2020-10-12
349
Стандартом ГОСТ Р 51326.1-99 для УЗО установлено минимально допустимое значение Inc, равное 3 кА.
К сожалению, наши потребители не всегда обращают должное внимание на этот показатель. Пользуясь этим, недобросовестные коммерсанты поставляют на российский рынок дешевые, часто морально устаревшие модели устройств с низким Inc — 3000 А и даже 1500 А. Следствием применения таких некачественных приборов являются многочисленные возгорания и выход из строя электрооборудования. Следует заметить, что в европейских странах не допускаются к эксплуатации УЗО с Inc, меньшим, чем 6 кА. У качественных УЗО этот показатель равен 10 кА и даже 15 кА.
На лицевой панели устройств данный показатель указывается либо символом: например, Inc = 10 000 А, либо соответствующими цифрами в прямоугольнике 
.
Коммутационная способность УЗО — Im, согласно требованиям норм, должна быть не менее десятикратного значения номинального тока или 500 А (берется большее значение).
Значение этого параметра конкретного устройства определяется конструкцией отключающего механизма, качеством контактов.
|
|
|
Качественные устройства имеют, как правило, гораздо более высокую коммутационную способность — 1000, 1500 А. Это значит, что такие устройства надежнее, и в аварийных режимах, например, при коротком замыкании на землю, УЗО, опережая автоматический выключатель, гарантированно произведет отключение.
В настоящее время действуют три стандарта — ГОСТ Р 50807-95, ГОСТ Р 51326.1-99 (УЗО без встроенной защиты от сверхтоков) и ГОСТ Р 51327.1-99 (УЗО со встроенной защитой от сверхтоков), определяющих параметры УЗО.
Далее рассмотрены основные параметры УЗО, приведены определения этих параметров в соответствии с указанными стандартами, наиболее важные параметры рассмотрены более детально. УЗО со встроенной защитой от сверхтоков имеют лишь несколько дополнительных характеристик. Далее по тексту «УЗО» будут называться устройства без встроенной защиты от сверхтоков, а термины и определения, касающиеся УЗО со встроенной защитой от сверхтоков будут указываться специально.
5.2. НОМИНАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ Un
Номинальное напряжение УЗО есть значение напряжения, установленное изготовителем для заданных условий эксплуатации, при котором обеспечивается его работоспособность.
Допустимо применение четырехполюсных УЗО в режиме двухполюсных, т.е. в однофазной сети, при условии, что изготовитель обеспечивает нормальное функционирование цепи эксплуатационного контроля (кнопки «Тест») при этом напряжении.
Нормами установлен также диапазон напряжений, в котором УЗО должно сохранять работоспособность, что имеет принципиальное значение для УЗО, функционально зависимых от напряжения питания.
|
|
|
Функционально независимые от напряжения питания (электромеханические) устройства сохраняют работоспособность при любых значениях напряжения и даже при отсутствии напряжения, например, при обрыве нулевого проводника.
5.3. НОМИНАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ Ui
Номинальное напряжение изоляции Ui есть установленное изготовителем значение напряжения, при котором определяется испытательное напряжение при испытании изоляции и расстояния утечки УЗО.
При отсутствии других указаний, значение номинального напряжения изоляции – это максимальное значение номинального напряжения УЗО. Значение максимального номинального напряжения УЗО не должно превышать значения номинального напряжения изоляции.
5.4. НОМИНАЛЬНЫЙ ТОК In
Номинальный ток In — указанный изготовителем ток, который УЗО может проводить в продолжительном режиме работы при установленной контрольной температуре окружающего воздуха.
Для УЗО со встроенной защитой от сверхтока номинальный ток In — это еще и номинальный ток автоматического выключателя в составе УЗО, значение которого используется для определения расчетным путем или по диаграммам времени отключения при сверхтоках.
Продолжительный режим работы означает непрерывную эксплуатацию устройства в течение длительного периода времени, исчисляемого по крайней мере, годами.
В качестве стандартной контрольной температуры окружающего воздуха принято значение 30°С.
Номинальный ток In УЗО выбирается из ряда: 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100, 125 А. Для УЗО со встроенной защитой от сверхтока дополнительно введены значения 6 и 8 А.
Для УЗО значение этого тока определяется, как правило, сечением проводников в самом устройстве и конструкцией силовых контактов.
Поскольку УЗО должно быть защищено последовательным защитным устройством (ПЗУ), номинальный ток УЗО должен быть скоординирован с номинальным током ПЗУ. Для УЗО со встроенной защитой от сверхтоков ПЗУ не требуется.
Номинальный ток УЗО рекомендуется выбирать равным или на ступень большим номинального тока последовательного защитного устройства.
В зарубежных нормативных документах (например, в австрийских ЦVE EN1, Т1, §12.12) имеется требование повышения на ступень номинального тока УЗО относительно номинального тока по- следовательного защитного устройства.
Это означает, что, например, в цепь, защищаемую автоматическим выключателем с номинальным током 25 А, определяемым по методике, описанной в гл. 7, должно быть установлено УЗО с номинальным током 40 (32) А (табл. 5.1).
Таблица 5.1
| Устройство | Номинальный ток нагрузки In | ||||||
| ПЗУ | 10 | 16 | 25 | 40 | 63 | 80 | 100 |
| УЗО | 16 | 25 | 40 | 63 | 80 | 100 | 125 |
Целесообразность такого требования можно объяснить простым примером.
Если УЗО и автоматический выключатель имеют равные номинальные токи, то при протекании рабочего тока, превышающего номинальный, например, на 45%, т.е. тока перегрузки, этот ток будет отключен автоматическим выключателем за период времени длительностью до одного часа. Это означает, что в течение этого времени УЗО будет перегружено. Очевидно, что этот недостаток органически присущ УЗО со встроенной защитой от сверхтоков, имеющих один общий (и для УЗО и для встроенного автоматического выключателя) параметр — номинальный ток нагрузки.
5.5. НОМИНАЛЬНАЯ ЧАСТОТА fn
Номинальная частота fn — промышленная частота, на которую рассчитано УЗО и которой соответствуют значения других характеристик.
Существуют специальные УЗО, рассчитанные на определенный диапазон частот — например, 16-60 Гц, 150-400 Гц.
5.6. НОМИНАЛЬНЫЙ ОТКЛЮЧАЮЩИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ТОК In
Номинальный отключающий дифференциальный ток In есть значение отключающего дифференциального тока, указанное изготовителем, при котором УЗО должно срабатывать при заданных условиях. В отечественной электротехнической практике и, в частности, в релейной защите многие годы применяется термин «уставка». Применительно к УЗО номинальный отключающий дифференциальный ток и есть уставка.
|
|
|
Номинальный отключающий дифференциальный ток (уставка) УЗО выбирается из следующего ряда: 6, 10, 30, 100, 300, 500 мА.
На практике уставку УЗО для каждого конкретного случая применения выбирают с учетом следующих факторов:
- значения существующего в данной электроустановке суммарного (с учетом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников) тока утечки на землю — так называемого «фонового тока утечки»;
- значения допустимого тока через человека на основе критериев электробезопасности;
- реального значения отключающего дифференциального тока УЗО, которое в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50807-94 находится в диапазоне 0,5 In — In.
Согласно требованиям ПУЭ (7-е изд., п. 7.1.83) номинальный дифференциальный отключающий ток УЗО (уставка) должен не менее чем в три раза превышать суммарный ток утечки защищаемой цепи электроустановки — I.
In 3 I
Суммарный ток утечки электроустановки замеряется специальными приборами (раздел 9), либо определяется расчетным путем.
При отсутствии фактических (замеренных) значений тока утечки в электроустановке ПУЭ (п. 7.1.83) предписывают принимать ток утечки электроприемников из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки цепи из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника.
Рекомендуемые значения номинального отключающего дифференциального тока In (уставки) УЗО для диапазона номинальных токов 16 — 100 А приведены в табл. 5.2.
В некоторых случаях, для определенных потребителей значение уставки задается нормативными документами.
Таблица 5.2
| Номинальный ток в зоне защиты, А | 16 | 25 | 40 | 63 | 80-100 |
| In при работе в зоне защиты одиночного потребителя, мА | 10 | 30 | 30 | 30 | 100 |
| In при работе в зоне защиты группы потребителей, мА | 30 | 30 | 30 (100) | 100 | 300 |
| In УЗО противопожарного назначения на ВРУ (ВРЩ), мА | 300 | 300 | 300 | 300 | 500 |
|
|
|
Таблица 5.3
| Раздел VDE | Применение | Уставка In, |
| 0100 - 559 | Светильники, осветительные установки | 30 мА |
| 0100 - 701 | Ванные и душевые | 30 мА |
| 0100 - 702 | Крытые и открытые бассейны | 30 мА |
| 0100 - 704 | Строительные площадки | |
| Розеточные цепи (однофазные) до 16 А | 30 мА | |
| Прочие розеточные цепи | 500 мА | |
| 0100 - 705 | Сельскохозяйственные электроустановки | |
| общие цепи | 500 мА | |
| розеточные цепи | 30 мА | |
| 0100 - 706 | Помещения с электропроводящими стенами и ограниченными возможностями перемещения | 30 мА |
| 0100 - 708 | Пункты питания для мобильных фургонов | 30 мА |
| 0100 - 720 | Пожароопасные производственные помещения | 500 мА |
| 0100 - 721 | Передвижные жилые фургоны, катера и яхты, системы электропитания кемпинговых площадок | 30 мА |
| 0100 - 722 | Летающие объекты, автомобили, жилые вагончики (Rз 30 Ом) | 500 мА |
| 0100 - 723 | Учебные помещения с лабораторными стендами | 30 мА |
| 0100 - 728 | Системы резервированного питания (Rз 100 Ом) | 500 мА |
| 0100 - 737 | Сырые и влажные помещенияОткрытые установки: розеточные цепи до 32 А | 30 мА |
| 0100 - 738 | Фонтаны | 30 мА |
| 0100 - 470 | Розеточные цепи в открытых электроустановках | 30 мА |
| 0107 | Медицинские помещения | |
| при In 63 А | In 30 мА | |
| при In > 63 А | In 300 мА | |
| 0118 - 1 | Подземные сооружения | 500 мА |
| 0544 ч. 100 | Электросварочные установки, оборудование дуговой сварки | 30 мА |
| 0544 - 1 | Установки точечной сварки | свободный выбор |
| 0660 - 501 | Распределительные щиты на стройплощадках | 500 мА |
| 0832 | Устройства регулирования уличного движения, светофоры (In 25 А) | 500 мА |
В ГОСТ Р 50669-94 применительно к зданиям из металла или с металлическим каркасом задается значение уставки УЗО не выше 30 мА.
«Временные указания» предписывают:
- для сантехнических кабин, ванных и душевых устанавливать УЗО с током срабатывания 10 мА, если на них выделена отдельная линия;
- в остальных случаях, (например, при использовании одной линии для сантехнической кабины, кухни и коридора) допускается использовать УЗО с уставкой 30 мА (п. 4.15);
- в индивидуальных жилых домах для групповых цепей, питающих штепсельные розетки внутри дома, включая подвалы, встроенные и пристроенные гаражи, а также в групповых сетях, питающих ванные комнаты, душевые и сауны УЗО с уставкой 30 мА;
- для устанавливаемых снаружи штепсельных розеток УЗО с уставкой 30 мА (п. 6.5).
В ПУЭ (7-е изд. п. 7.1.84) рекомендуется для повышения уровня защиты от возгорания при замыканиях на заземленные части на вводе в квартиру, индивидуальный дом и тому подобное установка УЗО с током срабатывания до 300 мА.
Штепсельные розетки строительных площадок должны быть предохранены путем применения УЗО с током срабатывания не более 30 мА (п.704.471 ГОСТ Р 50571.23-2000).
Для защиты от пожаров электрическая цепь должна быть предохранена УЗО с номинальным отключающим дифференциальным током не превышающим 0,5 А (п. 482.2.10 ГОСТ Р 50571.17-2000).
В качестве примера в табл. 5.3 приведены предписываемые немецкими электротехническими нормами VDE значения уставок по току утечки для различных объектов.
Как указывалось в разделе 4.3 данного издания, УЗО типа «АС» реагирует на переменный синусоидальный дифференциальный ток, а типа «А» — на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный дифференциальный ток.
Поскольку действующее значение пульсирующего выпрямленного переменного тока отличается от действующего значения переменного тока той же амплитуды, значение отключающего дифференциального тока у УЗО типа «А» также отличается от аналогичного параметра УЗО типа «АС».
В ГОСТ Р 51326.1-99 (табл.17) приведены диапазоны тока расцепления УЗО типа «А» в зависимости от формы сигнала (угла задержки) дифференциального тока — таблица 5.4.
Таблица 5.4
| Угол задержки тока, | Ток расцепления | |
| Нижний предел | Верхний предел | |
| 0° | 0,35 In | 1,4 In (при In > 0,01 А) |
| 90° | 0,25 In | |
| 135° | 0,11 In | |
УЗО типа «А» проверяют на правильность работы при равномерном нарастании дифференциального пульсирующего постоянного тока от нуля до значения 2 In (для УЗО с In 10 мА) или до 1,4 In (для УЗО с In > 10 мА) за 30 секунд.
Аналогично проверяют УЗО типа «А» на правильность работы при наложении гладкого постоянного тока 0,006 А. Наложенный гладкий постоянный ток 6 мА не должен оказывать влияния на значение отключающего дифференциального тока.
Таким образом, отключающий дифференциальный ток УЗО типа «А» при протекании пульсирующих дифференциальных токов, может иметь значения от 0,11 In до 2 In.
5.7. НОМИНАЛЬНЫЙ НЕОТКЛЮЧАЮЩИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ТОК Inо
Номинальный неотключающий дифференциальный ток Ino есть значение неотключающего дифференциального тока, указанное изготовителем, при котором УЗО не срабатывает при заданных условиях.
Выше уже указывалось, что номинальный неотключающий синусоидальный дифференциальный ток УЗО равен половине значения тока уставки:
In0 = 0,5 Inn.
Это означает, что значение отключающего синусоидального тока находится в интервале между номинальным отключающим дифференциальным током и номинальным неотключающим дифференциальным током. Если через УЗО протекает дифференциальный ток, меньший номинального неотключающего дифференциального тока, УЗО не должно срабатывать.
Значение синусоидального дифференциального тока, при котором УЗО автоматически срабатывает, должно находиться в диапазоне от In0 до In — диапазоне срабатывания.
Для УЗО типа «А» при пульсирующем постоянном дифференциальном токе диапазон срабатывания зависит от угла задержки тока (табл.5.4).
Из таблицы следует, что диапазон срабатывания для УЗО типа «А» при пульсирующем постоянном дифференциальном токе значительно шире, чем при синусоидальном дифференциальном токе. Его нижний предел равен 0,11 In, а верхний предел превышает номинальный отключающий дифференциальный ток и может быть равен 1,4 In или 2 In (в зависимости от IDn УЗО).
Таким образом, для УЗО типа «А» номинальный неотключающий синусоидальный дифференциальный ток равен 0,5 In, а минимальный (при угле задержки 135°) неотключающий пульсирующий постоянный дифференциальный ток равен 0,11 In.
При проектировании электроустановок и выборе уставок УЗО необходимо учитывать существующие «фоновые» токи и указанную особенность УЗО типа «А».
5.8. НОМИНАЛЬНОЕ ВРЕМЯ ОТКЛЮЧЕНИЯ Tn
Стандарты ГОСТ Р 51326.1-99 и ГОСТ Р 51327.1-99 устанавливают два временных параметра УЗО – время отключения и предельное время неотключения (для УЗО типа «S»).
Время отключения УЗО есть промежуток времени между моментом внезапного появления отключающего дифференциального тока и моментом гашения дуги на всех полюсах УЗО.
Предельное время неотключения (несрабатывания) для УЗО типа «S» есть максимальный промежуток времени с момента возникновения в главной цепи УЗО отключающего дифференциального тока до момента трогания размыкающих контактов.
Предельное время неотключения является выдержкой времени, позволяющей достичь селективности действия УЗО при работе в многоуровневых системах защиты (см. раздел 8.5.).
Временные характеристики УЗО приведены в табл. 5.5.
Таблица 5.5
| Тип УЗО | In,А | In, А | Стандартные значения времени отключения и неотключения, с, при дифференциальном токе |
| |||
| In | 2In | 5In | 500 А | ||||
| Общий | Любое значение | 0,3 | 0,15 | 0,04 | 0,04 | Максимальное время отключения | |
| S | 25 | >0,03 | 0,5 | 0,2 | 0,15 | 0,15 | |
| 0,13 | 0,06 | 0,05 | 0,04 | Минимальное время неотключения | |||
Из табл. 5.5 следует, что предельно допустимое время отключения УЗО — 0,3 с (0,5 с для УЗО типа «S»).
В действительности, современные качественные электромеханические УЗО имеют быстродействие 20-30 мс.
Это означает, что УЗО «быстрый» выключатель, поэтому на практике возможны ситуации, когда УЗО срабатывает раньше аппарата защиты от сверхтоков и отключает как токи нагрузки, так и сверхтоки.
5.9. ПРЕДЕЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ СВЕРХТОКА НЕОТКЛЮЧЕНИЯ Inm
При протекании сверхтока через главную цепь УЗО возможно его срабатывание даже при отсутствии в его главной цепи дифференциального тока — происходит так называемое «ложное» отключение УЗО.
Причиной ошибочного срабатывания УЗО является появление во вторичной обмотке дифференциального трансформатора тока небаланса, превышающего порог чувствительности расцепителя УЗО.
Стандарт ГОСТ Р 51326.1-99 устанавливает предельное значение сверхтока, протекающего через главную цепь УЗО, не вызывающего его автоматического срабатывания при условии отсутствия в главной цепи УЗО дифференциального тока.
Это значение равно 6 In как для случая многофазной равномерной нагрузки многополюсного УЗО, так и для случая однофазной нагрузки трех- и четырехполюсного УЗО.
Параметр «предельное значение сверхтока неотключения» характеризует способность УЗО не реагировать на симметричные токи короткого замыкания и перегрузки (до определенного значения) и является важным показателем качества устройства.
Неправильно считать, что при достижении током замыкания значения, равного «предельному значению сверхтока неотключения» УЗО должно производить отключение цепи.
Нормы определяют минимальное значение неотключающего тока, максимальное значение неотключающего сверхтока не нормируется и может намного превышать 6 In.
Для УЗО с защитой от сверхтоков данный параметр имеет другой смысл, поскольку сверхток отключается встроенным в УЗО автоматическим выключателем. В ГОСТ Р 51327.1-99 включены требования по проверке предельного тока несрабатывания в случае короткого замыкания. Методика испытаний предусматривает проверку предельного значения сверхтока в случае однофазной нагрузки четырехполюсного УЗО. Для этого в главной цепи УЗО устанавливают ток, равный 0,8 от значения нижнего предела соответствующих характеристик мгновенного расцепления (типов В — 2,4 In, С — 4 In и D — 8 In). УЗО не должно отключиться в течение 1 секунды.
5.10. НОМИНАЛЬНАЯ ВКЛЮЧАЮЩАЯ И ОТКЛЮЧАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ (КОММУТАЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ) Im
Номинальная включающая и отключающая способность является одной из важнейших характеристик УЗО, определяющей его качество и надежность. Согласно ГОСТ Р 51326.1-99 номинальная наибольшая включающая и отключающая способность — это среднеквадратичное значение переменной составляющей ожидаемого тока, указанное изготовителем, которое УЗО способно включать, проводить и отключать при заданных условиях (при наличии в главной цепи УЗО отключающего дифференциального тока).
Согласно требованиям стандарта Im должен быть не менее 10 In или 500 А (берется большее значение).
Коммутационная способность зависит от уровня технического исполнения устройства — качества силовых контактов, мощности пружинного привода, материала (пластмассовых или металлических деталей), точности исполнения механизма привода, наличия дугогасящей камеры и др. Этот параметр в значительной степени определяет надежность УЗО.
В некоторых аварийных режимах УЗО должно осуществлять отключение сверхтоков, опережая автоматический выключатель, при этом оно должно сохранить свою работоспособность.
5.11. НОМИНАЛЬНАЯ ВКЛЮЧАЮЩАЯ И ОТКЛЮЧАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОМУ ТОКУ Im
Согласно ГОСТ Р 51326.1-99 номинальная наибольшая дифференциальная включающая и отключающая способность Im — это среднеквадратичное значение переменной составляющей ожидаемого дифференциального тока, указанное изготовителем, которое УЗО способно включать, проводить и отключать при заданных условиях. Минимальное значение номинальной наибольшей дифференциальной включающей и отключающей способности Im есть 10 In или 500 А (выбирают большее значение).
5.12. НОМИНАЛЬНЫЙ УСЛОВНЫЙ ТОК КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ Inc
Номинальный условный ток короткого замыкания — важнейший параметр УЗО, характеризующий, прежде всего, качество изделия.
Указанное заводом-изготовителем значение этого параметра проверяется при сертификационных испытаниях устройства. Значения номинального условного тока короткого замыкания стандартизованы и равны: 3000, 4500, 6000 и 10000 А.
Смысл испытания заключается в определении термической и электродинамической стойкости изделия при протекании сверхтоков.
При испытании на специальном стенде создается цепь из мощного источника и нагрузки, обеспечивающая протекание через УЗО заданного сверхтока в течение очень краткого времени – до момента срабатывания защитного устройства (плавких вставок в виде серебряных проводников калиброванного сечения или просто калиброванных предохранителей).
Испытательный ток (рис.5.1) не достигает заданного амплитудного значения, поскольку отключается ранее последовательно включенным защитным аппаратом с нормированной уставкой. Однако крутизна фронта электрического импульса, приложенного к УЗО, и энергия, пропущенная через УЗО при таком испытании, очень велики. Если устройство не разрушается и сохраняет работоспособность после такого жесткого испытания, это означает, что качество его на высоком уровне.
Значение Inc, как важнейшего параметра УЗО, должно быть приведено на лицевой панели устройства, или в сопроводительной технической документации на УЗО.
Для УЗО типов «S» и «G» (с задержкой срабатывания) предъявляются повышенные требования по данному параметру, поскольку предполагается, что, во-первых, УЗО этого типа устанавливаются на головном участке сети, где токи короткого замыкания, естественно, выше, во-вторых, такие устройства, имея задержку по срабатыванию, могут находиться под воздействием аварийных сверхтоков более продолжительное время.
5.13. НОМИНАЛЬНЫЙ УСЛОВНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ТОК КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ Iс
Данный параметр и методика испытания аналогичны рассмотренным в п. 5.12. Главным отличием является то, при испытаниях УЗО на стойкость к дифференциальному току короткого замыкания испытательный сверхток пропускают поочередно по отдельным полюсам УЗО. Это означает, что данное испытание еще жестче, чем вышеописанное, так как в этом случае отсутствует взаимная компенсация магнитных полей токов первичной обмотки трансформатора.
Значения номинального условного дифференциального тока короткого замыкания Iс стандартизованы и равны: 3000, 4500, 6000 и 10000 А.
Данный параметр характеризует стойкость устройства к протеканию сверхтока по одному полюсу.
УЗО при дифференциальном сверхтоке сработает с максимальным быстродействием, однако в этом случае, поскольку сверхток трансформируется во вторичную обмотку, очень высока нагрузка на дифференциальный трансформатор тока и на магнитоэлектрический расцепитель.
Для УЗО, зависящих от напряжения питания, режим дифференциального сверхтока особенно опасен. Например, отмечались случаи выхода из строя входных цепей электронных усилителей, подключенных ко вторичной обмотке трансформатора тока.
На практике режим дифференциального сверхтока возникает, например, в системе TN-C-S при глухом замыкании за УЗО фазного проводника на N- или РЕ-проводники.
5.14. ХАРАКТЕРИСТИКА I2t (интеграл Джоуля)
Исторически в электроэнергетике интеграл Джоуля — интеграл квадратичного тока по данному интервалу времени применялся для оценки термической стойкости кабелей, шин, соединений, электрических аппаратов и др. при коротких замыканиях. Интеграл определялся расчетным путем по значению тока короткого замыкания в течение времени его протекания — от момента возникновения тока короткого замыкания до момента погасания дуги на контактах силового выключателя. Интеграл позволял определить количество энергии, выделившейся на определенном объекте за время действия короткого замыкания.
Применительно к УЗО стандарт определяет характеристику I2t как кривую, дающую максимальное значение I2t как функцию ожидаемого тока в указанных условиях эксплуатации:
Интеграл Джоуля определяет количество энергии, пропущенной через УЗО при испытаниях на условный ток короткого замыкания. Характеристика эта энергетическая, она позволяет комплексно оценить стойкость устройства при прохождении через него определенного количества энергии. При протекании через УЗО испытательного тока часть энергии выделяется в конструкции УЗО в виде тепла, динамических усилий, приложенных к проводникам, изоляционным элементам устройства.
Интеграл Джоуля для УЗО с защитой от сверхтоков имеет несколько другой смысл. Он определен для встроенного устройства для защиты от сверхтоков — автоматического выключателя.
Интеграл Джоуля как характеристика автоматического выключателя определяет количество энергии, которую способен пропустить через себя автоматический выключатель до момента отключения тока короткого замыкания.
Этот показатель приобрел особое значение с появлением современных автоматических выключателей с токоограничивающими свойствами, достигаемыми с помощью специальных конструктивных решений — в частности, конструкции дугогасительной камеры и системы магнитного дутья для гашения дуги. В старых конструкциях автоматических выключателей с естественным погасанием дуги в момент перехода тока через «ноль» интеграл Джоуля определялся полной полуволной синусоидального тока. Интеграл Джоуля автоматических выключателей с токоограничивающими свойствами гораздо меньше (рис. 5.2) — в качественных выключателях дуга гасится за четверть периода промышленной частоты.
По показателю токоограничения автоматические выключатели подразделяются на три класса — 1, 2, 3. Чем выше класс выключателя, тем большую энергию он способен пропустить, тем меньше термическое действие тока короткого замыкания в защищаемой цепи.
В настоящее время в Германии нормы устройства электроустановок для жилых зданий допускают к применению автоматические выключатели с номинальной отключающей способностью не менее 6000 А и классом ограничения энергии не ниже 3. Автоматические выключатели маркируются соответствующим знаком — например, 
.
Предельные значения характеристики I2t (пропускаемой энергии в А2с) для автоматических выключателей по EN 60898 D.5.2.b для автоматических выключателей до 16 А (тип В) и от 20 А до 32 А (тип В) приведены в таблице 5.6.
Таблица 5.6
| Номинальная отключающая способность, А | Класс ограничения энергии | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| In 16 А | |||
| 3 000 | Не нормируется | 31 000 | 15 000 |
| 6 000 | 100 000 | 35 000 | |
| 10 000 | 240 000 | 70 000 | |
| 20 А < In 32 А | |||
| 3 000 | Не нормируется | 40 000 | 18 000 |
| 6 000 | 130 000 | 45 000 | |
| 10 000 | 310 000 | 90 000 | |
Примеры характеристик I2t автоматических выключателей и УЗО приведены на рис 5.3—5.4.
Для автоматических выключателей, являющихся составной частью УЗО со встроенной защитой от сверхтоков, стандарт ГОСТ Р 51327.1-99 устанавливает зону времятоковой характеристики, аналогично требованиям, предъявляемым к автоматическим выключателям в ГОСТ Р 50345-99 «Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения». Зона времятоковой характеристики расцепления УЗО со встроенной защитой от сверхтоков определена условиями и значениями, установленными в таблице 5.7.
Таблица 5.7
| Испытание | Тип | Испытательный ток | Начальное состояние | Время расцепления или нерасцепления | Требуемый результат | Примечание |
| а | В, С, D | 1,13 In | Холодное | t 1 ч (при In < 63 А) t 2 ч (при In > 63А) | Без расцепления | - |
| b | В, С, D | 1,45 In | Немедленно после испытания а | t < 1 ч (при In < 63 А) t < 2 ч (при In > 63А) | Расцепление | Непрерывное нарастание тока в течение 5 с |
| c | В, С, D | 2,55 In | Холодное | 1 с < t < 60 c (при In < 32А) 1 с < t < 120 c(при In > 32А) | Расцепление | - |
| d | B | 3 In | Холодное | t > 0,1 с | Без расцепления | Ток создается замыканием вспомогательного выключателя |
| C | 5 In | |||||
| D | 10 In | |||||
| e | B | 5 In | Холодное | t < 0,1 с | Расцепление | Ток создается замыканием вспомогательного выключателя |
| C | 10 In | |||||
| D | 50 In |
5.15. НОМИНАЛЬНАЯ НАИБОЛЬШАЯ КОММУТАЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ Icn
Для УЗО со встроенной защитой от сверхтока ГОСТ Р 51327.1-99 определяет данный параметр следующим образом: «Номинальная наибольшая коммутационная способность Icn есть значение предельной наибольшей отключающей способности, указанное изготовителем».
Предельная наибольшая отключающая способность есть отключающая способность, для которой предписанные условия согласно указанному циклу испытаний не предусматривают способности УЗО проводить в течение условленного времени ток, равный 0,85 тока неотключения.
Рассматриваемая характеристика в ГОСТ Р 50345-92 названа «номинальная отключающая способность».
По ГОСТ Р 51327.1-99 стандартные значения номинальной наибольшей коммутационной способности до 10000 А включительно равны — 1500, 3000, 4500, 6000, 10000 А.
В стандарте указывается, что при испытаниях каждое УЗО с защитой от сверхтоков должно обеспечить одно отключение испытательной электрической цепи с ожидаемым сверхтоком, равным номинальной наибольшей коммутационной способности, а также одно включение с последующим автоматическим отключением электрической цепи, в которой протекает указанный испытательный ток.
После проведения этих испытаний УЗО не должно иметь повреждений, ухудшающих его эксплуатационные свойства, а также должно выдержать установленные стандартом испытания на электрическую прочность и проверку характеристики расцепления.
5.16. РАБОЧАЯ НАИБОЛЬШАЯ ОТКЛЮЧАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ Ics
Рабочая наибольшая отключающая способность УЗО с защитой от сверхтоков — это отключающая способность, для которой предписанные условия согласно указанному циклу испытаний предусматривают способность проводить в течение установленного времени ток, равный 0,85 тока нерасцепления.
Соотношение между рабочей Ics и номинальной Icn наибольшими коммутационными способностями (согласно таблице 18 ГОСТ Р 51327.1-99) следующие.
Для Icn = 6000 А рабочий Ics и номинальный Icn равны Ics = Icn, для интервала значений Icn от 6000 А до 10000 А Ics = 0,75 Icn, но не менее 6000 А, для Icn > 10000 А Ics = 0,5 Icn, но не менее 7500 А.
6. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УЗО
6.1. НОРМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ
К УЗО, в силу его особого назначения — защиты жизни и имущества человека, предъявляются чрезвычайно высокие требования по надежности, помехоустойчивости, термической и электродинамической стойкости, материалам и исполнению конструкции. Этими особыми требованиями отчасти объясняется сравнительно высокая стоимость современных качественных, отвечающих требованиям стандартов и имеющих соответствующие сертификаты УЗО.
Стандарты ГОСТ Р 51326.1-99 и ГОСТ Р 51327.1-99 определяют следующие нормальные условия эксплуатации УЗО:
- температура окружающего воздуха от -5°С до +40°С, среднесуточное значение не более +35°С (хранение изделий допускается при температуре окружающего воздуха от -20°С до +60°С);
- высота места установки над уровнем моря не должна превышать 2000 м;
- относительная влажность воздуха не более 50% при температуре окружающего воздуха +40°С (увеличение возможно при меньших значениях температуры окружающего воздуха, например, до 90% при +20°С);
- внешние магнитные поля не должны превышать пятикратного значения магнитного поля Земли в любом направлении;
- частота — номинальное значение частоты ±5%;
- искажение синусоидальной формы кривой — не более 5%.
6.2. ПРЕВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
В процессе эксплуатации при протекании через УЗО рабочего тока нагрузки происходит нагрев токоведущих элементов и конструкции устройства.
Стандарт ГОСТ Р 51326.1-99 определяет пределы превышения температуры частей УЗО (относительно температуры окружающего воздуха) при протекании по его главной цепи тока, равного номинальному.
В таблице 6.1 приведены значения превышения температуры, определенные стандартами.
Таблица 6.1
| Части | Превышениетемпературы, К |
| Выводы для внешних соединений | 65 |
| Наружные части, к которым приходится прикасаться во время ручного управления УЗО, включая органы управления, выполненные из изоляционного материала, и металлические связи для соединения между собой изолированных органов управления нескольких полюсов | 40 |
| Наружные металлические части органов управления | 25 |
| Другие наружные части, включая поверхность УЗО, непосредственно соприкасающуюся с монтажной поверхностью | 60 |
6.3. СТЕПЕНЬ ЗАЩИТЫ
По ГОСТ Р 14254-96 «Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (Код IP)» степень защиты УЗО в нормальных условиях эксплуатации — после завершения монтажа должна соответствовать классу IР20.
Согласно ГОСТ Р 51327.1-99 УЗО должны быть сконструированы таким образом, чтобы после монтажа и подсоединения как для нормальной эксплуатации их части, находящиеся под напряжением, были недоступны для прикосновения.
Некоторые фирмы выпускают УЗО более высокого класса защиты — например, IР25, IР40.
При установке УЗО в особых климатических условиях его помещают в защитный кожух.
6.4. ФУНКЦИЯ РАЗЪЕДИНЕНИЯ
Согласно ГОСТ Р 51327.1-99 УЗО есть механический коммутационный аппарат, предназначенный для включения, проведения и отключения токов при нормальных условиях работы, а также разъединения контактов в случае, когда дифференциальный ток достигает заданного значения в определенных условиях.
По ГОСТ Р 50030.1-92 функция разъединения есть действие, направленное на отключение питания всей установки или ее отдельной части путем отделения этой установки или части ее от любого источника электрической энергии по соображениям безопасности.
Конструкция УЗО обеспечивает выполнение функции разъединения.
Воздушные зазоры и расстояния утечки УЗО должны отвечать требованиям стандартов — ГОСТ Р 51326.1-99 (табл. 3), ГОСТ Р51327.1-99 (табл. 5). Автоматические выключатели также выполняют функцию разъединения — ГОСТ Р 50345-99 (табл. 3).
Допустимые воздушные зазоры и расстояния утечки УЗО приведены в табл. 6.2.
УЗО должно иметь механизм свободного расцепления, необходимый для того, чтобы подвижные контакты могли находиться в состоянии покоя только в замкнутом или разомкнутом положении, даже когда органы управления находятся в каком-либо промежуточном положении.
Подвижные контакты всех полюсов четырехполюсного УЗО должны быть соединены между собой механически таким образом, чтобы все полюса, за исключением коммутирующего нулевой рабочий, включались и отключались практически одновременно, независимо от того, каким образом осуществляется оперирование — вручную или автоматически.
Контакты полюса, коммутирующего нулевой рабочий проводник, должны замыкаться раньше и отключаться позже контактов других полюсов (Т = 3—4 мс).
Таблица 6.2
| Наименование | Значение,мм, не менее |
| Воздушные зазоры: | |
| 1) между находящимися под напряжением частями, разъединенными, когда УЗО разомкнуто | 3 |
| 2) между находящимися под напряжением частями различной полярности | 3 |
| 3) между находящимися под напряжением частями и: | |
| - поверхностью, на которой монтируется основание | 6 |
| - винтами и другими средствами крепления крышек, которые должны удаляться при монтаже УЗО | 6 |
| - прочими доступными металлическими частями | 3 |
| Расстояния утечки: | |
| 1) между находящимися под напряжением частями, разъединенными, когда УЗО замкнуто | 3 |
| 2) между находящимися под напряжением частями различной полярности | 4 |
| 3) между токоведущими частями и: | |
| - винтами и другими средствами крепления крышек, которые должны удаляться при монтаже | 3 |
| - доступными металлическими частями | 3 |
6.5. ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
ГОСТ Р 51326.1-99 предъявляет довольно высокие требования к УЗО по уровню электрической изоляции.
Согласно п. 9.7 указанного ГОСТа после нахождения УЗО во влажной камере с относительной влажностью воздуха 91-95% в течение 48 часов сопротивление изоляции его главной цепи должно быть не менее 2 Мом, сопротивление изоляции между металлическим частями механизма и корпусом — не менее 5 мОм. Измерение сопротивления изоляции проводят при напряжении 500 В постоянного тока.
Электрическую прочность изоляции УЗО испытывают прикладывая к его главной цепи в течение одной минуты испытательное напряжение 2000 В переменного тока 50 Гц. Во время испытания не допускаются перекрытия и пробои.
Изоляция УЗО также должна выдерживать испытания на стойкость к импульсным перенапряжениям. Испытания включают в себя приложение десяти импульсов тока (1,2/50 мкс) с пиковым напряжением 6 кВ между соединенными вместе фазными полюсами и нейтральным полюсом. Вторую серию испытаний проводят при пиковым напряжении импульсов 8 кВ. Импульсы прикладывают между металлическим основанием, соединенным с выводом, предназначенным для защитного проводника (если таковой имеется), и соединенными вместе фазным полюсом и нейтральным полюсом УЗО. Принято считать, что устройство выдержало испытание, если не произошло непреднамеренного разрушительного разряда.
6.6. КОММУТАЦИОННАЯ И МЕХАНИЧЕСКАЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ
Согласно требованиям стандартов коммутационные аппараты должны быть способны выполнять установленное количество механических и электрических циклов оперирования — переводов подвижных контактов из разомкнутого положения в замкнутое и наоборот.
Коммутационная износостойкость любого электрического коммутационного аппарата в значительной мере зависит от материала и конструкции контактной группы. В европейских странах электротехнические нормы регламентируют материалы, допустимые к применению при производстве различных видов электрических аппаратов.
Для изготовления контактов аппаратов определенного назначения применяют различные сплавы серебра, характеризующиеся особыми свойствами. Например, серебряно-графитовые сплавы имеют свойства снижения свариваемости контактов при больших пусковых токах, что важно для магнитных пускателей, серебряно-диоксидооловянные сплавы обеспечивают низкое переходное сопротивление контактной пары при стабильной большой токовой нагрузке и т.д.
Для контактной пары (подвижный – неподвижный контакты) УЗО требуется применять серебряно-графитовый (AgC) сплав в паре с серебряно-вольфрамовым (AgW), серебряно-никелевым (AgNi) или серебряно-диоксидооловянным (AgSnO2). Для автоматических выключателей применяется пара (AgC) и медь (Cu).
В связи с вышеизложенным вызывает удивление информация, приводимая в рекламных проспектах некоторых фирм, в которых как достоинство указывается, что в устройстве применены «посеребренные контакты».
Механическая износостойкость УЗО есть способность устройства выполнять заданное число операций без протекания по главной цепи электрического тока.
Коммутационная износостойкость УЗО есть способность устройства выполнять заданное число операций при протекании по главной цепи номинального тока при номинальном напряжении.
Согласно стандартам УЗО при испытаниях должно выдержать не менее:
- 2000 циклов электрического оперирования при номинальном напряжении и номинальной токовой нагрузке;
- 2000 циклов механического оперирования без нагрузки.
Операции размыкания должны проводиться в следующем порядке: для первой тысячи циклов с использованием ручных средств; для следующих пятисот циклов с использованием устройства эксплуатационного контроля — кнопки «Тест»; для последних пятисот циклов путем пропускания через один полюс отключающего дифференциального тока.
После испытаний УЗО не должно иметь чрезмерного износа, повреждений оболочки, дающих возможность проникновения стандартного испытательного пальца к частям, находящимся под напряжением, ослабления электрических и механических соединений. Стандарт требует проведения после данного испытания УЗО проверки электрической прочности изоляции без предварительной влажной обработки.
6.7. КОНТРОЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
Конструкция УЗО в обязательном порядке предусматривает наличие контрольного устройства – устройства эксплуатационного контроля, запускаемого кнопкой «Тест». Назначением контрольного устройства является выполнение периодического контроля работоспособности УЗО в целом.
Контрольное устройство представляет собой цепь из тестового резистора определенного номинала, замыкающего контакта, управляемого кнопкой «Тест», и вспомогательного контакта, механически сблокированного с группой силовых контактов УЗО. Вспомогательный контакт обеспечивает отключение в целях электробезопасности тестовой цепи от силовой в отключенном положении УЗО.
При нажатии кнопки «Тест» по тестовой цепи протекает контрольный ток заданного значения, являющийся для УЗО дифференциальным отключающим, который должен вызвать срабатывание УЗО.
Дифференциальный отключающий ток, создаваемый контрольным устройством, согласно ГОСТ Р 51326.1-99, ГОСТ Р 51327.1-99 не должен превышать 2,5-кратного значения номинального отключающего дифференциального тока УЗО.
Контрольное устройство должно надежно функционировать при отклонении напряжения в диапазоне от 0,85 до 1,1 от номинального значения.
6.8. СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ УЗО
Конструкции УЗО различных производителей могут отличаться друг от друга не только параметрами, но и схемами подключения контрольного устройства.
На рис. 6.1 приведены различные схемы включения УЗО с учетом внутренней схемы подключения контрольного устройства к внешним клеммам. Показано также правильное включение УЗО в одно-, двух- и трехфазном вариантах.
Рис. 6.1. Схемы подключения УЗО
а, б — двухполюсные УЗО; в, г, д, з — четырехполюсные УЗО (тестовый резистор подключается на фазное напряжение); е, ж, и, к — четырехполюсные УЗО (тестовый резистор подключается на линейное напряжение)
В неполнофазных вариантах необходимо подключать УЗО таким образом, чтобы была обеспечена цепь контрольного устройства.
Схема внутреннего подключения тестового резистора должна быть обязательно приведена на лицевой или боковой поверхности корпуса УЗО.
6.9. УСТОЙЧИВОСТЬ УЗО К ИМПУЛЬСНЫМ НАПРЯЖЕНИЯМ
УЗО должны быть устойчивыми к возможным возникающим в электроустановках импульсам коммутационных и атмосферных перенапряжений. Проверку устойчивости УЗО к нежелательным срабатываниям от импульсов напряжения для УЗО проводят с помощью генератора импульсов «звенящей волны» (ГОСТ Р 51326.1-99, ГОСТ Р 51327.1-99).
Проверку проводят следующим образом. К одному из полюсов УЗО прикладывают 10 импульсов тока со значением пикового тока, равным 200 А, полярность волны должна меняться после каждых двух импульсов. Интервал между двумя последовательными импульсами (0,5 мкс/100 кГц) 200 А должен составлять 30 секунд. УЗО типа «S» испытывают импульсным током 8/20 мкс с пиковым значением 3000 А. Во время испытаний УЗО не должно срабатывать.
6.10. ТРЕБОВАНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Конструкция УЗО должна обеспечивать его пожарную безопасность и работоспособность как в нормальном режиме работы, так и при возникновении возможных неисправностей и нарушении правил эксплуатации.
Нормы государственной противопожарной службы МВД России — НПБ-243-97 «Нормы пожарной безопасности. Устройства защитного отключения. Требования безопасности. Методы испытаний» устанавливают требования к УЗО при конструировании, монтаже и сертификации с целью обеспечения пожарной безопасности электроустановок вновь строящихся и реконструируемых жилых и общественных зданий независимо от формы собственности и ведомственной принадлежности.
Согласно НПБ-243-97 функциональные характеристики УЗО должны соответствовать требованиям, изложенным в ГОСТ Р 50807-95.
НПБ-243-97 (п.4.2) предъявляют следующие требования к электроизоляционным и конструкционным пластическим материалам, применяемым для изготовления УЗО.
Материалы, из которых изготовлены наружные части УЗО (кроме декоративных элементов), а также используемые в конструкции электрических соединений для поддержки токоведущих частей в определенном положении, должны выдерживать испытание давлением шарика.
Материалы, из которых изготовлены части УЗО, должны быть стойкими к воздействию пламени горелки.
Изоляционные материалы, поддерживающие конструкции винтовых контактных соединений, должны быть стойкими к воздействию тепловой энергии, выделяемой в переходном сопротивлении дефектного контактного соединения, а также стойкими к воздействию нагретой проволоки (960°С).
Материалы, через которые возможно образование проводящего мостика между частями различной полярности и разного потенциала, должны быть трекингостойкими.
Конструкция УЗО должна исключать появление в процессе эксплуатации и испытаний на пожарную опасность пламени, дыма, размягчения и оплавления конструкционных материалов.
НПБ-243-97 п. 4.3 гласит:
«Конструкция УЗО должна обеспечивать его пожарную безопасность и работоспособность как в нормальном режиме работы, так и при возникновении возможных неисправностей и нарушений правил эксплуатации. При этом вероятность возникновения пожара в (от) УЗО не должна превышать 10-6 в год».
Приказом ГУГПС МВД России от 17.11.98 № 73, УЗО включены в перечень продукции, подлежащей обязательной сертификации в области пожарной безопасности по НПБ 243-97 и должны пройти сертификационные испытания во Всероссийском научно-исследовательском институте противопожарной обороны МВД России (ВНИИПО).
