Что такое селективность УДТ и как её обеспечить?

Статью подготовил:

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

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

Что понимают под селективностью УДТ?

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

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

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

Как обеспечить селективность УДТ?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Далее Харечко Ю.В. детализирует [1]:

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

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

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

Рассмотрим более подробно характеристики оперирования устройств дифференциального тока. В таблице 1 ГОСТ IEC 61008‑1-2020 [4] приведены предельные значения времени отключения1 и неотключения2 для переменного дифференциального тока для ВДТ типов АС и А, а в таблице 2 – максимальные значения времени отключения для однополупериодного пульсирующего дифференциального тока для ВДТ типа А. Таблицей 2 ГОСТ IEC 61009-1–2020 [5] установлены стандартные значения времени отключения и времени неотключения для АВДТ. Ниже приведены обобщенные данные.

Примечание:

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

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

Таблица 1. Значения максимального времени отключения и минимального времени неотключения 1 [1].
Тип УДТ In2, А IΔn, А Стандартные значения времени отключения и неотключения, с, при дифференциальном токе Примечание
IΔ 2IΔ 5IΔ 500 А 3
Общий Любое значение 4 0,30 0,15 0,04 0,04 Максимальное время отключения
S ≥25 > 0,030 0,5 0,20 0,15 0,15
0,13 0,06 0,05 0,04 5 Минимальное время неотключения

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

2) In – номинальный ток УДТ.

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

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

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

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

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

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

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

В п. 7.1.73 ПУЭ имеется следующее требование (с грубыми ошибками): «При установке УЗО последовательно должны выполняться требования селективности. При двух- и многоступенчатой схемах УЗО, расположенное ближе к источнику питания, должно иметь уставку и время срабатывания не менее чем в 3 раза большие, чем у УЗО, расположенного ближе к потребителю».

Рассмотрим возможность его корректного выполнения.

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

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

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

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

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

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

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

Список использованной литературы

  1. Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 4// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2015. – № 6. – 160.
  2. ГОСТ Р 50571.5.53-2013
  3. ГОСТ IEC/TR 61912-2-2013
  4. ГОСТ IEC 61008‑1-2020
  5. ГОСТ IEC 61009‑1-2020
  6. ГОСТ Р 50030.2-2010

Комментарии и отзывы (1)

  1. Дмитрий

    Подскажите, пожалуйста, почему из моей фразы следует, что устройство отключится при частичном отключении нагрузки? Я об этом не писал? Просто мне, чтобы ответить вам, нужно понимать, откуда вы такой вывод сделали…

Комментарии закрыты.