Защита от дифференциальных токов при помощи дифавтомата и УЗО

В некоторых случаях при неисправном электрооборудовании существует риск поражения человека дифференциальными токами. Они также могут вызвать короткое замыкание, в результате которого может произойти возгорание проводки и пожар. Для избежания этих случаев рекомендуется применять одно из устройств защиты от дифференциальных токов, например, дифавтомат (АВДТ) или устройство защитного отключения (УЗО).

​Устройства дифференциальной защиты

Во время прокладки электропроводки очень часто возникает вопрос о выборе защиты от поражения электрическим током и предотвращения перегрузок сети. Защита должна осуществляться на профессиональном уровне при помощи аппаратов, защищающих сети от перегрузок, коротких замыканий и токов утечки. Перед их приобретением следует выяснить, что лучше УЗО или дифференциальный автомат (дифвыключатель), основываясь на технических характеристиках, удобстве монтажа, а также других критериях. Эти устройства необходимы не только для защиты от токов утечки, но и от коротких замыканий, перегрузок сети.

Проблемы незащищенной сети

В некоторых случаях большинство людей использует обычные автоматы для защиты электросети, которые не способны исключить возможность поражения блуждающими токами. Иногда вообще оставляют сеть без защиты, используя самодельные предохранители с толстым медным проводом. Эти «изобретения» называются «жучками» и могут служить для предотвращения постоянного перегорания плавкого предохранителя или постоянного срабатывания автомата. Основная причина их применения заключается в повышении тока срабатывания автоматического выключателя или плавкого предохранителя. Проблемы такой незащищенной сети следующие:

1. Перегрузка.
2. Короткое замыкание.
3. Дифтоки.

Перегрузка сети происходит в случае подключения недопустимой мощности. Основной причиной ее возникновения является старая проводка, не выдерживающая одновременного подключения мощных приборов. В результате этого провода нагреваются, что приводит к возникновению возгораний и выходу техники из строя.

Короткое замыкание появляется при максимальных значениях силы тока. Основными причинами его возникновения считаются: попадание постороннего проводника, закорачивание фазного и нулевого проводов по какой-либо причине и т. д. При возрастании тока до максимальной величины некоторые потребители могут выйти из строя, а также возможно возгорание из-за скачкообразного роста температуры или образование электрической дуги.

Токи утечки или dif-токи образуются при повреждении изоляции провода или обмоток электродвигателя с дальнейшей утечкой на корпус. В результате этого возникает дополнительная электроцепь, которая может стать причиной выхода электроприборов из строя, а также поражения человека током. Для того чтобы понять, зачем необходимы устройства дифзащиты, следует ознакомиться с возможными последствиями поражения электрическим током.

Поражение электрическим током

Травмы, полученные в результате воздействия электрического тока на организм человека, являются самыми опасными, поскольку большинство из них приводит к летальному исходу. Человек, попавший под действие тока, практически не способен оказать помощь самому себе. При протекании через организм или определенный его участок ток оказывает на него три воздействия: термическое, биологическое, а также приводит к химическим необратимым процессам.

При термическом воздействии электрического тока появляются ожоги участков кожи, происходит перегрев органов, разрываются кровеносные сосуды и нервные окончания. После этого наступает биологическое воздействие, при котором происходит:

• гибель и возбуждение клеток организма;
• нарушение работы мышечных тканей, приводящее к судорожным явлениям, а также не исключена остановка сердца и дыхания.

​Кроме того, происходит явление электролиза жидкостей организма, которое приводит к изменению физико-химического состава крови и лимфы. Разрушительное действие тока зависит от его параметров, путей и продолжительности прохождения, условий окружающей среды, а также от сопротивления человеческого тела. К параметрам электричества, влияющим на степень поражения человека, можно отнести следующие:

• величину напряжения и силы тока;
• частоту;
• тип.

​При повышении значения напряжения выше 120 В происходит пробой верхнего слоя кожи, который обладает максимальной величиной сопротивления (до 300 кОм). При этом ток начинает расти, и происходит уменьшение электрического сопротивления тела человека. Частоты тока в диапазоне от 50 Гц до 1000 Гц являются опасными, но при их дальнейшем росте происходит прямо пропорциональное уменьшение вероятности поражения. При частотах свыше 45 кГц эта вероятность исчезает вообще. Существует 2 вида напряжения: переменное и постоянное. Наиболее опасным считается постоянное напряжение, если его значение больше 300 В.

Условия внешней среды также способны увеличивать или уменьшать вероятность поражения. Например, в сыром помещении степень поражения человека током возрастает. Ключевую роль играет сопротивление тела, которое зависит от толщины и отсутствия ран на коже, влажности и состояния здоровья в текущий момент, температуры тела и возраста.

Действие тока на организм сопровождается электрическим ударом, электротравмой и электрошоком. При электроударах происходит судорожное сокращение мышечных волокон, а во время электротравм — повреждение тканей и органов. Электротравмы сопровождаются ожогами при контакте кожи с токоведущей частью электрооборудования, а при высоких значениях тока возникает электрическая дуга, температура которой достигает 4000 градусов по Цельсию. При такой высокой температуре возникает металлизация кожи, при которой части расплавленного металла проникают внутрь кожного покрова.

При тяжелых электротравмах возможно наступление клинической смерти в результате остановки сердца и дыхания. Если не оказать своевременную медицинскую помощь, то наступит биологическая смерть. Основные причины наступления смерти: остановка сердца, дыхания и получение травм, несовместимых с жизнью. Серьезность последствий поражения током позволяет задуматься над обеспечением электробезопасности при помощи специальных устройств.

Выбор устройства

Очень часто при выборе защиты от дифтоков возникает проблема в выборе между дифавтоматом или УЗО. Что лучше из них, покажет сравнительная характеристика каждого из этих устройств. Существует несколько значимых критериев, по которым следует осуществлять выбор. К ним относятся: конструктивные особенности и установка, возможность быстрой диагностики неполадок и стоимость.

Установка и конструкция

Для защиты однофазных сетей применяется дифзащита, имеющая двуполюсное исполнение. УЗО, которое имеет одномодульное исполнение, следует применять с автоматическими выключателями (АВ) однополюсного исполнения. Дифавтомат включает в свою конструкцию УЗО и АВ, а также занимает в щитке 2 места. При использовании УЗО и однополюсного автомата они занимают 3 модуля. В этом случае экономия пространства при защите нескольких линий питания потребителей будет существенной.

Произвести подключение УЗО или дифавтомата несложно, но есть некоторые особенности, по которым правила установки могут отличаться. В каждом из устройств предусмотрены зажимы, позволяющие нормально зажать провод для исключения некачественного контакта. Произвести установку дифвыключателя намного проще, поскольку его необходимо просто подсоединить к входу цепи. При подключении пары УЗО и автомата необходимо без ошибок подсоединить эти два элемента, причем следует УЗО соединить с автоматическим выключателем, а затем полученную конструкцию поставить на входе сети.

Диагностика и принцип работы

При срабатывании устройства дифзащиты следует в кратчайшие сроки определить причину отключения защищаемого участка цепи. Если рассмотреть УЗО и АВ, то найти причину будет проще, поскольку при срабатывании УЗО происходит утечка тока, а срабатывание АВ свидетельствует о перегрузке сети или коротком замыкании на одном из ее участков.

Однако если сработал дифвыключатель, то выявить причину не так просто. Это связано с тем, что в некоторых бюджетных моделях не предусмотрена функция индикации причины срабатывания, что значительно усложняет диагностику сети. Кроме того, из-за частых срабатываний он может выйти из строя. Этого можно избежать путем приобретения дорогостоящего дифвыключателя.

Принцип работы устройств защиты от возникновения токов утечки одинаковый и основан на выполнении сравнения входящих и исходящих значений токов по закону Кирхгофа, согласно которому они должны быть равны. Сравнение достигается особенностью конструкции устройств дифзащиты, состоящей из следующих основных элементов:

• трансформатора;
• дифреле.

Трансформатор имеет тороидальное исполнение с двумя первичными обмотками и одной, управляющей работой дифреле. Последнее является электромеханическим с разомкнутой группой контактов. Обмотка управления соединена с дифреле, и при нормальной работе токи, проходящие через две первичные катушки, которые намотаны в противоположные стороны, создают магнитные потоки Ф1 и Ф2 соответственно. Магнитный поток Ф на катушке управления во время отсутствия дифтоков равен 0. Если произошла утечка, то значение Ф будет отлично от нулевого значения. В этом случае на катушке управления возникнет электромагнитное поле.

Из законов физики известно, что электромагнитное поле является причиной возникновения электрического тока, который активирует дифреле. В результате этого цепь размыкается. Работает дифавтомат аналогично УЗО, только в его корпус встроено два АВ, разрывающих цепь при коротком замыкании или перегрузке сети.

Основной характеристикой считается время срабатывания дифзащиты. Для УЗО оно составляет от 0,2 до 0,32 с, а для дифавтомата — 0,04 с. Кроме того, особенностью является чувствительность устройства, которая для УЗО находится в диапазоне от 10 мА до 30 мА, а для дифвыключателя — от 10 мА до 63 мА.

Расчет стоимости

Финансовые затраты являются значимымы при установке защиты от дифференциальных токов. Цена УЗО и АВ меньше стоимости АВДТ. Если произошла поломка какого-либо элемента из пары УЗО и АВ, то его замена обойдется дешевле, чем покупка исправного АВДТ. Поэтому необходимо подобрать качественные модели, а не довольствоваться бюджетными вариантами.

Более детальный анализ стоимости при выборе защиты от дифтоков проиллюстрирует следующий пример. Для защиты дома с 8 линиями и потребителями электроэнергии на 17 А и мощностью в 1,5 кВт следует выбрать устройство для обеспечения защиты. На каждые две линии нужно по два АВ и одному УЗО, а при использовании АВДТ необходимо по одной единице на линию. Для решения этой задачи можно воспользоваться специальным алгоритмом:

1. Расчет для УЗО+АВ сумма S1: S1 = 8 * (стоимость АВ на 25 А) + 4 * (стоимость УЗО).
2. Для АВДТ общая сумма S2 вычисляется по формуле: S2 = 8 * (стоимость АВДТ).

Если произвести расчет, подставив в формулы значения стоимостей устройств, то получится существенная разница. Для окончательного выбора устройства дифзащиты следует ознакомиться с достоинствами и недостатками каждого из устройств.

Достоинства и недостатки

Исходя из критериев выбора и основных характеристик, можно выделить преимущества и недостатки каждого из устройств. Основные минусы АВДТ: проблемы диагностики в бюджетных вариантах (в дорогих этого недостатка нет) и стоимость.

Преимущества использования дифавтомата: высокое время срабатывания, компактность, удобная установка и подключение. Недостатки УЗО в сравнении с АВДТ: значительное время срабатывания, необходимость использования с автоматами, сложность монтажа, а также они занимают больше места. Пара УЗО и АВ имеет перед АВДТ (бюджетный вариант) такие достоинства: низкая цена и удобная диагностика причины срабатывания устройства.

Если учесть, что надежность устройств двух разновидностей практически одинаковая, то критерием выбора является цена и время срабатывания. При выборе устройства необходимо руководствоваться следующими правилами: монтаж и простота подключения, возможная диагностика и занятое пространство.

Таким образом, основным критерием выбора между дифвыключателем и парой УЗО с АВ является цена. Для опытного электрика проблемы монтажа и подключения не существует, поскольку это достаточно просто. Кроме того, пространство, занимаемое в щитке, не имеет значения, так как он покупается с учетом дальнейшего расширения и увеличения количества линий.