Устройство защиты при дуговом пробое — Википедия

Устройство защиты при дуговом пробое (УЗДП)^[1], в документации производителей также устройство защиты от искрения^[2] (УЗИс), AFCI, AFDD^[⇨] — электронное устройство, предназначенное для снижения эффектов дугового пробоя путём разъединения цепи при обнаружении дугового пробоя^[1]. Основная сфера применения УЗДП — бытовые низковольтные сети, основная задача УЗДП — предотвращение пожара, вызванного дуговым пробоем (искрением) неисправной проводки. В отличие от промышленных систем дуговой защиты, наблюдающих за точечными источниками дугового пробоя с помощью оптоэлектронных датчиков, бытовое УЗДП отслеживает и анализирует высокочастотные составляющие тока, протекающего в контролируемой цепи. УЗДП — сложный прибор на базе микроконтроллера, реализующего проприетарные алгоритмы цифровой селекции и обработки сигналов.

Внедрение УЗДП на рынок США началось в 1999 году, на рынок Западной Европы в 2012 году. Важнейшая, не решённая полностью проблема конструирования и эксплуатации УЗДП — ложные срабатывания защиты из-за высокочастотных помех, не связанных с аварийным дуговым пробоем.

Вид пробоя	Вероятность срабатывания устройств защиты[3]
	АВ	УЗО	АВДТ	УЗДП
Параллельный фаза-земля	Вероятно	Да	Да	Да
Параллельный фаза-нейтраль	Вероятно	Нет	Вероятно	Да
Последовательный в цепи фазы или нейтрали	Нет	Нет	Нет	Да

Дуговой пробой — непреднамеренная последовательная или параллельная электрическая дуга между проводниками^[1] — вызывает опасный локальный перегрев проводников и воспламенение их изоляции и примыкающих строительных конструкций; это одна из основных причин бытовых пожаров из-за неисправностей электрической проводки

[4]. Дуговой пробой зачастую невозможно обнаружить и пресечь с помощью традиционных предохранителей, автоматических выключателей (АВ, «автоматов») и устройств дифференциального тока (УЗО) или их комбинаций (автоматические выключатели, управляемые дифференциальными током — АВДТ, или «дифференциальные автоматы»).

Параллельный пробой между фазным проводом (L) и проводом заземления (PE) может и должен быть обнаружен устройством дифференциального тока; параллельный пробой между фазным проводом и нейтралью (N) УЗО не детектируется

[3]. При катастрофических пробоях, сопровождающих короткое замыкание фазы на нейтраль или землю, должен оперативно сработать электромагнитный расцепитель автоматического выключателя, но на практике это происходит не всегда^[5][3]. Фактические величины сверхтоков короткого замыкания в бытовой проводке составляют, по данным Siemens, от 150 до 500 А. На нижней границе этого диапазона гарантированно быстро сработает лишь «автомат» на номинальный ток не более 16 А с время-токовой характеристикой B^[5]. Быстрое срабатывание автоматов на бо́льшие токи, или с характеристикой С в этих условиях не гарантируется^[5].

Последовательный дуговой пробой (искрение) в цепи нагрузки не детектируется ни автоматическими выключателями, ни УЗО, ни АВДТ: ток, протекающий в цепи при последовательном пробое, меньше, чем ток в исправной цепи^[3]. Типичные причины последовательных дуговых пробоев — длительный перегрев проводов недостаточного сечения, старение изоляционных материалов, локальные повреждения проводов, ослабленные контакты розеток, выключателей и патронов для электроламп^[3][4][6]. Воспламенение наиболее вероятно в диапазоне токов дуги 3—10 А; необходимая для воспламенения длительность дуги не превышает 20 с^[7]. Этот тип пробоя наименее заметен, и потому наиболее опасен^[3].

Характерная особенность тока дугового пробоя — широкий спектр с частотным распределением, близким к розовому шуму, и простирающийся до примерно 1 ГГц^[8]. Этот широкополосный сигнал естественным образом модулируется удвоенной сетевой частотой (100 либо 120 Гц): в окрестности перехода напряжения сети через ноль дуга прерывается, генерация высокочастотной помехи прекращается; с ростом мгновенного значения напряжения дуга загорается вновь^[8]. Устройства защиты при дуговом пробое детектируют оба эти признака — спектральную сигнатуру и амплитудную модуляцию — и приводят в действие защитный расцепитель тогда, и только тогда, когда оба признака наблюдаются в течение достаточно долгого, но не слишком долгого времени. Слишком быстрая реакция приводит к ложным срабатываниям, слишком медленная — к пожарам. Чем больше ток дугового пробоя в контролируемой цепи, тем меньшим временем принятия решения располагает устройство защиты

[9].

Внедрение, стандартизация, основные характеристики[править | править код]

Конструктивные варианты
Одномодульное УЗДП американского стандарта. Белая спираль — провод подключения к нейтрали	Одномодульный БОДП[⇨] европейского стандарта, работающий в связке с внешним АВ или АВДТ	Двухмодульное УЗДП российского бренда, использующее вместо механического разъединителя электромагнитное реле[2]

Северная Америка[править | править код]

УЗДП — детище развития микропроцессорных технологий. Первые патенты на средства защиты от дугового пробоя были выданы ещё в 1930-е годы, но применяемые на практике технические решения были запатентованы в 1990—2005 годы^[10]. Основные разработки были выполнены в США по заказу государственных органов и отраслевых ассоциаций, встревоженных неблагоприятной статистикой пожаров в стране

[10]. В 1980-е годы риск гибели от пожара в США превосходил показатели европейских стран в 2—4 раза, а основной причиной пожаров были неисправности проводки жилых домов^[10]. Технически простейшее решение — ужесточение время-токовых характеристик автоматических выключателей — было отвергнуто; взамен в 1996 году UL и Ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) стали продвигать внедрение УЗДП^[10].

Первые устройства нового типа появились на рынке США в 1997 году; в 1999 разработчик национальных правил безопасности (NFPA) потребовал обязательного применения УЗДП на линиях, питающих розетки в спальных комнатах жилых домов

[11]. В 2002—2008 годы сфера обязательного применения и функционал УЗДП последовательно расширялись; в то же время поток новых патентных заявок иссяк — технология, как казалось, достигла зрелого уровня^[10]. С 2008 года электрические цепи всех, без исключения, жилых помещений следовало защищать одновременно автоматическими выключателями, УЗО и УЗДП, способными детектировать и параллельные, и последовательные пробои^[11]. Новые правила, однако, не имели силы федерального закона, и должны были утверждаться законодателями каждого штата в отдельности. В Канаде требование обязательной установки УЗДП, аналогичное американскому, впервые появилось в 2002 году ^[11].

«Комбинированные УЗДП» (англ. combination AFCI) американского стандарта, предназначенные для защиты индивидуальных линий, совмещают функции автоматического выключателя на 15 или 20 А и УЗДП с порогом срабатывания при последовательном пробое 5 А. «Групповые УЗДП» (англ. branch AFCI) американского стандарта, защищающие группы линий или всю проводку жилого дома, срабатывают при токе пробоя 75 А. Стоимость «комбинированного УЗДП», по американским данным 2007 года, составляла 30—35 долларов — в 10—20 раз дороже автоматического выключателя; по нормам 2008 года в типичном жилом доме следовало установить примерно двенадцать таких устройств^[12]. Удорожание комплектующих вызвало организованный протест строительных подрядчиков и представлявших их лоббистов

[13], но давление страховщиков и производителей УЗДП оказалось сильнее, и к февралю 2019 года 47 из 50 штатов США сделали применение УЗДП обязательным на своих территориях.

Эксплуатация УЗДП первого поколения выявила массовые проблемы с ложными срабатываниями автоматики^[14]. В отдельных документированных случаях «ложное» срабатывание УЗДП вскрыло реально существовавшие дуговые пробои малой мощности, которые не обнаруживались ни визуально, ни традиционными средствами защиты^[14]. Намного чаще УЗДП срабатывали при подключении к исправным линиям исправной, но систематически искрящей аппаратуры^[14]

. Пылесосы и электроинструменты, построенные на базе универсальных коллекторных электродвигателей, генерируют примерно тот же спектр высокочастотных помех, что и аварийный дуговой пробой, а мощность помехи от двигателя заметно превышает необходимый порог срабатывания УЗДП^[15]. Ток искрящей электродрели и ток последовательного дугового пробоя отличаются лишь частотой модуляции высокочастотной помехи: у дрели она пропорциональна оборотам двигателя^[16].

Европа[править | править код]

В странах Западной Европы внедрение УЗДП началось в 2012 году^[17]. Действующий стандарт МЭК 62606 был впервые введён в действие в 2013 году и пересмотрен в 2017 году. Вместо американской аббревиатуры AFCI (англ. Arc-fault circuit interrupter, «разъединитель при дуговом пробое»), в Европе вошла в обиход аббревиатура AFDD (англ. Arc-fault detection devicе, «устройство обнаружения дугового пробоя»). Европейский стандарт содержит только технические требования к самим УЗДП и методику их испытаний, и не содержит требований обязательной установки УЗДП. Составленный на основе МЭК 62606 германский стандарт был утверждён в 2014 году; в конце 2017 года в Германии вступила в силу национальная норма об обязательной установке индивидуальных УЗДП на линиях, прокладываемых в жилых комнатах, в постройках из горючих материалов, музеях и т.п^[18]. Российский ГОСТ МЭК 62606-2016 был принят в конце 2016 года^[19]; по состоянию на начало 2019 года национальная российская практика применения УЗДП ещё не сложилась.

Западноевропейская практика складывалась отлично от американской, как в силу иной нормативной среды и культуры строительства, так и в силу объективных причин. Дуговой пробой в сети 220—240 В развивается иначе, чем в американских сетях на 100—120 В: «европейская дуга» устойчивее «американской», она менее склонна к периодическим затуханиям с повторными вспышками^[20]. Минимальный ток дуги, детектируемый УЗДП в сети 230 В, должен составлять всего 2,5 А^[9]; европейский УЗДП обязан детектировать и последовательные, и параллельные пробои^[21]. Время срабатывания защиты при токе дугового пробоя 2,5 А должно составлять не более 1 с; с ростом детектируемого тока время срабатывания последовательно уменьшается, вплоть до 0,12 с при токе 32 А и выше^[9]. УЗДП европейского стандарта предназначены только для защиты индивидуальных линий; производители не рекомендуют или запрещают применять УЗДП для защиты групп линий, общеквартирных или общедомовых электросетей^[22][23].

Блок-схема УЗДП c двухполюсным механизмом автоматического выключателя^[24]. Производитель гарантирует корректную работу УЗДП при любом подключении входных шин — и снизу (как принято в Европе), и сверху (как принято в России)^[25].

Конструктивная основа типичного УЗДП европейского стандарта — силовой разъединитель с обязательным механизмом свободного расцепления^[26], аналогичный применяемым в автоматических выключателях и УЗО. УЗДП, разъединяющий только фазный провод, обычно строится в стандартном двухмодульном корпусе: в одном модуле размещается блок обнаружения дугового пробоя (БОДП), в другом — механизм автоматического выключателя с штатными тепловым и электромагнитным расцепителями^[27]. Третий расцепитель, управляемый тиристорным ключом, отключает нагрузку по команде БОДП^[27]. Выпускаются также одномодульные БОДП, предназначенные для управления внешним автоматическим выключателем^[28] и трёхмодульные комбинированные УЗДП с функцией АВДТ^[29].

Блок обнаружения дугового пробоя отслеживает ток в фазном проводнике с помощью двух трансформаторов тока. Трансформатор низкочастотного канала считывает мгновенное значение тока сетевой частоты, которое выпрямляется диодным мостом (без использования сглаживающего фильтра) и усиливается нормирующим усилителем^[24]. Трансформатор высокочастотного канала считывает сигнал в узкой полосе частот, лежащей в диапазоне от 5 до 50 МГЦ, исключая особо зашумлённую полосу 15—18 МГц^[30][31]. На практике в устройствах ABB используется полоса частот в окрестности 10 МГц^[27], в устройства Siemens полоса частот 22—24 МГц^[32] (данные 2018 и 2012 годов). Узкополосный сигнал высокочастотного канала выпрямляется детектором среднеквадратического значения^[24]. Встроенный микроконтроллер БОДП оцифровывает оба аналоговых сигнала и анализирует их средствами цифровой обработки сигналов. Микроконтроллер питается от маломощного импульсного блока питания, включённого между фазным проводником и нейтралью^[24]; какие-либо иные соединения между ними в пределах УЗДП не допускаются^[33].

Как правило, производители не разглашают алгоритмы обработки сигнала и принятия решения^[11]. Один из фактически применяемых алгоритмов, разработанный компанией Siemens, был оглашён в 2007 году^[34] и реализован в линейке УЗДП семейства Siemens 5SM6, вышедшей на рынок в 2012 году^[28]. УЗДП 5SM6 анализируют величину и скорость изменения огибающей на выходе высокочастотного канала в увязке с фазой низкочастотного сигнала^[28]. В течение примерно 80 % времени микроконтроллер обрабатывает признаки последовательного пробоя; оставшееся время занимает менее сложная обработка признаков параллельного пробоя^[28].

Если и амплитуда, и скорость изменения огибающей высокочастотного сигнала превосходят заданные производителем пороги, то при ближайшем переходе низкочастотного сигнала через ноль программа увеличивает счётчик аварийного состояния^[32]. Если при этом программа распознаёт признаки нормального, не аварийного, искрения (свойственного, например, универсальным коллекторным электродвигателям), счётчик сбрасывается; в противном случае интегрирование ошибки продолжается, и по достижению заданного порога микроконтроллер выдаёт тиристорному ключу команду на отключение нагрузки^[28]. Повторное автоматическое подключение нагрузки после срабатывания защиты запрещено: так же, как и в случае обычного автоматического выключателя, это может сделать только человек^[26].

Главная сложность конструирования УЗДП — выбор и настройка алгоритма, способного надёжно детектировать аварийные, пожарооопасные пробои и одновременно не склонного к ложным срабатываниям от неопасных помех. По утверждению Siemens, дифференциальная диагностика дугового пробоя предполагает одновременное выполнение пяти условий^[35]:

• Мощность помехи, регистрируемой высокочастотным каналом БОДП, должна превосходить фоновый уровень как минимум на 15 дБ;
• Длительность регистрируемой помехи должна составлять не менее 60 % от предельного времени отключения, установленного МЭК 62606^[⇨];
• В течение как минимум 95 % этой длительности должна наблюдаться модуляция помехи удвоенной сетевой частотой;
• В течение как минимум 80 % этой длительности мощность помехи должна быть стабильной;
• Ток в контролируемой цепи должен составлять не менее 1,5 А^[35].

Процедура сертификации по МЭК 62606 предусматривает испытания УЗДП с семью различными «сложными» нагрузками: электродрелью мощностью 600 Вт, воздушным компрессором с пусковым током 65 А, тиристорным регулятором мощности на 600 Вт и так далее. Исправное УЗДП должно отключать такие нагрузки при последовательном дуговом пробое минимальной мощности (ток испытательной дуги 2,5 А), и не должно отключать их в отсутствии дуги^[36]. Стандарт не упоминает о тестировании на совместимость с системами передачи данных по ЛЭП, использующими тот же частотный диапазон, что и высокочастотный канал УЗДП^[16]; на практике это также может порождать проблемы. Например, российский разработчик УЗДП «Меандр» предупреждает, что выпускаемые «УЗМ-50МД с версией прошивки до V5 включительно не совместимы с технологией передачи данных по электрической проводке PowerLine (PC-технология HomePlug AV^[en])»^[2].

УЗДП европейского стандарта обязательно комплектуются встроенными средствами контроля (тестирования), запускаемыми вручную либо автоматически^[37][29]. В режиме самотестирования микроконтроллер синтезирует аналоговые сигналы, имитирующие реальные токи дугового пробоя, и подаёт их на входы низкочастотного и высокочастотного каналов аналоговой обработки^[38][39]. Если программа распознаёт «пробой» в заданный срок, испытание считается пройденным. Микроконтроллер зажигает зелёный индикатор («OK»), разъединитель контролируемой цепи остаётся замкнутым^[38][29]. Если в заданный срок программа не распознала «пробой», микроконтроллер отключает нагрузку и зажигает индикатор внутренней неисправности^[38][29]. В ручном режиме при нажатии оператором кнопки «тест» микроконтроллер выполняет те же действия, а затем — при любом исходе испытания — отключает нагрузку. Если программа корректно распознала «пробой», то зелёный индикатор загорится только тогда, когда оператор вручную замкнёт разъединитель нагрузки^[38][29].

1. ↑ ^{1 2 3} ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. 3.
2. ↑ ^{1 2 3} Устройство защиты от искрения УЗМ-50МД (неопр.). ЗАО «Меандр», СПБ (2018).
3. ↑ ^{1 2 3 4 5 6} ABB Technical Guide, 2018, pp. 10—11.
4. ↑ ^{1 2} Unseld and Manche, 2008, p. 25.
5. ↑ ^{1 2 3} Siemens Technology Primer, 2012, p. 23.
6. ↑ Restrepo, 2007, p. 2.
7. ↑ Siemens Technology Primer, 2012, p. 21.
8. ↑ ^{1 2} Restrepo, 2007, p. 3.
9. ↑ ^{1 2 3} ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. 7.
10. ↑ ^{1 2 3 4 5} Siemens History, 2012, p. 2.
11. ↑ ^{1 2 3 4} Tuite, Don. Arc-Detecting Circuit Breakers Will See Wider Use // Electronic Design. — 2007. — № Jun 06, 2007.
12. ↑ Unseld and Manche, 2008, p. 27.
13. ↑ AFCI not needed in new homes (неопр.). National Association of Home Builders (2016). — «NAHB opposed the proposal… NAHB and other housing affordability advocates see AFCIs as an unnecessary mandate».
14. ↑ ^{1 2 3} Tuite, Don. Arc-Fault Circuit Interrupters Spark Controversy // Electronic Design. — 2007. — № Aug 15, 2007.
15. ↑ Restrepo, 2018, pp. 4—5.
16. ↑ ^{1 2} Restrepo, 2018, p. 5.
17. ↑ ABB Technical Guide, 2018, p. 2.
18. ↑ ABB Technical Guide, 2018, p. 19.
19. ↑ ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. II.
20. ↑ ABB Technical Guide, 2018, p. 9.
21. ↑ ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. 6.
22. ↑ Siemens Technology Primer, 2012, p. 35.
23. ↑ Eaton AFDD+ Application Guide (неопр.) 2. Eaton (2018).
24. ↑ ^{1 2 3 4} ABB Technical Guide, 2018, p. 15.
25. ↑ ABB Technical Guide, 2018, p. 25.
26. ↑ ^{1 2} ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. 13.
27. ↑ ^{1 2 3} ABB Technical Guide, 2018, p. 16.
28. ↑ ^{1 2 3 4 5} Siemens Technology Primer, 2012, p. 27.
29. ↑ ^{1 2 3 4 5} ABB Technical Guide, 2018, p. 17.
30. ↑ Siemens Technology Primer, 2012, p. 32.
31. ↑ Restrepo, 2007, p. 6.
32. ↑ ^{1 2} Siemens Technology Primer, 2012, p. 26.
33. ↑ ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. 12.
34. ↑ Restrepo, 2007, pp. 6—8.
35. ↑ ^{1 2} Siemens Technology Primer, 2012, p. 31.
36. ↑ ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. 34—36.
37. ↑ ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. 20.
38. ↑ ^{1 2 3 4} Siemens Technology Primer, 2012, p. 37.
39. ↑ ABB Technical Guide, 2018, pp. 15, 17.

УОДП 5SM6 — Siemens Россия

Устройство Определения Дугового Пробоя 5SM6 (УОДП) в электрической цепи.

Электрические цепи обычно защищаются модульными автоматическими выключателями (MCBs) и устройствами защитного отключения — УЗО (RCCBs). Однако, они не способны определять отдельные периодически возникающие дуговые искрения и пробои, и таким образом не обеспечивают полную защиту от возможного возгорания и как следствие пожара.
Случайно возникающие искрения не всегда приводят непременно к серьезным последствиям, но электрические дуги могут очень быстро привести к сильному локальному повышению температуры.
Если этот нагрев будет непосредственно действовать на окружающие легковоспламеняющиеся материалы, то очень скоро возникнет открытый огонь, угрожающий безопасности людей, электрическим системам и самому зданию.
Предлагаемое устройство определения дугового пробоя 5SM6 (AFD) уже сейчас может надежно «заткнуть дыру» в защите электрических цепей. Посмотрите видео — и убедитесь в этом сами!

Оборудование, выявляющее дуговой пробой, стало обязательным к использованию в США (стандарт сети UL) с 2008 года и с тех пор там широко применяется:

• как разъединитель цепи при возникновении дуги (AFCIs) для последовательных повреждений в линии;
• как комбинация модульного автоматического выключателя (MCBs) и разъединителя (AFCIs) для параллельных повреждений фаза-нейтраль, фаза-фаза;
• как комбинация разъединителя токов утечки (GFCIs) и разъединителя при возникновения дуги (AFCIs) для параллельных повреждений фаза-земля.

Ранее для Европейского рынка не существовало подобной защиты в случае последовательного искрения в линии. С технологической точки зрения, разъединитель цепи при возникновении дуги (AFCIs) от «Сименс» является идеальным предложением по защите. Первые патенты на технологию AFCI были зарегистрированы уже в 1983 году. Первое поколение устройств AFCI защищали от параллельных дуговых повреждений с порогом срабатывания ≥ 75А (в соответствии с UL 1699).
Новое поколение AFCI защищает от параллельных и последовательных дуговых повреждений с порогом срабатывания ≥ 5А. Это резко увеличивает защиту от пожара с высокой степенью устойчивости к ложным срабатываниям. С помощью устройства 5SM6, «Сименс» представляет эту технологию определения дугового пробоя (AFDD) для Европейского рынка (стандарт IEC), что является абсолютным новаторством в этой области. После проведения интенсивных лабораторных и полевых испытаний по комплексному детектированию возникающих электрических повреждений, сейчас гарантирована полная защита электрических цепей. Нежелательные разъединения цепей во время возникающих текущих рабочих помех в сети теперь предотвращены.
Устройства 5SM6 не срабатывают на пусковые токи флуоресцентных ламп или конденсаторов, искрение щеток электродвигаталей (например двигатели электродрелей и пылесосов), контактов термостатов, или подключения в розетку светильников или других устройств, синусоидальные колебания электронных диммеров, блоков питания, или возникновение дуговых пробоев в соседних цепях.
Устройства 5SM6 (AFD) рекомендуются к применению как для новых инсталляций, так и для существующих сетей со старым оборудованием и проводкой, потенциально подверженным искрению и возникновению дуговых пробоев. В зависимости от типа и схемы проводки, устройства 5SM6 комбинируются с автоматическим выключателем или дифференциальным автоматическим выключателем.
При уже установленном вышестоящем УЗО, используется комбинация 5SM6 с автоматическим выключателем, для всех остальных применений – комбинация с дифференциальным автоматическим выключателем. В случае возникновения утечки, перегрузки, короткого замыкания или дугового пробоя, защищенная электрическая цепь будет надежно разъединена от источника питания по всем полюсам. Устройства 5SM6 комбинируются с модульными автоматическими выключателями серии 5SY (1+N-полюсными в 1 модульном или 2 модульном исполнении) или же с дифференциальными автоматическими выключателями 5SU1 (также 1+N-полюсными), максимальные номинальные токи которых не превышают 16А. Комбинации устройств легко соединяются друг с другом без использования дополнительного инструмента. И также легко они устанавливаются в любой распределительный шкаф на стандартную DIN-рейку. На комбинации 5SM6 с модульными автоматическими выключателями 5SY и дифференциальными автоматическими выключателями 5SU1 можно устанавливать стандартные блоки-контактов состояния и срабатывания (в т.ч. и с функциями тестирования), что позволяет использовать данные аппараты в цепях управления и диспетчеризации любого уровня.
Широко применяя в электрических схемах предлагаемые устройства обнаружения дуговых пробоев в линии 5SM6, мы тем самым поднимаем на новый качественный уровень безопасность и защиту от пожара в жилых и инфраструктурных зданиях и сооружениях.

Устройство определения дугового пробоя, Siemens

Защитные устройства Siemens подтвердили свои качества в эксплуатации в течение многих лет.

Теперь этот ассортимент предохранителей, автоматических выключателей и устройств защитного отключения дополнен устройствами определения дугового пробоя.

Эти устройства Siemens способны обнаруживать короткие замыкания, вызванные последовательными сбоями или ослабленными контактами, или возникающие в результате пробоев изоляции, которые создают контакт между фазными проводниками или между фазой и защитными проводниками.

Действуя таким образом, устройства определения дугового разряда Siemens обеспечивают чрезвычайно эффективную защиту от пожаров, вызванных короткими замыканиями.

Вообще говоря, короткие замыкания могут происходить от повреждения кабелей и другой изоляции, возникающего по причине вибраций, теплового расширения и усадки, механических нагрузок и старения, которые по отдельности или в сочетании с загрязнением могут породить в цепи дуговые разряды.

 

Устройство определения дугового разряда Сименс является абсолютной инновацией на Европейском рынке электроустановочных защитных устройств.

Оно использует самую новейшую и передовую технологию надежной защиты от пожара в электрических сетях, разработанную компанией Сименс. Более 25% от общего числа пожаров в жилых домах и общественных зданиях возникают по причинам повреждений электрических кабелей, неисправности и неквалифицированного монтажа и обслуживания электрооборудования.

Даже в современных электрических схемах с улучшенной защитой от пожара, электрические кабели и клеммные соединения все еще подвержены риску возникновения открытого огня.

Наверху списка причин возникновения пожара находятся внутренние или электродуговые повреждения. Они могут произойти как вследствие механического повреждения изоляции или непосредственно токоведущего тела кабеля, так и в случае ненадежного контакта в клеммном соединении – контакт нарушается или теряется.

Небрежно подсоединенный проводник в существующем электрическом соединении может быстро привести к опасным ситуациям: раздавленные кабели, разъемы, или электрические клеммные соединения подвергаются нагреву и/или разрушению.

Предлагаемое устройство определения дугового пробоя 5SM6 Сименс позволяет выявить возникшее повреждение в линии и надежно исключить любую вероятность возникновения огня, и как следствие пожара, путем разъединения цепи с помощью защитного устройства. Устройства 5SM6 Siemens, в зависимости от типа и схемы проводки доступны в двух исполнениях, для комбинации с модульным автоматическим выключателем или с дифференциальным автоматическим выключателем. И рекомендуются к применению, как для новых инсталляций, так и для существующих сетей со старым оборудованием и проводкой, потенциально подверженным искрению и возникновению дуговых пробоев.

 

Необходимо различать 3 основных вида дуговых разрядов:

 

Последовательные дуговые пробои: Возникают при обрыве проводника или ослаблении контакта в цепи, последовательно с нагрузкой.

Поскольку в таких случаях электрический ток всегда ниже рабочего тока нагрузки, то модульные автоматические выключатели и устройства защитного отключения неспособны обнаружить такие неисправности и начать расцепление.

Устройства определения дугового пробоя специально разработаны для обнаружения особых характеристик таких дуговых разрядов, они обеспечивают надежное отключение затронутой цепи сразу после превышения предельных значений.

 

Параллельные дуговые разряды между фазным проводником/нейтралью или двумя фазными проводниками: Возникают при коротких замыканиях, ставших результатом повреждения изоляции, при котором возникает контакт между двумя проводниками В этом случае величина тока может быть определена по импедансам цепи.

В зависимости от значения номинального тока устройства для защиты от перегрузки по току (например, модульный автоматический выключатель) затронутая цепь может быть отключена.

Однако если импеданс цепи слишком высок, чтобы достичь величины тока расцепления устройства для защиты от перегрузки по току, то расцепления не произойдет.

Устройства определения дугового пробоя обнаруживают токи короткого замыкания до 2,5 A, обеспечивая таким образом надежную защиту от таких неисправностей.

 

Параллельные дуговые разряды между фазным проводником/защитным проводником: Короткие замыкания на защитный проводник легко обнаруживаются и прерываются с помощью устройств защитного отключения.

Устройства защитного отключения с номинальным дифференциальным током макс. 300 мА в течение многих лет обеспечивают эффективную противопожарную защиту в подобных случаях.

Устройства определения дугового пробоя также способны обнаруживать такие короткие замыкания, они обеспечивают защиту от пожаров даже при отсутствии устройств защитного отключения.

 

 

 

Предотвращение ложных расцеплений. В процессе стандартной эксплуатации сетей с многочисленными электрическими нагрузками (например, электродвигатели, выключатели освещения, диммеры) могут возникать электрические дуги и высокочастотные сигналы.

Однако это не должно вызывать срабатывания устройства определения дугового разряда.

Благодаря сложной логике обнаружения, используемой в наших устройствах определения дугового разряда, они в состоянии однозначно различить нормальные эксплуатационные сигналы помех и опасные короткие замыкания.

 

Устройства определения дугового пробоя в первую очередь предназначены для защиты распределительных сетей в тех случаях, когда:

1. существует повышенный риск возгорания из-за хранения или обработки горючих материалов (например, деревообработка)

2. используются возгораемые строительные материалы (например, деревянная обшивка)

3. необходимо защитить ценные изделия (например, в музеях)

4. пожар в помещении может быть не замечен сразу (например, спальни, детские комнаты).

 

Встроенная защита от перенапряжения.

В зависимости от распределения нагрузки в трехфазной токовой системе прерывание на стороне подачи питания нейтрального проводника может вызвать изменение точки нейтрали и, следовательно, увеличение напряжения между фазным и нейтральным проводником.

Такое перенапряжение может повредить нагрузки или создать риск возгорания в связи с перегрузкой компонентов.

Чтобы обеспечить всестороннюю защиту, устройства определения дугового пробоя оснащены расцепителем максимального напряжения, который срабатывает в тот момент, когда напряжение между фазным и нейтральным проводником превышает 275 В, и соответственно изолирует расположенные далее нагрузки от опасного линейного напряжения.

 

Индикация состояния и самотестирование.

Для того чтобы облегчить обнаружение сбоя в случае расцепления, устройства определения дугового пробоя оснащены светодиодом, который предоставляет информацию о причине расцепления (последовательный/параллельный дуговой пробой, перенапряжение).

Кроме того, работоспособность устройства проверяется с помощью сложной электронной системы обнаружения.

Если в процессе самотестирования обнаруживается ошибка, то устройство определения дугового пробоя отключается и высвечивается соответствующая индикация.

 

Устройство защиты от искрения — 7 вопросов и ответов. УЗИС, AFDD, УЗДП защита от дуги. Правила и ГОСТ, противопожарное УЗМ 51МД.

На сегодняшний день для защиты электропроводки в наших домах и квартирах достаточно всем привычных автоматических выключателей, УЗО или дифф.автоматов.

Однако в недалеком будущем к ним могут добавиться еще одни устройства, пока малознакомые рядовому потребителю, но все более активно внедряющиеся в нашу жизнь, как на добровольном уровне, так и на законодательном. По крайней мере нормативно правовая база идет именно в этом направлении (ГОСТ Р50571.4.42-2017).

По простому их называют искрозащитные или защитные устройства от дуги. Пока их установка всего лишь рекомендация, но в ближайшие годы все может резко измениться. Подобное было и на первоначальных этапах внедрения УЗО.

Сокращенных названий у данных девайсов множество:

• УЗИС — устройство защиты от искрения

• AFDD — так его называют в Западных странах

• AFCI — аббревиатура применяемая в США

• УЗДП — устройство защиты от дугового пробоя

Какое из названий более верное? Согласно ГОСТ IEC 62606-2016 правильнее будет называть его УЗДП, хотя в народе больше прижилось самое первое — УЗИС.

Давайте поподробнее разберемся что же это такое и для чего они вообще нужны.

Причины пожара в электропроводке

Данные устройства фиксируют наличие искры в проводке и обесточивают ее. Основная причина пожара в домах это не какая-то утечка тока, от которой призваны защищать противопожарные УЗО ( с током утечки 100-300мА) и даже не короткие замыкания.

Если монтаж электрики выполнен правильно, верно подобрано сечение и номинал автомата, то риск возникновения и распространения огня минимален. 

Чаще всего пожары случаются из-за искрящей проводки или дуги возникающей при плохом контакте.

Можно перечислить 9 основных причин этих явлений:

• механическое повреждение кабеля

• ослабленный контакт, появляющийся не только по истечении долгого времени эксплуатации, но и по причине применения неправильного инструмента

• передавленный кабель

• повреждение грызунами скрытой проводки за полыми стенами из-за отсутствия защиты гофрорукавом

• повреждение наружной изоляции и отсутствие элементарной защиты в виде изоленты или термотрубки

• старение изоляции, которое своевременно выявляется специальными приборами

• заводской дефект кабеля, изготовленного не по ГОСТу

• неполноценный контакт (из-за плохой розетки или несоответствующей вилки)

• скрутка меди и алюминия

Более того, искрение может возникнуть даже на казалось бы цельном проводе или кабеле. Достаточно было при монтаже сделать слишком крутой изгиб или случайно поставить на него что-то тяжелое.

В принципе об этих проблемах и причинах знали достаточно давно, но технологии не существовало до конца 90-х годов. Впервые они были применены в электросетях США и Западных странах. 

Наиболее широкое распространение они получили в деревянных домах каркасного типа, где все провода без всяких гофр и труб открыто прокладываются сквозь горючие перегородки. 

Безусловно, такая защита не панацея и не спасет например от элементарного нагрева контактов. Если у вас вилка не искрит в розетке, а всего лишь греется, или окислился контакт в месте соединения медной проводки с алюминиевой, что также приводит к нагреву, то пожара не избежать и дугозащитные устройства здесь не помогут.

Хотя опять же за рубежом, уже постепенно начинают внедрять розетки со встроенной термической защитой. При перегреве они автоматически отключаются.

Правда такие розетки еще нигде, даже в США не обязательны для монтажа и устанавливаются на добровольных началах.

Принцип работы устройств защиты от искрения

Каким же образом искрозащитное устройство, которое стоит в электрощитке на входе в дом, видит искрение провода в самой дальней розетке спальни или зала? Какая магия здесь используется?

Конечно же магии тут никакой нет, все основано на законах физики. Аппарат главным образом следит за спектром тока проходящего через него.

Когда в цепи электропроводки в любом месте начинается искрение, во первых искажается синусоида и она становится рваной. Сила тока и напряжение начинают скачкообразно изменяться. Возникают помехи.

Однако если бы защита была отстроена на отслеживание только этих параметров, было бы очень много ложных срабатываний. Именно этим грешили самые первые экземпляры.

Поэтому последние качественные УЗИС или УЗДП анализируют массу параметров:

• продолжительность

• и темп следования скачков

Производителям аппаратов защиты от искрения  и дуги, предписаны стандартом ГОСТ следующие три главные задачи:

• проанализировать ток, и при этом убедиться что его источник именно дуга, а не полезная нагрузка

Все что искрит с током дуги меньше чем 2,5А устройство вправе игнорировать и пропускать.

• выяснить насколько опасна эта дуга по ее мощности

Ведь простое включение вилки в розетку также вызывает искрение. Но при этом ничего отключаться не должно.

• если первые две задачи успешно решены и ток выявлен, то его нужно успеть разорвать в заданное время

Виды и типы УЗДП

При всем при этом, ГОСТ не определяет как именно это сделать. Каждый производитель решает задачу по своему и оформляет соответствующие патенты.

• Меандр УЗМ 51МД

• AFDD Eaton

• УЗИс-С1-40 Эколайт

• Siemens 5SM AFD

• ABB S-ARC1

• Hager

Только при наложении в совокупности всех факторов, защитный аппарат определяет что в цепи появилась дуга и отключает ее.

Если импульсы в сети меньше заданной амплитуды, то это считается не опасным и прибор не реагирует.

Ручных настроек в отличии от привычных нам реле напряжения, на таких дугозащитных «автоматах» нет.

В релюшках напряжения можно подкрутить срабатывание как по верхней границе, так и по нижней. Здесь же все параметры задаются на заводе изготовителе.

Безусловно, у самых первых подобных экземпляров все еще встречаются погрешности и ложные срабатывания. Технологию нельзя назвать до конца отработанной.

Однако большинство грубых ошибок уже исключены. Например обыкновенный пылесос, блендер или дрель, при включении могут породить похожую на дугу определенную волновую характеристику. Также дуга возникает при электророзжиге плиты.

Любой щеточный электроинструмент искрит, в особенности если его щетки уже достаточно выработались. Не говоря уже про начальный бросок пускового тока.

Производители учитывают все эти рабочие моменты и ложных срабатываний у качественных моделей становится все меньше и меньше.

Как быстро должны срабатывать такие устройства обнаружения дугового разряда? Зависит здесь все от напряжения и номинала тока дуги.

По требованию стандарта IEC 62606 при токе в 10А время срабатывания не должно превышать 0,25 секунд.

Вот таблица всех значений:

Как найти место где искрит и почему выбивает дугозащита

Допустим устройство у вас сработало и все отключилось. Как найти место где возникла дуга и появились искры? Если у вас двухэтажный особняк с полсотней розеток, куда бежать в первую очередь и как узнать эту очередность?

Тут вам поможет ваш электрощиток. Чем больше в нем будет групп и автоматов, тем лучше. 

Каждый автомат отвечает за определенную комнату или зону в доме. Отключаете их все скопом, после чего включаете УЗДП.

Далее по одному начинаете включать автоматические выключатели. Причем после включения каждого автомата выжидаете минимум по 10 секунд и только потом переходите к другому.

Имейте в виду, что в цепи должны быть подключены все приборы, которые работали до этого. Кроме того, они должны быть под нагрузкой, а не на холостом ходу. Иначе при токе до 2,5А устройство защиты от дуги может не сработать.

При включении дефектной линии дугозащита должна вновь отключить ее. Тем самым, вы определите проблемную зону или группу. Допустим это кухня. 

Отправляете туда жену, чтобы она наблюдала, а вы тем временем вновь запускаете автомат. Визуально или по звуку можно будет установить место искрения.

А если все равно ничего не видно и не слышно? Тогда действуйте следующим образом. Начните поочередно выключать из розеток все приборы на этой линии.

Если УЗИС все равно срабатывает, то причина в самой проводке, а если нет, то виноват какой-то из отключенных приборов или конкретная розетка.

Включите в эту розетку другой прибор и посмотрите что изменится.

Частые вопросы и ответы

1Какое правильное название у этой защиты от искрения и дуги?

По ГОСТу правильное определение и сокращенное название это УЗДП — устройство защиты при дуговом пробое. Поэтому в первую очередь она спасает именно от дуги, а не от искрения.

Термин «искрение» здесь означает повторяющийся дуговой пробой.

2Заменяют ли УЗДП-УЗИС автоматы и противопожарные УЗО?

Нет, не заменяют. Они представляют из себя третий этап развития защит и устанавливаются в цепь после автоматов и УЗО, а не вместо них.

Зато отдельные УЗДП отечественных марок могут полноценно заменить реле напряжения. Также в США и на Западе выпускают модели AFCI 3 в 1.

Они имеют в своем корпусе и автомат, и УЗО, и дугозащиту. Такое объединение с одной стороны вроде бы и хорошая оптимизация, но с другой имеет ряд недостатков:

• непросто определить какая из защит сработала в том или ином случае

• если AFDD сгорит, то вы лишитесь сразу всей защиты

А при выходе из строя только УЗИС, у вас останутся в «голове» и автомат, и УЗО.

• при повреждении любой функции в AFDD по отдельности (автомат-УЗО-УЗДП) вам придется менять его целиком, что больно ударит по кошельку

Главное преимущество таких AFDD это компактность и простота схемы подключения. Не нужно в щитке коммутировать кучу проводов и наконечников, достаточно подключить всего один девайс.

3Каким нормативам и стандартам подчиняются устройства защиты от дуги?

В России это межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 62606-2016 «Устройства защиты бытового и аналогичного значения при дуговом пробое. Общие требования.» (скачать)

Стандарт на их применение — ГОСТ Р50571.4.42-2017 (скачать).

4УЗДП ставятся на каждую линию по отдельности или одно на вводе?

Устройство можно устанавливать как отдельно по группам, так и в одном экземпляре сразу на весь электрощит. Здесь есть как плюсы, так и минусы: 

Среднестатистическая площадь квартиры для защиты одним аппаратом, если исходить из разветвленности проводки — 120-150м2.

Например разработчики УЗИс-С1-40 реально проверяли срабатывание на одиночном проводе длиной до 80м. При этом в цепи присутствовала нагрузка ослабляющая сигнал — телевизор, компьютер.

В итоге аппарат отработал штатно. По ГОСТу же испытания проводят на кабелях длиной максимум до 30м.

5Почему у некоторых моделей питание заводится сверху, а у других снизу. Как правильно?

Все зависит от производителя и его линейки сборки. У моделей с нижним подключением это связано с конструкцией расцепителя. Например у того же УЗИс-С1, при его переворачивании пришлось бы рукоятку включения также развернуть на 180 градусов.

И тогда язычок во включенном состоянии смотрел бы вниз, что запрещено правилами. Кстати у зарубежных известных марок Siemens, Eaton вход также сделан снизу.

6Есть ли в девайсе защита от импульсных скачков?

Да, большинство моделей имеют такую встроенную защиту в виде варистора.

Однако они все равно не могут в полной мере заменить полноценные УЗИП. 

7Защищает и отключается ли УЗИС от искрения на вводом автомате или счетчике, то есть до точки своего подключения?

Нет, не отключается и не срабатывает.

По крайней мере нормально отстроенная защита без ложных срабатываний, на это реагировать не должна.

Она отстроена так, чтобы искать повреждения только в защищаемой цепи, а не до нее.

Статьи по теме

Устройство определения дугового пробоя Siemens 5SM6

Компания Siemens выпустила устройство определения дугового пробоя в электрической цепи 5SM6 (УОДП). Предлагаемое УОДП Siemens 5SM6 может надежно «заткнуть дыру» в защите электрических цепей.

Новое поколение AFCI защищает от параллельных и последовательных дуговых повреждений с порогом срабатывания ≥ 5А. Это резко увеличивает защиту от пожара с высокой степенью устойчивости к ложным срабатываниям.
С помощью устройства Siemens 5SM6 компания представила технологию определения дугового пробоя (AFDD) для Европейского рынка (стандарт IEC), что является абсолютным новаторством в этой области.

Электрические цепи обычно защищаются модульными автоматическими выключателями (MCBs) и устройствами защитного отключения — УЗО (RCCBs). Однако, они не способны определять отдельные периодически возникающие дуговые искрения и пробои, и таким образом не обеспечивают полную защиту от возможного возгорания и как следствие пожара.

Случайно возникающие искрения не всегда приводят непременно к серьезным последствиям, но электрические дуги могут очень быстро привести к сильному локальному повышению температуры.
Если этот нагрев будет непосредственно действовать на окружающие легковоспламеняющиеся материалы, то очень скоро возникнет открытый огонь, угрожающий безопасности людей, электрическим системам и самому зданию.

После проведения интенсивных лабораторных и полевых испытаний по комплексному детектированию возникающих электрических повреждений, сейчас гарантирована полная защита электрических цепей. Нежелательные разъединения цепей, во время возникающих текущих рабочих помех в сети, теперь предотвращены.

Устройства 5SM6 не срабатывают на пусковые токи флуоресцентных ламп или конденсаторов, искрение щеток электродвигаталей (например двигатели электродрелей и пылесосов), контактов термостатов, или подключения в розетку светильников или других устройств, синусоидальные колебания электронных диммеров, блоков питания, или возникновение дуговых пробоев в соседних цепях.
Устройства 5SM6 (AFD) рекомендуются к применению как для новых инсталляций, так и для существующих сетей со старым оборудованием и проводкой, потенциально подверженным искрению и возникновению дуговых пробоев.

В зависимости от типа и схемы проводки, устройства 5SM6 комбинируются с автоматическим выключателем или дифференциальным автоматическим выключателем.

При уже установленном вышестоящем УЗО, используется комбинация 5SM6 с автоматическим выключателем, для всех остальных применений – комбинация с дифференциальным автоматическим выключателем. В случае возникновения утечки, перегрузки, короткого замыкания или дугового пробоя, защищенная электрическая цепь будет надежно разъединена от источника питания по всем полюсам.
Устройства 5SM6 комбинируются с модульными автоматическими выключателями серии 5SY (1+N-полюсными в 1 модульном или 2 модульном исполнении) или же с дифференциальными автоматическими выключателями 5SU1 (также 1+N-полюсными), максимальные номинальные токи которых не превышают 16А.
Комбинации устройств легко соединяются друг с другом без использования дополнительного инструмента. И также легко они устанавливаются в любой распределительный шкаф на стандартную DIN-рейку.
На комбинации 5SM6 с модульными автоматическими выключателями 5SY и дифференциальными автоматическими выключателями 5SU1 можно устанавливать стандартные блоки-контактов состояния и срабатывания (в т.ч. и с функциями тестирования), что позволяет использовать данные аппараты в цепях управления и диспетчеризации любого уровня.

Широко применяя в электрических схемах предлагаемые устройства обнаружения дуговых пробоев в линии 5SM6, мы тем самым поднимаем на новый качественный уровень безопасность и защиту от пожара в жилых и инфраструктурных зданиях и сооружениях.

О компании и продукции Siemens

Дуговая защита — Википедия

Дуговая защита — особый вид быстродействующей защиты от коротких замыканий, основанный на регистрации спектра света открытой электрической дуги.

Зависимости степени повреждения элементов КРУ от времени горения дуги

Значительную опасность для комплектных распределительных устройств (КРУ) напряжением 6-10 кВ представляют внутренние короткие замыкания (КЗ), сопровождаемые электрической дугой (ЭД). Температура электрической дуги может достигать значений порядка 7000 … 12000 °C за время менее одного периода промышленной частоты.

Электрическая дуга воздействует на элементы конструкции КРУ, вызывая повреждения различной степени тяжести, а в случае отсутствия адекватных и своевременных мер по её ликвидации неминуемо приводит к их разрушению. Опыты, проведенные в научно-исследовательском центре испытаний высоковольтной аппаратуры (НИЦ ВВА), показывают, что открытая электрическая дуга в изолированных отсеках КРУ приводит к повреждению изоляции (как правило, это проходные изоляторы). Степень ущерба зависит от типа изоляционного материала, величины тока КЗ и времени его протекания.

Дуговая защита шин (ДуЗШ) или защита от дуговых замыканий (ЗДЗ) применяется для защиты сборных шин и элементов ошиновки распределительных устройств 6-10 кВ, размещенных в закрытых отсеках (КРУ или КРУН). Работа защиты основана, в основном, на физическом принципе. Может реагировать на два фактора: вспышка света в отсеках распредустройства и на механическое воздействие дуги. В связи с этим может применяться только в КРУ, где все токоведущие части размещены в закрытых отсеках.

На повышение давления воздуха в ограниченном отсеке ячейки КРУ реагирует ЗДЗ клапанного типа. В ЗДЗ этого типа в качестве датчика, реагирующего на повышение давления воздуха, используются специальные разгрузочные клапаны с путевыми выключателями, смонтированные в КРУ.

Представляет из себя систему из шлангов, вентилей обратного давления и мембранного выключателя. В каждый защищаемый отсек ячейки подводится шланг, объединение шлангов производится через вентили обратного давления, объединённый участок подключается к мембранному выключателю, реагирующему на волны давления, создаваемые электрической дугой.^[1]

На световую вспышку от электрической дуги реагируют ЗДЗ фототиристороного типа. В качестве датчика, реагирующего на световую вспышку от электрической дуги используется фототиристор.

Устройство дуговой защиты Овод-МД. Блок преобразования и мониторинга открыт. Видны подключенные волоконно-оптические кабели (синие) идущие от волоконно-оптически датчиков

Как и ЗДЗ фототиристорного типа, данный тип ЗДЗ реагирует на световую вспышку от электрической дуги. В качестве датчика, реагирующего на световую вспышку от электрической дуги используется волоконно-оптический датчик (ВОД). Применяется два типа ВОД:

• петлевого типа;
• радиального типа.

ВОД размещаются по одному в каждом отсеке ячейки КРУ:

• в отсеке ввода;
• в отсеке выкатного элемента;
• в кабельном отсеке;
• в пространстве шинного моста.

Применяются также эконом-варианты размещения ВОД — так, например, один ВОД может быть одновременно размещен и в шинных отсеках и в отсеках выкатных элементов в нескольких ячейках одной секции. При дуговом КЗ каждый ВОД фиксирует световую вспышку от электрической дуги и формирует сигнал «Срабатывание», которые передается по ВОЛС на МП терминал ЗДЗ. В свою очередь МП терминал ЗДЗ на основании сигналов «Срабатывания» от ВОД формирует команды на отключение соответствующих выключателей с целью ликвидации дугового КЗ.

Для предотвращения неправильной работы ЗДЗ предусматривается токовый контроль — сигнал на отключение выдается МП терминалом ЗДЗ только при наличии 2-х факторов:

• сигнала «Срабатывание» от ВОД;
• сигнала «Пуск МТЗ» от терминала защиты (терминала защиты ввода КРУ или терминала защиты стороны ВН трансформатора).

При наличии только сигнала «Срабатывание» от ВОД без сигнала «Пуск МТЗ» отключение выключателей от ЗДЗ не происходит и МП терминал ЗДЗ выдает сигнал «Неисправность ВОД».

Построение оптико-электрических дуговых защит[править | править код]

Оптико-электрические дуговые защиты по типу используемых датчиков можно разделить на две группы: с полупроводниковыми фотодатчиками и с волоконно-оптическими датчиками. Тип датчика определяет не только алгоритмы обработки информации, но и исполнение защит, которые можно классифицировать как индивидуальные и централизованные.

Централизованная защита, как правило, предназначены для защиты секции или группы ячеек и не обеспечивают селективного выявления зоны повреждения. Оптические датчики, например полупроводниковые фотоприборы, соединяются параллельно, а ВОД включается в виде петли.

Индивидуальное исполнение защиты позволяет выполнить воздействие на выключатель поврежденной ячейки, обеспечить селективность действия защиты и выявить поврежденную зону.

Построение оптико — электрических дуговых защит (ОЭДЗ)[править | править код]

Дуговая защита КРУ должна строиться с учетом его конструктивных особенностей и типов коммутационных аппаратов. Для этого необходимо выделить как особые элементы распредустройства, к которым относятся ячейки вводного выключателя, ячейка секционного выключателя, особые зоны (отсеки) ячеек КРУ: отсек шинного моста, отсеки высоковольтных выключателей, трансформатора напряжения и т. д. Такое деление КРУ на зоны позволит наиболее оптимально выполнять воздействия на коммутационные аппараты с минимизацией объёмов повреждений.

При КЗ в особых элементах требуется отключение секции без выдержки времени, а при КЗ в особых зонах, например, в отсеках измерительных трансформаторов тока, кабельной разделки и проходных изоляторов возможно отключение только поврежденной ячейки, например, при использовании вакуумных выключателей.

Горение дуги в ячейке вводного выключателя требует воздействия на отключение не только секционного выключателя, но и выключателя со стороны высшего напряжения силового трансформатора. Повреждение же секционного выключателя требует отключения вводных выключателей. С учетом вышеизложенного защита должна обеспечивать селективное выявление дуговых коротких замыканий в ячейках и их отсеках.

Существует также и другой подход в построении дуговой защиты КРУ, согласно которому любое КЗ в КРУ должно отключаться вводным выключателем, что приводит к «погашению» секции. Такой подход упрощает реализацию защиты и допускает объединение датчиков, например, позволяет выполнять оптико-электрический датчик единым, что имеет место при использовании ВОЛС, соединенной в «петлю». При реализации защиты по первому варианту возможно объединение ОЭДЗ и устройств, воздействующих на одни и те же выключатели.

Необходимо отметить, что требования и методы испытаний дугостойкости элементов оборудования КРУ, требования к быстродействию и типу дуговой защиты, сегодня не регламентированы. В существующих директивных (Приказы РАО «ЕЭС России» от 01.07.98 N 120 «О мерах по повышению взрывопожаробезопасности энергетических объектов» и от 29.03.2001 N 142 «О первоочередных мерах по повышению надежности работы РАО «ЕЭС России») и нормативных («Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей», 15-я редакция, п. 5.4.19) документах существуют лишь требования о необходимости наличия быстродействующей защиты от дуговых коротких замыканий внутри шкафов КРУ.

Плохой контакт — причина пожаров!

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

В сегодняшней статье я решил показать Вам на наглядном примере последствия плохого (ослабленного) контакта в розетке.

На самом деле это относится не только к розеткам, но и к абсолютно любым соединениям.

Например, соединение жил проводов в распределительной коробке, подключение автоматических выключателей, УЗО, дифавтоматов, счетчиков электрической энергии, выключателей, клемм и т.д.

Расскажу небольшую предысторию.

В небольшом помещении (пульт управления) силами подрядчиков производился монтаж электропроводки. Для управления внутренним и наружным освещением установлен двухклавишный выключатель.

Для подключения электрического обогревателя и прочих нужд оператора установлены две накладные розетки.

Распределительный щит с автоматическими выключателями установлен в этом же помещении.

Монтаж электропроводки производился открытым способом в гофрированных трубах, что полностью соответствует требованиям ПУЭ по прокладке электропроводок по горючим основаниям (ПУЭ, табл. 2.1.3).

Согласно условиям эксплуатации, в помещении были установлены накладные двойные розетки от Schneider Electric серии Рондо, имеющие степень защиты корпуса IP44.

Электромонтаж был завершен, а нас, как электротехническую лабораторию, пригласили провести приемо-сдаточные испытания. Правда по факту, в помещении уже активно пользовались, как освещением, так и розетками.

Так вот буквально за день до нашего приезда мне сообщили, что в помещении сгорела одна из розеток. Дело было так. В одну из розеток был включен тепловентилятор мощностью аж 3 (кВт). Нагрузка при этом составила порядка 15 (А).

Токоведущие части розетки рассчитаны на длительно-допустимый ток до 16 (А) включительно и ток величиной 15 (А) для нее считается, в принципе, номинальным.

По истечении буквально нескольких минут, находившийся рядом работник (оператор) почувствовал резкий запах гари, треск и нестабильную работу тепловентилятора. Долго не задумываясь, он отключил питающий автомат этой розеточной линии.

После нашего осмотра было обнаружено следующее.

При подключении розетки, работник, проводивший электромонтаж, видимо по торопился, а может просто по невнимательности, не затянул один из зажимов розетки.

У слабого не протянутого контакта значительно увеличивается переходное сопротивление и при протекании через него тока он начинает греться.

Почему же греется плохой контакт?!

Да все просто!  По сути, контакт — это обычное активное сопротивление (резистор). По известному закону Ома (U=I·R) падение напряжения на контакте, т.е. на сопротивлении, зависит от тока нагрузки в цепи и переходного сопротивления самого контакта.

Переходное сопротивление плохого контакта значительно больше, чем хорошего и качественного контакта, а значит и падение напряжения на плохом контакте будет иметь значительную величину.

Из формулы Джоуля-Ленца известно (Q=U·I·t), что выделяемое количество теплоты контакта прямо пропорционально падению напряжения на контактном соединении и протекающему через него тока.

Таким образом, чем больше падение напряжения на контакте, и чем больше величина тока, протекающего через него, тем больше он будет нагреваться.

Также не стоит и забывать о том, что чем больше нагрев (температура), тем еще больше увеличивается переходное сопротивление контакта, а значит еще больше увеличивается и падение напряжения на контакте, и, соответственно, выделяемое количество теплоты, т.е. нагрев. Вот и возникает такая цепная реакция нагрева контакта от действующих друг на друга величин: сопротивления, тока и температуры нагрева в месте контакта.

Естественно, что все это зависит и от времени воздействия, т.е. чем дольше через плохой контакт будет протекать ток, тем больше на этом месте выделится тепла.

В моем примере при протекании через ослабленный контакт тока величиной 15 (А) на нем возник нагрев, причем достаточно сильный, т.к. время от момента включения до момента выявления неисправности прошло всего несколько минут.

В итоге от нагрева расплавился пластик, изоляция подходящих проводов, заплыло гнездо розетки.

Еще немного и произошло бы короткое замыкание, и возможно даже пожар. Благо, что работник, находившийся рядом заметил и почувствовал нагрев и быстро отключил автомат.

Эксперимент

Решил я смоделировать ситуацию и подключить через ослабленный зажим этой же розетки ток порядка 15 (А). Посмотрим, как начнет нагреваться и плавиться контакт.

Уже буквально через две минуты появился запах гари и начала плавиться изоляция провода.

Чуть позже появился дым с характерным искрением и дуговым разрядом.

А спустя еще 2 минуты место плохого контакта раскалилось до красна, появились языки пламени, изоляция жилы почти полностью оплавилась и начал плавиться пластик уже самой розетки. В общем процесс пошел…

Жаль, что у меня не было при себе тепловизора, так бы я измерил температуру нагрева.

В итоге наш эксперимент, можно сказать, прошел успешно. Мне удалось показать и смоделировать ситуацию при плохом контакте в розетке, что подтверждает мои ранее сказанные выводы.

Вот еще один пример ослабленного контакта на клемме счетчика электрической энергии. Изначально нас вызвали на поиск повреждения кабеля, т.к. пропала одна из фаз, а в итоге мы увидели, что фаза пропала на счетчике из-за плохого контакта.

Вот еще последствия нагрева при плохом контакте, но уже в распределительной коробке на винтовой клемме.

В заключении хотел бы подытожить.

Плохой контакт в соединениях является не только неисправностью электропроводки, но и может запросто стать причиной воспламенения и возникновения пожара, тем более если рядом с местом нагрева находятся горючие материалы.

Поэтому будьте внимательны и не допускайте подобных ошибок. Своевременно проводите ревизию контактным соединениям и контролируйте их состояние, хотя бы внешним осмотром.

Ведь не зря же, согласно ПУЭ, все места соединений проводов должны быть доступны для осмотра и ремонта.

И не нужно прятать распределительные коробки за натяжными потолками или вовсе замуровывать места соединения проводов в стены — они должны быть доступны!

Если не хотите, чтобы крышки распределительных коробок портили интерьер, то как вариант, можно выполнить монтаж электропроводки без распределительных коробок. Данный способ безусловно имеет свои, как преимущества, так и недостатки, о которых я подробно рассказал в соответствующей статье. Переходите по ссылочке и читайте.

И еще, важным фактом является то, что при возникновении нагрева в плохом соединении аппараты защиты не сработают до тех пор, пока уже не сплавится изоляция жил и не произойдет короткое замыкание.

Кстати, в плохом контакте периодически может возникать дуговой разряд, что было отчетливо видно из эксперимента. Для определения таких неисправностей существуют специальные устройства (УОДП — устройство определения дугового пробоя или AFDD), например, УЗМ-51МД от Меандр, реагирующие на появление в цепи последовательного дугового разряда и искрений, правда вот широкого распространения на практике они пока не нашли. А может все таки стоит присмотреться к ним!?

Для наглядности прикладываю видео проведенного эксперимента:

Дополнение. Короткое видео про нагрев ввода НН силового трансформатора КТПН из-за ослабленного контакта фазы В.

P.S. На этом пожалуй, все. Спасибо за внимание. В комментариях под статьей Вы можете поделиться своими примерами плохих контактов в местах соединений.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями: