Обеспечь безопасность защитой

Петренко С. Обеспечь безопасность защитой // Будмайстер. 2003 . №12. C. 18-22

Жизнь современного общества и каждого человека в отдельности в настоящее время без электрической энергии невозможна. В быту, на производстве, в офисах находятся приборы и устройства, источником энергии для которых является электричество. Однако, несмотря на привычность пользования электрическими приборами и устройствами, всегда следует помнить о том, что обращаться с ними следует очень осторожно и аккуратно, так как электроэнергия представляет большую опасность. Общеизвестным фактом является и то, что более чем в 50% случаев источником пожаров является неисправность электропроводок, да и редко кто не испытывал на себе действие электрического тока.

Ещё на очень раннем этапе использования электричества была признана необходимость защиты от ненамеренных и нежелательных эффектов действия электроэнергии. С этой целью были разработаны и применены специальные устройства для защиты электропроводки, оборудования, имущества и людей. Многочисленными исследованиями установлено, что опасное действие электрического тока связано как с его величиной, так и с длительностью его воздействия на человека. Так, при силе тока не более 0.5 мА его воздействие обычно (практически) не ощущается; при силе тока от 0.5 до 10 мА вредных с медицинской точки зрения последствий не возникает; при силе тока более 10 мА в зависимости от длительности его воздействия человек не может собственным усилием освободиться от токоведущей части; при силе тока 30 мА и длительности воздействия 500 мс может возникнуть паралич дыхания; при силе тока более 500 мА может возникнуть фибрилляция желудочков сердца и, как следствие, смерть человека от поражения электротоком. Ещё одной важной задачей является защита имущества от пожара, вызванного в результате действия сверхтока или длительного протекания тока утечки (дифференциального тока).

До недавнего времени в нашей стране для защиты людей от поражения электрическим током использовалась изоляция токоведущих частей (для бытовой сети переменного тока напряжением 220В), а также изоляция и автоматические выключатели (электроустановки зданий и сооружений переменного тока 380/220В). Однако автоматические выключатели не в состоянии обеспечить защиту человека в случае непрямого контакта (при соприкосновении с неисправной электроустановкой, у которой нарушена изоляция), так как невозможно обеспечить достаточную для таких случаев чувствительность выключателей. (Кстати, следует отметить, что основной задачей плавких предохранителей и автоматических выключателей является защита электроустановок, электрических цепей от перегрузок).

Единственно возможным решением вопроса защиты человеческой жизни от воздействия тока утечки (при непрямом контакте) является применение специальных чувствительных приборов - устройств защитного отключения (УЗО), которые также еще называют дифференциальными реле или дифференциальными выключателями. УЗО обеспечивают существенное повышение уровня защиты, так как они срабатывают при непрямом контакте человека с электроустановкой и при его соприкосновении с не находящимися под напряжением частями электроустановки, но на которых оно появилось в результате повреждения изоляции. Кроме этого, УЗО, как обязательная дополнительная защита, обеспечивает:

- отключение оборудования, части которого в рабочем состоянии не должны находиться под напряжением, а основная защита не работает вследствие обрыва защитного нулевого провода;

- отключение участка сети при перепутывании фазного провода с проводом защитного зануления при неправильном монтаже;

- отключение участка сети при возрастании токов утечки, обеспечивая при этом эффективную противопожарную защиту;

- отключение электрических приборов, находящихся в помещениях с повышенной влажностью, например, в ванной, при превышении током утечки заданной величины.

Устройство УЗО

В основу действия УЗО положен принцип ограничения продолжительности протекания тока через тело человека при прикосновении его к электрической сети за счёт быстрого отключения. При этом его чувствительность должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечивать обнаружение токов, величина которых меньше, чем у токов, способных вызвать остановку сердца.

По конструктивному признаку УЗО подразделяют на электромеханические и электронные. Обычное электромеханическое УЗО состоит из следующих основных деталей: симметрирующего (суммирующего) трансформатора для обнаружения тока утечки; высокочувствительного (поляризованного или неполяризованного) реле; выключающего механизма (расцепителя); основных контактов и кнопки тестового контроля. Чувствительным элементом УЗО является суммирующий (симметрирующий) трансформатор, измеряющий разницу между магнитными потоками образованными токами, протекающими в фазном и нулевом проводе. При исправной электроустановке эти токи равны между собой. Образованные ими магнитные потоки также равны между собой, но направлены навстречу друг другу, поэтому результирующий магнитный поток равен нулю. При повреждении изоляции в фазном проводе появляется ток утечки (дифференциальный ток) и, следовательно, на эту величину увеличивается фазный ток. В результате возникает разностный магнитный поток, индуцирующий ЭДС во вторичной (следящей) обмотке трансформатора, которая вызывает протекание тока через обмотку реле и таким образом приводит в действие расцепляющий механизм. Для обеспечения эффективной защиты необходимо, чтобы расцепление происходило независимо от напряжения сети, например, в случае повреждения сети (при выходе из строя одного внешнего провода или разрыве нейтрального провода).

В практике широкое применение находят электроустановки (например, преобразователи частоты, медицинские приборы, системы управления подъёмниками, источники бесперебойного электропитания и т.п.), для которых в аварийных ситуациях характерны постоянные токи утечки с небольшой пульсацией. Однако, применение УЗО, реагирующих на пульсирующие токи утечки, не обеспечивает требуемой защиты указанных электроустановок. Решение данной задачи обеспечивает универсальное УЗО ?Siemens?, в состав которого дополнительно включены суммирующий трансформатор для обнаружения постоянных токов утечки без пульсаций и соединённое с ним электронное устройство расцепления, срабатывающее при появлении данного вида тока утечки.

В универсальных УЗО ?ABB? это достигается за счет изготовления сердечника трансформатора из материала с предельно высокой магнитной проницаемостью, а также усовершенствования вторичной цепи - подключения конденсаторов для образования резонансного контура, в котором индуцированное напряжение повышается до уровня достаточного для срабатывания реле.

УЗО выпускают как с расцепителями, обеспечивающими защиту от сверхтока (дифференциальные выключатели), так и без таких расцепителей (дифференциальные реле). Поскольку дифференциальные реле не оснащены защитой от токов перегрузки или короткого замыкания, то они применяются только как дополнительная защита к автоматическим выключателям или предохранителям. УЗО со встроенной защитой от сверхтока (их иногда называют ещё и ?самозащищёнными?) предназначены срабатывать в случае замыкания на землю, перегрузки, короткого замыкания. Они способны выдерживать большие токи короткого замыкания вплоть до величины, которая в зависимости от модели может достигать 15 кА.

Следует выделить также УЗО селективного (избирательного) типа. Селективные УЗО (они имеют специальное обозначение S) устанавливают, как правило, на входе электроустановки, а после них ставят УЗО калиброванной чувствительности. Это делают с целью предотвращения случайных срабатываний защит. Селективные УЗО оснащены специальной системой задержки срабатывания. Если замыкание на землю происходит на каком-либо участке сети, где соответствующую защиту обеспечивает подключенное там УЗО, именно это устройство срабатывает и отключает неисправный участок. В противном случае, например, заблокированном или неисправном УЗО на участке сети, если ток утечки (ток замыкания на землю) достигает опасного уровня, срабатывает селективное УЗО.

Выпускают УЗО как в двухполюсном (для однофазной сети), так и четырёхполюсном (для трехфазной сети) исполнении.

Практика применения УЗО показала, что диапазон их срабатывания зависит от вида тока утечки. В соответствии с классификацией ?Siemens?, токи утечки подразделяют на: переменные; пульсирующие постоянные; однополупериодный ток с наложением постоянного тока без пульсаций 6 мА; постоянный без пульсации. При этом диапазон срабатывания УЗО составляет для токов утечки: переменных - (0.5...1) ; пульсирующих постоянных - (0.11...1.4) ; однополупериодного с наложением постоянного тока 6 мА - макс. 1.41 + 6 мА; постоянного без пульсации - (0.5...2) . Для защиты от переменных токов утечки предназначены УЗО тип АС; от переменных и пульсирующих - тип А; от переменных, пульсирующих и постоянных токов - тип В (универсальное).

Выбор УЗО осуществляют в зависимости от его функционального предназначения (защита людей, защита от пожара, селективная защита) по двум основным параметрам: величине номинального отключающего тока утечки (дифференциального тока) ; величине номинального рабочего тока (тока нагрузки) In. При этом номинальный ток должен быть больше или равен току устройства защиты.

Эффективность применения УЗО

Обязательность применения УЗО установлена в Украине совместным приказом Минтопэнерго, Госстроя и Госнадзорохрантруда, введённым в действие с октября 1997 г. Этот нормативный документ предписывает всем проектным и проектно-конструкторским организациям, независимо от формы собственности, при разработке проектов на строительство, капитальный ремонт и реконструкцию жилых домов, зданий и сооружений общественного назначения, проектирование которых заканчивается после 1 января 1998 года, предусмотреть установку УЗО в схемах электроснабжения указанных потребителей; подачу электроэнергии при введении в эксплуатацию зданий и сооружений жилого и гражданско-общественного назначения с 1 января 1999 года осуществлять только при наличии УЗО; а также соответствующим организациям разработать и внести изменения и дополнения относительно УЗО в действующую нормативную документацию до 31 декабря 1997 года.

Требования по установке и применению УЗО, а также защитные мероприятия безопасности, обеспечиваемые с помощью УЗО, определены Правилами устройства электроустановок. Электрооборудование специальных электроустановок (ГНАОТ 0.00-1.32-01), утверждёнными приказом Министерства охраны труда и социальной политики Украины №272 от 21.06.2001 г.

Необходимость применения УЗО обусловлена повышением требований к уровню защиты жизни человека. Практика использования УЗО в европейских странах, США, Канаде, ЮАР убедительно свидетельствует о том, что эти устройства являются высокоэффективным электрозащитным средством. Так, в Швейцарии количество несчастных случаев со смертельным исходом от действия электрического тока до закона об установке УЗО в период с 1962 г. по 1976 г. составляло в среднем по 10 случаев в год, а после принятия закона в 1976 г. их количество снизилось до 26 в период 1976-1981 гг., а в период 1981-1985 гг. - до 1 в год. В Австрии снижение числа несчастных случаев в год наблюдалось благодаря ужесточению правил безопасности, однако после введения в 60-х годах закона число таких несчастных случаев резко уменьшилось. Так, в 1970 г. число несчастных случаев снизилось более чем на 30%, а уже в 1985 г. их число уменьшилось в 3.5 раза.

Практика применения УЗО показала также, что наиболее высокая надёжность работы УЗО может быть достигнута на основе не требующих источника питания электромеханических устройств. По этой причине в европейских странах электронные УЗО применяют только как дополнительные, дублирующие электромеханические. Применяемые в Европе электромеханические УЗО с уставкой по дифференциальному току от 30 мА в основном надёжно защищают от косвенного прикосновения, пожара и от прямого прикосновения при токе через тело человека более 30 мА. В то же время такое УЗО не срабатывает при токе через тело человека менее 15 мА, что в особых случаях может привести к тяжёлым травмам. В отличие от европейской практики, в США, Японии и ряде азиатских стран (Китай, Вьетнам, Индия и др.) применяют двух- и даже трёхступенчатое селективное отключение с э