Дифференциальные автоматы селективные
Дифференциальные автоматы селективные: принцип действия, классификация и применение в системах защиты
Селективный дифференциальный автомат (селективное УЗО-Д, АВДТ селективного типа) представляет собой комбинированное электротехническое устройство, объединяющее в одном корпусе функции автоматического выключателя (защита от токов перегрузки и короткого замыкания) и селективного устройства защитного отключения (УЗО) с выдержкой времени на отключение. Ключевая задача данного аппарата – обеспечение селективности (избирательности) защиты по дифференциальному току, что позволяет локализовать отключение только на том участке цепи, где возникла утечка тока, сохраняя работоспособность всей остальной части электроустановки.
Принцип действия и конструкция
Конструктивно селективный АВДТ включает в себя: механизм независимого расцепителя (автоматический выключатель), дифференциальный трансформатор тока, электронный усилитель с цепью задержки и исполнительное реле. Принцип работы основан на сравнении векторной суммы токов, протекающих через трансформатор. В нормальном режиме эта сумма равна нулю. При возникновении дифференциального тока (тока утечки) на вторичной обмотке трансформатора наводится сигнал, который поступает на электронный усилитель. В отличие от быстродействующих (типа AC или A) УЗО, в селективном аппарате срабатывание исполнительного механизма происходит с преднамеренной временной задержкой.
Эта задержка, как правило, реализована на основе цепей с конденсаторами или микропроцессорным управлением, и составляет от 40 до 500 мс (в зависимости от типа и кривой отключения). Благодаря такой выдержке времени, расположенный ближе к нагрузке (ниже по цепи) быстродействующий дифференциальный автомат или УЗО успевает отключиться первым, устранив повреждение на своем участке, в то время как селективное УЗО-Д, установленное на вводе, остается включенным, обеспечивая электроснабжение остальных групп.
Классификация и основные технические характеристики
Селективные дифференциальные автоматы классифицируются по ряду ключевых параметров, которые определяют область их применения.
1. По типу тока утечки:
- Тип S (селективное с выдержкой времени ~150-500 мс): Предназначено для использования в качестве вводного противопожарного УЗО и для обеспечения селективности по времени. Обеспечивает защиту от замыканий на землю и от возгораний.
- Тип G (селективное с выдержкой времени ~40-80 мс): Обладает меньшей выдержкой времени, чем тип S, но большей, чем у быстродействующих типов. Применяется там, где требуется более высокая скорость отключения при сохранении селективности.
- Тип AC: Реагирует только на переменный синусоидальный дифференциальный ток. Устаревающий класс, но еще встречается в качестве селективной защиты.
- Тип A: Реагирует на переменный синусоидальный и пульсирующий постоянный дифференциальный ток. Современный стандарт для защиты цепей с электронной, импульсной нагрузкой (ПК, стиральные машины, инверторы).
- Тип Si или A-Si (Super Immuno): Усовершенствованный тип A с повышенной стойкостью к нежелательным срабатываниям от импульсных перенапряжений и переходных процессов, часто используется в селективных аппаратах высшего класса.
- Номинальный ток In: 16А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А, 80А, 100А и более.
- Номинальный отключающий дифференциальный ток IΔn: 100 мА, 300 мА, 500 мА. Для вводных селективных аппаратов чаще всего применяются значения 300 мА (противопожарная защита с селективностью) и 100 мА (в жилых зданиях по требованиям некоторых стандартов).
- Номинальная отключающая способность по току КЗ Icn: 6 кА, 10 кА, 15 кА.
- Класс токоограничения (как у автоматических выключателей): обычно 3.
- Количество полюсов: 2P (однофазные), 4P (трехфазные).
- Селективность по номинальному дифференциальному току (IΔn): Номинальный отключающий дифференциальный ток верхнего (селективного) аппарата должен быть как минимум в 3 раза больше, чем у нижнего (быстродействующего). Стандартный ряд: 10 мА / 30 мА – 100 мА – 300 мА. Например, групповое УЗО на 30 мА и вводное селективное на 100 мА или 300 мА.
- Селективность по времени: Верхний аппарат должен иметь выдержку времени (тип S или G), а нижний – не иметь ее. Это условие является основным для селективных дифференциальных автоматов.
- ГОСТ IEC 61008-1, ГОСТ IEC 61009-1 (для УЗО и АВДТ соответственно) – определяют общие требования и испытания.
- ГОСТ IEC 60755 – определяет общие требования к защитным устройствам, управляемым дифференциальным током, включая классификацию по типам AC, A, S, G.
- ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок), 7-е издание – прямо предписывает применение УЗО с выдержкой времени (селективных) на вводе в здание для обеспечения селективности (п. 7.1.73, 7.1.76).
- СП 256.1325800.2016 – требует установки УЗО на вводе в квартиру с током срабатывания не более 30 мА, но при использовании двухуровневой защиты допускается установка на вводе УЗО с током до 300 мА, если обеспечивается селективность.
2. По роду дифференциального тока:
3. По номинальным параметрам:
| Параметр | Селективный АВДТ (тип S или G) | Быстродействующий АВДТ (тип AC, A) |
|---|---|---|
| Время отключения при IΔn | 130 — 500 мс (S), 40 — 80 мс (G) | ≤ 40 мс (обычно 20-30 мс) |
| Основное назначение | Вводная или групповая защита, обеспечение селективности | Конечная (групповая или индивидуальная) защита людей и оборудования |
| Номинальный диф. ток IΔn | 100 мА, 300 мА, 500 мА | 10 мА, 30 мА, 100 мА |
| Селективность по времени | Да (обязательно) | Нет |
| Маркировка на лицевой панели | Буква «S» (или «G») в прямоугольнике или надпись «Селективный» | Отсутствует или указан только тип AC/A |
Схемы применения и обеспечение селективности
Классическая многоуровневая схема защиты с использованием селективных АВДТ строится по принципу иерархии. На вводе в распределительный щит устанавливается селективный АВДТ с номинальным дифференциальным током 100-300 мА и выдержкой времени типа S. На отходящих групповых линиях (розетки, освещение, силовые потребители) устанавливаются быстродействующие АВДТ или связка «автоматический выключатель + УЗО» с током утечки 10-30 мА и без выдержки времени.
При возникновении утечки тока на одной из конечных линий, например, в стиральной машине, первым срабатывает именно групповое быстродействующее УЗО или АВДТ. Селективный аппарат на вводе, «видя» утечку, начинает отсчет своей выдержки времени (например, 300 мс), но не успевает отключиться, так как поврежденная цепь уже отключена нижестоящим устройством за 20-30 мс. Таким образом, электроснабжение остальных, исправных групп не прерывается.
Селективность по току и по времени
Для гарантированной селективности между двумя УЗО или АВДТ, стоящими последовательно, должны выполняться два условия:
При соблюдении этих условий обеспечивается полная (100%) селективность в диапазоне токов утечки от минимального до номинального отключающего дифференциального тока верхнего аппарата.
Нормативная база и стандарты
Производство и параметры селективных дифференциальных автоматов регламентируются стандартами МЭК и национальными стандартами. Ключевые документы:
Особенности монтажа и эксплуатации
При монтаже селективного АВДТ необходимо соблюдать общие правила для дифференциальной защиты: правильное подключение фазных и нулевых проводников (нулевой рабочий проводник после УЗО нельзя объединять с другими нулевыми или защитными проводниками), обеспечение надежных контактных соединений. Крайне важно проводить регулярное тестирование аппарата с помощью кнопки «ТЕСТ» (не реже одного раза в месяц). Следует помнить, что селективный АВДТ, как и любое УЗО, не защищает от сверхтоков в полной мере – эту функцию выполняет встроенный автоматический выключатель, параметры которого должны быть согласованы с проектом.
Распространенной ошибкой является установка двух селективных аппаратов с одинаковой выдержкой времени последовательно – в этом случае селективность не обеспечивается, и первым может отключиться любой из них. Также недопустима установка селективного аппарата с большим IΔn (например, 300 мА) в качестве единственного средства защиты в цепи, где требуется 10 или 30 мА для защиты от поражения электрическим током.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается селективный дифавтомат от обычного?
Селективный дифавтомат имеет обязательную выдержку времени на отключение по дифференциальному току (тип S или G), что позволяет ему работать селективно с быстродействующими УЗО или АВДТ, установленными ниже по цепи. Обычный (быстродействующий) дифавтомат такой задержки не имеет и отключается практически мгновенно при обнаружении утечки.
Можно ли использовать селективный АВДТ с IΔn=100 мА для защиты человека?
Номинальный дифференциальный ток 100 мА не считается безопасным для жизни человека (порог ощущения значительно ниже). Поэтому селективный АВДТ с таким параметром, установленный на вводе, выполняет, в первую очередь, функцию противопожарной защиты и обеспечения селективности. Для непосредственной защиты людей на конечных линиях обязательно должны стоять аппараты с током утечки не более 30 мА (для влажных помещений – 10 мА).
Обеспечивается ли селективность между селективным АВДТ на 300 мА и быстродействующим на 100 мА?
Да, при условии, что быстродействующее устройство не имеет выдержки времени (тип AC или A). Соотношение номинальных дифференциальных токов 300 мА / 100 мА = 3, что соответствует требованию селективности по току. При утечке, например, в 80 мА, сработает только устройство на 100 мА, так как оно более чувствительно и быстро. Селективный аппарат на 300 мА на такую утечку не среагирует.
Что будет, если в цепи стоит только один селективный дифавтомат?
Он будет выполнять функции защиты от перегрузки, КЗ и утечки тока, но с выдержкой времени. Это означает, что при прямом прикосновении человека к фазному проводнику и возникновении тока утечки, например, в 30 мА, аппарат с IΔn=100 мА или 300 мА не отключится, так как ток ниже его уставки. Если же утечка достигнет его номинала, отключение произойдет, но с задержкой, что повышает риск получения электротравмы. Поэтому использование только селективного АВДТ без нижестоящих УЗО на 10/30 мА для защиты людей недопустимо.
Как проверить, что дифавтомат действительно селективный?
Необходимо изучить маркировку на лицевой панели аппарата. На селективном дифавтомате должна быть четко указана буква «S» или, реже, «G» (часто в квадрате или прямоугольнике). Также может присутствовать надпись «Селективный» или «Selective». В технической документации время отключения при IΔn должно быть указано в диапазоне для типа S (130-500 мс) или типа G (40-80 мс).
Почему селективный АВДТ дороже обычного?
Более высокая стоимость обусловлена сложностью конструкции (наличием электронной схемы, обеспечивающей стабильную выдержку времени), более высокими требованиями к качеству компонентов (дифференциального трансформатора, усилителя), а также необходимостью проведения дополнительных испытаний на селективность при сертификации.
Можно ли добиться селективности без селективных АВДТ?
Альтернативой является использование так называемой «селективности по току», когда на ввод устанавливается УЗО с большим номинальным дифференциальным током (например, 500 мА), а на группах – с малым (30 мА). Однако такая схема обеспечивает селективность только до значения тока утечки, равного номиналу нижнего УЗО (30 мА). При утечке, превышающей 30 мА, но меньшей 500 мА (например, 100 мА), может сработать как групповое, так и вводное УЗО, то есть селективность не гарантирована. Селективные аппараты с выдержкой времени (тип S) обеспечивают 100% селективность во всем диапазоне токов утечки.