Основы электробезопасности

Современные устройства защитного отключения (УЗО) имеют быстродействие от 0,03 до 0,2 с.

УЗО создаются  на различных принципах действия. Наиболее совершенным является УЗО, реагирующее на ток утечки (дифференциальный ток). Достоинство его состоит в том, что оно защищает человека от поражения электрическим током не только в случае прикосновения к металлическим корпусам, оказавшимся под напряжением из-за повреждения изоляции (о чём говорится в приведённом определении), но и при прямом прикосновении к токоведущим частям. Именно такие УЗО ГОСТ 12.1.019 -79 относит одновременно к средствам защиты как от косвенных так и от прямых прикосновений.

Кроме того, УЗО выполняет  ещё одну важную функцию - защиту электроустановок от возгораний, первопричиной - которых являются утечки, вызванные ухудшением изоляции. Известно, что более трети пожаров возникает от неисправностей электропроводок, поэтому вполне справедливо УЗО называют «противопожарным сторожем».

Применение  высокочувствительных УЗО приводит к необходимости поддержания  изоляции электрических сетей и  потребителей на должном уровне, то есть в конечном счёте требует  повышения культуры эксплуатации электроустановок. В противном случае неизбежны частые перерывы электроснабжения потребителей по причине ложных срабатываний УЗО от естественных (фоновых) токов утечки.

УЗО состоит  из трёх функциональных элементов: датчика, исполнительного органа и коммутационного устройства. Датчик улавливает токи утечки, стекающие с фазных проводов на землю в случае прямого прикосновения человека или повреждения изоляции. Сигнал о наличии тока утечки поступает в исполнительный орган, где усиливается и преобразуется в команду на отключение коммутационного устройства.

Исполнительный  орган УЗО может работать на двух различных принципах: электронном и электромеханическом. В электронном УЗО исполнительный орган содержит электронный усилитель, в качестве источника питания которого используется сама контролируемая сеть. Надёжность работы таких устройств зависит от наличия и стабильности напряжения сети.

В электромеханическом  УЗО вместо электронного усилителя  применяется магнитоэлектрическая защёлка, не требующая источника питания. Надёжность таких УЗО значительно выше, они продолжают выполнять электрозащитную функцию при обрыве любого из питающих нагрузку проводов. Достоинством электромеханических УЗО является также отсутствие потребления электроэнергии в основном, дежурном режиме работы, в то время как каждое электронное УЗО потребляет мощность от 4 до 8 Вт. Однако электромеханические УЗО существенно (в 2 - 2,5 раза) дороже электронных.

Электрическая схема электромеханического УЗО  приведена на рисунке 10. Датчиком устройства служит трансформатор тока утечки (I) кольцевой магнитопровод которого охватывает провода, питающие нагрузку (6) и играющие роль первичной обмотки. При отсутствии тока утечки рабочие токи (Iр) в прямом (фазном) и обратом (нулевом рабочем) проводах равны и наводят в магнитопроводе равные но противоположно направленные потоки; результирующий поток равен нулю и поэтому ЭДС во вторичной обмотке отсутствует. УЗО не срабатывает. При появлении тока утечки (например, при прикосновении человека к оголённому фазному проводу) ток и прямом проводе превышает обратный ток на величину тока утечки (Iут); в сердечнике возникает магнитный поток небаланса, а во вторичной обмотке наводится ЭДС, пропорциональная току утечки. По обмотке магнитоэлектрической защёлки (2) протекает ток, вызывающий срабатывание и воздействие на механизм свободного расцепления (3), отключающий контакты (4). УЗО срабатывает. Таково действие УЗО двухполюсного исполнения в цепи однофазной нагрузки.

Для работы в  трёхфазной сети (как трёх-, так и  четырехпроводной) УЗО выполняется четырёхполюсным, то есть магнитопровод охватывает три фазных и нулевой рабочий проводники. Согласно первому закону Кирхгофа при любой несимметрии нагрузки алгебраическая сумма мгновенных значений токов в проводах, питающих нагрузку, равна нулю, результирующий поток в магнитопроводе и ЭДС во вторичной обмотке отсутствует; УЗО не срабатывает. ЭДС во вторичной обмотке наводится и УЗО срабатывает лишь от токов, замыкающихся по путям утечки, минуя нагрузку. Другими словами, токи, замыкающиеся через нагрузку (рабочий ток, сверхток перегрузки), а также токи одно-, двух-, трёхфазных коротких замыканий между проводами, питающими нагрузку, не могут вызвать срабатывание УЗО. Заметим, что двухполюсное прикосновение человека с изоляцией от земли УЗО воспринимает как нагрузку и не срабатывает, что является недостатком, принципиально присущим устройствам защитного отключения.

Из сказанного следует, что УЗО не защищает сеть от сверхтоков перегрузок и коротких замыканий, то есть применение УЗО не должно означать отказа от автоматов защиты сети или плавких предохранителей. Некоторые типы устройств защитного отключения (в основном, зарубежного производства) совмещают в себе функции УЗО и автоматического выключателя, что неизбежно ведёт к снижению надёжности и Повышению стоимости за счёт усложнения схемы и увеличения количества компонентов.

УЗО является высокоэффективным и перспективным  способом защиты. Оно используется в электроустановках до I кВ в дополнение к защитному заземлению (занулению), а также в качестве основного или дополнительного способа защиты, когда другие способы и средства неприменимы или малоэффективны.

В настоящее  время в Российской Федерации  действует ряд нормативных документов, регламентирующих технические параметры и требования к применению УЗО в электроустановках зданий. Ниже приводится перечень основных документов с краткими выдержками, касающимися применения УЗО.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) Изд.7-е, 1999г.

Раздел 6 "Электрическое  освещение".

П. 6.1.14. В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных при высоте установки светильников общего освещения над полом или площадкой обслуживания менее 2,5 м применение светильников класса защиты 0 запрещается, необходимо применять светильники класса защиты 2 или 3. Допускается использование светильников класса защиты 1, в этом случае цепь должна быть защищена устройством защитного отключения (УЗО) с током срабатывания до 30 мА...

П. 6.1.16. Для  питания светильников местного стационарного  освещения с лампами накаливания должны применяться напряжения: в помещениях без повышенной опасности - не выше 220 В и в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных - не выше 50 В, В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных допускается напряжение до 220 В для светильников, в этом случае должно быть предусмотрено или защитное отключение линии при токе утечки до 30 мА, или питание каждого светильника через разделяющий трансформатор.

П. 6.1.17. ...Переносные светильники, предназначенные для  подвешивания, настольные, напольные  и т.п. приравниваются при выборе напряжения к стационарным светильникам местного стационарного освещения (п.6.1.16.)...

П. 6.1.48. При  выполнении схем питания светильников и штепсельных розеток следует  выполнять требования по установке УЗО, изложенные в гл. 7.1 .и 7.2.

П. 6.1.49 Для  установок наружного освещения: фасадов зданий, монументов и т.п., наружной световой рекламы, и указателей в сетях TN-S или TN-C-S рекомендуется  установка УЗО с током срабатывания до 30 мА, при этом фоновое значение токов утечки должно быть по крайней мере, в 3 раза меньше уставки срабатывания УЗО по дифференциальному току.

П. 6.4.18. Установки  световой рекламы, архитектурного освещения  зданий следует, как правило, питать по самостоятельным линиям - распределительным или от сети зданий. Допускаемая мощность указанных установок не более 2 кВт на фазу при наличии резерва мощности сети.

Для линии  должна предусматриваться защита от сверхтока и токов утечки (УЗО).

Раздел 7. «Электрооборудование специальных установок»

Глава 7.1. «Электроустановки жилых, общественных, административных, бытовых зданий»

П. 7.1.48. ...В  ванных комнатах квартир и номеров  гостиниц допускается установка  штепсельных розеток в зоне 3 по ГОСТ Р 50571.11-96, присоединяемых к сети через разделительные трансформаторы или защищенных устройством защитного отключения, реагирующим на дифференциальный ток, не превышающий 30 мА…

П. 7.1.71. Для  защиты групповых линий, питающих штепсельные  розетки для переносных электрических приборов, рекомендуется предусматривать устройства защитного отключения (УЗО).

П. 7 1 72. Если устройство защиты от сверхтока (автоматический выключатель, предохранитель) не обеспечивает время  автоматического отключения 0,4 с  при номинальном напряжении 220 В из-за низких значений токов короткого замыкания и установка (квартира) не охвачена системой уравнивания потенциалов, установка УЗО является обязательной.

П. 7.1.73. При  установке УЗО последовательно  должны выполняться требования селективности. При двух- и многоступенчатой схемах УЗО, расположенное ближе к источнику питания, должно иметь уставку и время срабатывания не менее чем в 3 раза большие, чем у УЗО, расположенного ближе к потребителю.

П. 7.1,74, В зоне действия УЗО нулевой рабочий  проводник не должен иметь соединений с заземленными элементами и нулевым, защитным проводником.

П. 7.1.75. Во всех случаях применения УЗО должно обеспечивать надежную коммутацию цепей нагрузки с учетом возможных перегрузок.

П. 7.1.76. ...Не допускается  использовать УЗО в групповых  линиях, не имеющих защиты от сверхтока, без дополнительного аппарата, обеспечивающего эту защиту.

При использовании  УЗО, не имеющих защиты от сверхтока, необходима их расчетная проверка в режимах сверхтока с учетом защитных характеристик вышестоящего аппарата, обеспечивающего защиту от сверхтока.

П. 7.1.77. В жилых зданиях не допускается применять УЗО, автоматически отключающие потребителя от сети при исчезновении или недопустимом падении напряжения сети. При этом УЗО должно сохранять работоспособность на время не менее 5 сек. при снижении напряжения до 50% номинального.

П. 7.1.78. В зданиях  могут применяться УЗО типа "А", реагирующие как на переменные, так и на пульсирующие токи повреждений, или "АС", реагирующие, только на переменные токи утечки.

Источником  пульсирующего тока являются, например, стиральные машины с регуляторами скорости, регулируемые источники света, телевизоры, видеомагнитофоны, персональные компьютеры и др.

П. 7.1.79. В групповых  сетях, питающих штепсельные розетки, следует применять УЗО с номинальным током срабатывания не более 30 мА.

Допускается присоединение к одному УЗО нескольких групповых линий через отдельные автоматические выключатели (предохранители).

Установка УЗО  в линиях, питающих стационарное оборудование и светильники, а также в общих  осветительных сетях, как правило, не требуется.

П. 7.1.80. В жилых  зданиях УЗО рекомендуется устанавливать  на квартирных щитках, допускается  их установка на этажных щитках.

П. 7.1.81. Установка  УЗО запрещается для электроприемников, отключение которых может привести, к ситуациям, опасным для потребителей (отключению пожарной сигнализации и т.п.).

П. 7.1.82. Обязательной является установка УЗО с номинальным  током срабатывания не более 30 мА для групповых линий, питающих розеточные сети, находящиеся вне помещений и в помещениях особо опасных и с повышенной опасностью, например в зоне 3 ванных и душевых помещений квартир и номеров гостиниц.

П. 7.1.83. Суммарный  ток утечки сети с учетом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников  в нормальном режиме работы не должен превосходить 1/3 номинальною тока У30, При отсутствии данных ток утечки электроприемников следует принимать из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки сети - из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника.

П. 7.1.84. Для  повышения уровня защиты от возгорания при замыканиях на заземленные части, когда величина тока недостаточна, для срабатывания максимальной токовой защиты, на вводе в квартиру, индивидуальный дом и т.п. рекомендуется установка УЗО с током срабатывания до 300 мА. 

П. 7.1.85. Для  жилых зданий при выполнении требований п. 7.1.83 функции УЗО по п.п. 7.1.79 и 7.1.84 могут выполняться одним аппаратом с током срабатывания не более 30 мА.

П. 7.1.86. Если УЗО  предназначено для защиты от поражения  электрическим током и возгорания или только для защиты от возгорания, то оно должно отключать как фазный, так и нулевой рабочий проводники защита от сверхтока в нулевом рабочем проводнике не требуется.

ГОСТ  Р 50669-94 «Электроснабжение и электробезопасность  мобильных (инвентарных) зданий из металла или с металлическим каркасом для уличной торговли и бытового обслуживания населения. Технические требования».

Область применения: Настоящий стандарт устанавливает  требования к электроснабжению и к электробезопасности мобильных (инвентарных) зданий выполненных из металла или имеющих металлический каркас, предназначенных для уличной торговли и бытового обслуживания населения (торговые павильоны, киоски, палатки, кафе, будки, фургоны, боксовые гаражи и т.п.).