Подключение дифавтомата в однофазной и трехфазной сети

Дифференциальный автомат сочетает в себе два механизма защиты: защиту от слишком большого тока и защиту от утечки тока.

Как мы знаем, неприемлемо большой ток бывает в двух случаях:

• когда ток потребления устройств в данной цепи превысил некоторый предел;
• когда ток в цепи потребления скачком перешел вообще все мыслимые пределы, как это бывает в случае короткого замыкания.

Эти два случая отличаются, кроме значений тока, еще временем возрастания. Если в цепь поставили слишком мощный электрический аппарат, то не будет скачкообразного изменения, ток возрастет плавно до номинала потребления и остановится на нем, даже и превысив предел автомата. В случае же короткого замыкания все будет наоборот, сначала нормальное потребление, потом скачкообразный выход за пределы.

Такие вопросы решает обычный автоматический выключатель, в нем есть несколько размыкателей, реагирующих как на ток, так и на время изменения. Все это — защита нас от пожара или других действий тока, связанных с его тепловым воздействием: воспламенение, задымление, выход из строя проводки и так далее.

Дифференциальная защита

Защита вторая более «интеллектуальная». Она включается, чтобы защитить нас от поражения, внезапного тока, уходящего из «обслуживаемой» цепи за ее пределы — скорее всего, через нас. На такой ток простой автоматический выключатель может не сработать — ничего не перегорело в схеме и не замкнуло, то есть нагрузка, вообще говоря, нормальная. Просто это случилось при подсоединении к сети еще одной цепочки, через которую ток уходит туда, где потребление не предусмотрено. А это как раз и может быть человек, нечаянно коснувшийся токоведущих частей. Через него и потечет ток в пол или в батарею отопления и далее в землю.

Для обычного установленного автомата этот добавочный ток может оказаться и невелик. Но, начиная с 30 миллиампер, он человеку опасен, такой ток вызывает судорожные сокращения мышц, которые препятствуют, например, высвобождению кисти руки, если она схватилась за провод под напряжением. Вот на такой порог срабатывания и настроены обычно дифференциальные автоматы. 

В них такой ток выявляется сравнением двух токов: текущего в цепь по фазовой линии и вытекающего из нее по нулевой. Эта схема сравнения УЗО и называется «дифференциальная», то есть разностная.

1 – входной контакт фазы дифавтомата
2 – выходной контакт фазы дифавтомата
N – нулевой провод

I₁ – ток в нагрузку
I₂ – ток из нагрузки
I₀ – ток утечки

Ток по фазной линии протекает под вторичной обмоткой дифференциального трансформатора в одну сторону, а по нулевой линии — в противоположную. Когда они равны, то индукция от них во вторичной обмотке взаимно компенсируется, и разностный ток получается нулевой. Если в схеме потребления происходит утечка, то, в соответствии с первым законом Кирхгофа, ток по нулевой линии станет меньше тока по фазовой. Появившаяся разница будет усилена схемой логического управления, и в случае превышения ей некоторого порога произойдет размыкание реле дифавтомата.

Устройство и схема

Дифференциальный автомат сочетает в себе две защиты: защиту от чрезмерного тока в цепи как обыкновенный автомат отключения и защиту от тока утечки. Оби эти схемы включены последовательно.

Есть еще одна особенность. Механизм дифференциального реагирования на расход тока в сети может сам быть запитан от того же напряжения, цепь которого  он контролирует. Это нормально, когда происходит ситуация его реагирования в ней. Тогда отключаются и фазовый провод, и нулевой, и цепь оказывается полностью отделенной от питающего напряжения, что и нужно для защиты.

Но если по какой-то причине на дифавтомат подано фазовое напряжение, а нулевой провод оборван где-то раньше, на дифавтомате не будет полноценного питания, но сам он окажется в замкнутом состоянии. То есть фаза пройдет через него в сеть, и в этом случае возможны утечки — то есть аварийные ситуации в этой цепи, — а он на них не среагирует.

В этом случае два выхода: или сделать так, чтобы дифавтомат был в замкнутом состоянии только при наличии приходящих и фазы, и нуля, а при пропадании любого из них сразу размыкался, или  делать отдельную схему питания дифференцирующего механизма, независимо от напряжения на его входных клеммах.

Устройства, в которых имеется указанный недостаток, — это наиболее простые дифавтоматы, в них ток утечки усиливается операционным усилителем, который сам питается от того же напряжения. Такие дифавтоматы называются электронными, и они более дешевы, чем дифавтоматы без такого недостатка, называемые электромеханическими. Электронные дешевле, электромеханические дороже.

а) – слева, схема, не зависящая по питанию от контролируемого
напряжения
 б) – справа, схема дифавтомата, в которой питание логической схемы А
заведено от L и от N, то есть подконтрольных фазы и нуля.
При обрыве N питание А прекращается, и дифавтомат
перестает выполнять свою функцию (справа – перечеркнуто),
хотя фаза так и будет поступать на выход L2

Схемы автоматов, которые приведены на картинке, рисуются на лицевой панели устройства, и легко выбрать, какой из них вам подойдет больше: дешевый или более точный. Казалось бы, банальный вопрос.

Однако и тут есть нюансы.

Общая и селективная защита

То, что такая защита — вещь, безусловно, хорошая и нужная, спору нет. Только будет ли обеспечена полная безопасность в большой и структурированной схеме потребления? Ведь таких схем теперь стало очень много, и все больше потребителей переходят к развитым системам потребления.

А для таких схем характерно использование множества потребляющих устройств с разными параметрами потребления. Различные мощности, токи, режимы включения и выключения, различная фазность.

Сумеет ли один дифференциальный автомат обеспечить одинаковую безопасность в совершенно разных цепях потребления? А один дифавтомат на распределительном щитке — это и есть самое дешевое решение. Пусть дорогой, совсем лишенный недостатков, но все-таки один?

 Двухполюсный дифференциальный автомат — это и есть самый минимальный вариант общей защиты. Защита сработает при появлении тока утечки в любой из подсетей, хотя какой именно, автомат не скажет. Кроме того, суммарные мощности подсетей (следовательно, и номиналы токов) должны быть примерно равны, это диктует выбор номинала автомата по току.

В случае подключения более мощного потребителя вся картина будет нарушена.

Если у дифавтомата схема подключения именно такая, то стоимость защиты возросла почти вдвое, а защиту нельзя считать надежной. Есть способ выставить свои параметры защиты на каждом из дифавтоматов, обслуживающих конкретные сети потребления — например, сеть мощную и сеть «мокрую». А отдельно поставить еще дифавтомат групповой защиты или селективный дифавтомат. Такие автоматы маркируются символом G или S.

 

Конечно, сразу получаем скачок роста стоимости такой защиты.

Но вот тут и можно вспомнить о дешевых дифавтоматах. А их уже делали еще в 1970-е и 1980-е годы и в самых компактных исполнениях. Ведь задача перед дифавтоматом не стоит защитить провода, ведущие к нагрузке. При качественном выполнении схемы проводок провода, спрятанные в стену, опасности не представляют. Опасность исходит именно от устройств потребления электроэнергии, от их вставленных в розетки шнуров, от их внутренних казусов, могущих пробить изоляцию, от влаги, проникшей в электроприбор и замкнувшей фазу на корпус. Логично и защиту ставить где-то здесь, совсем близко от прибора.

Для защиты детей выпущены УЗОШ — устройства защитного отключения школьного исполнения

Такие средства защиты недешевы, но бесспорным плюсом является их универсальность и мобильность. Они представляют собой защиту конкретного устройства (стиральной машины или бойлера), не занимают места на щитке питания, а адаптеры, вилки, удлинители не требуют вносить никаких изменений в существующие схемы. Кроме того, процесс «наращивания безопасности» может быть постепенным по необходимости. А некоторые могут быть связаны с производством наружных работ для защиты работающих с дрелью, болгаркой, и так далее — удлинители — и использоваться только в случае необходимости.

Маркировка дифавтоматов

На лицевую панель нанесена схема дифавтомата и другая информация.

Время реагирования устройства очень важно. Для человека это время должно быть меньше времени начала фибрилляции сердца при поражении током.

Как видим, в селективном дифавтомате время реагирования больше, чем в обыкновенном.

Это правильно, время реакции и ток утечки должны быть больше, это делается для того, чтобы сначала срабатывали дифавтоматы, непосредственно защищающие конкретную подсеть или конкретное устройство.

Еще дифавтоматы различаются по токам, в которых предназначены работать.

Ток типа АС — обычный переменный ток, который используется в бытовой сети. Тип А — срезанный ток, как это делается в некоторых схемах управления для снижения мощности. Тип В — токи разной непредсказуемой формы. Типы А и В ставят в сетях промышленных предприятий с различными характерами потребляющих устройств возникающих при этом токов.

Трехфазный вариант

Если в системе потребления используются три фазы, то, если фазы разведены раздельно, можно на каждой из них поставить по дифавтомату — обыкновенному, двухполюсному.

Но когда используется именно трехфазная схема питания, то есть смысл ставить и трехфазный дифавтомат, четырехполюсный.

В нем на дифференциальный трансформатор подается один нейтральный провод и три фазных. Нулевой, так же, как и в двухполюсном дифавтомате, положен в обратном направлении, то есть образуемый им магнитный поток является компенсирующим для остальных трех обмоток. В результате в нормальном состоянии ток утечки равен нулю

Установка дифференциального автомата

Рассмотрим установку дифавтомата в распределительном щите. При наличии дифавтомата в нашей сети потребления нулевая шина не должна объединяться с шиной заземления, так как именно через  заземляющий провод и происходит утечка тока, которую измеряет дифавтомат. Если их объединить, то «фокус не получится» — ток, убегающий в заземление, вернется в ту же самую нулевую шину.

В случае отсутствия заземления вообще, как это часто у нас бывает, утечка при поражении током обычно происходит через какие-то металлические предметы (трубу, батарею), которые и можно считать «плохим заземлением».

Поэтому дифавтомат в сети без заземления работать будет, а в сети с нулевой шиной, объединенной с заземлением, нет.

В щите дифавтомат устанавливаем на DIN-рейку после счетчика, но перед группой автоматов.

Как и у всего остального модульного оборудования, сверху подаются входные провода, снизу отходят выходные. Как правильно подключить АВДТ в трехфазной сети, проблемы не составляет: надо подключать его не к одной фазе, а сразу к трем:

Правильно подключить дифавтомат своими руками — это не просто подать провода к входным и выходным клеммам. После того как автомат в щитке, надо еще проверить его работу.

На нем имеется кнопка «Тест», которая подключает сопротивление, имитирующее ток утечки. При нажатии кнопки дифавтомат должен среагировать — отключиться. Если этого не произойдет, это значит, что в аппарате имеется неисправность и необходимо его заменить.