике (ВТХ) вычислим ток, при котором должно произойти срабатывание электромагнитного расцепителя. По горизонтали находим отношение I/In (от 5 до 10) и умножаем его на номинальный ток.
Итог:
5*16=80 А; 10*16=160 А
На первый взгляд автомат должен сработать, ведь ток КЗ, равный 100 А попадает в данный диапазон срабатывания. Однако следует учесть, что автоматический выключатель может находиться как в «холодном», так и в «горячем» состоянии, то есть непосредственно после аварийного отключения. Соответственно, это обстоятельство отразится на времени срабатывания.
Посмотрев на таблицу, делаем вывод, что при токе в 100 А срабатывание электромагнитного расцепителя мгновенно не произойдёт. Для гарантированного срабатывания ток должен достигнуть 160 А. Тепловой расцепитель в «холодном» состоянии, сможет разорвать электрическую цепь, за гораздо большее время — несколько секунд.
Понятно, что процессы, которые происходят во время короткого замыкания, очень быстротечны. Поэтому даже за такое, казалось бы, небольшое время, может возникнуть пожар. Вывод: такая защита неэффективна!
Требования
Поэтому в нормативно-технической документации регламентируется время срабатывания, а не ток, при котором должен сработать защитный аппарат.
Например, при напряжении 230 В для групповых цепей, автомат должен сработать за 0,4 секунды.
Периодичность
Проверка сопротивления петли фаза-ноль — это обязательная процедура для обеспечения безопасности электроустановок. Её периодичность регулируется нормативными документами, такими как ПТЭЭП (Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей) и ПУЭ (Правила устройства электроустановок).
Для большинства электроустановок (жилые дома, офисы, магазины) проводить проверку нужно 1 раз в 3 года (согласно п. 3.6.2 ПТЭЭП). Для электроустановок, находящихся в опасных условиях, например, производственные здания, склады, помещения с высокой влажностью, запылённостью, срок проверки должен быть чаще из-за повышенного риска коррозии или повреждения проводки, 1 раз в 1–2 года.
Если в помещениях есть мощное оборудование, например, станки, серверы, проверки проводят чаще. Разумеется, что проверку нужно проводить после ремонта электропроводки или при вводе в эксплуатацию, при выявлении неисправностей, например, автомат не срабатывает при КЗ, греются розетки, мигает свет, а также после аварийных ситуаций (пожар, затопление, механические повреждения проводки).
Чем проверять?
Можно, конечно, использовать вольтметр, амперметр и набор резисторов, а затем производить расчёты. Однако есть способ проще: специальные приборы для измерения петли «фаза-ноль», например, MZC-300 или ИФН-300.
Вся проверка сопротивления сводится к простым действиям: включить прибор и вставить щупы в розетку. Все замеры и расчёты прибор сделает сам, а полученные данные могут храниться в памяти, что удобно при проведении периодических проверок для сравнения результатов.
Нужно отметить, что проводить проверку, должны аккредитованные электролаборатории или квалифицированные электрики с допуском к работам. Регулярная проверка позволит определить, нужна ли ревизия контактов или замена старых автоматов.
Разумеется, что контроль не должен ограничиваться только розетками. Нет, контролировать нужно и распределительный щиток, и вводно-распределительное устройство, там, где проходит граница балансовой принадлежности, указанная в договоре электроснабжения.
В свою очередь, энергоснабжающая организация также должна проводить контроль петли на своём оборудовании. Понятно, что потребитель самостоятельно проводить любые работы на оборудовании энергоснабжающей организации не должен, так как не имеет права. Если есть вопросы по электроснабжению, то лучший способ их решить – это обратиться в данную организацию.
Заключение
За несоблюдение периодичности проверки для предприятий предусмотрены штрафные санкции. Однако для частных лиц несоблюдение сроков проверки грозит тем, что автомат может не отключиться при КЗ. Эта ситуация крайне опасна: может перегреться и расплавится изоляция в электропроводке, что может вызвать пожар. Также при перегрузке может выйти из строя оборудование.
Автор статьи — Илья Корчагин.