Основное правило применения устройств дифференциального тока

 Для защиты от поражения электрическим током в электроустановках зданий широко применяют устройства дифференциального тока (УДТ) бытового назначения, соответствующие ГОСТ Р 51326.1 [1] и ГОСТ Р 51327.1 [2]. Согласно требованиям стандарта МЭК 60364-4-41 [3] и разработанного на его основе ГОСТ Р 50571.3 [4] их используют в качестве защитного устройства в составе автоматического отключения питания. Согласно требованиям основополагающего стандарта по безопасности МЭК 61140 [5, 6] устройства дифференциального тока, номинальный отключающий дифференциальный ток которых не превышает 30 мА, применяют в электроустановках зданий в качестве дополнительной защиты от поражения электрическим током, когда электрооборудование, особенно переносное и передвижное, используют в условиях повышенной вероятности поражения электрическим током. Поэтому требованиями стандарта МЭК 60364-4-41 и ГОСТ Р 50571.3, других стандартов комплекса МЭК 60364 и комплекса ГОСТ Р 50571, а также глав 1.7 и 7.1 Правил устройства электроустановок [7] предписано защищать такими устройствами дифференциального тока конечные электрические цепи штепсельных розеток. 

Во время своего функционирования устройство дифференциального тока выполняет следующие три основные операции: 

определяет дифференциальный ток в своей главной цепи; 

сравнивает дифференциальный ток со значением дифференциального тока срабатывания; 

отключает защищаемые им электрические цепи в случае, когда дифференциальный ток в главной цепи превосходит значение дифференциального тока срабатывания или равен ему. 

Основным фактором, воздействующим на устройство дифференциального тока и инициирующим его оперирование, является дифференциальный ток IΔ, который представляет собой действующее значение векторной суммы электрических токов, протекающих в главной цепи УДТ. Посредством вычисления дифференциального тока УДТ устанавливает факт протекания тока замыкания на землю и отключает электрическую цепь, в которой произошло замыкание на землю. 

Устройство дифференциального тока должно отключать защищаемые им электрические цепи только в условиях единичного или множественных повреждений, когда в них протекают токи замыкания на землю. Устройство дифференциального тока должно также срабатывать, когда при неосторожном использовании электрооборудования человек прикоснулся к какой-то токоведущей части, находящейся под напряжением, и через его тело протекает ток замыкания на землю. 

В нормальных условиях, когда отсутствуют замыкания на землю, устройства дифференциального тока не должны оперировать. Однако любое качественное электрооборудование имеет какой-то ток утечки (ток прикосновения или ток защитного проводника), который в нормальных условиях протекает по защитным проводникам и может протекать через тело человека, находящегося в электрическом контакте с доступными прикосновению проводящими частями электрооборудования. Поскольку токи утечки протекают по таким же проводящим путям, как токи замыкания на землю, большие токи утечки, протекающие в электрических цепях, защищаемых устройствами дифференциального тока, могут инициировать их ложные срабатывания. Для уменьшения вероятности ложных оперирований устройств дифференциального тока их характеристики следует согласовать с характеристиками электрических цепей, которые подключены к УДТ. 

Весь диапазон дифференциальных токов, которые могут появиться в главной цепи устройства дифференциального тока, можно условно разделить на три зоны. Зона 1 включает в себя синусоидальные дифференциальные токи от 0 до номинального неотключающего дифференциального тока, который равен половине номинального отключающего дифференциального тока IΔn, и пульсирующие постоянные дифференциальные токи от 0 до наименьшего значения нижнего предела токов расцепления, равного 0,11IΔn при угле задержки тока α, равном 135 °. Зона 3 включает в себя синусоидальные дифференциальные токи от номинального отключающего дифференциального тока и пульсирующие постоянные дифференциальные токи от верхнего предела токов расцепления, равного 1,4IΔn для УДТ с IΔn > 10 мА и 2,0IΔn для УДТ с IΔn = 10 мА. Зона 2 расположена между зонами 1 и 3. 

 Рис. Зоны дифференциальных токов для УДТ, имеющих номинальный отключающий дифференциальный ток более 10 мА:

 1 – не инициирующих оперирование УДТ; 2 – могущих инициировать оперирование УДТ; 3 – инициирующих оперирование УДТ  

В зоне 1 находятся дифференциальные токи, которые не могут инициировать оперирование качественного устройства дифференциального тока. Дифференциальные токи, расположенные в зоне 3, всегда инициируют срабатывание УДТ. Зона 2 включает в себя дифференциальные токи, которые могут вызвать оперирование устройства дифференциального тока только в том случае, если дифференциальный ток равен или превышает отключающий дифференциальный ток УДТ. То есть не каждый дифференциальный ток, находящийся в зоне 2, инициирует срабатывание устройства дифференциального тока. 

Поскольку работающее электрооборудование класса I создаёт в электрических цепях токи утечки (токи защитного проводника), суммарный ток утечки электрических цепей, защищаемых одним устройством дифференциального тока, может достигнуть значения отключающего дифференциального тока и даже превысить его, вызвав ложное оперирование УДТ. Исключить ложные срабатывания устройства дифференциального тока можно только в том случае, если суммарный ток утечки будет находиться в зоне 1. То есть для гарантированного исключения ложных срабатываний устройства дифференциального тока необходимо выполнять следующее условие:

 IoΔ > IEL,

где  IoΔ – отключающий дифференциальный ток УДТ; 

IEL – суммарный ток утечки в электрических цепях, подключённых к УДТ. 

Основное правило применения УДТ можно сформулировать следующим образом: 

 максимальный ток утечки в электрических цепях, защищаемых устройством дифференциального тока, должен быть меньше его минимально возможного отключающего дифференциального тока. 

Соблюдение этого правила при согласовании характеристик устройства дифференциального тока с характеристиками подключённых к нему электрических цепей позволяет исключить ложные оперирования УДТ в нормальных условиях, когда отсутствует замыкание на землю. Рассмотрим два примера. 

 1. В электроустановке офиса конечные электрические цепи штепсельных розеток защищены УДТ типа А, имеющим номинальный отключающий дифференциальный ток 30 мА. Сколько персональных компьютеров можно одновременно подключить к одному устройству дифференциального тока? 

Максимальное число одновременно работающих компьютеров должно быть таким, чтобы их суммарный ток утечки (ток прикосновения) был меньше нижнего предела токов расцепления УДТ, который при пульсирующем постоянном токе равен 10,5 мА. В соответствии с требованиями стандарта МЭК 60950-1 [8] и ГОСТ Р МЭК 60950-1 [9] максимально допустимый ток прикосновения персонального компьютера класса I равен 3,5 мА. Поэтому для гарантированного исключения ложных срабатываний устройства дифференциального тока, вызванных токами утечки, к одному УДТ следует подключать не более трёх персональных компьютеров. 

 2. Целесообразно ли использовать устройство дифференциального тока, имеющее номинальный отключающий дифференциальный ток 10 мА, для защиты стиральной машины, установленной в ванной комнате? 

Стиральная машина является стационарным прибором класса I с приводом от двигателя и электронагревателем. Стандартом МЭК 60335-1 [10] и ГОСТ Р 52161.1 [11] максимально допустимый ток утечки для неё установлен равным 3,5 мА. Поскольку стиральная машина имеет регулируемый электропривод, в главной цепи устройства дифференциального тока могут появиться пульсирующие постоянные токи утечки, равные 1,1–3,5 мА, которые могут инициировать ложное срабатывание УДТ. Поэтому стиральную машину следует подключать к устройству дифференциального тока типа А, имеющему номинальный отключающий дифференциальный ток 30 мА. 

Вследствие того, что устройство дифференциального тока с номинальным отключающим дифференциальным током 10 мА имеет нижний предел тока расцепления, соизмеримый с током утечки одного электроприёмника, таким УДТ можно защищать конечную электрическую цепь, имеющую, как правило, только один электроприёмник. 

В заключение рассмотрим требование п. 7.1.83 ПУЭ: «Суммарный ток утечки сети с учетом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников в нормальном режиме работы не должен превосходить 1/3 номинального тока УЗО …», которое содержит серьёзные ошибки. 

Во-первых, вместо термина «электрическая цепь» в рассматриваемых требованиях необоснованно использован термин «сеть», определяющий совокупность электроустановок (трансформаторные подстанции, линии электропередачи и др.), к которым подключают электроустановки зданий. 

Во-вторых, процитированные требования имеют грубую ошибку. Вместо характеристики устройства дифференциального тока «номинальный отключающий дифференциальный ток», который обычно равен 10, 30, 100, 300 или 500 мА, использована другая характеристика – «номинальный ток», обычно равный 16, 25, 40, 63, 80, 100 или 125 А (для УДТ по ГОСТ Р 51326.1 и ГОСТ Р 51327.1). Любое устройство дифференциального тока типа А или АС обязано отключить электрическую цепь, в которой имеется синусоидальный ток утечки, равный или превышающий его номинальный отключающий дифференциальный ток. Если в электрической цепи имеется пульсирующий постоянный ток утечки, равный или превышающий 1,4IΔn для УДТ с IΔn > 10 мА или 2,0IΔn для УДТ с IΔn = 10 мА, устройство дифференциального тока типа А также обязано отключить электрическую цепь. При токе утечки, равном 1/3 номинального тока, любое устройство дифференциального тока общего применения срабатывает мгновенно – за время не более 0,04 с. 

В-третьих, даже исправленное требование о том, что суммарный ток утечки электрических цепей, подключённых к устройству дифференциального тока, в нормальных условиях не должен превосходить 1/3 номинального отключающего дифференциального тока УДТ, справедливо лишь для синусоидальных токов. Если в главной цепи устройства дифференциального тока протекает пульсирующий постоянный ток, минимальное значение отключающего дифференциального тока УДТ типа А при угле задержки тока 135 ° равно 0,11IΔn. Поэтому пульсирующие постоянные токи утечки, значения которых находятся в диапазоне от 0,11IΔn до 0,33IΔn, могут инициировать ложные срабатывания устройств дифференциального тока типа А. 

Литература

1. ГОСТ Р 51326.1–99 (МЭК 61008-1–96). Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения без встроенной защиты от сверхтоков. Ч. 1. Общие требования и методы испытаний. – М.: ИПК «Изд-во стандартов», 2000.

2. ГОСТ Р 51327.1–2010 (МЭК 61009-1:2006). Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения со встроенной защитой от сверхтоков. Ч. 1. Общие требования и методы испытаний. – М.: Стандартинформ, 2011.

3. International standard IEC 60364-4-41:2005. Low-voltage electrical installations. Part 4-41: Protection for safety. Protection against electric shock. Fifth edition. – Geneva: IEC, 2005-12.

4. ГОСТ Р 50571.3–2009 (МЭК 60364-4-41:2005). Электроустановки низковольтные. Ч. 4-41. Требования для обеспечения безопасности. Защита от поражения электрическим током. – М.: Стандартинформ, 2011.

5. International standard IEC 61140:2001. Protection against electric shock. Common aspects for installation and equipment. Third edition. – Geneva: IEC, 2001-10.

6. International standard IEC 61140-am1:2004. Protection against electric shock. Common aspects for installation and equipment. Third edition. Amendment 1. – Geneva: IEC, 2004-10.

7. Правила устройства электроустановок. Раздел 1. Общие правила. Гл. 1.1: Общая часть; гл. 1.2: Электроснабжение и электрические сети; гл. 1.7: Заземление и защитные меры электробезопасности; гл. 1.9: Изоляция электроустановок. Раздел 6. Электрическое освещение. Раздел 7. Электрооборудование специальных установок. Гл. 7.1: Электроустановки жилых, общественных, административных и бытовых зданий; гл. 7.2: Электроустановки зрелищных предприятий, клубных учреждений и спортивных сооружений; гл. 7.5: Электротермические установки; гл. 7.6: Электросварочные установки; гл. 7.10: Электролизные установки и установки гальванических покрытий. – 7-е изд. – М.: ЗАО «Энергосервис», 2002.

8. International standard IEC 60950-1:2012. Information technology equipment. Safety. Part 1: General requirements. Edition 2.1. – Geneva: IEC, 2012-05.

9. ГОСТ Р МЭК 60950-1–2009. Оборудование информационных технологий. Требования безопасности. Ч. 1. Общие требования – М.: Стандартинформ, 2010.

10. International standard IEC 60335-1:2010. Household and similar electrical appliances. Safety. Part 1: General requirements. Edition 5.0. – Geneva: IEC, 2010-05.

11. ГОСТ Р 52161.1–2004 (МЭК 60335-1:2001). Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Ч. 1. Общие требования. – М.: ИПК «Изд-во стандартов», 2004.