Электронные компоненты. Дистрибьюция и сервисы с 1993 г
№3 / 2014 / статья 7

Модульные устройства производства Eaton, Siemens, ETI для защиты от поражения электротоком

Вячеслав Колычев (КОМПЭЛ), Максим Держанский (г. Гродно)

Устройства защитного отключения (УЗО) в сочетании с автоматическим выключателем (АВ) или их сочетание – дифференциальный автомат (ДА) – что и в каких случаях выбрать в качестве системы защиты от поражения током инженеру, проектирующему автоматизированное производство? Ответить на этот вопрос на примере продукции компаний Siemens, Eaton и ETI поможет предлагаемая статья.

Любое оборудование, использующее для выполнения своих функций электрически ток, должно нести пользу человеку и не причинять ущерба его здоровью. Именно поэтому первоочередной задачей является обеспечение защиты человека от поражения электротоком.

Электрический ток особенно опасен тем, что в отличие от других несущих угрозу факторов – излучения, пара, химических веществ, радиации и других, – может вызвать в работе организма нарушения сразу нескольких видов: сбой в работе сердечно-сосудистой системы, ожоги, повреждение сетчатки глаз и тому подобное.

Рис. 1. Внешний вид УЗО производства компаний Еaton и ETI

Рис. 1. Внешний вид УЗО производства компаний Еaton и ETI

Для того чтобы не допустить поражение человека электрическим током при непосредственном или косвенном прикосновениях, избежать всех вышеперечисленных травм, а также для предотвращения возгорания при возникновении токов утечки используют устройства защитного отключения – УЗО (рисунок 1) и дифференциальные автоматические выключатели – ДА (рисунок 4).

Обзор устройств защитного отключения

Под непосредственным прикосновением понимается прикосновение человека к токоведущей части электроустановки, которая находится под напряжением. Под косвенным – прикосновение к нетоковедущей проводящей части электроустановки, которая оказалась под напряжением (к примеру, металлический корпус).

Рис. 2. Принцип работы и составные части устройства защитного отключения

Рис. 2. Принцип работы и составные части устройства защитного отключения

Разберем детально устройство защитного отключения. Конструктивно УЗО состоит из трех частей, как показано на рисунке 2:

  1. дифференциальный трансформатор;
  2. следящее устройство;
  3. кнопка «Тест».

Принцип работы основан на разности токов, входящих в систему и выходящих из нее. То есть, с линии электропитания ток подается на нагрузку, проходя через дифференциальный трансформатор. При отсутствии тока утечки выходящий ток будет равен входящему. Следовательно, их магнитные поля полностью компенсируют друг друга в дифференциальном трансформаторе и следящее устройство не среагирует.

Как только в системе – из-за повреждения изоляции, повышения влажности при плохой изоляции, протекания через тело человека электрического тока на землю и так далее – появляется ток утечки, выходящий ток станет меньше, чем входящий. Магнитные поля не компенсируют друг друга – соленоид следящего устройства перестанет удерживать контакты и тем самым отключит линию электропитания от нагрузки в течение примерно 0,03 секунд.

Кнопка «Тест» в УЗО предназначена для проверки его работоспособности даже неквалифицированным персоналом в процессе эксплуатации, но она не проверяет правильность подключения. При нажатии на кнопку, ток со входящего направления подается на исходящее. Таким образом, искусственно создается минимальный ток утечки, на который и должно среагировать УЗО. Если же при нажатии кнопки «Тест» ничего не произошло, это означает неработоспособность УЗО, и его следует заменить.

Также УЗО отключит питающую линию в случае контакта токопроводящей части/частей с заземленным корпусом оборудования и при перемене проводов N (нулевой рабочий) и РЕ (заземляющий).

Выбор УЗО

Для того чтобы правильно подобрать необходимую модель УЗО, требуется знать все о его основных параметрах (таблица 1). Основные характеристики будут разобраны на примере УЗО PF6-63/4/03 производства компании Еaton и 2063123 производства ETI.

Ниже более подробно представлены основные параметры, рассмотренные в таблице 1.

Таблица 1. Основные характеристики УЗО

Основные характеристики Устройство защитного отключения
PF6-63/4/03 (Еaton) 2063123 (ETI)
Номинальный рабочий ток, А 63 40
Максимальный ток короткого замыкания, кА 6 10
Количество полюсов 4 2
Чувствительность по типу тока АС
Максимальный дифференциальный ток срабатывания защиты, мА 300 100
Номинальное переменное рабочее напряжение, В 400 230
Размер, мм 76x70x90 68x36x87,5

 

Номинальный рабочий ток, А, подразумевает максимально возможный рабочий ток в системе, при котором УЗО длительное время полноценно будет выполнять свои защитные функции. Рассчитывается исходя из мощности электропроводки защищаемой сети. Это даст возможность в будущем, если позволяет проводка, подключать дополнительные устройства, не меняя УЗО.

Максимальный ток короткого замыкания, кА, показывает, какой ток КЗ может выдержать УЗО в течение непродолжительного времени, не выйдя из строя. Оптимальным показателем для УЗО в быту является 6 кА, так как обычно ток КЗ в таких сетях не превышает 2…4 кА.

Количество полюсов указывает на схему подключения УЗО (рисунок 3).

Рис. 3. Схемы подключения УЗО

Рис. 3. Схемы подключения УЗО

Чувствительность по типу тока предназначена для подбора УЗО по условиям использования. Различают пять основных типов УЗО (таблица 2).

Таблица 2. Основные типы УЗО

Тип УЗО Описание
АС УЗО данного типа реагирует на медленно возрастающий либо внезапно возникший переменный синусоидальный ток утечки.
А Реагирует на медленно возрастающий либо внезапно возникшие переменный синусоидальный или постоянный/пульсирующий токи утечки.
В Реагирует на постоянный, выпрямленный и переменный токи утечки.
S УЗО с выдержкой по времени отключения (селективное УЗО). Обычно используется в качестве главного УЗО в электроустановках. Данный тип УЗО можно использовать только в комплексе с УЗО общего применения, которые обеспечивают защиту людей от поражения электротоком. УЗО данного типа контролирует качество изоляции токоведущих частей всей защищаемой системы и применяется для защиты от пожара.
G С меньшей выдержкой по времени отключения, чем S, но, все же, с большей, чем у остальных типов УЗО. Имеют повышенную стойкость к кратковременному перенапряжению, тем самым ослабляют действие сетевых помех. Рекомендуется использовать при подключении электроустановок к воздушным линиям электропередачи, при коммутации электроцепей с большей индуктивной/емкостной нагрузкой, в зонах с интенсивной грозовой активностью.

Дифференциальный ток утечки даже при питании нагрузки переменным током может менять форму с синусоидальной на пульсирующую и даже сглаженную постоянную. Если УЗО планируется применять в быту, где используют одновременно и постоянный, и переменный ток, то оптимальным выбором будет использование УЗО типа А. УЗО типов S и G также применяются при использовании автоматического ввода резервного питания. УЗО типа В является универсальным, применяется при смешанном электропитании, как правило, в промышленных электроустановках.

Максимальный дифференциальный ток срабатывания защиты, мА, является основной характеристикой УЗО. Означает допустимую разницу тока нагрузки в жилах. При достижении заданного тока утечки УЗО отключит нагрузку.

УЗО выпускаются с номиналами дифференциального тока срабатывания защиты на 10, 30, 100, 500 и 1000 мА.

Если УЗО приобретается, в первую очередь, для защиты людей, то необходимо выбрать номинальный ток утечки 30 мА. Если для защиты от пожара – 300 мА. УЗО с номинальными токами срабатывания защиты от 100 мА и больше обычно используют только для достижения селективной работы устройств защиты.

Номинальное переменное рабочее напряжение, В. Для борьбы с перепадами напряжения возможно использование дополнительных приспособлений. К примеру, УЗО серий PF производства Eaton устойчивы к нежелательному отключению, вызванному электронными стартерами люминесцентных ламп (максимум 20 ламп в цепи). С данной серией используют также и расцепители минимального напряжения Z-USA и Z-USD и комбинированный ограничитель перенапряжения класса B+C – SPB-12/280.

Размер, мм – также достаточно важный параметр. На сегодняшний день бытовые электрические щиты забиты «под завязку», а устанавливать новый электрический щит не всегда возможно или целесообразно, намного проще и дешевле подобрать УЗО по размерам.

Кроме основных характеристик, каждую отдельную серию УЗО можно характеризовать еще по ряду существенных свойств, которые также стоит принимать во внимание при проектировании и приобретении (таблица 3).

Таблица 3. Классификация дополнительных возможностей УЗО

Способ действия Без вспомогательного электропитания
Со вспомогательным электропитанием
По способу установки Стационарные: монтаж и стационарная электропроводка
Переносные: монтаж гибкими проводами с удлинителем
Защита от перегрузки
и сверхтоков
Нет встроенной защиты от сверхтока
Встроенная защита от перегрузки
Встроенная защита от сверхтока
Возможность регулирования дифференциального тока отключения Нерегулируемые
Регулируемые: дискретное/ плавное регулирование
Регулирование выдержки отключения Есть
Нет

Для показа особенностей серий УЗО на рисунке 4 представлена серия EFI компании ETI. Указан также вид обозначений на корпусе УЗО с их расшифровкой.

Рис. 4. УЗО (дифференциальные реле) серии EFI компании ETI

Рис. 4. УЗО (дифференциальные реле) серии EFI компании ETI

Устройства применяют в сети со схемами заземления IT, TN-S, TN-C-S.

Серия EFI от ETI обладает следующими особенностями:

  • возможность подключения питания сверху/снизу;
  • подключение шины питания;
  • легкий монтаж блока контактов;
  • на каждой контактной группе есть дугогасительная камера.

Дифференциальные реле EFI могут быть двухполюсными, например, EFI-2 16/0,03-A, номинальный ток которого равен 16 А, номинальный ток утечки – 30 мА, тип А, четырехполюсными, например, EFI-4, также есть версиии без временной задержки (тип А/АС), быстродействующие (тип G), селективные EFI-4S (тип АС).

УЗО серий EFI-2 UT и EFI-4 UT – помехозащищенные дифференциальные реле, обладающие очень высокой устойчивостью к импульсному току. Он может возникать вследствие:

  • перенапряжения, вызванного индуктивными/емкостными коммутируемыми нагрузками, ударами молний, сетевыми коммутациями;
  • скачков тока при наличии трансформаторов для низковольтных галогенных светильников либо из-за пускорегулирующих аппаратов с компенсированными/некомпенсированными люминесцентными лампами;

УЗО этих серий способны выдержать кратковременный импульс тока до 10 кА.

УЗО серии EFI-4 S (селективные) используются, в основном, как главные УЗО в электрических установках. Селективные УЗО отключаются через 40 мс после срабатывания нижестоящих аппаратов защиты, если за это время параметры электросети не пришли в норму. EFI-4 S необходимо применять совместно с УЗО общего назначения, так как ими не обеспечивается защита человека от поражения электрическим током.

Все УЗО серии EFI можно использовать совместно с блоком контактов PS EFI, который монтируется с правой стороны УЗО и применяется для дистанционной сигнализации состояния контактной группы. Дифференциальные реле EFI-2 и EFI-4 часто устанавливают совместно с дифференциальным расцепителем DA EFI и с использованием пломбировочных панелей.

УЗО серии EFI-4 KV/G имеют выдержку на отключение 10 мс, благодаря чему можно применять их в условиях кратковременных перенапряжений – при частых грозах, повышенной влажности и тому подобном.

Серия PF производства Eaton характеризуется следующими общими особенностями:

  • соответствие стандарту EN 61008;
  • номинальное напряжение: 230/400 В AC;
  • тип AC (чувствительность к переменным токам утечки);
  • высокая устойчивость к нежелательным выбиваниям, например, из-за включения люминесцентных ламп;
  • возможность подключения питания сверху/снизу;
  • сечение подключаемого провода: 0,5…35 мм2;
  • номинальный ток утечки: 30…500 мА;
  • номинальный ток 16…100 А.

Серия PF состоит из подсерий PF4, например, PF4-25/2/003 (условная устойчивость к короткому замыканию равна 4,5 кА), PF6, например, PF6-16/2/003 (6 кА) и PF7, например, PF7-25/2/003-DE, (10 кА).

Характеристики УЗО производства компании Siemens 5SM:

  • тип A, AC;
  • мгновенного действия и селективные;
  • номинальный дифференциальный ток утечки: 10…500 мА;
  • номинальный ток: 16…125 А.

Стоит обратить внимание на недавно появившиеся новые модели УЗО 5SM3 повышенной стойкости типа F, например, 5SM3 312-3.

Кроме основных параметров и особенностей УЗО, необходимо знать и основные принципы подключения. Как было рассмотрено выше, УЗО, хоть и не всегда, но способно выдержать ток короткого замыкания в отличие от защищаемой аппаратуры. Поэтому на практике УЗО в большинстве случаев используется совместно с автоматическим выключателем (АВ).

Дифференциальный автомат

Для того, чтобы не подбирать АВ и УЗО по общим параметрам, намного удобнее приобрести сразу дифференциальный автоматический выключатель (дифференциальный автомат, ДА).

Рис. 5. Внешний вид автоматических выключателей

Рис. 5. Внешний вид автоматических выключателей

Дифференциальный автомат (рисунок 5) – это УЗО и АВ, объединенные в одном корпусе. Данное устройство позволяет избежать сплошного присоединения жил линии электропитания.

Рис. 6. Дифференциальный автоматический выключатель LIMAT2-DN

Рис. 6. Дифференциальный автоматический
выключатель LIMAT2-DN

Рассмотрим особенности ДА на примере серии LIMAT DN 2050100 производства компании ETI. Эта серия, помимо стандартных функций АВ и УЗО, имеет блок контроля напряжения (рисунок 6).

Серия LIMAT DN имеет следующие отличительные особенности:

  • при автоматическом отключении рукоятка ДА становится в среднее положение. Для того, чтобы восстановить работу ДА, необходимо опустить рукоятку до упора вниз («отключено»), тем самым приведя устройство в исходное положение, после чего поднять до упора вверх («включено»);
  • светодиодная индикация позволяет определить причину срабатывания – обрыв нейтрали, перенапряжение на фазе, обрыв земли или неправильное подключение фазы и нейтрали;
  • отключение при:
    • повышении напряжения до 270 В;
    • понижении напряжении 45 В на нейтральном проводнике;
    • обрыве нейтрали;
    • неправильном подключении фазы и нейтрали;
    • обрыве земли.

ДА серии LIMAT-SD имеет такие же технические характеристики, как у KZS, но отличается конструктивно. LIMAT-SD состоит из раздельных блоков АВ и УЗО, срабатывание которых происходит независимо друг от друга. При срабатывании ДА из-за утечки тока происходит отключение обоих блоков.

DIF02-SD

DIF02-SD

DIF04-SD

DIF04-SD

DIF02-DN

DIF02-DN

DIF04-DN

DIF04-DN

Рис. 7. Блок дифференциального реле DIFO производства компании ETI

Стоит отметить блок дифференциального реле DIFO (рисунок 7), которое подключается к автоматическому выключателю ETIMAT 6 и ETIMAT 10, и в итоге получается ДА, аналогичный LIMAT2-SD/LIMAT2-DN, либо LIMAT4-SD/LIMAT4-DN. АВ к блоку можно подключать самостоятельно. При этом ширина комплекта при подключении к DIFO2 АВ ETIMAT 6/10 (2р или 1р+N) составит четыре модуля, а при подключении к DIFO4 АВ ETIMAT 6/10 (3р+N) – семь с половиной модулей.

Серия ДА PFL производства Eaton имеет следующие особенности:

  • соответствует стандарту EN 61009;
  • номинальное напряжение: 230 В AC;
  • тип AC;
  • возможность подключения питания как сверху, так и снизу;
  • сечение подключаемого провода: 1,5…35 мм2;
  • количество полюсов: 1+N;
  • номинальный ток утечки: 10…500 мА;
  • номинальный ток: 2…40 А.

Серия PFL состоит из PFL4 (например, PFL4-16/1N/C/003). Отключающая способность PFL4 равна 4,5 кА, PFL6 (например, PFL6-16/1N/C/003) – 6 кА, PFL7 (например, PFL7-6/1N/C/003-DE) – 10 кА.

ДА mRB4 (например, MRB4-20/3/C/003-A) и mRB6, помимо стандартных характеристик отключения B и C, имеет еще и характеристику D:

  • отключающая способность mRB4 составляет 4 кА, mRB6 – 6 кА;
  • соответствует стандарту EN 61009;
  • номинальное напряжение: 230 В AC;
  • тип A (чувствительность к переменным токам утечки и пульсирующим токам утечки);
  • количество полюсов: 3+N.

Характеристики ДА Siemens серии 5SU1:

  • отключающая способность: 4,5 кА, 6 кА;
  • характеристика отключения: B, C;
  • номинальный ток утечки: 30…300 мА;
  • номинальный ток: 6…40 А.

В таблице 4 наглядно представлены основные характеристики популярных ДА производства компаний ETI, Eaton и Siemens.

Таблица 4. Основные характеристики ДА

Основные характеристики Дифференциальный автоматический выключатель
2175721 (ЕТI) PFL7-16/1N/C/003-DE (Еaton) 5SU1353-1KK06 (Siemens)
Номинальный рабочий ток, А 6 16 6
Максимальный ток короткого замыкания, кА 6 10 6
Количество полюсов 2 (1+N)
Чувствительность по типу тока АС
Максимальный дифференциальный ток срабатывания защиты, мА 30
Характеристика срабатывания по времени и току, В С
Номинальное переменное рабочее напряжение 230
Размер, мм 69x18x88 75x35x80 70x36x90

ДА подразумевает под собой объединение УЗО и автоматического выключателя, следовательно, имеет характеристики сразу двух этих устройств одновременно. Все основные характеристики УЗО описаны в таблице 1, характеристики автоматического выключателя, можно найти в статье «АВ плюс УЗО – двойная защита». Если ДА применяется только для замены УЗО+АВ, то для его подбора нужно просто свести характеристики установленных УЗО и АВ в одну таблицу.

Все представленные ДА схожи по параметрам. Различие основных характеристик лишь в номинальном рабочем токе, максимальном токе КЗ и размерах. В однофазной сети ток КЗ не превышает значения 6 кА. Использовать ДА и УЗО, рассчитанный на больший ток КЗ, при данных обстоятельствах можно, но не имеет смысла, так как не оправдано финансово. Преимущества остальных параметров и их особенности рассмотрим ниже.

ДА или УЗО+АВ? – вот в чем вопрос

При приобретении устройств защиты клиенты стоят перед выбором, что же лучше приобрести: связку УЗО с АВ либо ДА? По сути, они будут выполнять одинаковую функцию, но выбор все же зависит от нескольких факторов:

  • Занимаемое место. К примеру, необходимо установить устройства защиты в электрический щит при однофазном электропитании. ДА, как и УЗО, состоит из двух модульных частей, АВ представлен одним модулем. Следовательно, УЗО с АВ займет больше места, чем ДА. Если говорить о подключении не одного, а нескольких десятков устройств защиты, то использование ДА существенно сэкономит место в электрощитах.
  • Цена и замена. Ранее стоимость ДА значительно превышала стоимость УЗО+АВ. Но на сегодняшний день цена ДА уже равна, а порой и ниже, чем УЗО+АВ с аналогичными характеристиками производства той же компании. Поэтому истории о том, что если один из модулей ДА вышел из строя, то необходима замена всего устройства, и именно по этой причине использование УЗО+АВ выгоднее экономически, уже не актуальны.
  • Удобство в работе. Если сработает ДА, то трудно определить, что именно произошло в электроцепи – утечка тока или короткое замыкание. С УЗО+АВ это сделать просто. При коротком замыкании сработает только АВ, при утечке тока – только УЗО. Хотя сейчас некоторые модели ДА уже определяют все возможные причины срабатывания.

С УЗО серий PF и ДА серий PFL производства компании Eaton возможна установка вспомогательных и сигнальных контактов Z-NHK, модулей отключения Z-FAM, двигательного привода Z-FW-LP, модулей дистанционного управления Z-FW-MO, вспомогательных контактов Z-HK, соединительных систем. Также возможно их опломбирование в любом положении.

  • Монтаж. Использование ДА значительно сократит время монтажа в электрощите и упростит сам процесс. Есть всего два входа и два выхода для L- и N-проводников – перепутать сложно. Подключая же УЗО и АВ, необходимо делать перемычку между ними. Стоит также помнить, что через АВ подключается именно L-проводник.

Достаточно распространены схемы подключения, где используют один общий УЗО для системы, а на каждое устройство ставят отдельный АВ. В данном случае целесообразнее использовать устройства по отдельности, а не ставить ДА на каждый узел.

Следует помнить, что наличие системы заземления в защищаемой сети является лишь хорошей основой для построения комплекса защиты человека от поражения электрическим током на базе УЗО и ДА, не более. На многие устройства, такие как стиральная машина, электрическая система «теплый пол», электроплита и другие, рекомендуется ставить дополнительно отдельный ДА либо УЗО, несмотря на общее устройство защиты всех нагрузок от токов утечки. Это значительно повышает безопасность устройств, так как при выходе из строя одного устройства защиты, защиту обеспечит второе. Ни ДА, ни УЗО не защитят человека при его одновременном прикосновении к L- и N-проводникам, поэтому следует постоянно следить за целостностью изоляции, устанавливать кожухи и, по возможности, отключать электропитание на время ремонта. Безопасность всегда должна стоять на первом месте.

 

Заключение

Выбор производителя устройств защиты – это личное дело каждого. Во время проектирования электроустановок у многих инженеров возникает важный вопрос – что использовать в качестве защитного оборудования. Выбрать ли связку из АВ и УЗО, или применить в схеме электроснабжения ДА. Совет такой: если в электрощите много свободного места – применяйте связку АВ+УЗО. В проекте с использованием большого числа устройств защиты получится ощутимая финансовая выгода. В условиях компактного монтажа лучше использовать ДА. И в том, и в другом случаях необходимо использовать оборудование только ведущих и хорошо зарекомендовавших себя производителей, таких как ETI, EATON, SIEMENS.

 

Литература

  1. www.compel.ru.
  2. ГОСТ Р МЭК 60755-2012 «Общие требования к защитным устройствам, управляемым дифференциальным (остаточным) током».
  3. Техническая документация на устройства защитного отключения и дифференциальные автоматические выключатели компаний ETI, Eaton, Siemens.
  4. Каталог продукции компании ETI.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

Siemens_5SY6106-7_NE_1_opt

Аварийное освещение от Eaton – безопасная эвакуация

Аварийное освещение используется для указания путей эвакуации людей, когда нельзя гарантировать нормальную работу света при пожарах, задымлениях, авариях.

Как правило, устройства аварийного освещения используют внутренние аккумуляторы, чтобы даже при полном исчезновении электропитания сохранялась работоспособность аварийной лампы.

Подразделение Cooper Safety by Eaton выпускает широкий модельный ряд аварийных светильников как со знаками безопасности, так и просто для подсветки.

Благодаря высокому качеству и соответствию мировым стандартам безопасности аварийного освещения оборудование данного подразделения обеспечивает экономное энергопотребление, широкий спектр инсталляций по всему миру. Также стоит отметить такие плюсы как легкий и быстрый монтаж и пониженные эксплуатационные расходы.

На сегодняшний день концерн Eaton предлагает следующие системы аварийного освещения производства:

  • аварийные светильники LEDUS, обладающие элегантным дизайном. Есть версии с функцией автоматической проверки. Могут работать в режиме как постоянного света, так и аварийного освещения;
  • аварийные светильники StarIP65 0-EL65 отличаются от предыдущих степенью защиты IP65;
  • аварийные светильники Cronus 0-EL8, имеющие маломощные лампы. Применяются в режиме аварийного освещения;
  • аварийные светильники Star22 0-EL20 характеризуются низким профилем и долгим временем автономной работы (1…3 часа);
  • универсальный светильник Micropoint2, имеющий низкое энергопотребление, повышенный срок службы 60000 часов, экологически чистые аккумуляторы на 3 часа работы;
  • аварийные знаки выхода Velos 0-ESC, 0-ESMAINS, которые отличаются большой дистанцией видимости (30…40 м) благодаря инновационной светодиодной технологии, различными вариантами монтажа (на стену и к потолку).