Книга: Справочник мастера-электрика. Проводка, розетки, техника безопасности, инструмент
Назад: Приборы учета электроэнергии. Как правильно выбрать электросчетчик
Дальше: Электромонтажные изделия
Устройства защиты: автоматические выключатели, барьеры, УЗО, УДО, реле напряжения
Автоматические выключатели
Ток, проходящий через защитное устройство (плавкий предохранитель, автоматический выключатель, УЗО и т. д.), определяется по известному закону Ома величиной приложенного напряжения, отнесенного к сопротивлению подключенной цепи. Это теоретическое положение электротехники заложено в основу работы любого автомата. В принципе, любое защитное устройство можно называть автоматическим, просто одни из них одноразовые, а другие могут отработать множество циклов. В виду того что плавкие предохранители (по-старому — пробки) практически канули в лету, можно смело их игнорировать.
На практике напряжение сети, например 220 В, поддерживается автоматическими устройствами энергоснабжающей организации в пределах нормативов, оговоренных государственными стандартами, и меняется внутри этого диапазона незначительно. Выход его за пределы значений считается неисправностью, аварией.
Защитное устройство врезается в фазный провод электропитания светильников, розеток и других потребителей. Представим ситуацию — в розетку включают на зарядку мобильный телефон или моющий пылесос. В обоих случаях через соответствующий автомат протекает ток по замкнутому контуру между фазой и нулем. Но в первом случае (при зарядке телефона) он будет сравнительно небольшим, а во втором (при работе пылесоса) значительным. Эти приборы создают разную нагрузку. Ее величину постоянно отслеживают защитные элементы автомата, осуществляя ее отключение при отклонениях от нормы.
Как протекает ток через автоматический выключатель
Конструктивно автомат устроен так, что ток воздействует на последовательно расположенные элементы, а именно:
• клеммы подключения проводов с зажимами;
• силовые контакты с подвижной и стационарной частью;
• биметаллическую пластину теплового рассоединителя;
• электромагнит отсечки токов коротких замыканий;
• соединительные токопроводы.
Включение происходит, когда подвижные силовые контакты прижимаются к неподвижным, создавая непрерывную электрическую цепь после поворота рубильника управления вручную непосредственно пользователем. Обязательным условием включения является отсутствие нештатных или аварийных ситуаций в коммутируемой схеме. Если они появятся, то сразу начинают срабатывать защитные элементы на автоматическое отключение. Другого способа включить автомат не существует.
Выключение, то есть рассоединение контактов и, следовательно, обесточивание подачи потенциала фазы к потребителям, осуществляется двумя способами:
• вручную, возвратив в исходное положение рубильник управления;
• автоматически от срабатывания защитного элемента.
Принцип работы и устройство конструктивных элементов автоматических выключателей
Для автоматического отключения внутри корпуса автомата смонтировано два вида устройств, работающих по разным принципам отключения:
1. нагрев и изгиб биметаллического элемента (как в утюге) с выводом механической защелки из зацепления — тепловой выключатель;
2. выбивание защелки механическим ударом сердечника электромагнита — электромагнитный выключатель.
Тепловой выключатель
Он работает за счет изгиба биметаллической (состоящей из двух металлов с сильно отличающимися коэффициентами теплового расширения — ТКР) составной пластины при нагреве от проходящего через нее тока. Охлаждение пластины, которая является подвижным рабочим элементом данного устройства, происходит за счет отвода тепла в окружающую среду.
На этот выключатель воздействует тепловая энергия, вызываемая проходящим по биметаллу электрическим током. Ее величина, согласно закону Джоуля — Ленца (см. «Основные электрические параметры и единицы измерения»), зависит:
• от электрического сопротивления цепи (Ом);
• силы протекающего тока (А);
• времени его воздействия (с).
Из этих трех параметров электрическое сопротивление в установившемся процессе практически не меняется. Его учитывают только при теоретических расчетах. При коммутациях нагрузки резко изменяется ток. Поэтому важнее два других параметра:
• сила электрического тока;
• время его протекания.
Их учитывают специальными характеристиками, которые называют по этим составляющим времятоковыми.
По силе протекающего тока через автомат и времени его действия определяют не только интервал работы теплового выключателя, но и время отсечки.
За основу расчетов принимают величину номинального тока, выбранного для конструкции выключателя. Предельное значение срабатывания защитного элемента привязывают к его кратности — отношению проходящего действующего тока I к номинальному In.
Поскольку защитные токовые характеристики автоматического выключателя рассчитаны на превышение номинального тока, то всегда кратность токов I/In > 1.
Электромагнитный выключатель
Принцип работы основан на воздействии магнитного поля, генерируемого токами проходящих по виткам обмоток электромагнита (соленоида) на сердечник (шток), который является подвижным исполнительным элементом данного устройства. При величине нагрузок, не превышающих расчетное номинальное значение, токи, протекающие в каждом витке, создают суммарное магнитное поле, не способное преодолеть силу удержания механического штока внутри корпуса соленоида. Головка подвижного толкателя втянута внутрь, а подвижный силовой контакт автоматического выключателя надежно прижат к стационарной части.
Когда сила проходящего тока превышает расчетный номинальный ток, то суммарное магнитное поле, наведенное внутри катушки, мгновенно преодолевает силу удерживания штока, что приводит его в движение. Быстро смещаясь, шток ударяет по защелке и размыкает контакты.
В результате электрическая цепь разрывается, и питающее напряжение снимается с подключенной схемы.
Маркировка автоматических выключателей
Все автоматические выключатели обладают определенными техническими характеристиками. Для ознакомления с ними на корпусе наносится маркировка, включающая набор схем, букв, цифр и прочих символов. По внешнему виду автомата нельзя ничего сказать, и все характеристики можно узнать только по нанесенной маркировке.
Маркировка наносится на лицевой (передней) стороне корпуса автомата стойкой нестирающейся краской (рис. 12, а, б, в, г), благодаря чему с параметрами можно ознакомиться, даже когда автомат находится в работе, то есть установлен в распределительном щите на DIN-рейке и к нему подключены провода. Не нужно отсоединять провода и вытаскивать его из щита, чтобы прочитать маркировку.
Рис. 12 а, б, в, г. Примеры маркировки электрических автоматов на корпусе
Расшифровка маркировки автомата. Чтобы правильно выбрать автомат защиты, при покупке следует обращать внимание не только на внешний вид и марку устройства, но и на его характеристики.
1. Фирма-изготовитель (бренд) автоматического выключателя
Маркировка автоматических выключателей начинается с логотипа или названия производителя (например, Hager, IEK, ABB, Schneider Electric). Наименование завода-изготовителя наносится на корпусе вверху, его трудно не заметить.
2. Линейная серия автоматов (модель)
Модель автоматического выключателя обычно отражает серию устройства в линейке завода-изготовителя и представляет собой буквенно-цифровое обозначение. Например, автоматы серии SH200 и S200 принадлежат производителю ABB, а у Schneider Electric встречаются Acti9, Nulti9.
Зачастую серия присваивается автомату для отличия моделей по техническим характеристикам или ценовой категории. Например, SH200, рассчитанные на короткое замыкание до 4,5 кА, менее затратные в производстве и более дешевые по стоимости, чем S200, рассчитанные на 6 кА.
3. Времятоковая характеристика автомата
Данная характеристика обозначается латинской буквой. Всего существует 5 типов времятоковых характеристик: В, С, D, K, Z. Но наиболее распространенные из них это первые три: В, С и D. B — от 3 до 5 × In; C — от 5 до 10 × In; D — от 10 до 20 × In.
Автоматы с характеристиками типа K и Z используют для защиты потребителей с активно-индуктивной нагрузкой и электроникой соответственно, например серверов или микроволновых печей.
Универсальная времятоковая характеристика, которая подходит для применения в быту, — характеристика типа С.
4. Номинальный ток автомата
После буквенного значения идет цифра, определяющая номинал автоматического выключателя. Номинал определяет максимальное значение тока, который может постоянно проходить без срабатывания автоматического выключателя. Причем значение номинального тока указывается для температуры окружающей среды +30 °C.
Например, если номинальный ток автомата равен 16 А, то автомат будет держать эту нагрузку и не отключаться при температуре окружающей среды не выше +30 °C. Если же температура будет выше +30 °C, то автомат может сработать при токе и меньшем 16 А.
Исправный автомат при коротком замыкании обязан сработать в течение 0,01–0,02 с, в противном случае начнется плавление изоляции электропроводки с риском дальнейшего воспламенения.
5. Номинальное напряжение
Сразу под маркировкой на автомате времятоковой характеристики идет обозначение номинального напряжения, на которое рассчитан данный автомат. Показатель номинального напряжения отображается в вольтах (В/V) и может быть постоянным («—») или переменным («~»).
Значение номинального напряжения определяет, для каких сетей предназначено устройство. Маркировка напряжения предусматривает два значения для однофазных и трехфазных сетей. Например, маркировка 230/400V~ означает, что 230 В — напряжение однофазной сети, 400 В — напряжение трехфазной сети. Значок «~» означает переменное напряжение сети.
6. Предельный ток отключения
Следующий параметр — предельный ток отключения или, как его еще называют, отключающая способность автомата. Этот параметр характеризует ток короткого замыкания, который способен пропустить через себя автомат и отключиться, не теряя работоспособности (без риска выхода из строя).
Электрическая сеть — сложная система, в которой часто возникают сверхтоки вследствие короткого замыкания. Сверхтоки кратковременны, но характеризуются большой величиной. Каждый автоматический выключатель обладает предельной коммутационной способностью, определяющей возможность выдержать сверхтоки и сработать при этом.
Для модульных автоматов предельное значение токов отключения составляют 4500, 6000 или 10000. Значения указываются в амперах.
7. Класс токоограничения
Сразу под значением предельного тока отключения на корпусе указывается так называемый класс токоограничения. Возникновение сверхтоков опасно тем, что при их появлении выделяется тепловая энергия. В результате изоляция электропроводки начинает плавиться.
Автоматический выключатель отключится, когда ток короткого замыкания достигнет максимального значения. А для того чтобы ток КЗ достиг своего максимума, требуется некоторое время, и чем больше будет это время, тем больше будет ущерб, нанесенный оборудованию и изоляции электропроводки.
Токоограничитель способствует ускоренному отключению автоматического выключателя, тем самым не давая току КЗ достигнуть максимального значения. По сути, этот параметр ограничивает время короткого замыкания.
Различают три класса токоограничителя, которые маркируют в черном квадрате. Чем выше класс, тем быстрее отключится автомат.
• Класс 1 — маркировка отсутствует; иными словами, автоматы, на корпусе которых отсутствует класс токоограничения, относятся к первому классу. Время ограничения составляет более 10 мс.
• Класс 2 — ограничивает время прохождения тока КЗ в пределах 6—10 мс.
• Класс 3 — ограничивает время прохождения тока КЗ в пределах 2,5–6 мс (самый быстрый).
8. Схема подключения и обозначение клемм
Некоторые производители наносят на корпус схему подключения автомата для информирования потребителя. Схема подключения представляет собой электрическую цепь с обозначением теплового и электромагнитного выключателей. На схеме также маркируются контакты, указывающие на место подключения проводов.
На однополюсных автоматах контакты маркируются как «1» — верхний и «2» — нижний. К верхнему контакту, как правило, подключается питающий провод, а к нижнему — нагрузка. На двухполюсных автоматах контакты маркируются «1», «3» — верхний, «2», «4» — нижний, соответственно, на многополюсном «1», «3», «5» — верхний, «2», «4», «7» — нижний.
Также на двух- и четырехполюсных автоматах возле схемы подключения можно обнаружить обозначение в виде латинской буквы N, указывающее клемму для подключения нулевого рабочего проводника. Это важно, так как не на всех полюсах многополюсных автоматов имеются выключатели (тепловой и электромагнитный).
9. Артикул
На стороне корпуса автомата также наносится информация о продукте (артикул, QR-код), предусмотренная заводом-изготовителем, которая помогает без проблем найти конкретную модель в каталоге магазинов.
Виды и типы УЗО
Устройства защитного отключения спасают человека от электрических травм за счет отключения напряжения при возникновении токов утечек. Невидимые и неконтролируемые нарушения слоя изоляции способны причинить огромный вред здоровью и имуществу. Поэтому такие устройства приобретают все большую популярность среди пользователей.
В торговой сети представлен достаточно широкий ассортимент этих приборов с различными электрическими характеристиками, которые позволяют оптимально подобрать устройства под конкретные условия эксплуатации каждой электросхемы.
УЗО выполняет следующие функции:
• включение потребителей, запитанных от прибора, под напряжение;
• надежное пропускание расчетного тока нагрузки без ложных срабатываний;
• отключение потребителей под нагрузкой при нормальных условиях;
• обесточивание контролируемой схемы при достижении критической разности между входящими и выходящими из устройства токами.
Отличительная способность УЗО — защита человека при попадании под воздействие электрического тока и предотвращение возгораний из-за нарушений в электропроводке.
УЗО не обладает возможностью отключения сверхнормативных токов, проходящих через него, и само может выйти из строя при их возникновении, поэтому его используют в комплексе с автоматическим выключателем, наделенным этой функцией.
Иными словами, в чем отличие УЗО от автоматического выключателя? Автоматический выключатель должен защищать электрическую проводку, а УЗО отключает напряжение при утечке тока на землю мимо электропроводки или мимо подключенных в сеть приборов. УЗО реагирует на эту утечку тока. Оно срабатывает, если ток пошел мимо электропроводки или электроприбора и отключает сеть. Повторимся, что токи утечки обычно имеют малые значения, поэтому защищающие от короткого замыкания и перегрузки обычные автоматические выключатели на токи утечки не реагируют. УЗО защищает от пожара из-за замыкания и тлеющей изоляции и от поражения током людей. Допустим, если в электрическом приборе нарушается изоляция токоведущих проводов, они начнут пропускать ток на корпус. То есть корпус прибора находится под напряжением. Прикоснуться к такому прибору — все равно что прикоснуться к оголенному проводу. При этом прикосновении возникает ток замыкания с землей, и если прибор не имеет заземления, то током ударит человека. Наверняка многие ощущали нечто подобное, извлекая, например, влажное белье из незаземленной стиральной машины в ванной, хотя это «покусывание» — всего лишь влияние токов, возникающих за счет движущихся частей машины, а не результат тока утечки. Во многих домах и квартирах нет возможности заземлить корпуса электрических приборов, это не предусмотрено схемой проводки. От такого удара не сможет защитить никакой автоматический выключатель. Гарантию от поражения током в таких случаях дает применение УЗО.
Единый аппарат, сочетающий в себе функции УЗО и автоматического выключателя, — дифференциальный автомат УДО.
Для того чтобы обычный потребитель смог разобраться в многообразных моделях устройств защитного отключения, создана система классификации, которая основана на следующих характеристиках:
• принцип действия;
• количество полюсов (для однофазной сети применяют двухполюсные, для трехфазной четырехполюсные УЗО);
• номинальный ток, на который рассчитано устройство (УЗО выпускают на номинальный ток нагрузки 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100 А);
• дифференциальный ток, на который реагирует УЗО (ток утечки 10, 30, 100, 300, 500 мА);
• рабочее напряжение (УЗО, используемые в однофазной сети, выпускают на рабочее напряжение 230 В, а в трехфазной — 400 В);
• метод установки.
По типу дифференциального тока УЗО подразделяют на следующие виды:
• АС (реагируют на переменный ток утечки);
• А (реагируют на утечки переменного тока и постоянного пульсирующего);
• В (реагируют на постоянный и переменный ток);
• S (для обеспечения селективности имеют выдержку времени отключения);
• G (аналогично S, но имеют меньшую выдержку времени).
Принцип действия УЗО
По принципу действия различают электромеханические и электронные конструкции УЗО (рис. 13). Электронные имеют источник вспомогательного питания, обеспечивающий работу электронной схемы, а электромеханическим он не нужен.
Рис. 13. Электрические схемы УЗО: а — электромеханическое УЗО без блока питания; б — электронное УЗО с блоком питания
Работа УЗО на электронных компонентах зависит от напряжения сети. Из-за конструктивных особенностей при обрыве нулевого провода устройство не может выполнить свои функции, ведь для отключения возникшего тока утечки необходимо питание логической схемы сравнения токов со встроенным усилителем. А при обрыве нулевого провода блок питания запитан не будет, при этом фазный ток через пробой изоляции будет стекать через пострадавшего на землю. Поэтому такие устройства считаются менее надежными, чем электромеханические.
Электромеханические же УЗО срабатывают непосредственно от тока утечки и используют не электрическую энергию питающей сети, а механический потенциал взведенной заранее пружины. Поэтому электромеханические УЗО в аналогичной ситуации успешно выполняют свою функцию. Так, при обрыве нулевого провода в случае неисправности ток утечки вначале будет протекать сквозь тело человека, но через короткий момент, необходимый для срабатывания электромеханического устройства, произойдет защитное отключение. Поскольку этот промежуток времени меньше, чем период наступления фибрилляции сердца, то можно считать, что защитная функция электромеханического УЗО выполняется.
Стандартные значения времени отключения при работе УЗО при появлении дифференциального тока показаны в таблице 3.
Скорость срабатывания (временной интервал) отключения УЗО
Таблица 3
Порог срабатывания дифференциального органа
Важно выбирать УЗО по току ограничения утечки. Приборы, работающие во влажных комнатах, необходимо подключать к устройствам защитного отключения с порогом срабатывания (чувствительностью) 10 мА. Для обычных жилых помещений достаточно выбирать номинал в 30 мА.
Защита зданий от возгорания за счет нарушения изоляции электропроводки обеспечивается работой дифференциального органа, настроенного на 100 или 300 мА, в зависимости от конструкции и материалов строения.
Все приборы УЗО можно разделить на 2 условные группы:
• обладающие возможностями регулировки порога срабатывания дифференциального органа;
• без настроек.
Корректировку приборов первой группы можно проводить дискретно или плавно. Однако регулирование срабатывания дифференциального органа для домашних приборов не требуется.
Количество полюсов УЗО
Поскольку УЗО работает на сравнении токов, проходящих через дифференциальный орган, то число полюсов у прибора совпадает с количеством токоведущих проводников.
В отдельных случаях можно использовать устройство защитного отключения с четырьмя полюсами для работы в двухпроводной или трехпроводной сети. При этом надо оставить в резерве свободные полюса фаз. Прибор будет выполнять свои функции, реализуя собственные возможности не полностью, а частично, что экономически невыгодно.
Ток нагрузки, проходящий через УЗО
Каждый вид УЗО выпускают для обработки тока определенной формы колебаний. Для обозначения этой характеристики на корпусе делаются буквенные надписи и/или графические изображения типа прибора.
УЗО типов А и АС реагирует как на медленное нарастание дифференциального тока, так и на быстрое, скачкообразное его изменение. Причем тип АС наиболее всего подходит для использования в обычных бытовых условиях, потому что он предназначен для защиты потребителей, питающихся переменным синусоидальным током.
Приборы типа А используют в схемах, в которых проводится регулировка нагрузки за счет обрезания части синусоиды, например изменения скорости вращения электродвигателей тиристорными или симисторными преобразователями напряжения.
Приборы типа В эффективно работают там, где используется электрооборудование, требующее применения токов разной формы. Чаще всего их устанавливают на промышленных производствах и в лабораториях.
Устройство защитного отключения подключается к работе вместе с автоматическим выключателем для защиты от перегрузок по току. Подбирая их номиналы, следует учесть, что автомат наделен функциями теплового расцепителя и электромагнита отключения.
При токах, превышающих номинальные значения автоматического выключателя до 30 %, работает только тепловой расцепитель, но с задержкой отключения порядка часа. Все это время УЗО будет подвергаться воздействию завышенной нагрузки и может сгореть.
По этой причине его номинал желательно использовать на одну величину больше, чем у автомата.
Устройства типа G работают со временем срабатывания порядка 0,06÷0,08 с.
УЗО типа S и G позволяют обеспечивать принцип избирательности для формирования каскадных схем защиты с недопустимыми токами утечек и созданием алгоритма определенной очереди отключения потребителей.
В целях увеличения продаж производители стали наделять УЗО функцией защиты подключенной электрической схемы от перегрузов и сверхтоков коротких замыканий. Это уже другое устройство, называемое дифференциальным автоматом, о котором несколько слов скажем ниже.
Дополнительные функции УЗО
Способность УЗО защищать человека от попадания под действие электрического тока постоянно совершенствуется производителями. Они наделяют эти приборы все бо́льшими возможностями, подключают к ним дополнительные элементы и аксессуары, создают корпуса с различными степенями защиты от воздействия окружающей среды.
В разделе «Схемы подключения УЗО к сети» приведены основные схемы.
Маркировка и метод установки УЗО
Рис. 14. Пример маркировки УЗО
УЗО (примеры маркировки показаны на рис. 14) изготавливают в разнообразных корпусах для стационарного крепления в электропроводку и переносные.
Приборы с креплением на DIN-рейку устанавливают в электрические щитки, расположенные в подъезде или квартире.
Встроенная в стену УЗО-розетка обеспечивает безопасность человека при пользовании им любого подключенного к ней электроприбора.
УЗО-вилка, соединенная проводом с одним проблемным прибором, защищает при эксплуатации в местах с различными условиями окружающей среды.
Что такое УЗО-Д
Производители учли недостатки предыдущих конструкций и наладили выпуск приборов с блоками питания, которые обеспечивают работу устройства при снятом с него напряжении.
Такие УЗО маркируют буквой Д и обозначают УЗО-Д. Они могут отключать напряжение при отсутствии питания с установленной выдержкой времени или без нее.
При этом их наделяют способностью:
• выполнения автоматического повторного включения (АПВ) схемы под нагрузку при возобновлении напряжения;
• запрета АПВ.
УЗО-Д могут быть наделены возможностью селективной работы, необходимой для устройств, использующих автоматическое включение резерва (АВР) при исчезновении основной линии электропитания. Такие приборы маркируют буквами S и G. Они отличаются продолжительностью задержки на срабатывание. УЗО-Д типа S обладает бо́льшим временем, чем тип G.
Схемы подключения УЗО к сети
Схема подключения однофазного УЗО к двухпроводной сети (рис. 15). Для обозначения входных клемм фазы и нуля делают надписи «1» и «N», а выходных — «2» и «N». Для устройств, использующих электронную базу, важно правильно подключить нейтральный провод и не ошибиться с полярностью. В противном случае высока вероятность повреждения составляющих деталей электронной схемы.
Рис. 15. Схема подключения двухполюсного УЗО для защиты однофазной схемы
Конструкция прибора предусматривает возможность периодического его тестирования во время работы для определения исправности. С этой целью установлена кнопка «Т», при включении которой через токоограничивающий резистор и замкнутый контакт создается цепочка для протекания части тока, влияющей на возникновение дисбаланса магнитных потоков, обеспечивающего отключение защиты. Если на УЗО под напряжением нажата кнопка тестирования «Т», а отключения не произошло, это однозначно указывает на неисправность устройства.
При ручном включении УЗО в этой схеме замыкаются сразу 3 контакта:
• токовода фазы;
• токовода нуля;
• цепи тестирования электронной схемы.
При возникновении токов утечек и срабатывании защиты эти же три контакта автоматически разрывают свои цепочки.
Схема подключения трехфазного УЗО к четырехпроводной сети с общей нейтралью (рис. 16). За основу монтажа трехфазных УЗО взята предыдущая схема. Здесь также надо соблюдать полярность каждой фазы и нуля. Для этого к нечетным клеммам подключают входные цепи, а к четным — выходные.
Рис. 16. Схема подключения четырехполюсного УЗО для защиты трехфазной схемы
Такое УЗО работает при возникновении дисбаланса магнитных потоков, создаваемых токами от всех четырех токопроводов.
Схема подключения четырехполюсного УЗО к трем однофазным сетям с общей нейтралью (рис. 17). Эта разработка позволяет одним устройством защищать три однофазные электрические схемы.
Для этого достаточно выбрать место установки, позволяющее использовать шину для подключения к выходу защиты нейтрали для ее разделения по сетям № 1, 2, 3.
Рис. 17. Схема подключения четырехполюсного УЗО для защиты трех однофазных схем
Схема подключения четырехполюсного УЗО к трехфазной сети без нейтрали (рис. 18). При таком подключении лучше использовать электромагнитные конструкции с механическими расцепителями. У статических моделей для работы необходима подача напряжения на блок питания. Он может быть подключен между фазным и нулевым проводами.
Рис. 18. Схема подключения четырехполюсного УЗО для защиты трехфазной схемы без нейтрали
К тому же отсутствие нулевого потенциала исключает функцию периодического тестирования исправности прибора под напряжением, что не совсем удобно. Поэтому такое подключение требует проведения доработок внутренней конструкции.
Схема подключения четырехполюсного УЗО к однофазной сети (рис. 19). Это не очень рациональный способ, но к нему прибегают при последовательном монтаже вначале однофазной сети с последующим добавлением к схеме еще двух электрических цепей для общей защиты, которые будут создаваться через определенное время.
Рис. 19. Схема подключения четырехполюсного УЗО для защиты однофазной схемы
В этом случае важно, чтобы фаза была подключена строго на тот токовод, через который проводится тестирование УЗО в рабочем состоянии. Для этого достаточно при включенных силовых контактах с нажатой кнопкой тестирования «прозвонить» сопротивление между входом каждой фазы и нуля.
Делать это необходимо на демонтированном УЗО без напряжения. На двух клеммах сопротивление будет соответствовать бесконечности благодаря разорванным контактам, а на одной покажет величину сопротивления токоограничивающего резистора. К этой клемме и следует подключаться.
Схема защищенного подключения УЗО. В начале раздела неоднократно отмечалось, что УЗО не имеет встроенной защиты от перегрузки и токов коротких замыканий, которые могут возникнуть в любой момент и сжечь устройство.
УЗО надо защищать. Поэтому перед каждым УЗО необходимо монтировать автоматический выключатель с установкой, обеспечивающей работоспособность и сохранность УЗО (рис. 20).
Автоматический выключатель спасает УЗО от токов перегрузки, а еще защищает от трех видов КЗ, которые могут возникнуть в схеме при нарушениях изоляции:
• между выходным фазным проводом устройства 3 с входным нулевым проводом 2;
• выходным нулевым проводом 4 с входным фазным проводом 1;
• между выходными проводами 3 и 4.
Рис. 20. Схема подключения двухполюсного УЗО с автоматическим выключателем
Если в первых двух случаях ток короткого замыкания проходит только по одному токопроводу, расположенному внутри корпуса УЗО, то при третьем нагружаются обе магистрали. Этот вид замыкания самый опасный.
Дифференциальные автоматы в такой защите не нуждаются, она у них встроена. Поэтому стоимость этих приборов выше. Схема подключения дифференциального автомата не требует дополнительной установки автоматического выключателя.
Надежная и длительная работа УЗО и дифференциального автомата обеспечивается правильным подключением, учитывающим конкретные условия эксплуатируемой схемы, точным выставлением уставок на срабатывание, обеспечивающих защитные функции.
Устройство защитного отключения электроаппаратуры от перепадов напряжения в сети 220 В, реле напряжения
В настоящее время вопрос о стабильном значении напряжения электросети стоит достаточно остро. Сетевые организации не спешат делать реконструкцию и модернизацию линий электропередач, подстанций и трансформаторов. Тем временем ситуация только усугубляется, поэтому колебания напряжения в наших сетях явление частое.
Значение напряжения должно быть в пределах 220 В при однофазном энергоснабжении и 380 В при трехфазном. Перепады напряжения пагубно влияют на электроприборы. Например, из-за низкого напряжения может сгореть холодильник или кондиционер (компрессор не запустится и перегреется), сильно снижается мощность микроволновки, тускло светят лампы накаливания. Ну а повышенное напряжение просто убивает большинство бытовых электроприборов. Многие слышали об «отгорании нуля» в многоэтажках и о том, как после этого целыми подъездами носят бытовую технику в мастерские на ремонт.
Причины возникновения колебаний напряжения в сети бывают разные:
• замыкание одной из фаз на нейтральный провод, в итоге в розетке 380 В;
• отгорание (обрыв) нуля, в итоге напряжение будет тоже стремиться к 380 В;
• неравномерное распределение нагрузки по фазам (перекос), в итоге на наиболее загруженной фазе напряжение снижается, и если к ней подключены холодильник и кондиционер, то высока вероятность, что они выйдут из строя.
Решать проблему скачков напряжения в сетях помогают специальные устройства — реле контроля напряжения (рис. 21 а, б). Принцип действия таких реле достаточно прост — электронный блок «следит», чтобы напряжение находилось в заданных пределах, и при отклонениях сигнализирует исполнительному механизму (силовой части), который отключает сеть. Через заданное время все бытовые реле контроля напряжения включаются автоматически. Для обычных потребителей достаточно задержки в несколько секунд, но для компрессорных холодильников и кондиционеров нужна задержка в несколько минут.
Рис. 21, а, б. Внешний вид устройств защитного отключения электроаппаратуры от перепадов напряжения, реле напряжения
Реле контроля напряжения бывают однофазные и трехфазные. Однофазные отключают одну фазу, а трехфазные — одновременно все три.
При трехфазном подключении в быту следует применять однофазные реле напряжения на каждую из заходящих фаз, чтобы колебания напряжения на одной фазе не привели к отключению других фаз. Трехфазные реле напряжения используют для защиты двигателей и других трехфазных потребителей.
Рассмотрим несколько примеров приборов защиты от перенапряжений.
Реле напряжения ТМ DigiTop
Выпускается несколько серий приборов с защитой от скачков напряжения.
Реле напряжения серии V-protektor предназначено только для защиты от перепадов напряжения. Выпускается на номинальные токи 16, 20, 32, 40, 50, 63 А (рис. 22, а) в однофазном исполнении, имеет встроенную термозащиту от перегрева, срабатывающую при 100 °C. Верхний порог срабатывания от 210 до 270 В, нижний — от 120 до 200 В. Время автоматического включения от 5 до 600 с.
Есть и трехфазное реле напряжения V-protektor 380, достаточно компактное — 35 мм (два модуля), но максимальный ток в фазе не более 10 А (рис. 22, б).
Рис. 22 а, б. Внешний вид реле напряжения ТМ DigiTop однофазного на 63 А (а) и трехфазного (б) на 10 А
На однофазное реле напряжения Protektor гарантия 5 лет, на трехфазное реле — только 2 года. Схема подключения реле напряжения V-Protektor DigiTop показана на рис. 23.
Рис. 23. Монтажная и электрическая схемы подключения реле напряжения V-Protektor DigiTop
DigiTop выпускает и совмещенное в одном устройстве реле напряжения с контролем тока VA-protektor. Помимо защиты от перенапряжений прибор обеспечивает и ограничение по току (мощности). Выпускают на номинальные токи 32, 40, 50 и 63 А. Все параметры по напряжению такие же, как и у V-protektor. По номинальному и максимальному току VA контролирует нагрузку, при превышении номинального тока отключает сеть через 10 мин, а максимального — через 0,04 с. На дисплее прибора отображается и напряжение, и ток. Гарантия на VA-protektor 2 года.
Рис 24 а, б. Внешний вид реле напряжения с контролем тока VA-protektor на 32 А (а) и 63 А (б)
Рис. 25 а, б. Внешний вид многофункционального реле МР-63 (а), схема подключения (б)
Ну и самый продвинутый из серии реле напряжений от ТМ DigiTop — многофункциональное реле МР-63 (рис. 25, а). Собственно, все то же самое, что и у предыдущего VA-protektor, только МР-63 показывает, помимо тока и напряжения, еще и активную мощность. Схема подключения дана на рис. 25, б.
УЗМ-51М. Устройство защиты многофункциональное
Устройство защиты многофункциональное УЗМ-51М (рис. 26) рассчитано на ток до 63 А и предназначено для отключения оборудования при выходе сетевого напряжения за допустимые пределы (менее 160 В и более 280 В), а также защиты подключенного оборудования от разрушающего воздействия мощных скачков напряжения, вызванных электромагнитными импульсами грозовых разрядов или срабатыванием близко расположенных и подключенных к этой же сети электродвигателей, магнитных пускателей или электромагнитов.
Рис. 26. Внешний вид устройства защиты многофункционального УЗМ-51М
Внимание! Устройство защиты многофункциональное УЗМ-51М не заменяет другие аппараты защиты (автоматические выключатели, УЗИП, УЗО и пр.)
УЗМ-51М занимает 2 модуля на DIN-рейке (ширина 35 мм). При стандартном исполнении температура эксплуатации УЗМ от –20 °C до +55 °C, поэтому устанавливать в щите на улице его не рекомендуется. Максимальный предел по верхнему отключению напряжения 290 В, нижний порог срабатывания 100 В. Рекомендуемое на УЗМ-51М максимальное (верхнее) значение напряжения — 250 В, нижнее значение — 180 В.
Время повторного включения или задается самостоятельно, или 10 с, или 6 мин. Может использоваться в сетях с любым типом заземления. Схемы подключения УЗМ-51М показаны на рис. 27.
Рис. 27. Два варианта подключения УЗМ-51М
Производится еще два типа однофазных реле напряжения — УЗМ-50М и УЗМ-16. Главное отличие УЗМ-50М (рис. 28) от УЗМ-51М, пожалуй, только в том, что у последнего можно выставить пределы срабатывания самостоятельно, а в УЗМ-50М настройка жесткая, по верхнему пределу напряжения — 265 В, а по нижнему — 170 В.
Рис. 28. Внешний вид однофазного реле напряжения УЗМ-50М
УЗМ-16 рассчитано на ток 16 А (рис. 29), поэтому его ставят только на отдельный электроприемник. Например, чтобы не ожидать 6 минут, пока включится УЗМ-51, холодильник можно подключить через УЗМ-16, на котором устанавливают задержку на включение 6 мин, а на основном УЗМ-51М в 10 с.
Также выпускается трехфазное реле напряжения УЗМ-3-63, такие реле используют в основном для защиты двигателей.
Рис. 29. Внешний вид однофазного реле напряжения УЗМ-16
УЗМ не нужно включать с контактором (см. раздел «Контакторы»), как это обычно делают с другими реле напряжения.
Пожалуй, единственный недостаток в УЗМ-51М по сравнению с другими реле напряжения — это отсутствие индикации напряжения. Но и разница в цене между УЗМ и реле напряжения с контактором позволяет купить и поставить вольтметр отдельно.
Реле напряжения РН-111, РН-111М, РН-113
Реле РН-111 (рис. 30, а) и РН-111М (рис. 30, б) по параметрам практически идентичны, главное различие в том, что у реле РН-111М есть индикация напряжения, а у РН-111 ее нет.
Рис. 30, а, б. Внешний вид реле напряжения РН-111 (а), РН-111М (б)
Верхний предел напряжения от 230 до 280 В, нижний — от 160 до 220 В. Время автоматического повторного включения от 5 до 900 с. Варианты подключения реле напряжения РН-111 показаны на рис. 31.
Рис. 31. Варианты схемы подключения реле напряжения РН-111
Рассчитаны РН-111 на небольшие токи до 16 А, или мощность до 3,5 кВт. Для подключения более высокой нагрузки РН-111 можно включать совместно с контакторами. Схема подключения реле напряжения с контактором показана на рис. 32.
Это значительно увеличивает стоимость, так как хороший контактор стоит очень дорого. Понадобится большее количество модулей в щитке, а также автомат для защиты катушки контактора. Вышеуказанная схема подключения реле напряжения с контактором для РН-111 справедлива для любого другого реле с учетом особенностей его схемы.
Реле РН-113 (рис. 33, а) по сравнению с РН-111 улучшенное, диапазоны по напряжению и время АПВ такие же, как у РН-111, но максимальный ток, на который можно включать РН-113, до 32 А, или, если по мощности, до 7 кВт. Схема подключения реле напряжения РН-113 показана на рис. 33, б.
Рис. 32. Схема подключения реле напряжения РН-111 с контактором
Рис. 33, а, б. Внешний вид (а) и варианты схемы подключения реле напряжения РН-113 (б)
В целях пожарной безопасности РН-113 необходимо подключать с контакторами не более 32 А, без контакторов максимум на 25 А, так как контакты у РН-113 достаточно слабые для провода сечением 6 мм², а именно такое сечение необходимо для подключения на 32 А.
Контакторы
Что собой представляет контактор? Это дистанционный аппарат, который используется при частых включениях и отключениях нагрузки силовых электрических цепей. Проще говоря, контактор — коммутационное устройство с самовозвратом. Отметим, что контакторы не могут защитить всю электрическую цепь от нестандартных режимов из-за того, что в устройстве нет защитных элементов. Контакторы лишь обеспечивают частое включение и отключение с дистанционного управления ими. Впрочем, есть множество производителей, которые делают самые разные устройства по надежности, функциональности и т. д., и прежде чем выбирать аппарат, нужно выяснить все необходимые характеристики.
Устройство контактора. Контактор — это реле с мощными контактами, которое предназначено для работы на больших токах, бо́льших, чем допустимо для обычных реле. Диапазон рабочих токов обычных реле примерно в 1—30 А, контакторы легко могут оперировать с токами, измеряемыми десятками, а то и сотнями ампер.
Конструкция этих реле содержит электромагнитную систему, силовые контакты и дугогасительную систему.
Принцип работы аппарата следующий (рис. 34): на катушку управления устройства подается напряжение, сердечник втягивается и контакт замыкается (или же размыкается, что зависит от исходного положения каждого контакта). При выключении происходит обратный процесс.
Рис. 34. Принципиальная схема работы контактора
Дугогасительная система устройства гасит электрическую дугу, которая возникает при размыкании контактов.
Отметим, что на контакторы можно устанавливать дополнительные модули: приставки задержки времени, тепловые реле, блокировку. Совмещая реле со вспомогательными устройствами, можно получить более функциональный аппарат.
Основные характеристики контакторов. Основные характеристики, которыми в первую очередь следует руководствоваться при выборе устройства, следующие: номинальное напряжение питания катушки, величина тока коммутируемой нагрузки, количество и материал контактов, наличие системы гашения электродуги.
По напряжению главной электрической цепи контакторы делят на группы с напряжением 220, 440 и 380, 660 В. Отметим, что устройства могут иметь от 1 до 5 главных полюсов.
Рассмотрим серию контакторов ABB ESB. Это самая распространенная серия и примечательна она тем, что разработана специально для «домашней» автоматики, то есть устанавливается в обычные щитки на обычную DIN-рейку и имеет такие же габариты, как обычные автоматы. Серия снабжена выпрямителем, который питает катушку постоянным током, из-за чего она не должна гудеть. А некоторые из устройств серии содержат даже импульсный блок питания, за счет чего диапазон питающих напряжений расширяется.
Маркируется серия контакторов следующим образом: ABB ESB-ХХ-YZ. ESB — это название серии. XX — это ток каждого контакта (20, 24, 40 и 63 А). Y — количество контактов на замыкание, Z — количество контактов на размыкание. Например, ESB 24–22 (рис. 35, а) предусматривает ток в 24 А и по два контакта на замыкание и на размыкание.
А ESB 24–40 (рис. 35, б) имеет 4 контакта на замыкание с током по 24 А.
Рис. 35, а, б. Внешний вид контакторов ESB 24–22 (а) и ESB 24–40 (б)
Контакторы с током в 20 А занимают всего один DIN-модуль, с током в 24 А — два модуля, а с током в 40 и 63 А — три модуля на DIN-рейке. Ну и отметим, что катушка на постоянном токе имеется, только начиная с двухмодульных контакторов (от 24 А).
Назад: Приборы учета электроэнергии. Как правильно выбрать электросчетчик
Дальше: Электромонтажные изделия
