Как выбрать устройство защитного отключения

Количество электрических и электронных приборов в наших домах уже давно исчисляется десятками: компьютеры, стиральные
и посудомоечные машины, водонагревательные котлы и многое другое. Однако, помимо пользы и облегчения быта, все эти приборы могут
быть смертельно опасны из-за возможности поражения электрическим током. И причины этому могут быть самые разные: неправильная эксплуатация, неосторожное обращение с электроприборами, низкое качество самих приборов и просто случайность.

По данным Международной Организации Труда ежегодно в мире более чем 120 миллионов людей получают травмы. Из них 7-13% смертельных случаев вызваны причинами, связанными с электричеством. Цифры говорят сами за себя, и это при том, что они не учитывают бытовые травмы, связанные с поражением электрическим током.

Чем же опасен электрический ток и какое воздействие он оказывает на человеческое тело?

Степень поражения электрическим током зависит от величины тока, протекающего через тело человека. Например, в однофазной бытовой сети напряжением 220 В, если человек случайно прикоснется к фазному проводнику, в соответствии с законом Ома, по нему пройдет ток величиной 0,22 А или 220 мА. Сопротивление тела человека при расчетах принимается равным 1000 Ом. 220 миллиампер — много это или мало? Для ответа на этот вопрос, обратимся к международному стандарту IEC 60479-1 1994, в котором, опираясь
на многолетний опыт и статистику, определены пороговые значения токов для человека (смотрите ниже).

Исходя из этого стандарта, ток до 5 мА — это пороговый ток ощущения, то есть, при протекании через тело человека тока в 5 мА человек почувствует покалывание. Ток порядка 10-15 мА является пороговым током неотпускания, то есть, если человек возьмется рукой
за оголенный провод и по нему пойдет ток 10-15 мА, то самостоятельно разжать руку он уже не сможет — произойдет спазм мышц. Поэтому, в самом крайнем случае, когда под рукой нет необходимых инструментов (индикаторов напряжения) отсутствие напряжения
на каких-либо частях электроустановки проверяют тыльной стороной руки. В этом случае произойдет сокращение мышц локтевого сустава и руку отбросит от проводника.

При токах порядка 30-50 мА возможно наступление паралича органов дыхания, а при больших значениях токов — фибрилляция сердца.

Как видно из рисунка, тяжесть поражения электрическим током также зависит от длительности протекания тока через тело человека — чем дольше протекает ток, тем опаснее его последствия.

Так, ток величиной 50 мА при длительности протекания более 1 секунды является смертельно опасным для человека.

А теперь вспомним значение 220 мА из расчета приведенного выше.

Вышеописанные пороговые значения токов являются усредненными и приблизительными и зависят от очень многих факторов, одним
из которых является сопротивление тела человека, которое в свою очередь, также зависит от многих параметров, и значение в 1000 Ом является условным.

Сопротивление тела человека во многом индивидуально и зависит от:
— пола человека – у женщин сопротивление тела меньше, чем у мужчин;
— состояния кожи – порезы, царапины и т.д. снижают сопротивление;
— общего состояния здоровья;
— ожидает ли человек удар электрическим током или нет;
— от состояния опьянения (сопротивление организма человека, употреблявшего алкоголь меньше, чем у не употреблявшего, но некоторых электриков это не останавливает);
— многое другое.

Также степень поражения электрическим током зависит и от пути протекания тока через тело человека. Наиболее опасным является путь «рука-рука», поскольку ток проходит непосредственно через грудную клетку человека.

Кроме биологического воздействия — нарушения функционирования внутренних органов, электрический ток может вызывать ожоги, электроофтальмию — поражение сетчатки глаз (при возникновении электрической дуги), металлизацию кожи и т.д. Но все-таки самым опасным является поражение сердца.

Как же снизить вероятность поражения электрическим током и минимизировать отрицательное воздействие, если все-таки поражения избежать не удалось?

Основными методами защиты являются изоляция и ограждение токоведущих частей, заземление и выравнивание потенциалов, снижение напряжения до безопасного уровня, защитное отключение питания при повреждении или пробое изоляции и возникновении аварийных ситуаций.

В бытовых условиях, особенно в домах старой постройки (до 2000 года), в которых отсутствует заземление, практически единственным методом защиты является использование устройств защитного отключения (УЗО) — дифференциальных выключателей.

Отдельно стоит отметить, что автоматические выключатели и предохранители не защищают человека от поражения электрическим током.

Рассмотрим принцип действия, устройство и маркировку на примере дифференциального выключателя серии «Pro» ТМ «E.NEXT».

Дифференциальные выключатели предназначены для защиты людей при прямом (например, непосредственно к оголенному проводу) или косвенном (например, к проводу с поврежденной изоляцией) контакте с открытыми проводящими частями электроустановок, соединенными с соответствующим заземляющим устройством электроустановок зданий. Также используются для обеспечения защиты
от пожаров, возникающих вследствие длительного протекания тока повреждения.

Основными конструктивными элементами дифференциального выключателя являются:
— дифференциальный трансформатор, который представляет из себя трансформатор тока, первичная обмотка которого выполнена фазными и нулевым проводниками. Вторичная обмотка связана с катушкой исполнительного элемента. К сердечнику дифференциального трансформатора предъявляются повышенные требования – высокая чувствительность, стабильность характеристик, линейность характеристики намагничивания и т.д., поэтому магнитный сердечник дифференциальных трансформаторов выключателей ТМ «ENEXT» выполняется из высококачественного некристаллического железа;
— исполнительный элемент – чувствительное магнитоэлектрическое реле прямого действия, работа которого не зависит от напряжения питания;
— подвижные и неподвижные контакты имеют серебросодержащие напайки, обеспечивающие высокие эксплуатационные характеристики – электрическую износостойкость, низкое переходное сопротивление;
— дугогасительные камеры (установлены в каждом полюсе, включая нейтральный);
— контактные зажимы для присоединения внешних проводников;
— рукоятка управления;
— механизм тестирования работоспособности выключателя (при нажатии кнопки «Тест» на лицевой части выключателя, создается искусственный ток утечки и устройство срабатывает).

Еще один важный момент – дифференциальный выключатель реагирует только на токи утечки. У него отсутствует защита от токов перегрузки и коротких замыканий, поэтому эксплуатация УЗО возможна только при установке перед дифференциальным выключателем устройств защиты от сверхтоков (более подробную информацию о том, как выбрать автоматический выключатель, читайте в статье
«Как правильно выбрать автоматический выключатель» в разделе «Статьи и полезная информация»).

Принцип действия УЗО заключается в сравнении токов, входящих в электроустановку (ток фазного проводника) и выходящих из нее
(ток рабочего нулевого проводника). При нормальной работе электроустановки, эти токи равны и ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора равен нулю. При возникновении тока утечки, например, при касании человеком оголенного фазного провода, какая-то часть тока пойдет через тело человека. Таким образом, ток по нулевому проводу будет меньше, чем ток по фазному,
во вторичной обмотке дифференциального трансформатора появится ток и при достижении им величины уставки срабатывания исполнительный элемент выключателя воздействует на механизм свободного расцепления и отключает дифференциальный выключатель.

Теперь разберем маркировку дифференциального выключателя:
— торговая марка — E.NEXT;
— номинальное напряжение и частота – ˜230/400В, 50Гц;
— наименование и серия — e.rccb.pro;
— маркировка положения включено/отключено;
— температурный диапазон – гарантия работы выключателя при температуре до –25°С;
— условно-графическое обозначение;
— номинальный ток — 25А;
— номинальный дифференциальный ток отключения – 30 мА;
— номинальный условный ток короткого замыкания – 6000А;
— тип УЗО – АС;
— необходимость ежемесячного тестирования работоспособности выключателя.

Последние пять пунктов разберем подробнее.

Номинальный ток дифференциального выключателя должен выбираться равным номинальному току вышестоящего автоматического выключателя, но будет лучше, если номинал УЗО будет больше номинала автомата. Так как, УЗО не имеет защиты от сверхтоков, то оно должно выдерживать токи перегрузки до их отключения вышестоящим автоматом. Поэтому, чем больше будет номинальный ток УЗО, тем больший ток перегрузки сможет выдерживать УЗО без снижения своих эксплуатационных характеристик, например перегрева контактной группы.

Номинальный дифференциальный ток отключения (или уставка по дифф. току) — это ток утечки, при появлении которого УЗО должно гарантировано сработать, за время, не превышающее установленное соответствующим стандартом. Здесь, также как и ранее, воспользуемся стандартом Международной электротехнической комиссии, поскольку действующий на момент написания данной статьи ГОСТ 12.4.155-85 безнадежно морально устарел, и в технической части не соответствует современному уровню знаний в области защиты человека от поражения электрическим током. Международный стандарт IEC 61008 нормирует время отключения при номинальном дифференциальном токе не более 0,3с, а при пятикратном номинальном дифф. токе — не более 40мс. Многолетняя же практика
и многочисленные испытания дифференциальных выключателей ТМ «ENEXT» показывают, что время отключения номинального дифференциального тока не превышает значений 25-27мс.

Стандартными уставками по дифференциальному току для устройств защитного отключения, применяемым, в том числе, и в быту — являются 10, 30, 100 и 300мА. УЗО с уставками 10 и 30мА предназначены для защиты жизни и здоровья людей и животных от поражения электрическим током, а с уставками 100 и 300мА — для защиты зданий и сооружений от пожаров при длительных протеканиях токов утечки (например, искрение при поврежденной изоляции провода).

С какой же уставкой необходимо выбирать дифференциальные выключатели? Казалось бы, чем меньше уставка тем лучше. Однако
не все так просто. Дело в том, что в сети всегда есть, так называемый, фоновый ток утечки в несколько миллиампер, а если проводка
в доме ветхая, то он может достигать и десятка миллиампер, а значит УЗО с уставкой 10мА (а иногда и 30мА) будет регулярно ложно срабатывать. Поэтому уставка по дифф. току устройства защитного отключения должна в три раза превышать суммарный ток утечки в сети. Этот суммарный ток утечки замеряется специальными приборами, либо принимается условно из расчета 0,3мА на 1А тока нагрузки для потребителей электроэнергии и 10мкА на 1м фазного провода. На бытовом уровне такие расчеты будут наверное слишком сложны, поэтому можно порекомендовать следующие уставки устройств защитного отключения:
— для вводного УЗО — 100мА или 30мА, если УЗО будет одно на весь дом;
— для защиты розеточных групп — 30мА;
— для защиты одиночных потребителей, запитанных по отдельной линии, для розеточных групп, установленных в санузлах, подвалах
и других помещениях с повышенной влажностью — 10мА.

Номинальный условный ток короткого замыкания — это максимальный ток, которое способно выдержать УЗО, защищаемое устройством защиты от сверхтоков (автомат или предохранитель) без необратимых изменений, нарушающих его работоспособность. Фактически, это параметр определяющий надежность УЗО, качество исполнения механизма и электрических соединений выключателя, термическую
и электродинамическую стойкость при коротких замыканиях.

По условиям функционирования при наличии тока утечки устройства защитного отключения разделяются на несколько типов. Для бытовых потребителей будут интересны типы АС графическое обозначение и А графическое обозначение.

УЗО типа АС будет реагировать только синусоидальную составляющую тока утечки. Но большинство современных бытовых приборов имеют в своем составе импульсные блоки питания и/или тиристорные регуляторы и при пробое на корпус вероятность появления пульсирующей составляющей постоянного тока очень высока. При этом УЗО типа АС на такой ток утечки реагировать не будет. Для защиты человека в данном случае необходимо применять УЗО типа А, реагирующие как на синусоидальный переменный, так и на пульсирующий постоянный дифференциальные токи.

В Европе, да и в последнее время в России, идет массовая замена устройств защитного отключения типа АС на УЗО типа А, как более отвечающие современным требованиям безопасности. В Украине, в виду сильного и явного отставания нормативной и нормативно-технической документации и от Европы, и от России, УЗО типа А пользуются не очень большим спросом. Особенно стоит учесть, что УЗО типа А дороже, чем УЗО типа АС.

На лицевой части устройств защитного отключения присутствует кнопка «Тест», которая служит для контроля исправности УЗО. Проверять работоспособность устройств дифференциальной защиты необходимо не реже 1 раза в месяц. Об этом ни в коем случае нельзя забывать, поскольку от этого может зависеть ваша жизнь. Хотя, нажатием кнопки «Тест» проверяется только срабатывание устройства защитного отключения, но никак не контролируются такие нормируемые параметры как дифференциальный ток отключения и время отключения. Для измерения этих величин, опять же необходимо использовать специальные приборы.

В ассортименте компании «E.NEXT-Украина», помимо УЗО серии «Pro», есть устройства дифференциальной защиты серий «Standard»
и «Industrial».

УЗО серии «Industrial» отличается от серии «Pro» большей надежностью и стойкостью к токам короткого замыкания – номинальный условный ток короткого замыкания для данной серии равен 10000А.

УЗО серии «Standard» отличается от серии «Pro» тем, что оно не электромеханическое, а электронное. В качестве исполнительного механизма в данной серии используется не высокочувствительное реле, а обычное электромагнитное реле с электронным усилителем сигнала. Одно из преимуществ устройств данного вида – это стоимость. Электронные УЗО стоят дешевле, чем электромеханические.
Но, электромеханические УЗО функционально не зависят от напряжения питания и сохраняют свою работоспособность при обрыве рабочего нуля — одного из распространенных видов аварий в системах электроснабжения. При этом, в зависимости от конфигурации сети
и нагрузки, в одной квартире напряжение может быть равным нулю, а в другой может вырасти до 380В. Если в этот момент человек попадет под действие электрического тока, то электронное УЗО не сработает, так как на входе платы электронного усилителя не будет необходимого напряжения питания. Поэтому применение электронных УЗО имеет ряд ограничений: электронное УЗО рекомендуется применять только в том случае, если перед ним стоит электромеханическое реле или перед ним стоит реле контроля напряжения, которое, в случае выхода напряжения за нормальные пределы, отключит питание. Таким образом, электронные реле не рекомендуется применять в качестве вводных устройств защитного отключения, а только в качестве защиты отходящих линий или конечных потребителей, после вводного электромеханического.

А теперь рассмотрим очень важный аспект применения устройств защитного отключения — наличие заземления. Возьмем такой пример, пробой на корпус стиральной машины, которая эксплуатируется в трехпроводной сети (фаза, ноль и заземление). Через проводник заземления существует путь для протекания тока утечки на возникновение которого и отреагирует устройство защитного отключения
и отключит неисправный электроприбор. Более того, при появлении такого рода неисправности (пробой на корпус) УЗО не даст его включить в сеть.

При отсутствии заземления и пробое на корпус той же стиральной машины пути для протекания тока утечки нет и машина продолжит работать с опасным потенциалом на корпусе. Но как только к машине прикоснется человек, то через его тело пойдет ток и на этот ток отреагирует УЗО. То есть, человек сработает как заземлитель. Таким образом, человека конечно ударит током, но при времени отключения УЗО порядка 30-40мс, это не будет иметь особо тяжелых последствий, как это было бы при отсутствии устройства защитного отключения. Поэтому применение устройств дифференциальной защиты в двухпроводных сетях, в которых заземление отсутствует, является еще более важным для обеспечения безопасности, чем в трехпроводных, где заземление есть.

Еще один немаловажный момент, который обязательно стоит отметить — устройства защитного отключения спасут жизнь и здоровье человека только при однополюсном прикосновении. То есть, грубо говоря, если человек возьмет в руку гвоздь и воткнет его в розетку, попав при этом на фазу, УЗО сработает. Но если, человек возьмет по гвоздю в обе руки и воткнет одновременно оба гвоздя в розетку,
то УЗО не сработает, так как утечки тока не произойдет — человек просто включится в сеть как нагрузка. Поэтому устройства защитного отключения — это дополнительная защитная мера, которая не отменяет соблюдение норм и правил безопасной эксплуатации электрооборудования.

И самое последнее, любое, даже самое качественное и дорогое УЗО, может не спасти от поражения электрическим током, если
его подключал не специалист. Поэтому любые работы, связанные с подбором, заменой, монтажом, подключением, настройкой электротехнического оборудования должны проводиться квалифицированными электриками.