Библиотека

Выключатель, управляемый разностным током – это электромеханический коммутационный аппарат, предназначенный включать, проводить и отключать токи при нормальных условиях работы, а также приводить к размыканию контактов, когда разностный ток при определенных условиях достигает определенного значения. Требования к этим аппаратам сформулированы в стандарте ІЕС61008-1.

Аппарат, который в англоязычной технической литературе обозначается аббревиатурой RCСB (Residual Current operated Circuit-Breaker without integral overcurrent protection) или RCD (residual current device), в русскоязычной литературе обозначается как УЗО (Устройство Защитного Отключения). Этот термин глубоко укоренился, хотя согласно ПУЭ под защитным отключением любое отключение источника тока, которое выполняется с целью электробезопасности. Таким образом, и предохранители, и автоматические выключатели также выполняют защитное отключение.

Выключатель, управляемый разностным током целесообразно также называть аппаратом защиты от разностных токов или аппаратом защиты от токов утечки, так как он срабатывает, т.е. отключает цепь от питания, когда разностный ток, зарегистрированный этим аппаратом, достигает опасного уровня. Разностный ток в двухполюсных аппаратах – это разница между токами в фазном и нейтральном полюсах. Разностный ток может возникнуть в случае повреждения изоляции в электроустановке (ток I_Δ1 на рис. 1) или вследствие касания человека к фазному проводнику (ток І_Δ2 на рис. 1). Разностный ток может возникнуть также при непрямом касании (касание к корпусу электроустановки в случае повреждения изоляции и повреждения защитного проводника, заземляющего корпус электроустановки).

Токи утечки через поврежденную изоляцию могут вызывать ее недопустимый перегрев и, как следствие, пожар. А токи утечки через тело человека могут быть опасными для здоровья и даже жизни. Поэтому во многих странах применение таких аппаратов активно пропагандируется, а их обязательная установка в новостройках закреплена на законодательном уровне.

Аппарат защиты от токов утечки состоит из дифференциального трансформатора (Т на рис. 2), который обнаруживает разницу между токами в фазном и нейтральном полюсах (ток утечки) и, если эта разница достигает заданного опасного значения, чувствительное поляризованное реле К, которое подключено к вторичной обмотке трансформатора, срабатывает и, благодаря механизму свободного расцепления МСР, обеспечивает размыкание контактов, а значит и отключение опасных токов утечки. Таким образом, если человек прикоснется к опасной токопроводящей части в зоне действия аппарата защиты от токов утечки, он почувствует удар тока, но ток сразу же будет отключен и человек не пострадает.

Хотя аппараты защиты от токов утечки не предназначены для защиты от сверхтоков, но, благодаря мощной дугогасительной системе, они способны отключать значительные токи коротких замыканий – некоторые производители гарантируют отключение токов короткого замыкания до 1500 А. эти аппараты, которые выпускают в двухполюсном и четырехполюсном исполнении, относятся к категории функционально независимых от напряжения сети. Это означает, что аппарат сработает от опасного тока утечки, даже если нейтральный проводник оборвется, т.е. при отсутствии напряжения между фазным и нейтральным выводами на входе аппарата.

Аппараты RCСB (без защиты от сверхтоков) обязательно должны быть защищены последовательно присоединенными аппаратами защиты от коротких замыканий (SCPD). При этом аппарат приобретает способность выдерживать значительные токи короткого замыкания (ожидаемые значения могут превышать 10 кА) без ухудшения его функций.

Существуют также аппараты, которые кроме способности защиты от токов утечки имеют способность защиты от сверхтоков. Эти аппараты обозначают аббревиатурой RCBO (Residual current operated Circuit-Breaker with integral Overcurrent protection). Они могут быть как функционально независимы, так и зависимы от напряжения сети. Упрощенная электрическая принципиальная схема двухполюсного RCBO, функционально зависимого от напряжения сети, приведена на рис. 3.

Конструктивно такие аппараты в двух полюсах толщиной 17, 5 мм, в фазном полюсе размещают все независимые элементы однополюсного выключателя для защиты от свертоков, включая механизм свободного расцепления (рис. 4а), а в нейтральном – дифференциальный трансформатор, полупроводниковое реле и электромагнит. В обеих полюсах есть главные контакты с металлокерамическими контактами на основе серебра, но дугогасительная система есть только в фазном полюсе.

Вторичная обмотка дифференциального трансформатора присоединена к входной цепи полупроводникового реле, которое срабатывает тогда, когда разница токов в фазном и нейтральном полюсах достигает заданного опасного значения. В результате срабатывания реле запитывается обмотка электромагнита, его якорь начинает двигаться, освобождает механизм свободного расцепления, что в итоге приводит к размыканию главных контактов.

Работоспособность этого аппарата зависит от наличия напряжения на его входе. Обрив нейтрали и даже существенное снижение напряжения сети приводит к неспособности этого аппарата защищать от токов утечки, прямых и непрямых касаний.

Все разновидности выключателей, управляемых разностными токами, должны иметь кнопку «ТЕСТ», при нажатии на которую штучно создается разностный ток (при условии, что входные вводы подключены к источнику питания). Эта кнопка дает возможность проверять работоспособность аппарата (способность реагировать на токи утечки определенного уровня). Указанную проверку следует делать не реже, чем раз в месяц.

Все выключатели, управляемые разностными токами, имеют механизм свободного расцепления, назначение которых такое же, как и у автоматических выключателей, что обеспечивает защиту от сверхтоков (срабатывание должно происходить даже в том случае, если извне приходит команда на замыкание контактов, например, когда акктуатор механически удерживается в положении «ВКЛЮЧЕНО»), но расцепление МСР обеспечивается токами утечки определенного значения. При этом различают тип АС, у которых расцепление обеспечивается разностными синусоидальными переменными токами, и тип А, у которых расцепление обеспечивается разностными синусоидальными переменными токами и разностными пульсирующими постоянными токами.

Основной защитной характеристикой выключателя, управляемого разностными токами, является номинальный разностный ток срабатывания І_Δn. Производитель гарантирует, что при токе утечки, который превышает І_Δn, аппарат обязательно сработает (при определенных стандартом условиях применения). Следует иметь в виду, что при токе утечки, который равен или меньше за номинальный разностный ток несрабатывания І_Δno, аппарат не должен срабатывать. Предпочтительными значениями І_Δn являются: 6, 10, 30, 100, 300 и 500 мA. Стандартное соотношение между І_Δno та І_Δn: І_Δno = 0,5І_Δn. Аппараты с разностными токами срабатывания 6 и 10 мА следует применять в наиболее опасных помещениях (кухне, ванне, душевых и т.п.), аппараты с разностными токами срабатывания 30 мА применяются для защиты людей в помещениях общего пользования (комнаты квартир, офисы и т.п.), аппараты с разностными токами срабатывания 100, 300 и 500 мА имеют противопожарное назначение.

Пример применения аппаратов защиты от токов утечки в квартирах средней комфортности приведено на рис. 5.

Применяя эти аппараты, следует учитывать, что PEN проводник в щитке должен быть разделен на РЕ и N проводники (шины), причем РЕ шина монтируется непосредственно на корпусе металлического щитка (соединяется с ним электрически), а N шину следует устанавливать на изолированном основании. Электрическое соединение этих шин может привести к нештатным срабатываниям противопожарного аппарата, установленного на вводе, при отсутствии токов утечки.

Отличают выключатели, управляемые разностными токами, которые срабатывают без задержки (общего типа) и такие, что срабатывают с задержкой не менее 40 мс (тип S). Для предотвращения нежелательных расцеплений в результате кратковременных бросков напряжения или при случайных кратковременных касаний некоторые производители предлагают аппараты с минимальным временем несрабатывания приблизительно 10 мс, называя их выключателями типа G.

Кроме выключателей, управляемых разностными токами, которые монтируются в распределительных щитках, существуют выключатели, которые монтируются в вилках, розетках, а также мобильные аппараты промышленного применения с высокой степенью защиты (ІР).