УЗО селективного действия в трехфазной сети

Селективность двух УЗО и дифавтоматов (анонс видео)

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

Мысль для данного видеоролика мне пришла после сопутствующих вопросов по бюджетному щиту для частного дома (см. видео на моем канале Ютуб с соответствующим названием).

В комментариях стали обсуждать, что при установке двух УЗО в одной линии, например, на вводе 100 (мА) и на отходящей линии 30 (мА), селективность их срабатывания соблюдаться не будет, и что при возникновении утечки в цепи может отключаться вводное УЗО или даже одновременно оба УЗО. Что, естественно, не есть хорошо!

Например, в квартирном щитке у нас имеется 2 группы нагрузок (розетка №1 и розетка №2). На групповые нагрузки установлено УЗО типа АС или А с уставкой дифференциального тока 30 (мА), а на вводе — УЗО типа АС или А с уставкой дифференциального тока 100 (мА).

В одной из своих статей я рассказывал Вам про методику проверки УЗО и в той статье я приводил значения срабатывания УЗО не только по уставке, но и по времени, 1, 3 и 5-кратном. И как Вы успели заметить, чем больше ток утечки, тем быстрее срабатывает УЗО, хотя и встречаются порой исключения, когда при разных кратностях тока утечки время срабатывания у них практически не меняется. Но это больше является исключением.

А значит, что в приведенном выше примере при повреждении на розеточной линии будет срабатывать УЗО поврежденной линии, а не вводное УЗО, тем самым обестачивая всю квартиру.

Причем этот способ наиболее распространен в данное время, т.к. селективные УЗО есть не у всех производителей, да и встречаются гораздо реже в продажах.

Естественно, чтобы 100% соблюдать селективность, на вводе необходимо устанавливать селективное УЗО (тип S или G), т.е. с некоторой заданной выдержкой времени от 0,05 (сек.) до 0,5 (сек.), а уже на отходящие группы — стандартные УЗО без выдержки времени.

В случае утечки на одной из отходящей линии, вводное УЗО сработает только в том случае, когда групповое УЗО поврежденной линии по каким-то причинам «не сработает» (неисправно, вышло из строя и т.п.).

Тем не менее я решил все же провести несколько экспериментов, чтобы показать Вам все наглядно и, раз и навсегда, разрешить все вопросы и дискуссии по данному вопросу.

Проведу два эксперимента по селективности срабатывания двух УЗО в одной линии:

1. Селективность двух УЗО с током утечки 100 (мА) и 30 (мА) без выдержек времени (неселективных)
2. Селективность двух УЗО с током утечки 300 (мА) с выдержкой времени (селективное) и 30 (мА) без выдержки времени (неселективное).

Подключу последовательно в линию два УЗО и буду поочередно проверять их срабатывание при разных токах утечки, начиная с 10 (мА) и заканчивая 500 (мА).

В итоге мы посмотрим, как будут срабатывать УЗО при разных токах утечки.

Смотрите данный эксперимент в моем видеоролике:

P.S. Все показанное в данном видеоролике с таким же успехом относится и к дифавтоматам в плане срабатывания их дифференциальных элементов. Только прошу внимательно отнестись к тому, что эксперименты проводились с одинаковыми типами УЗО (тип АС). А это значит, что при установке разных типов УЗО (АС, А и В) и при разных видах утечек поведение УЗО может отличаться. Так что учтите это! Но это уже частные случаи и при установке УЗО одинаковых типов селективность у Вас в любом случае будет соблюдена.

1. Проект электроснабжения офиса, расположенного в жилом доме
2. Можно ли переделать трехполюсные или двухполюсные автоматы в однополюсные, убрав перемычку на рычажках?
3. Расцепитель РММ47 от IEK — альтернатива реле напряжения
4. Испытания расцепителя РММ47 (продолжение)
5. Испытания автоматов током 1,13·In (АВВ, Legrand, Hager, Eaton, CHINT, DEKraft)
6. Вводное распределительное устройство (ВРУ)

6 комментариев к записи “Селективность двух УЗО и дифавтоматов (анонс видео)”

Все пошли комментировать G и S на Youtube, а я тут порассуждаю)
* * *
Узо G на ввод не годится, оно для этого не предназначено. В стандартах МЭК есть две разновидности — G (general, general-non time delay, instantaneous, standard, общее, стандартное, без задержки, мгновенного действия) и S (selective, time delay, с задержкой времени).
С этой задержкой происходит путаница. У т.н. «помехоустойчивых» УЗО эта задержка кратковременная — 10 мс. Хотя у отдельных экземпляров (ETI KZS-2М G/KV) в описании встречается время 10-40 мс.
Потребность в таком исполнении (когда утечка и импульс до 3 кА игнорируются на протяжении 10 мс) объясняют борьбой с ложными отключениями, и рекомендуют ставить такие УЗО на компьютер, холодильник, уличное освещение и прочее электрооборудование, внезапное отключение которого очень доставляет.
Аргументы типа — на обычное УЗО для беспроблемной работы можно повесить две рабочие станции компьютер/принтер, а на УЗО с задержкой 10 мс — пять таких станций.

УЗО с задержкой 10 мс относится к исполнению быстродействующих, не селективных УЗО. Его максимальное время отключения не выходит за пределы максимального времени для обычных быстродействующих УЗО, и поэтому оно так же пригодно для дополнительной защиты, как и обычное УЗО.
Стандарт нормирует время неотключения только для селективных УЗО исполнения S. Для исполнений APR, Si, K, G/KV, AKV и т.п. нормируют только максимальное время.
Особенно преуспела в изобретении всяких диковинных характеристик срабатывания для УЗО немецкая фирма Doepke. Вот УЗО тип F с буквой G на корпусе.

УЗО тип F проблем с селективностью не имеет, потому что селективных F не существует, а ставить F ниже А, а тем более ниже АС, нельзя, даже если эти А/АС селективные.
В европах F рекомендуют для исключения ложных срабатываний на светодиодное освещение, инверторы, насосы. Короче, для комнат тип А, для кухни и подсобных помещений тип F.

Из брошюры УЗО Siemens про устройства в исполнении К — «супер-устойчивые» к нежелательным отключениям.
В конце там сказано, что бывают только селективные и неселективные УЗО. Соответственно, исполнение К с задержкой 10 мс относится к быстродействующим устройствам, не S.
* * *
Type K super-resistant
Leakage currents and residual currents arising from the operation of electrical
equipment cannot be distinguished. The reaction to both is the same. If a temporary high leakage current occurs, it is neither necessary nor desirable to disconnect the load from the supply. If electronic equipment is used with capacitors
connected against the protective conductor in order to eliminate faults, inadvertent tripping of the RCCB can occur when the equipment is switched on.
In order to avoid this disconnection, the use of super-resistant residual current
protective devices is recommended. They trip with a time delay and are designated as Type K devices.
As far as the product standards EN 61008-1 (RCCBs) and EN 61009-1 (RCBOs)
are concerned, there are only two types of device:
• Standard
• Selective S
For these types of device, the limit values for the break times are defined. In accordance with the standard, the super-resistant residual current protective
devices are instantaneous versions.

Далее там у Сименса идёт график времени срабатывания обычного, помехоустойчивого и селективного УЗО.
Потом опять текст, в котором говорится, что K просто тупо игнорирует переходные процессы в сети, если их длительность не превышает 10 мс. И что УЗО S является селективным по отношению к обоим быстродействующим версиям — к обычной без задержки и к помехоустойчивой с кратковременной задержкой 10 мс.
* * *
Фото: новости электротехники от ETI — АВДТ 40/0,01.
* * *
Figure 12 shows the tripping range of the different versions of residual current protective devices. It can be clearly seen that the tripping ranges of the standard version and the super-resistant version are identical in terms of the maximum
value. Only the minimum value is higher in the case of Type K . The Type S responds selectively to these two versions.
The Type K super-resistant residual current protective devices exploit the maximum permissible tripping range of the standard. They have a minimum time delay of approximately 10 ms. In other words, short-time leakage currents and high
surge currents (8/20 μs) are ignored for this length of time. Only when a residual
current fl ows for longer than the delay time is disconnection from the supply initiated. Protection against electric shock is provided by this residual current protective device too.
The devices can be used without restriction for all the protective measures (with disconnection from the supply) required in the installation conditions. The installa-
tion is not disconnected unnecessarily and its availability is considerably increased.

Селективное УЗО на вводе: необходимость или излишняя перестраховка?

Безопасность жилища является одной из основных потребностей человека и, наверное, не найдется никого, кто сознательно бы пренебрегал этим показателем. К сожалению, хотим мы этого или нет, существует множество факторов, угрожающих безопасности жилья и его обитателей. И самым опасным в этом случае является пожар. Статистика неумолима — тысячи квартир и домов ежегодно уничтожаются и повреждаются огнем. Та же статистика говорит, что причина примерно 80 % всех пожаров — неисправная электропроводка.

В различных источниках много и подробно говорится об электрических устройствах, предохраняющих дом от пожара, а жильцов от поражения током. Наиболее распространенными из них являются устройства дифференциального тока или УДТ. К ним относятся:

• выключатели дифференциального тока (раньше их называли УЗО);
• дифференциальные автоматы (обычно их для краткости называют дифавтоматы).

О том, как выбирать и правильно применять УДТ и пойдет речь в статье.

Все устройства дифференциального тока имеют общую техническую характеристику — номинальный отключающий дифференциальный ток — величина, при которой УДТ отключается. Для защиты от поражения электрическим током применяются только те устройства, у которых этот параметр составляет не более 30 мА. Этот показатель выбрана не случайно. Согласно медицинским исследованиям, опасным является протекание через тело человека тока свыше 40 мА в течении 1 секунды, т. е. сочетание в УДТ ограничения тока и мгновенного отключения обеспечивают полную защиту человека от поражения током.

По ГОСТ Р 50572.4.42-2012 для защиты от пожара должны устанавливаться УДТ с номинальным отключающим диф. током менее 300 мА. Это обусловлено исследованиями ВНИИ противопожарной обороны (ВНИИПО МЧС РФ), которые показали, что при значениях тока утечки около 150 мА, на участке протекания тока утечки выделяется мощность примерно 33 Вт, что достаточно для возгорания изоляции провода или кабеля. Кроме того, для отдельных видов нагрузок, где из-за отказа высока вероятность пожара, должно быть установлено оборудование с номинальным отключающим диф. током менее 30 мА. К таким нагрузкам можно отнести, к примеру, теплые полы с пленочным нагревательным элементом.

Таким образом, для надежной защиты от пожара и поражения током в электрической цепи должны быть установлены УДТ двух типов, причем от правильного взаимодействия этих устройств зависят корректная работа всей электрической цепи и надежность защиты помещения и его обитателей. Кроме того, необходимо обеспечить их селективную работу, при которой повреждение будет отключаться устройством, ближайшим к месту повреждения. От этого зависит надежность и бесперебойность электроснабжения дома или квартиры, а также комфорт жильцов. Пример: из-за поврежденного кабеля утюга отключилось УДТ на вводе и обесточило весь дом.

ГОСТ Р 50571.5.53-2013 устанавливает основные правила взаимодействия УДТ в электрической цепи для двух случаев:

• применение в жилищном строительстве,
• прочие сферы.

Так, для жилищного строительства необходимо, чтобы УДТ на вводе имело номинальный отключающий дифференциальный ток не менее, чем в три раза больше, чем устройство на отходящей линии. Это условие подразумевает, что при установке на отходящих линиях чтобы устройство дифференциального тока с током отключения 30 мА на вводе мы можем применять устройства, имеющие ток срабатывания как 300 мА, так и 100 мА, т. к. это соответствует условию, указанному выше. Выбор тока срабатывания вводного автомата определяется несколькими факторами, в частности, длиной присоединенных кабелей и мощностью нагрузок. На практике же для квартир и небольших дачных домов на вводе используют устройства 100 мА, для коттеджей применяют УДТ с током отключения 300 мА, т. к. электрические цепи в последнем случае являются более разветвленными.

Однако, как показывает практика, выполнение этого условия не всегда позволяет обеспечить селективную работу УДТ. Дело в том, что повреждения изоляции часто развиваются спонтанно: иногда из-за повреждений изоляции ток утечки быстро достигает больших значений, что приводит к отключению не только УДТ на поврежденном участке, но и вводного устройства дифференциального тока, что обесточивает всю электроустановку. Такая ситуация очень неприятна для любого жилища, а для дома и вовсе является критической, так как отключаются жизненно важные потребители. Помимо дискомфорта и отключения, по сути, всех инженерных систем в доме, полное отключения электроснабжения требует еще и много времени на поиск поврежденного участка и восстановления работы всех систем. В зимнее время это может привести к замерзанию и повреждению, например, систем водоснабжения и отопления дома, а также значительным тратам на ремонт.

Оптимальным решением станет установка на вводе УЗО с выдержкой времени на срабатывание, так называемое селективное УЗО. Этот тип УДТ имеет индекс «S» (от англ. selectivity — селективность) и в случае повреждения отключается с задержкой до 130 миллисекунд (полное время отключения может быть до 0,5 сек в зависимости от величины диф. тока — таблица 1). Это его свойство позволяет отключить только поврежденный участок цепи без отключения всей электроустановки.

Таблица 1

Как это работает

Например, в квартире установлены селективное УДТ с отключающим током 300 мА на вводе электрического щита и несколько УДТ с отключающим током 30 мА на группах, питающих электрические розетки, как показано на рис 1. Возникло повреждение кабеля в электрической розетке и из-за этого возникает дифференциальный ток 200 мА, который обнаруживают групповое и вводное УДТ, при этом групповое УДТ отключается мгновенно, а селективное вводное ждет 60 мсек (из таблицы 1), после чего отключается. Отключение группового устройства устраняет ток повреждения и вводное УДТ не отключается, т. е. остальная,неповрежденная часть электроустановки остается в работе. Таким вот образом отключается только аварийный участок и при этом не нарушается электроснабжение объекта целиком. При этом селективное УЗО как бы подстраховывает УЗО на отходящих линиях. Если одно из них по какой-то причине не сработает, в этом случае селективное УЗО отключится, защитив всю электрическую цепь от дальнейшего развития аварии.

Рисунок 1

Сейчас применение селективных УЗО в жилых и общественных зданиях является обязательным. Так, действующий СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа» п.10.13 требует для повышения уровня защиты от возгорания установки УДТ с номинальным отключающим дифференциальным током до 300 мА. При этом, для соблюдения селективности срабатывания УДТ при двух- и многоступенчатой схеме установки, уставка и время срабатывания УДТ установленного ближе к источнику питания должно быть не менее чем в 3 раза больше, чем у УДТ установленного ближе к потребителю.

Другими словами, УДТ на вводе должно иметь уставку диф. тока до 300 мА и выдержку времени срабатывания, т.е. быть селективным.

ГОСТ Р 50571.5.53-2013 также требует обязательного применения селективных УДТ на всех прочих объектах. Дополнительным требованием к устанавливаемым на этих объектах УДТ является то, что номинальный отключающий дифференциальный ток устройства на вводе должен быть больше, чем у устройства на отходящей линии.Таким образом, установка селективных УДТ — один из эффективных способов снизить риск отключений электричества на всём объекте при возникновении повреждений отдельного участка электрической цепи. Это может сделать электроснабжение дома или квартиры бесперебойным, а проживание в нем комфортным.

Что такое селективность УДТ и как её обеспечить?

Основное правило селективного оперирования устройств дифференциального тока (которое часто могут некорректно называть как УЗО): при последовательном включении двух устройств дифференциального тока первое УДТ, расположенное ближе к источнику питания, должно быть типа S, а второе УДТ, расположенное ближе к электроприемнику, – общего применения. Номинальный отключающий дифференциальный ток первого УДТ должен быть не менее чем в 3 раза больше номинального отключающего дифференциального тока второго УДТ [1].

Для защиты от поражения электрическим током в электроустановках зданий повсеместно применяют устройства дифференциального тока бытового назначения, соответствующие требованиям стандартов ГОСТ IEC 61008‑1-2020 и ГОСТ IEC 61009-1-2020.

Что понимают под селективностью УДТ?

Харечко Ю.В. в своей книге акцентирует внимание на том, что [1]:

« При последовательном включении устройств дифференциального тока следует обеспечить их селективное оперирование при замыканиях на землю. Первым должно срабатывать УДТ, расположенное ближе к месту замыкания на землю, обычно находящемуся в конечной электрической цепи. Вторым должно оперировать УДТ, расположенное ближе к источнику питания, например, установленное на вводе в электроустановку здания или защищающее распределительную электрическую цепь. В противном случае, если первым сработает вводное устройство дифференциального тока или УДТ, установленное в распределительной электрической цепи, то вместо одной конечной электрической цепи, в которой произошло замыкание на землю, будет отключена вся электроустановка здания или ее часть, состоящая из нескольких конечных электрических цепей. »

Аналогичное нежелательное отключение произойдет также в том случае, если оба устройства дифференциального тока сработают одновременно. Поэтому при проектировании электроустановок зданий вопросам обеспечения селективного оперирования устройств дифференциального тока следует уделять должное внимание.

Как обеспечить селективность УДТ?

В п. 535.3 (539.3) «Селективность между защитными устройствами дифференциального тока» стандарта МЭК 60364‑5‑53 и в п. 535.3 «Обеспечение селективности защитных устройств, управляемых дифференциальным током» ГОСТ Р 50571.5.53-2013, который подготовлен на его основе, указано: «Чтобы обеспечивалась селективность между двумя защитными устройствами дифференциального тока, включенными последовательно, эти устройства должны удовлетворять следующим требованиям [2] (учтены замечания Харечко Ю.В. из [1]:

« a) времятоковая характеристика несрабатывания защитного устройства, управляемого дифференциальным током, расположенного на стороне источника электропитания (ближе к вводу электроустановки) должна быть выше полной рабочей времятоковой характеристики данного устройства, расположенного на стороне нагрузки (ближе к нагрузке), и

b) номинальный отключающий дифференциальный ток, расположенного на стороне источника электропитания, должен быть выше, чем для устройства, расположенного на стороне нагрузки.

Что касается защитных устройств, управляемых дифференциальным током, которые соответствуют требованиям МЭК 61008‑1 и МЭК 61009-1, номинальный отключающий дифференциальный ток для устройства, расположенного на стороне источника электропитания должен быть, по крайней мере, в 3 раза больше, чем для устройства, расположенного на стороне нагрузки». »

В п. 7.2.2 «Селективность» технического отчета МЭК 62350 изложено общее правило, гарантирующее адекватную селективность при срабатывании последовательно включенных устройств дифференциального тока, которое основано на следующих двух условиях:

1. минимальное время несрабатывания УДТ, установленного выше по току, должно быть больше, чем максимальное время отключения УДТ, установленных ниже по току;
2. номинальный отключающий дифференциальный ток УДТ, установленного выше по току, должен быть, по крайней мере, в 3 раза больше номинального отключающего дифференциального тока УДТ, установленных ниже по току.

В подразделе 6.2 «Селективность – УДТ/УДТ» технического отчета МЭК 61912‑2 (ГОСТ IEC/TR 61912-2-2013 [3]) указано, что мгновенные (без выдержки времени) УДТ, включенные последовательно, имеют очень ограниченную селективность, так как любой ток замыкания на землю, превышающий I_Δn УДТ (номинальный отключающий дифференциальный ток УДТ), расположенного ближе к источнику питания, может вызвать оперирования обоих УДТ. Поэтому УДТ, расположенное ближе к источнику питания, должно быть типом с выдержкой времени (например, типом S), чтобы достигнуть избирательности. На практике отношение I_Δn УДТ, расположенного ближе к источнику питания, к _IΔn УДТ, расположенному ближе к нагрузке, должно быть, по крайней мере, 3:1, а выдержка времени УДТ, расположенного ближе к источнику питания, должна быть больше чем полное время оперирования любого УДТ, расположенного в цепи ближе к нагрузке.

Харечко Ю.В. на основании этой информации подводит итог [1]:

« Таким образом, селективное оперирование двух последовательно включенных устройств дифференциального тока может быть обеспечено только в том случае, если время отключения любого тока замыкания на землю I_EF первым УДТ, размещенным ближе к источнику питания, превышает время отключения этого же тока замыкания на землю вторым УДТ, установленным ближе к нагрузке. То есть, как условно показано на рис. 1, характеристика оперирования первого УДТ должна быть расположена «выше» характеристики оперирования второго УДТ во всем диапазоне токов замыкания на землю. Для обеспечения указанного соотношения характеристик оперирования в качестве первого следует применять УДТ типа S, которое срабатывает с кратковременной задержкой, а в качестве второго – УДТ общего применения, которое оперирует без временнóй задержки. »

Далее Харечко Ю.В. детализирует [1]:

« При последовательном включении двух устройств дифференциального тока общего применения, номинальные отключающие дифференциальные токи которых различаются в 3 и более раза, например: 300 мА первое УДТ и 30 мА второе УДТ, можно обеспечить их селективную работу в ограниченном диапазоне токов замыкания на землю. Эти УДТ будут селективно оперировать при синусоидальном токе в диапазоне от 0 до номинального неотключающего дифференциального тока I_Δno, который равен половине номинального отключающего дифференциального тока I_Δn – 150 мА.

При пульсирующем постоянном токе их селективное функционирование гарантировано в более узком диапазоне от 0 до наименьшего значения нижнего предела токов расцепления, равного 0,35 I_Δn – 105 мА, 0,25 I_Δn – 75 мА и 0,11 I_Δn – 33 мА при углах задержки тока α соответственно 0°, 90° и 135°. Иными словами, практически во всем диапазоне возможных токов замыкания на землю нельзя обеспечить селективную работу указанных УДТ, поскольку они будут срабатывать одновременно (рис. 2). »

Рис. 1. Характеристики оперирования последовательно включенных УДТ при полной селективности: 1 – УДТ QF1 типа S; 2 – УДТ QF2 общего применения (на основании рисунка 1 из [1] автора Харечко Ю.В.) Рис. 2. Характеристики оперирования последовательно включенных УДТ при отсутствии селективности: 1 и 2 – УДТ QF1 и QF2 общего применения (на основании рисунка 2 из [1] автора Харечко Ю.В.)

Рассмотрим более подробно характеристики оперирования устройств дифференциального тока. В таблице 1 ГОСТ IEC 61008‑1-2020 [4] приведены предельные значения времени отключения 1 и неотключения 2 для переменного дифференциального тока для ВДТ типов АС и А, а в таблице 2 – максимальные значения времени отключения для однополупериодного пульсирующего дифференциального тока для ВДТ типа А. Таблицей 2 ГОСТ IEC 61009-1–2020 [5] установлены стандартные значения времени отключения и времени неотключения для АВДТ. Ниже приведены обобщенные данные.

1) Время отключения представляет собой интервал времени между моментом внезапного появления в главной цепи устройства дифференциального тока отключающего дифференциального тока и моментом гашения дуги на всех полюсах УДТ.

2) Время неотключения характеризует максимальный промежуток времени, в течение которого устройство дифференциального тока не размыкает главные контакты, несмотря на то, что в его главной цепи имеет место отключающий дифференциальный ток, который инициирует срабатывание УДТ.

1) Указаны значения для синусоидального дифференциального тока. При проведении испытаний пульсирующим постоянным дифференциальным током устройств дифференциального тока типа А значения испытательных дифференциальных токов, равные I_Δn, 2 I_Δn, 5 I_Δn и 500 А, умножают на поправочные коэффициенты 1,4 для УДТ с I_Δn > 0,01 А и 2,0 для УДТ с I_Δn ≤ 0,01 А.

2) I_n – номинальный ток УДТ.

3) В таблице 1 ГОСТ IEC 61008-1-2020 для синусоидального дифференциального тока также указан диапазон 5–200 А, а в таблице 2 для однополупериодного пульсирующего дифференциального тока приведено значение 350 А. В таблице 2 ГОСТ IEC 61009-1-2020 помимо 500 А установлены также следующие значения дифференциального тока: 5, 10, 20, 50, 100 и 200 А.

4) В таблице 2 ГОСТ IEC 61008-1-2020 одинаковые значения максимального времени отключения приведены для трех диапазонов номинального отключающего дифференциального тока: менее 30 мА, 30 мА и более 30 мА.

5) В таблице 2 ГОСТ IEC 61009-1-2020 это время указано для дифференциального тока АВДТ I_Δt, значение которого равно нижнему пределу стандартного диапазона токов мгновенного расцепления – 3, 5 или 10 I_n соответственно для типов мгновенного расцепления B, C или D.

Далее Харечко Ю.В. акцентирует внимание на том, что [1]:

« Согласно нормативным данным при токе замыкания на землю, равном и, тем более, превышающем 5 I_Δn любое качественное устройство дифференциального тока общего применения должно сработать за промежуток времени менее 0,04 с. То есть два последовательно включенных УДТ общего применения с номинальными отключающими дифференциальными токами 300 мА первое и 30 мА второе будут срабатывать практически одновременно при синусоидальном токе замыкания на землю, который равен или превышает 1,5 А. Поскольку токи замыкания на землю в электроустановках зданий, соответствующих типам заземления системы TN-S, TN-C-S и TN-C, обычно достигают сотен и тысяч ампер, а в системе TT – десятков ампер, практически невозможно обеспечить селективность оперирования последовательно включенных УДТ общего применения. »

Харечко Ю.В. в своей книге подводит итог [1]:

« Последовательное включение УДТ типа S (первое от источника питания) и УДТ общего применения (второе) позволяет обеспечить их селективное оперирование во всем диапазоне токов замыкания на землю. Качественное УДТ типа S при больших токах замыкания на землю не должно срабатывать, по крайней мере, 0,04 с, в течение которых обязано сработать любое качественное УДТ общего применения. При небольших токах замыкания на землю УДТ типа S также будет срабатывать в течение бóльшего промежутка времени, чем УДТ общего применения. Как условно показано на рис. 3 и 4, стандартные времятоковые зоны, в которых находятся характеристики оперирования всех качественных УДТ типа S и УДТ общего применения, не пересекаются во всем диапазоне дифференциальных токов, обеспечивая тем самым их селективное оперирование. »

В п. 7.1.73 ПУЭ имеется следующее требование (с грубыми ошибками): «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».

Рассмотрим возможность его корректного выполнения.

Рис. 3. Характеристики оперирования последовательно включенных устройств дифференциального тока: 1 – УДТ типа S, IΔn = 100 мА; 2 – УДТ общего применения, IΔn = 30 мА (на основании рисунка 3 из [1] автора Харечко Ю.В.) Рис. 4. Характеристики оперирования последовательно включенных устройств дифференциального тока: 1 – УДТ типа S, IΔn = 300 мА; 2 – УДТ общего применения, IΔn = 30 мА (на основании рисунка 4 из [1] автора Харечко Ю.В.)

Максимальное время отключения УДТ типа S при синусоидальных токах замыкания на землю, превышающих его пятикратный номинальный отключающий дифференциальный ток, может быть равным 0,15 с, а максимальное время отключения УДТ общего применения при этом токе замыкания на землю может быть равным – 0,04 с. В этом случае время отключения УДТ типа S в 3,75 раза превышает время отключения УДТ общего применения. Минимальное время отключения УДТ типа S может быть равным 0,06 с при том же самом максимальном времени отключения УДТ общего применения. То есть время отключения УДТ типа S может лишь незначительно превышать время отключения УДТ общего применения. Поскольку у устройств дифференциального тока бытового назначения нет средств регулирования времени отключения, нельзя гарантированно обеспечить его трех- или более кратное соотношение для УДТ, включенных последовательно.

Рассматриваемое требование ПУЭ Харечко Ю.В. сформулировал в своем словаре иначе [1]:

« При установке нескольких УДТ последовательно должно быть обеспечено их селективное оперирование при замыканиях на землю. Номинальный отключающий дифференциальный ток УДТ, расположенного ближе к источнику питания, должен быть не менее чем в 3 раза больше номинального отключающего дифференциального тока УДТ, расположенного ближе к электроприемнику. Время отключения УДТ, расположенного ближе к источнику питания, должно быть больше времени отключения УДТ, расположенного ближе к электроприемнику, при одном и том же токе замыкания на землю. При последовательном включении двух устройств дифференциального тока первое УДТ, расположенное ближе к источнику питания, должно быть типа S, а второе УДТ, расположенное ближе к электроприемнику, – общего применения. »

« Поскольку устройства дифференциального тока типа S бытового назначения не имеют средств для изменения выдержки времени, их использование позволяет обеспечить селективное оперирование только с УДТ общего применения. Если в электроустановке здания применяют трех- и более ступенчатую защиту устройствами дифференциального тока, на первых ступенях от источника питания следует применять УДТ с выдержкой времени, которые соответствуют требованиям п. В.4.2.4.2 «Тип с выдержкой времени» стандарта МЭК 60947–2 и ГОСТ Р 50030.2-2010. »

Минимальное предельное время неотключения при 2 I_Δn стандартом МЭК 60947–2 и ГОСТ Р 50030.2-2010 [6] установлено равным 0,06 с. Стандартами заданы также следующие предпочтительные значения предельного времени неотключения при 2 I_Δn: 0,06; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 и 1 с. Для АВДТ, имеющих предельное время неотключения, равное 0,06 с1, характеристика оперирования задана стандартами. Максимальное время отключения установлено равным 0,50; 0,20; 0,15 и 0,15 с при дифференциальном токе, соответственно равном I_Δn, 2 I_Δn, 5 I_Δn и 10 I_Δn. Применение таких АВДТ позволяет обеспечить селективную работу при замыканиях на землю с АВДТ без выдержки времени и УДТ общего применения бытового назначения.

Если АВДТ имеет предельное время неотключения больше 0,06 с, характеристику оперирования (максимальное время отключения при дифференциальных токах I_Δn, 2 I_Δn, 5 I_Δn и 10 I_Δn) устанавливает производитель изделий. Посредством этих АВДТ можно осуществить селективное оперирование с АВДТ без выдержки времени и УДТ общего применения бытового назначения, а также с АВДТ, имеющим предельное время неотключения 0,06 с, и УДТ типа S бытового назначения.

Как работает УЗО в домашней проводке: рекомендации по выбору модели для дома

Трехфазная сеть обеспечивает электроэнергией приборы, рассчитанные на работу под напряжением 380 В. Такая сеть опасна для человека, но есть способ защититься, с помощью ПРОСТОЙ схемы подключения узо в трехфазной сети с заземлением.

Перед тем, как начать подключение УЗО, проверьте себя, все ли вы извлекли из статьи.
1) Какое оптимальное значение дифференциального тока для срабатывания реле отключения?

• 1 мА
• 5 мА

2) Каким цветом отмечена клемма для подключения нулевого провода?

• Синим
• Зеленым

3) Обязательно ли ставить УЗО в частном доме?

• Да
• Нет

4) К какому проводнику подключена заземляющая жила?

• К нулевому рабочему
• К нулевому защитному

Ответы:

Нерегулируемые приборы реагируют с превышением значения дифференциального тока 5 мА. Для каждой фазы на приборе клемма отмечается конкретным цветом, синий соответствует нулевому рабочему проводнику. Заземляющая жила подключается к защитному нулевому проводнику. Соединение с ОЗУ невозможно, т.к. прибор включает только 8 клемм для основных проводников.

Все устройства выпускаются с отключением при превышении в сети значения 5 мА. Регламенту ПЭУ определяет синий цвет для нулевого рабочего проводника. Его часто путают с защитным нулевым проводником, который предназначен для подключения заземляющей жилы.

Для защиты человека от фатального поражения током требуется принудительное отключение питания при дифференциальном значении до 6 мА. С учетом этого показателя ОЗУ срабатывают с превышением 5 мА. Заземляющий компонент предназначен для отвода токов, возникших в результате короткого замыкания, не взаимосвязан с основными фазами и подключается к защитному нулевому проводнику.

Простая схема включения №1

Рис. 1 Четырехполюсное УЗО трехфазной сети

Простая схема включения №2

Назначение и принцип действия

Устройство защитного отключения (УЗО) – компонент для упреждающего отключения жилого дома от электрической цепи во время возникновения аварийной ситуации. Механизм работы основан на контроле поступающего и выходного тока (дифференциальный ток) и срабатывает при регистрации разных значений. Результатом срабатывания УЗО становится обесточивание жилого дома путем его размыкания от электрической цепи.

Пример работы устройства показан на рисунке. От сети на оборудование поступает ток (I1), Человек касается токопроводящего элемента оборудования и создает утечку, остаточный ток (I2) идет от оборудования обратно на устройство. Регистрируемое значение утечки составит I1 – I2. При значении разницы более 5 мА устройство прекратит дальнейшее электропитание оборудования.

Рис 2. Схема работы УЗО.

В ряде случаев присутствует в сети в комплексе с автоматическим выключателем, служащим средством отключения участка от общей электрической цепи во время короткого замыкания или поступления сверхтоков.

Для каждого типа УЗО определяется конкретное значение разницы токов. С его превышением устройство передает сигнал на реле для отключения участка.

Принцип работы УЗО селективного действия

Принципы работы у всех УЗО, которые были перечислены выше, одинаковы. У них одна цель — предотвращение токовых утечек во избежание пожара и поражений электричеством. Схема действия:

1. Конструкция обладает трансформатором дифференциального типа.
2. Он производит сравнение входящих в него токов.
3. Разница между ними направляется на близкорасположенный чувствительный элемент.
4. Если значение разницы больше, чем установленный параметр, то УЗО производит отсечку.

Пример схемы, характеризующейся большим количеством защитных элементов
По сути в этом и состоит основный принцип работы прибора для однофазной или трехфазной сети. Отключение везде происходит по одному алгоритму.

Критерии выбора трехфазного УЗО

Устройство включает конкретные элементы, одинаковые у любой модели, но могут различаться другими. В них важно разбираться, чтобы выбрать прибор с эффективной работой. Поэтому важно знать, какой УЗО надо ставить на дом.

Чем важна чувствительность?

Главный параметр УЗО – его чувствительность, период времени, за который сработает размыкание сети. Оптимальным значением считается время 0.025 с. – за это время проходящий ток не успеет вызвать остановку сердца. Прибор включает дополнительный источник питания. От его наличия зависит способ размыкания цепи:

1. В устройстве отключения он служит также прибором отключения электропитания;
2. При его отсутствии отключение срабатывает на основе показателя дифференциала магнитного поля;

Дополнительный источник питания повышает чувствительность и быстрее срабатывает размыкание цепи, но стоимость такого прибора выше.

Что означает дифференциал тока?

Также УЗО различаются наличием регулировки значения дифференциального тока, с его превышением устройство срабатывает. Нерегулируемые устройства имеют статичное значение дифференциального тока, обычно равное 5 мА. Этот показатель считается критичным для штатной работы и явно указывает на аварийную ситуацию в цепи.

Сколько клемм на устройстве?

Другой важный критерий – количество клемм. УЗО для трехфазной сети представлен четырехполюсным модулем и включают восемь клемм (4 пары для подключения входных и выводных кабелей). Шесть клемм для соединения рабочих фаз и две для нулевой. В магазинах электротоваров работают консультанты со знанием, которые всегда ответят по вопросам характеристик.

Схемы подключения УЗО. Выбор УЗО по номинальному току и току утечки

На сколько ампер брать УЗО?

Сверхтоки от сети и короткое замыкание выводит из строя любой прибор. Защитную функцию по размыканию цепи в этом случае выполняет автоматический выключатель. Чтобы УЗО штатно функционировало при любых токах, нужно выбирать модель, с числом ампер на порядок выше, чем у автомата.

Важно! Нередко продавцы предлагают приобрести универсальный дифференциальный автомат для более практического использования. Несмотря на возможность подсоединения нескольких сетей, не стоит его покупать:

1. Это прибор более сложной схемы, характеризующийся низкой чувствительностью;
2. Его стоимость будет выше;
3. Эти типы устройств предназначены для крупных предприятий и для частных нужд не требуются;

Это первое правило из тех, что следует придерживаться.

Технические характеристики селективного УЗО

Сегодня можно приобрести практически любой вид УЗО, обладающий различными параметрами и подходящий для работы в различных целях. Например, они могут отличаться полюсами, отсечкой тока высокого и низкого значения и т. д.

Каждая модель имеет свои характеристики отключения по задержке. Самые популярные модели:

• УЗО Hager. Номинальный ток 40 А, полюсность 4, ток утечки 300 мА. Изготовлен в Германии;
• УЗО ИЭК ВД1 63s. Номинальный ток 40 А, полюсность 2, ток утечки 100 мА. Изготовлен в Российской Федерации;
• «Легранд» УЗО 63А. Номинальный ток 63 А, количество полюсов 2, тип прибора АС (селективный), ток утечки: 300 мА. Устанавливается преимущественно в бытовых щитках;
• ABB F202 A S 230/40. Ток включения составляет 40 A, утечка 200 мА, полюсность 2, тип А (селективный);
• «Сименс» 5SM3111-6. Номинал составляет 16 А, ток отключения 300 мА, полюсность 2, тип АС (селективный).

Вам это будет интересно Схема соединения генератора

Важно! Выше представлены основные характеристики, которыми руководствуются при выборе защитных устройств. Как было сказано, они обладают большим количеством вариаций и даже могут быть сделаны на заказ.

ТОП-4 производителей УЗО

Для покупки качественного устройства предлагается ознакомиться с рейтингом лучших производителей:

• ABB. Швейцарский производитель электроприборов, устройства которого отличатся высоким качеством и длительным сроком службы;
• Legrand. Французский производитель, выпускающий исключительно УЗО и дифавтоматы;
• Schneider Electric. Еще одна компания из Франции по выпуску электрооборудования. В отличие от предыдущей, давно пришла на отечественный рынок и известна;
• General Electric. Американская компания, известная многолетней историей на мировом рынке электротоваров. В России приборы производителя сложно найти в избытке из-за малых поставок. Это связано с разными характеристиками используемой странами сети электропитания.

Модель	ABB FH204	Legrand DX3	Schneider Electric EASY9	General Electric RCBO
Цена, руб.	2600	4900	2650	6100

Стоит помнить, безопасность эксплуатации трехфазной сети зависит от надежности приборов – это второе правило.

Подготовка к подключению

Перед монтажом требуется решить два важных вопроса, решение которых обеспечит практическую эксплуатацию УЗО без ложных отключений.

4 схемы подключения к трехфазной сети

Предусматривает защитное отключение для ряда приборов или всего участка в помещении. От выбранной схемы зависит распространенность защитного устройства на приборы:

1. Полное отключение всего помещения от электрической цепи. В этом случае один прибор обеспечивает максимальную защиту от поражения током, обесточивая всех выходные устройства;
2. Частичное отключение. Только некоторые приборы будут отключаться при выборе такой схемы соединения, что создаст определенные удобства для жильцов, т.к. не все помещение обесточивается.

Первый вариант схемы используется во всех многоквартирных домах. Монтаж происходит рядом со счетчиком электроэнергии или в помещении на начальном отрезке электропроводки. При срабатывании ОЗУ весть дом обесточивается.

Второй вариант предусматривает включение на отрезке перед приборами конкретной комнаты. В этом случае все приборы имеют последовательную схему подключения в разводке. При размыкании электрической цепи прекратится работа приборов в одной комнате, другие же продолжат штатную работу;

Третий вариант аналогичен предыдущему и при реализации схемы предусматривает частичное отключение. В этом случае точкой монтажа будет служить начальный отрезок последовательного подключения в комбинированной разводке.

И последний вариант схемы – подсоединение ОЗУ перед выходным устройством. Метод удобен, когда используется всего 1 розетка для подключения промышленного оборудования. Лучше выбрать портативное УЗО, всегда будет обеспечен доступ.

Когда требуется заземление?

Для устаревших российских сетей характерна система tn-c, не предусматривающая нулевой защитный проводник для подключения заземляющего компонента. В этом случае потребуется заземление самого дома или оборудование для обеспечения безопасного отвода токов. Регламент ПЭУ уточняет, что отсутствие заземления единственная причина, когда нельзя ставить 4х полюсное УЗО. На рисунках ниже показаны схемы заземления.

Рис. 3 Схема подключения с заземлением оборудования.

Также заземляющая жила – это отдельный компонент электрической цепи типа tn-s и ее прямое подключение к УЗО не предусмотрено. На это указывает отсутствие дополнительной клеммы для подключения.

Рис. 4 Заземление дома.

Еще важно знать 3 нюанса об особенностях подключения

1. Заземляющая жила никогда не подключается к УЗО, а только к выходному кабелю;
2. Четырехполюсный прибор нельзя использовать для подключения в однофазной сети;
3. Подключение к трехфазной сети БЗ (без заземления) запрещено.

Польза и вред анисовой водки

Настойка аниса на водке обладает рядом полезных свойств. Ее часто используют в качестве эффективного медикаментозного средства, поскольку в ней содержатся эфирные масла, улучшающие пищеварительные функции и обладающие обеззараживающими свойствами. При регулярных проблемах со стулом анисовую настойку употребляют до еды по столовой ложке.

Полезные свойства настойки аниса на водке проявляются и при лечении трахеитов, бронхитов и кашля различной этиологии. Для этого 5-10 капель алкогольного анисового напитка добавляют в травяной сбор, состоящий из боярышника, шиповника и зверобоя, заправляют медом и дают пить 2 раза в сутки до устранения всех болезненных симптомов. Лекарство помогает отхождению мокроты, успокаивает кашель и ликвидирует болезнетворные микроорганизмы.

Водка, настоянная на анисе, помогает женщинам справляться с плохим самочувствием во время менструального цикла. Напиток устраняет спазмы и болевые ощущения в спине и животе. Анисовая настойка для борьбы с предменструальным синдромом принимается по 1 чайной ложке 3 раза в день.

Настойка на анисе и на водке помогает ликвидировать бактерии в полости рта, благодаря которым часто возникает неприятный запах и проблемы с деснами. Для этого 20 капель настойки разводят в стопке воды и этим раствором полощут рот после каждой чистки зубов. Такой эликсир способен всего за несколько дней устранить неприятный запах изо рта и оздоровить десны.

При ангине также можно применять водку из аниса. В стакане теплой воды необходимо развести 50 граммов настойки и полоскать горло полученным раствором каждый час. В течение 1 дня гнойный налет с гланд уходит, горло перестает болеть и устраняется воспаление.

Иногда даже кормящим матерям для улучшения лактации назначают настойку из аниса. Конечно, в этом случае ее концентрация должна быть минимальной – 1-2 ложки на чашку чая с молоком, что не позволит алкоголю навредить ребенку, но значительно улучшит качественные и количественные показатели вырабатываемого молока.

Существуют и противопоказания к применению водки из аниса, поскольку, как и любой другой алкоголь, она способна быстро вызывать алкогольную зависимость. К тому же, напиток обладает высоким аллергенным свойством, поэтому люди, которые склонны к проявлениям аллергических реакций, должны от узо отказаться, чтобы избежать анафилактического шока.

Важным противопоказанием к употреблению анисовки является высокая возбудимость и склонность к эпилептическим припадкам, поскольку она может усугубить течение заболеваний. В качестве растирки анисовку нельзя применять в чистом виде, поскольку она вызывает ожоги кожных покровов.

Кроме того, при лечении заболеваний дыхательных путей ни в коем случае нельзя превышать дозировку алкоголя в растворе, поскольку в малых количествах настойка на анисе является лекарством, а в больших может стать настоящим ядом, усугубляющим протекание заболевания.

Подключение УЗО в 3 этапа

Принцип монтажа прост и доступен для человека, не обладающего знанием электромонтажных работ. Производитель к прибору всегда прилагает инструкцию по эксплуатации – паспорт оборудования, в котором указана схема для подключения.

Поиск и подключение нулевой фазы

Ниже на рисунке приведена схема подключения – аналогичные обозначения нанесены возле клемм. Нулевую фазу можно определить методом проб, взяв два провода и, подсоединив их концы к патрону лампочки, а другие концы к двум проводам. Подключение к нулю не приведет к загоранию лампы, в остальных случаях она будет загораться.

Внимание! Подключение лампочки к обеим рабочим фазам допустимо только на короткое время!

Важно! Замыкать цепь с лампой и жилами можно только на короткое время, в противном случае сработает автоматический выключатель.

Рис. 5 Схема подключения УЗО к сети.

Подсоединение рабочих фаз

Когда ноль найден, выполняется его подключение к клеммам. Остальные три проводника рабочие фазы. Они могут подключаться к УЗО любым способом, это никак не повлияет на работу устройства.

Когда подключение завершено, осталось проверить работу схемы, запустив тестер, предусмотренный в приборе.

Параллельное подключение выходных устройств

Подсоединение нескольких розеток к одному УЗО возможно только параллельной схемой подключения. Для этого необходимо разделять каждую жилу на несколько более тонких проводников. В иных случаях прибор не будет полноценно работать и срабатывать при возникновении утечки – это третье правило.

ТРЕХФАЗНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

Трехфазный переменный ток — это система трех синусоидальных токов, сдвинутых по фазе один относительно другого на треть периода.

Трехфазный переменный ток получил широкое распространение благодаря его важным преимуществам по сравнению с постоянным током:

трехфазный переменный ток одного напряжения легко преобразовать в трехфазный ток другого напряжения с помощью трансформатора, что используют, например, при передаче электроэнергии на большие расстояния;

получают экономию металла, расходуемого на провода (30. 50 %);

легко получают вращающееся магнитное поле, которое используется в асинхронных электродвигателях.

Трехфазный переменный ток получают с помощью генератора трехфазного тока, который состоит из двух основных частей: неподвижной — статора Сг и вращающейся — ротора Р (рис. 1.9).

Статор набирают из отдельных кольцеобразных изолированных один от другого специальным лаком листов электротехнической стали толщиной 0,3. 0,5 мм для уменьшения потерь от вихревых токов. Три обмотки (фазы генератора) АХ, BY и CZ укладывают в специально выштампованные на внутренней поверхности статора пазы. Оси обмоток сдвинуты одна относительно другой на угол 120°.

Ротор трехфазного генератора — это двух- или более полюсный постоянный магнит (или электромагнит), расположенный на валу. В мощных генераторах ротор набран, так же, как и статор, из

Рис. 1.9. Устройство трехфазного генератора: а — схематическое изображение; 6 — графики ЭДС

отдельных изолированных стальных листов и имеет обмотку возбуждения, которая питается постоянным током.

Ротор генератора приводится во вращение первичным двигателем — водяной паровой или газовой турбиной, двигателем внутреннего сгорания и т. п. Так как силовые линии магнитного поля вращающегося ротора неодновременно пересекают витки фазных обмоток генератора, то ЭДС обмоток сдвинуты одна относительно другой на 1/3 периода, как показано на рисунке 1.9. В любой момент времени сумма мгновенных значений ЭДС в обмотках трехфазного генератора равняется нулю.

Каждая из обмоток фаз трехфазного генератора может служить самостоятельным источником энергии и питать отдельный электроприемник. При этом получают так называемую несвязанную трехфазную систему.

У каждой фазы генератора различают начало (А, В, С) и конец (*, У, Z).

При соединении всех трех концов или трех начал фаз генератора в одну точку, как показано на рисунке 1.10, получают соединение, называемое звездой (условное обозначение У). При соединении конца первой фазы с началом второй, конца второй с началом третьей и конца третьей с началом первой фазы (рис. 1.11) получают соединение, называемое треугольником (условное обозначение Д).

Рис. 1.11. Соединение фаз генератора и потребителя треугольником

Рис. 1.10. Соединение фаз генератора и потребителя звездой

Трехфазные генераторы, трансформаторы, электроприемники, питаемые ими, и провода их соединяющие образуют трехфазную систему.

При соединении фаз генератора (трансформатора) звездой точку, в которой соединены все фазы (точка N), называют нулевой, а провод Nn, идущий от нее к приемникам электрической энергии, — нейтральным проводом, или нулевым. Нулевую точку генератора (трансформатора) в ряде случаев заземляют.

Рис. 1.12. Векторная диаграмма напряжений и токов трехфазной четырехпроводной системы электроснабжения

Провода Аа, Вв и Сс, соединяющие фазы генератора и фазы электроприемника, называют линейными. Между линейными проводами действуют линейные напряжения U_Ag, Uао U.во а между нейтральным проводом и каждым из линейных действует фазное напряжение U_A, Ug, и с?

Соотношение между линейными и фазными напряжениями в трехфазной системе при соединении фаз генератора звездой легко установить по векторной диаграмме (рис. 1.12).

напряжения больше в V3 раз фазных

При этом линейные jokh равны фазным (/_л = /_ф), а линейные

Линейные токи:

где Ua, U_B, U_c — фазные напряжения; Z_A, Z_B. Z_c — сопротивления фаз приемника.

Ток в нулевом проводе I_N равен геометрической (векторной) сумме линейных токов

При соединении фаз генератора и электроприемника треугольником (рис. 1.13) линейные напряжения U_Ag, Ubo Uca одновременно являются и фазными. Фазные токи электроприемника

где Z_AB, Z_BC, Zqa — сопротивление фаз элсктроприемника.

Линейные токи в этом случае равны геометрической (векторной) разности фазных токов:

Линейные токи в V3 раз больше фазных

Активная мощность трехфазной системы при соединении фаз электроприемника звездой и треугольником равна сумме мощностей отдельных фаз

При равномерной нагрузке фаз

Мощность, потребляемая трехфазными электроприемниками,

В сельскохозяйственном производстве получила распространение трехфазная четырехпроводная система 380/220 В (звезда с нейтральным проводом), которая позволяет иметь два значения напряжения, отличающиеся в Траза. В практике находит применение также трехфазная система с напряжением 660/380 В.

Электроприемники, включаемые в трехфазную сеть, могут быть как однофазными, так и трехфазными. Трехфазная система может иметь симметричную или несимметричную нагрузки. Симметричная нагрузка — это нагрузка, у которой все три фазы имеют одинаковые активные и реактивные составляющие сопротивлений. Если это требование не выполняется, то нагрузку называют несимметричной. Формулы (1.31) и (1-32) справедливы для симметричных нагрузок.

Фазы трехфазных электроприемников соединяют звездой или треугольником в зависимости от номинального напряжения, на которое рассчитан электроприемник. На рисунке 1.13 показана схема включения однофазных и трехфазных электроприемников в

Рис. 1.13. Схема включения однофазных и трехфазных электроприемников в трехфазную сеть трехфазную четырехпроводную систему с напряжением 380/220 В. Группа ламп накаливания EL соединена звездой, однофазный электродвигатель Ml включен на линейное напряжение U„ = 380 В, нагревательный элемент ЕКтакже включен на линейное напряжение U_AC, трехфазный электродвигатель М2 соединен звездой, батарея конденсаторов СВ — треугольником.

Трёхфазный ток. Преимущества при генерации и использовании.

Преимущества трёхфазного тока очевидны только специалистам электрикам. Что такое трехфазный ток для обывателя представляется весьма смутно. Давайте развеем неопределенность.

Содержание статьи

• Трехфазный переменный ток
• Откуда вообще появилось понятие переменный ток?
• Выводы: преимущества трёхфазной системы

Трехфазный переменный ток

Большинство людей, за исключением специалистов – электриков, имеют весьма смутное представление, что такое так называемый «трёхфазный» переменный ток, да и в понятиях, что такое сила тока, напряжение и электрический потенциал, а также мощность, – часто путаются.

Попытаемся простым языком дать начальные понятия об этом. Для этого обратимся к аналогиям. Начнём с простейшей – протекания постоянного тока в проводниках. Его можно сравнить с водным потоком в природе. Вода, как известно, всегда течёт от более высокой точки поверхности к более низкой. Всегда выбирает самый экономичный (наикратчайший) путь. Аналогия с протеканием тока – полнейшая. Причём количество воды протекающей в единицу времени через какое-то сечение потока будет аналогично силе тока в электрической цепи. Высота любой точки русла реки относительно нулевой точки – уровня моря – будет соответствовать электрическому потенциалу любой точки цепи. А разница в высоте любых двух точек реки будет соответствовать напряжению между двумя точками цепи.

Используя эту аналогию можно легко представить в уме законы протекания постоянного электрического тока в цепи. Чем выше напряжение – перепад высот, тем больше скорость потока, и, следовательно, количество воды протекающей по реке в единицу времени.

Водный поток, точно так же как электрический ток при своём движении испытывает сопротивление русла – по каменистому руслу вода будет протекать бурно, меняя направление, немного нагреваясь от этого (бурные потоки даже в сильные морозы не замерзают вследствие нагрева от сопротивления русла). В гладком канале или трубе вода потечёт быстро и в итоге в единицу времени канал пропустит гораздо больше воды, чем извилистое и каменистое русло. Сопротивление потоку воды полностью аналогично электрическому сопротивлению в цепи.

Теперь представим закрытую бутылку, в которой налито немного воды. Если мы начнём эту бутылку вращать вокруг поперечной оси, то вода в ней будет перетекать попеременно от горлышка к донышку и наоборот. Это представление – аналогия переменному току. Казалось бы, одна и та же вода перетекает туда-сюда и что? Тем не менее, этот переменный поток воды способен совершать работу.

Откуда вообще появилось понятие переменный ток? к содержанию

Да с тех самых пор, когда человечество, узнав, что перемещение магнита вблизи проводника вызывает электрический ток в проводнике. Именно движение магнита вызывает ток, если магнит положить рядом с проводом и не двигать – никакого тока в проводнике это не вызовет. Далее, мы хотим получить (генерировать) в проводнике ток, чтобы использовать его в дальнейшем для каких-либо целей. Для этого изготовим катушку из медного провода и начнём возле неё двигать магнит. Магнит можно передвигать возле катушки как угодно – двигать по прямой туда-сюда, но, чтобы не двигать магнит руками, создать такой механизм технически сложнее, чем просто начать его вращать около катушки, аналогично вращению бутылки с водой из предыдущего примера. Вот именно таким образом – по техническим причинам – мы и получили синусоидальный переменный ток, используемый ныне повсеместно. Синусоида – это развёрнутое во времени описание вращения.

В дальнейшем оказалось, что законы протекания переменного тока в цепи отличаются от протекания постоянного тока. Например, для протекания постоянного тока сопротивление катушки равно просто омическому сопротивлению проводов. А для переменного тока – сопротивление катушки из проводов значительно увеличивается из-за появления, так называемого индуктивного сопротивления. Постоянный ток через заряженный конденсатор не проходит, для него конденсатор – разрыв цепи. А переменный ток способен свободно протекать через конденсатор с некоторым сопротивлением. Далее выяснилось, что переменный ток может быть преобразован с помощью трансформаторов в переменный ток с другими напряжением или силой тока. Постоянный ток такой трансформации не поддаётся и, если мы включим любой трансформатор в сеть постоянного тока (что делать категорически нельзя), то он неизбежно сгорит, так как постоянному току будет сопротивляться только омическое сопротивление провода, которое делается как можно меньше, и через первичную обмотку потечёт большой ток в режиме короткого замыкания.

Заметим также, что электродвигатели могут быть созданы для работы и от постоянного тока, и от переменного тока. Но разница между ними такая – электродвигатели постоянного тока сложнее в изготовлении, но зато позволяют плавно изменять скорость вращения обычным регулирующим силу тока реостатом. А электродвигатели переменного тока гораздо проще и дешевле в изготовлении, но вращаются только с одной, обусловленной конструкцией скоростью. Поэтому в практике широко применяются и те, и другие. В зависимости от назначения. Для целей управления и регулирования применяются двигатели постоянного тока, а в качестве силовых установок – двигатели переменного тока.

Далее конструкторская мысль изобретателя генератора двигалась примерно в таком направлении – если удобнее всего для генерации тока использовать вращение магнита рядом с катушкой, то почему бы вместо одной катушки генератора не расположить вокруг вращающегося магнита несколько катушек (места-то вокруг вон сколько)?

Получится сразу же, как бы несколько генераторов, работающих от одного вращающегося магнита. Причём переменный ток в катушках будет отличаться по фазе – максимум тока в последующих катушках будет несколько запаздывать относительно предыдущих. То есть синусоиды тока, если их графически изобразить, будут, как бы между собой, сдвинуты. Это важное свойство – сдвиг фаз, о котором мы расскажем ниже.

Примерно так рассуждая, американский изобретатель Никола Тесла и изобрёл сначала переменный ток, а затем и трёхфазную систему генерации тока с шестью проводами. Он расположил три катушки вокруг магнита на равном расстоянии под углами 120 градусов, если за центр углов принять ось вращения магнита.

(Число катушек (фаз) вообще-то может быть любым, но для получения всех тех преимуществ, что даёт многофазная система генерации тока, минимально достаточно трёх).

Далее русский учёный электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский развил изобретение Н. Тесла, впервые предложив трёх – и четырёхпроводную систему передачи трёхфазного переменного тока. Он предложил соединить один конец всех трёх обмоток генератора в одну точку и передавать электроэнергию всего по четырём проводам. (Экономия на дорогих цветных металлах существенная). Оказалось, что при симметричной нагрузке каждой фазы (равным сопротивлением) ток в этом общем проводе равняется нулю. Потому что при суммировании (алгебраическом, с учётом знаков) сдвинутых по фазе на 120 градусов токов они взаимно уничтожаются. Этот общий провод так и назвали – нулевой. Поскольку ток в нём возникает только при неравномерности нагрузок фаз и численно он небольшой, гораздо меньше фазных токов, то представилась возможность использовать в качестве «нулевого» провод меньшего сечения, чем для фазных проводов.

По этой же самой причине (сдвиг фаз на 120 градусов) трехфазные трансформаторы получились значительно менее материалоёмкими, так как в магнитопроводе трансформатора происходит взаимопоглощение магнитных потоков и его можно делать с меньшим сечением.

Сегодня трёхфазная система электроснабжения осуществляется четырьмя проводами, три из них называются фазными и обозначаются латинскими буквами: на генераторе – А, В и С, у потребителя – L1, L2 и L3. Нулевой провод так и обозначается – 0.

Напряжение между нулевым проводом и любым из фазных проводов называется – фазным и составляет в сетях потребителей – 220 вольт.

Между фазными проводами тоже существует напряжение, причём значительно выше, чем фазное напряжение. Это напряжение называется линейным и составляет в цепях потребителей 380 вольт. Почему же оно больше фазного? Да всё это из-за сдвига фаз на 120 градусов. Поэтому, если на одном проводе, к примеру, в данный момент времени потенциал равен плюс 200 вольт, то на другом фазном проводе в этот же момент времени потенциал будет минус 180 вольт. Напряжение – это разность потенциалов, то есть оно будет + 200 – (-180)=+380 В.

Возникает вопрос, если по нулевому проводу ток не протекает, то нельзя ли его вообще убрать. Можно. И мы получим трёхпроводную систему электроснабжения. С соединением потребителей так называемым «треугольником» – между фазными проводами. Однако нужно заметить, что при неравномерной нагрузке в сторонах «треугольника» на генератор будут действовать разрушающие его нагрузки, поэтому данную систему можно применять при огромном количестве потребителей, когда неравномерности нагрузок нивелируются. Передача электроэнергии от больших электростанций при высоких фазных и линейных напряжениях (сотни тысяч вольт) так и осуществляются. Почему же применяется такое высокое напряжение. Ответ простой – чтобы уменьшить потери в проводах на нагрев. Так как нагрев проводов (потери энергии) пропорционален квадрату протекающего тока, то желательно чтобы протекающий ток был минимален. Ну а для передачи необходимой мощности при минимальном токе нужно повышать напряжение. Линии электропередач (ЛЭП) так и обозначаются, к примеру, ЛЭП – 500 – это линия электропередачи под напряжением 500 киловольт.

Кстати потери в проводах ЛЭП можно ещё более снизить, применяя передачу постоянного тока высокого напряжения (перестаёт действовать емкостная составляющая потерь, действующая между проводами), проводились даже такие эксперименты, но широкого распространения пока такая система не получила, видимо вследствие большей экономии в проводах при трёхфазной системе генерации.

Выводы: преимущества трёхфазной системы к содержанию

В заключение статьи подведём итоги, – какие же преимущества даёт трёхфазная система генерации и электроснабжения?

1. Экономия на количестве проводов, необходимых для передачи электроэнергии. Учитывая немалые расстояния (сотни и тысячи километров) и то, что для проводов используют цветные металлы с малым удельным электрическим сопротивлением, экономия получается весьма существенной.
2. Трёхфазные трансформаторы, при равной мощности с однофазными, имеют значительно меньшие размеры магнитопровода. Что позволяет получить существенную экономию.
3. Очень важно, что трёхфазная система передачи электроэнергии создаёт при подключении потребителя к трём фазам как бы вращающееся электромагнитное поле. Опять-таки, вследствие сдвига фаз. Это свойство позволило создать чрезвычайно простые и надёжные трёхфазные электродвигатели, у которых нет коллектора, а ротор, по сути, представляет собой простую «болванку» в подшипниках, к которой не нужно подсоединять никакие провода. (На самом деле конструкция короткозамкнутого ротора имеет свои особенности и вовсе не болванка) Это так называемые трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Очень широко распространённые сегодня в качестве силовых установок. Замечательное свойство таких двигателей – это возможность менять направление вращения ротора на обратное простым переключением двух любых фазных проводов.
4. Возможность получения в трёхфазных сетях двух рабочих напряжений. Другими словами менять мощность электродвигателя или нагревательной установки путём простого переключения питающих проводов.
5. Возможность значительного уменьшения мерцаний и стробоскопического эффекта светильников на люминисцентных лампах путём размещения в светильнике трёх ламп, питающихся от разных фаз.

Благодаря этим преимуществам трёхфазные системы электроснабжения получили широчайшее распространение в мире.

Трехфазный ток

В домовых распределительных электрических сетях в основном используются одна фаза и нулевой проводник. Этого достаточно для работы бытовых электроприборов, освещения и отопления. Для организации производственного технологического процесса применяют трехфазный ток. Потребители, шинные сборки, распределительные щитки, узлы учёта и вся электрическая схема настроены на работу от сетей трёхфазного тока.

Трехфазная система переменного тока

Сети трёхфазной системы рассчитаны на питание от подстанций, подающих напряжение по четырём проводам: три фазы и ноль. Это один из частных случаев многофазных цепей, где функционируют ЭДС, имеющие синусоидальные формы и равную частоту. Они произведены одним и тем же источником, но имеют угол сдвига между фаз в 120 градусов (2π/3).

Ещё электротехник М.О. Доливо-Добровольский, проводя изучение работы асинхронных двигателей, представил четырёхпроводную систему в качестве рабочей для питания такого типа машин и агрегатов. Каждый провод, образующий отдельную цепь внутри этой системы, называют «фазой». Структуру трёх смещённых по фазе переменных токов именуют трёхфазным током.

Важно! В подобной структуре фазное напряжение равно 220 В – это то, что покажет прибор при измерении между фазным и нулевым проводниками. Величина линейного напряжения составит 380 В при проведении измерения между двумя фазными тоководами.

Что такое трехфазный ток

Это система, объединяющая три электроцепи с токами, которые разнятся по фазе на 1/3 периода. Причём их собственные ЭДС совпадают по частоте и амплитуде и имеют такой же фазовый сдвиг. У такой структуры фазное и линейное напряжения соответственно равны 220 В и 380 В. Частота периодических колебаний – 50 герц (Гц).

Если подключить к осциллографу токовые синусоидальные сигналы от трёхфазной сети, то можно будет увидеть, что они совершают прохождение своих точек максимума в регулярной фазовой последовательности.

Общая формула мощности переменного тока:

где:

• P – мощность, (Вт);
• I – ток, (А);
• U – напряжение, (В);
• cosϕ – коэффициент мощности.

Значение cosϕ должно стремиться к единице. Средний коэффициент мощности лежит в интервале 0,7-0,8. Чем он выше, тем больше КПД установки.

В случае 3-х фазных сетей мощность будет зависеть от схемы соединения источника и нагрузки.

Почему используют трехфазный ток

Зная, что такое трехфазный ток, можно однозначно ответить на вопрос, почему он применяется.

Трехфазные системы переменного тока обладают целым рядом преимуществ, которые позволяют им выделяться среди многофазного построения электрических структур. К плюсам можно отнести следующие особенности:

• экономичное транспортирование энергии на дальние расстояния без снижения параметров;
• 3-фазные трансформаторы и кабели обладают меньшей материалоёмкостью, в отличие от однофазных моделей;
• возможность обеспечить сбалансированность энергосистемы;
• одновременное присутствие в установках двух напряжений для работы: фазное напряжение (220 В) и линейное (380 В).

К сведению. Подключение люминесцентных ламп к разным фазам и установка их в один светильник значительно уменьшат стробоскопический эффект и заметное глазу мерцание.

Неотъемлемой частью оборудования любого производственного предприятия являются асинхронные двигатели. Для их нормальной работы и развития паспортной мощности необходимо 3-х фазное питание. Оно обеспечивает возможность образования вращающегося МП (магнитного поля), которое приводит в движение ротор асинхронной машины. Такие двигатели экономичнее, проще в изготовлении и просты в эксплуатации, по сравнению с однофазными или любыми другими.

На электростанциях любого типа (ГЭС, АЭС, ТЭС), а также альтернативных обеспечено производство электроэнергии переменного типа при помощи генераторов.

Как осуществляется работа генератора

Устройство действует, превращая энергию вращения в энергию электричества. Электромашина, используя вращение МП, генерирует электрический ток. В тот момент, когда проволочная обмотка (катушка) крутится в МП, силовые линии магнитного поля пронизывают витки обмотки.

Внимание! В результате этого процесса электроны совершают перемещение в сторону плюсового полюса магнита. При этом ток движется, наоборот, в сторону отрицательного магнитного полюса.

Не важно, что вращается при механическом воздействии, обмотка или магнитное поле, – ток будет течь, пока вращение выполняется.

Генераторы, вырабатывающие трехфазное напряжение, могут иметь:

• неподвижные магниты и подвижный (вращающийся) якорь;
• неподвижный статор и магнитные полюса, которые вращаются.

В устройствах первой конструкции возникает потребность отбора большого тока при высоком напряжении. Для этого приходится использовать щётки (скользящие по контактным кольцам контакты).

Второе строение генератора проще и более востребовано. Здесь ротор – подвижный элемент, состоит из магнитных полюсов. Статор – неподвижная часть, собрана из пакета изолированных между собой листов железа и вложенной в пазы обмотки статора.

Информация. У ротора тело собрано из сплошного железа и имеет магнитные полюса в виде наконечников. Наконечники набираются из отдельных листов. Их форма подобрана с учётом того, чтобы генерируемый ток по форме был близок к синусоиде.

Полюсные сердечники имеют катушки возбуждения. На катушки подаётся постоянный ток. Подача осуществляется через графитовые щётки на кольца контакта, находящиеся на валу.

На схемах 3-х фазный генератор рисуют в виде трёх обмоток, угол между которыми равен 1200.

Существует несколько способов возбуждения генераторов, а именно:

• независимый – с помощью аккумулятора;
• от возбудителя – при помощи дополнительного генератора, закреплённого на одном валу;
• благодаря самовозбуждению – собственным выпрямленным током.

Сюда же относится магнитное возбуждение, подаваемое от магнитов постоянной природы.

Схемы трехфазных цепей

Обмотки генератора или трансформатора в трёхфазных цепях можно соединить между собой по двум схемам:

• звезда;
• треугольник.

Соединения выполняются на клеммнике (борно) агрегата или трансформатора, куда выводятся концы обмоток.

Присоединение нагрузки к генератору (трансформатору) можно произвести по следующим схемам:

• присоединение «звезда – звезда» с использованием нулевого проводника;
• подключение «звезда – звезда» без использования нулевого провода;
• подсоединение «звезда – треугольник»;
• схема «треугольник – треугольник»;
• соединение «треугольник – звезда».

Внимание! Такое разнообразие схем вызвано тем, что собственные обмотки генератора и собственные обмотки нагрузки могут быть соединены по-разному. При различных типах сопряжения получаются разные соответствия между фазными и линейными значениями.

Соединение может быть выполнено на заводе при сборке генератора, к месту подсоединения питающего кабеля уже выведены вторые концы обмоток. Информация о схеме соединения обмоток наносится на прикреплённую к статору машины табличку.

На электрических двигателях, трансформаторах или иных потребителях также производят необходимые манипуляции по переключению выводов обмоток. На картинке, приведённой ниже, красным маркером отмечены концы обмоток, соединённые перемычкой. Синим маркером – фазы питания.

Соединение звездой

Буквенное обозначение начала обмоток – «А», «В», «С», концов – «X», «Y», «Z». Нулевая точка маркируется как «О». У каждой обмотки есть два конца. При соединении «звезда» все три одноименных вывода обмоток (начала) соединяются между собой в одну точку «О». К свободным концам подключается нагрузка.

Соединение треугольником

При выполнении этого присоединения на борно ставятся перемычки, включающие обмотки в следующей последовательности:

• конец «А» – с началом «В»;
• конец «В» – с началом «С»;
• конец «С» – с началом «А».

Графическое изображение катушек становится похожим на треугольник, отсюда пошло название.

Когда хотят использовать подключаемый асинхронный двигатель с максимальным коэффициентом полезного действия, то его обмотки соединяют в треугольник. В этом случае фазные напряжения совпадают (Uл = Uф), линейный ток будет вычисляться по формуле:

Подключая в качестве нагрузки двигатель, необходимо учесть ряд нюансов:

• достигается увеличение мощности в 1,5 раза;
• повышается значение пускового тока, по сравнению с рабочим в 7 раз из-за тяжёлого запуска;
• резкое увеличение нагрузки на валу электромашины будет вызывать резкое увеличение тока.

Из-за всего этого есть риск возникновения перегрева машины, что не происходит при соединении обмоток нагрузки по схеме «звезда». Там двигатель не расположен к перегреванию, и его пуск осуществляется плавно.

При двух видах включения обмоток различают и дают определение двум видам токов: линейному и фазному. Запомнить различия просто:

• ток, протекающий через проводник, который соединяет источник с приёмником, называется линейным;
• ток, движущийся по обмоткам источника или нагрузки, называется фазным.

Стоит обратить внимание на формулы мощности при различных схемах соединения источника с нагрузкой.

Мощность тока при схеме «звезда» определяется по формуле:

P = 3*Uф*Iф*cosϕ = √3*Uл*Iл*cosϕ,

где:

• Uф – фазное напряжение;
• Uл – линейное напряжение;
• Iф – фазный ток;
• Iл – линейный ток;
• cosϕ – сдвиг фаз.

Мощность тока при схеме «треугольник» вычисляется по формуле:

P = 3* Uф* Iф*cosϕ = √3*Uл*Iл*cosϕ.

К сведению. Обращать внимание на линейный и фазный токи необходимо тогда, когда генератор (источник) нагружается несимметрично при подключении нагрузки.

Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях

Следующий параметр, который требует внимательного рассмотрения, – это напряжение. Так же, как и токи, напряжение в этом случае бывает фазное и линейное. Чтобы было понятнее их отличие, лучше всего рассмотреть графическое изображение векторов напряжений (фаз). Уже известно, что они расположены друг к другу под углом 1200. Таков угол между обмотками трёхфазного генератора.

Сохраняя угол наклона вектора Ub, откладывают его (изменив знак) от точки, где заканчивается вектор Ua. Тогда из полученной векторной диаграммы видно, что вектор линейного напряжения Uл равен расстоянию между точкой начала вектора напряжения Ua и точкой конца вектора напряжения Ub. Заметно, что вектор линейного напряжения превышает фазное. Насколько большая эта разница, можно определить, пользуясь формулой:

Так как sin600= √3/2, то формула принимает вид:

Значит, Uл = 1,73*Uф

При практических измерениях параметров напряжения фазное напряжение измеряют, касаясь щупами тестера фазного и нулевого проводников. Линейное значение должно измеряться прикосновением щупами к двум фазным проводникам.

Подключение нагрузки к источнику в трёхфазной цепи может осуществляться, как по трём проводам, без нулевого проводника, так и с его использованием. Всё зависит от того, какого типа нейтраль у сети. В сетях с глухозаземлённой нейтралью нулевой проводник служит для избегания перекоса по фазам. К тому же его используют в цепях защиты от пробоя изоляции на корпус оборудования. Он даёт возможность для срабатывания защитного отключения или перегорания вставки предохранителя.

Сети с изолированной нейтралью прекрасно работают по трём фазным проводам. Соединения такого типа исключают одновременное использование и фазного, и линейного напряжения. При такой схеме существует риск получить удар током при пробое изоляции.

Отличия от однофазного тока

Как правило, в многоквартирные дома подводится трехфазный переменный ток. Это обусловлено подключением большого числа однофазных нагрузок. В этом случае есть возможность равномерно нагрузить каждую фазу цепи трансформаторной подстанции. Это позволит не допустить перекоса межфазного и фазного напряжений.

Основные различия, по сравнению с однофазным током, лежат в следующей плоскости:

• линейное напряжение не рассчитано на питание однофазных потребителей;
• величина мощности нагрузки зависит от сечения питающего кабеля;
• возможность включения в сеть трёхфазных потребителей;
• допустимость переключения однофазного потребителя на другую фазу.

В связи с этим использование трёхфазного тока более эффективно на производстве.

Важно! Стоимость оборудования, кабельной продукции, электроэнергии, приборов учёта при подведении к объекту напряжения, равного 380 В, значительно выше, чем однофазной сети.

Какой вариант тока выбрать, трёхфазный или однофазный, решать владельцу жилья. Особенно это касается больших частных домов, где современное электрооборудование требует наличия всех трёх фаз. Затраты на подведение 3-х фазного тока и установку узла учёта с лихвой окупятся возможностями использования трёхфазных потребителей в приусадебном хозяйстве.

Видео