Рассмотрим действие устройств дифференциального тока, которые должны срабатывать при замыканиях на землю (см. п. 5.3.6.1 ГОСТ Р 58698–2019 (МЭК 61140:2016)). Таким образом обеспечивается своевременное автоматическое отключение электропитания и исключается появление опасного потенциала на заземлённых открытых проводящих частях оборудования.
Фактически поражение электрическим током людей и животных исключается при косвенном контакте с доступными проводящими частями за счёт того, что защита срабатывает заранее, до момента возможного опасного контакта.
Важно, что при непосредственном контакте человека с частями под напряжением действие устройств дифференциального тока с номинальным отключающим дифференциальным током, не превышающем 30 мА, рассматривается только в числе прочих дополнительны мер предосторожности когда:
a) основную защиту обеспечивают посредством основной изоляция, защитного ограждения или оболочки;
b) защиту при повреждении обеспечивают посредством защитного уравнивания потенциалов и указанного выше своевременного автоматического отключения электропитания (см. п. 5.5.1, п. 6.10.1 ГОСТ Р 58698–2019 (МЭК 61140:2016)).
Что такое резервная защита?
В числе серийно выпускаемых устройств дифференциального тока (УДТ) применяют: ВДТ - автоматические выключатели, управляемые дифференциальным током, без встроенной защиты от сверхтоков по п. 3.3.2 ГОСТ IEC61008-1-2020, а также АВДТ - автоматические выключатели, управляемые дифференциальным током, со встроенной защитой от сверхтока по п. 3.37 ГОСТ IEC 61009-1-2020.
Резервная защита цепей электропитания предполагает такую координацию последовательно соединённых устройств, при которой одно устройство обеспечивает защиту в случае отказа другого.
Близкое по смыслу определение резервной защиты дано, например, в п. 3.5.14.3 ГОСТ IEC 60898-1—2020.
Резервная защита применяется при двух- и многоступенчатой схемах последовательного соединения устройств дифференциального тока (см. п. 10.13 СП 256.1325800.2016 c изм. 1-9).
Согласно п. 535.3 ГОСТ Р 50571.5.53–2013 для защитных устройств, управляемых дифференциальным током, которые соответствуют требованиям IEC 61008-1 и IEK 61009, расчетный дифференциальный ток срабатывания для устройства, расположенного на стороне источника электропитания должен быть, по крайней мере, в три раза больше, чем для устройства, расположенного на стороне нагрузки.
Теоретические основы по работе селективных УДТ рассмотрены в статье:
Стандартные значения номинального отключающего дифференциального тока чаще всего выбирают из ограниченного ряда: 0,01; 0,03; 0,1; 0,3 А для ВТД по 5.3.3 ГОСТ IEC 61008-1-2020 и для АВДТ по п. 5.3.3 ГОСТ IEC 61009-1-2020.
Далее будет более удобно указывать эти значения в миллиамперах: 10, 30, 100, 300 мА. Соответственно выбор последовательного соединения основного и резервного устройств получается небольшим: для 10 мА – 30, 100, 300 мА, для 30 мА – 100, 300 мА, для 100 мА – 300 мА.
Как работает защита? Ставим эксперимент
Чтобы провести оценку эффективности устройств дифференциального тока наравне с возможными короткими (металлическими) замыканиями на землю следует рассматривать замыкания через токопроводящую среду с большим электрическим сопротивлением. Заметим, что в случае металлического замыкания принципиальных технических ограничений нет. Напротив, ограничение тока замыкания может стать причиной отказа резервной защиты.
В связи с этим предлагается учитывать часто встречающиеся неисправности электрооборудования, которые связаны с пробоем ТЭНов водонагревателей, стиральных и посудомоечных машин, чайников и кофеварок, а также с нарушениями правил эксплуатации, например, с затоплением и заливом электрощитов, электроприборов, распределительных коробок, электропроводок и разъёмных соединений.
Рассмотрим простое измерение омметром постоянного тока (фотография на рис. 1). Индикатор прибора показывает, что сопротивление водопроводной воды между медными электродами, погруженными на 3 мм, составляет 40,5 кОм. При напряжении 230 В и при таком большом сопротивлении токопроводящей среды можно рассчитать, что ток замыкания на землю составит:
230 В / 40,5 кОм = 5,7 мА
Полученное значение не гарантирует срабатывание устройства дифференциального тока даже с минимальным стандартным параметром из представленного ряда - 10 мА.
Рис. 1. Измерение сопротивления цепи с электродами, погруженными в воду
Следующим опытом покажем результаты прямого измерения переменного тока замыкания для той же пары медных электродов, погруженных в водопроводную воду на 3 мм (на рис. 2). По фотографиям видно, что ток за несколько секунд превысил значение 100 мА.
Рис. 2. Результаты измерения переменного тока замыкания через воду при напряжении 230 В с перерывами между измерениями 3…5 сек.
Существенное отличие результатов для постоянного и переменного тока хорошо известно и связано с процессами на границе раздела фаз. При постоянном токе сопротивление со временем заметно увеличивается (в нашем примере от нескольких кОм до десятков кОм). При переменном токе сопротивление резко уменьшается. Следовательно, возможность применения резервной защиты можно оценить только прямыми измерениями переменного тока.
Аналогичный вывод можно сделать относительно оценки опасности поражения электрическим током, поскольку измерение омметром постоянного тока показывает многократно завышенное сопротивление тела человека.
Предварительный итог заключается в том, что выбор стандартного значения параметра - 100 мА позволит использовать устройство дифференциального тока для резервной защиты.
Практика также подтверждает то, что при повреждении электрооборудования и замыкании на землю через водопроводную воду выполняется своевременное автоматическое отключение электропитания, если выбираются стандартные значения номинального отключающего дифференциального тока 10, 30 и 100 мА.
Продолжение исследования будет представлено в следующей публикации.
к. т. н., с. н. с. Мельников В. С.
Внимание!
Заметка подготовлена для социальных сетей. Разрешается свободное (неограниченное) использование, перепечатка, размещение, публикация заметки и её частей в интернете при условии указания автора и ссылки на первоисточник:
Мельников В. С. «Эффективность устройств дифференциального тока для резервной защиты», ID - Vladimir Melnikov, https://dzen.ru/a/aj31FIrBkyT5kMFI?share_to=link
Уважаемые читатели, если вас интересуют ответы автора, задавайте вопросы под текстом публикации по приведённой ссылке канала Дзен (ID - Vladimir Melnikov).
Статьи в тему:
-----------------------------------
Буду благодарен за доброжелательный обмен мнениями в комментариях.
Подписывайтесь на Дзен СамЭлектрик.ру и заходите в гости во ВКонтакте и Телеграм. Там тоже интересно)
Внимание! Автор делится своим мнением и не гарантирует, что всё написанное на этой странице - истина. За ваши действия и за вашу безопасность ответственны только вы!