Знаете ли вы, что даже у новой и исправной проводки и электроприборов есть какая-то утечка? Эта утечка может приводить к ложным срабатываниям ВДТ и АВДТ. Чаще всего такое случается, если проложена длинная линия от аппарата защиты до нагрузки или когда подключены мощные потребители.
Подробнее о том, как подобрать УДТ по номинальному отключающему дифференциальному току, вы узнаете из этой статьи!
Утечка есть всегда
Чтобы разобраться в значениях понятий тока утечки, замыкания на землю и дифференциального тока, нужно обратиться к пунктам 3.1.1, 3.1.2 и 3.2.4 ГОСТ IEK 61009-1-2020
3.1.1 ток замыкания на землю (earth fault current): Ток, протекающий в землю при повреждении изоляции.
3.1.2 ток утечки на землю (earth leakage current): Ток, который протекает от токоведущих частей электроустановки в землю в отсутствие повреждения изоляции.
3.2.3 дифференциальный ток IΔ [residual current (IΔ)]: Действующее значение векторной суммы значений токов, протекающих в главной цепи АВДТ.
В пункте 3.1.2 чётко сказано: «в отсутствие повреждения изоляции», то есть в исправной цепи есть ток утечки. Но откуда он берётся? Есть 3 основных причины появления тока утечки:
1. Сопротивление изоляции. Несмотря на то что изоляцию кабелей делают из диэлектрических материалов, сопротивление у неё всё равно не бесконечно. Сопротивление изоляции должно соответствовать напряжению цепи, в которой используется изделие. У кабелей с номинальным напряжением до 1 кВ оно должно быть не меньше 0,5 МОм, у нового и сухого кабеля оно обычно больше (единицы-десятки мегаом). Поэтому через неё может протекать ток, хоть и небольшой. Всё это относится не только к кабелям, но и к электродвигателям, нагревателям и другим электроприборам.
2. Ёмкость. Идеальный кабель проводит ток только по токопроводящим жилам, сопротивление изоляции у него бесконечно и нет паразитных параметров. На практике у реального кабеля есть распределённая по длине ёмкость, как у конденсаторов, и индуктивность, но она сейчас нас не сильно интересует. Ёмкость у одного метра кабеля примерно 150-400 пФ. В отличие от постоянного, переменный ток может протекать через конденсаторы, и чем больше ёмкость, тем больше сила тока. Но существенное влияние она вносит на длинной линии (сотни метров–километры).
3. Фильтры ЭМП в бытовой технике. В большинстве электроприборов используют импульсные источники питания, у которых на входе установлены фильтры электромагнитных помех. В их состав входят конденсаторы, резисторы и дроссель. Но из-за особенностей схемы пара конденсаторов средней точкой подключается к защитному проводнику. По пути «фаза — конденсатор C2 — защитный проводник» протекает ток. Таким образом, по фазному проводнику проходит больший ток, чем по нейтральному проводнику, поэтому в цепи появляется дифференциальный ток.
Перечисленные причины приводят к тому, что в исправной, даже новой электросети неизменно будет какой-то ток утечки. Его величина зависит от длины линии, количества и устройства подключённых приборов. Кстати, этот ток во многих источниках называют «естественным током утечки сети». При эксплуатации проводки со временем утечка может увеличиваться, что связано со старением изоляции и ухудшением её свойств.
Ложные срабатывания устройств дифференциального тока связаны с неправильным выбором номинального отключающего дифференциального тока для конкретной цепи и нагрузки. Чтобы не было ложных срабатываний при выборе, нужно учитывать естественный ток утечки сети.
Как избежать ложных срабатываний
Напомню, что у ВДТ и АВДТ есть два основных параметра:
- Номинальный ток (In) — это ток, который устройство может проводить в непрерывном режиме (п. 5.2.2, ГОСТ IEC 61009-1-2020 и 61008-1-2020).
- Номинальный отключающий дифференциальный ток (IΔn) — это значение отключающего дифференциального тока, при котором АВДТ должен срабатывать в заданных условиях, (п. 5.2.3 и 3.2.4 ГОСТ IEC 61009-1-2020 и 61008-1-2020). Иногда его называют «током срабатывания».
Требования к выбору УДТ по току срабатывания с учётом тока утечки сети приведены в СП 256.1325800.2016 в п. А.1.2 или в п 7.1.83 ПУЭ: «Суммарное значение тока утечки сети с учётом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников в нормальном режиме работы не должно превосходить 1/3 номинального отключающего дифференциального тока УДТ. При отсутствии данных о токе утечки электроприемников его следует принимать из расчёта 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки сети — из расчёта 10 мкА на 1 м длины фазного проводника.»
Однако при расчётах по этой формуле, может, получиться так, что вы должны поставить ВДТ с током срабатывания 100, а то и 300 мА. Например, есть электроплита мощностью 6 кВт, питающаяся от 230В, длина кабеля от щита до плиты 30 метров. Посчитаем утечку:
Ток нагрузки: I=P/U=6000/230=26,1 А.
Утечка через нагрузку: Iун= 0,4 × 26,1 = 10,4 мА.
Утечка по кабелю: Iук = 10 × 30 = 300 мкА = 0,3 мА.
Суммарный ток утечки: Iу = 10,4 + 0,3 =10,7 мА.
Минимальный ток срабатывания IΔn УДТ: IΔn = 10,7 × 3 = 32,1 мА.
То есть по расчётам УДТ с номинальным отключающим дифференциальным током 30 мА может срабатывать, поэтому нужно использовать ближайшее, а это уже 100 мА. Если по какой-то причине повредится PE-проводник, такое УДТ в случае неисправности плиты не сможет защитить человека от поражения электрическим током, что очень нежелательно. Как избежать такой ситуации? Если есть 3 фазы и позволяет схема подключения плиты, то перейти с однофазного на трёхфазное питание.
Но обратите внимание, в определение сказано, что проводить такие расчёты нужно «при отсутствии данных о токе утечки сети». Это значит, что можно замерить реальные токи утечки после монтажа проводки, но часто электрощит проектируется и закупается оборудование для него ещё до монтажа.
Где взять данные о токах утечки
Общие требования к максимальным значениям токов утечки для приборов разных классов защиты от поражения электрическим током приведены в пункте 13.2 ГОСТ IEC 60335-1-2015.
Но так как приборы бывают разных видов и назначений, нельзя сделать единые нормы для всех. В этом документе приводятся общие требования, если не оговорена другая информация в профильных документах. Поэтому был разработан целый комплекс ГОСТ IEC 60335 практически под каждую группу приборов: для электроплит, водонагревателей, обогревателей и прочего. В разных стандартах комплекса, обычно в пункте 13.2, указываются свои максимальные величины токов утечки для приборов каждого класса.
Кроме этих ГОСТов, есть ещё технический отчёт IEC TR 62350-2006, который не переведён на русский язык и, судя по всему, не имеет силы на территории РФ. Тем не менее я считаю, что его можно использовать как ориентир. Для удобства я свёл требования документов к распространённым электроприборам в одну таблицу.
Воспользуемся таблицей и повторим расчёты тока срабатывания УДТ для нашей электроплиты:
Ток утечки нагрузки (1 мА/кВт): Iун = 6 мА.
Ток утечки кабельной линии (10 мкА/м): Iут = 10 × 30 = 300 мкА = 0,3 мА.
Общий ток утечки сети: Iу = 6 + 0,3 = 6,3 мА.
Минимальный ток срабатывания IΔn УДТ: IΔn = 6,3 × 3 = 18,9 мА.
Ток срабатывания УДТ должен быть больше, чем 18,9 мА, значит берём ближайший в большую сторону — 30 мА. Напомню, что в прошлом расчёте мы выбрали 100 мА, я считаю, существенная разница в результатах расчётов.
Подведём итоги
Чтобы не было ложных срабатываний, при выборе номинального отключающего дифференциального тока ВДТ или АВДТ нужно помнить, чтобы он был как минимум в 3 раза больше тока утечки сети. Такой запас связан с тем, что по ГОСТу все УДТ могут срабатывать при значениях дифференциального тока больше половины номинального, а при дифференциальном токе, превышающем номинальный срабатывание уже гарантировано.
Расчёт тока утечки по мощности нагрузки, согласно п. А.1.2. СП 256.1325800.2016 может дать «завышенные» результаты, поэтому так считают, если данные неизвестны. Когда известно какая нагрузка, будет питаться от линии, нужно использовать данные, изложенные в стандартах комплекса ГОСТ IEC 60335. Токи утечки кабеля нужно считать по описанному методу или замерять по окончании монтажа.
Алексей Бартош специально для ЭТМ.