Ток утечки: что это такое, особенности, путь протекания, измерение

Ток утечки (leakage current) — это электрический ток, протекающий в землю, открытые, сторонние проводящие части и защитные проводники при нормальных условиях (определение согласно ГОСТ 30331.1-2013 [1]).

Проведя очень большой анализ существующей нормативной документации Харечко Ю.В. в своей книге [2] заключает следующее:

« Из представленного выше определения следует, что ток утечки имеет место в нормальных условиях оперирования, когда изоляция токоведущих частей низковольтной электроустановки, находящихся под напряжением, не имеет повреждений. Такие условия называют нормальными условиями. Ток утечки протекает из токоведущих частей в землю или сторонние проводящие части. При этом следует учитывать, что ток утечки электрооборудования класса I обычно протекает по следующему проводящему пути: из токоведущих частей в его открытые проводящие части и далее – в присоединенные к ним защитные проводники. »

Харечко Ю.В. также поясняет причину возникновения тока утечки [2]:

« Активное сопротивление изоляции токоведущих частей электрооборудования не может быть бесконечно большим, а их емкость относительно земли или связанных с землей проводящих частей не может быть равной нулю. Поэтому с любой токоведущей части, находящейся под напряжением, в землю, а также в проводящие части, электрически соединенные защитными проводниками с заземляющим устройством электроустановки здания и с заземленной токоведущей частью источника питания, постоянно протекает небольшой электрический ток, который в нормативной документации называют током утечки. То есть в нормальных условиях из токоведущих частей функционирующего электрооборудования всегда имеется утечка электрического тока в землю, открытые и сторонние проводящие части и защитные проводники. »

Устранить токи утечки можно лишь одним способом – отключив электроустановку здания.

Особенности

Харечко Ю.В. конкретизирует некоторые особенности, которые касаются понятия “ток утечки” [2]:

« Любое качественное электрооборудование имеет какие-то токи утечки, которые начинают протекать в проводниках электрических цепей при его включении. Если выполнять защиту от токов утечки, электрооборудование невозможно будет использовать, поскольку любое его включение будет инициировать срабатывание защитных устройств, которые будут отключать электрические цепи. В условиях повреждений, когда происходят замыкания на землю, протекают токи замыкания на землю. Защитные устройства обнаруживают токи замыкания на землю и отключают защищаемые ими электрические цепи или сигнализируют о появлении замыканий на землю. »

Харечко Ю.В. продолжает [2]:

« При прикосновении человека к находящейся под напряжением токоведущей части через его тело будет протекать ток замыкания на землю, а не ток утечки. Ток замыкания на землю возникает также при повреждении «изоляции относительно корпуса или земли». Дифференциальный ток представляет собой векторную сумму токов в проводниках главной цепи УДТ, т. е. он является расчетной величиной. В нормальных условиях его величина примерно равна значению тока утечки, а в условиях повреждения – сумме тока утечки и тока замыкания на землю. Причем при типах заземления системы TN-C, TN-S, TN-C-S и даже TT значение тока утечки ничтожно по сравнению с величиной тока замыкания на землю. »

« В трехфазных трехпроводных электрических цепях и сетях три тока утечки протекают по трем фазным проводникам. По трем фазным проводникам могут протекать три тока утечки, значения которых либо примерно равны между собой, либо существенно отличаются друг от друга. Более того, в защитном проводнике этих электрических цепей и сетей протекает ток утечки, который представляет собой векторную сумму трех токов утечки фазных проводников. »

В национальной нормативной документации термин «ток утечки» часто ошибочно используют вместо термина «ток замыкания на землю», который характеризует электрический ток, появляющийся в условиях единичного или множественных повреждений, и термина «номинальный отключающий дифференциальный ток», который определяет одну из характеристик устройства дифференциального тока. Имеются и другие неправильные варианты использования рассматриваемого термина.

Нижеследующий пример анализа ПУЭ 7, который касается ошибочного употребления понятия “ток утечки” провел Харечко Ю.В. Привожу цитаты данного анализа [2]:

« Например, в п. 6.1.16 ПУЭ указано: «Для питания светильников местного стационарного освещения с лампами накаливания должны применяться напряжения: в помещениях без повышенной опасности – не выше 220 В1 и в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных – не выше 50 В. В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных допускается напряжение до 220 В для светильников, в этом случае должно быть предусмотрено или защитное отключение линии при токе утечки до 30 мА …». Последнее из процитированных требований содержит серьезную ошибку. Буквальное его выполнение может привести к смертельному поражению электрическим током, поскольку оно предписывает выполнять защитное отключение только для светильников, имеющих ток утечки до 0,03 А. Если светильник имеет ток утечки более 0,03 А, который представляет реальную опасность для человека, то защитное отключение можно не выполнять!

В рассматриваемых требованиях термин «ток утечки» неправомерно использован вместо характеристики устройства дифференциального тока «номинальный отключающий дифференциальный ток». То есть требования п. 6.1.16 ПУЭ должны предусматривать защиту электрической цепи светильников посредством УДТ, имеющего номинальный отключающий дифференциальный ток до 0,03 А включительно, для обеспечения дополнительной защиты при прямом прикосновении, как было предусмотрено ранее действовавшим ГОСТ Р 50571.3–94, или для обеспечения дополнительной защиты, как предписано действующим ГОСТ Р 50571.3-2009. »

Путь протекания тока утечки

Харечко Ю.В. в своей книге [2] описывает пути протекания тока утечки следующим образом:

« Путь, по которому протекает ток утечки, зависит от типа заземления системы. В электроустановках зданий, соответствующих типам заземления системы TT и IT, токи утечки электрооборудования класса I через неповрежденную основную изоляцию протекают из токоведущих частей в их открытые проводящие части. Из открытых проводящих частей по защитным проводникам, главным заземляющим шинам, заземляющим проводникам и заземлителям токи утечки протекают в землю. »

« Если электроустановки зданий соответствуют типам заземления системы TN-S, TN-C и TN-C-S, то бόльшие части токов утечки протекают не в землю, а по защитному проводнику в системе TN-S и PEN-проводникам в системах TN-C и TN-C-S низковольтных распределительных электрических сетей протекают к заземленным токоведущим частям источников питания. Иными словами, токи утечки электрооборудования класса I протекают по тем же проводящим путям, по которым протекают токи защитного проводника (см. рис. 1 и 2 статьи «Ток защитного проводника»). »

« Токи утечки электрооборудования классов 0, II и III протекают по менее определенным проводящим путям, например, через оболочку электрооборудования в землю или сторонние проводящие части. Причем частью проводящего пути может быть тело человека, который держит в руках переносное электрооборудование или находится в электрическом контакте с доступными частями передвижного или стационарного электрооборудования. Токи утечки могут протекать через полы, стены и другие элементы здания, если по каким-то причинам (например, из-за повышенной влажности) их сопротивление резко уменьшилось, а также по иным нежелательным проводящим путям. »

Токи утечки всегда имеют место в электрических цепях при нормальном оперировании электроустановки здания (при нормальных условиях). Их значения в конечных электрических цепях мало зависят от типа заземления системы и редко превышают несколько десятков миллиампер (обычно не более 10 мА). Если в электроустановке здания применяют электрооборудование, имеющее повышенные токи утечки, то должны быть выполнены дополнительные электрозащитные мероприятия в соответствии с требованиями, например, подраздела 707.4 ГОСТ Р 50571.22-2000. При этом значения повышенных токов утечки измеряют десятками миллиампер. На это обстоятельство прямо указывает название п. 707.471.3.3 национального стандарта: «Дополнительные требования для оборудования обработки информации с током утечки выше 10 мА».

Предельные значения токов утечки

Если электрооборудование имеет ток утечки, не превышающий нормативное значение, его рассматривают в качестве кондиционного электрооборудования. В противном случае его следует рассматривать в качестве некондиционного электрооборудования, которое подлежит ремонту или утилизации. Рассмотрим максимально допустимые значения токов утечки, установленные нормативными документами для некоторых видов электрооборудования.

В разделе 13 «Ток утечки и электрическая прочность при рабочей температуре» стандарта ГОСТ IEC 60335-1-2015 [3] установлены следующие максимально допустимые значения тока утечки для основных видов бытового электрооборудования:

  • для приборов класса II и частей конструкций класса II – 0,35 мА (амплитудное значение);
  • для приборов класса 0 и класса III – 0,7 мА (амплитудное значение);
  • для приборов класса 0I – 0,5 мА;
  • для переносных приборов класса I – 0,75 мА;
  • для стационарных электромеханических приборов класса I (с приводом от двигателя) – 3,5 мА;
  • для стационарных нагревательных приборов класса I – 0,75 мА или 0,75 мА на кВт номинальной потребляемой мощности прибора в зависимости от того, что больше, но не более 5 мА.

Для комбинированных приборов общий ток утечки может быть внутри ограничений, установленных для нагревательных приборов или для электромеханических приборов в зависимости от того, что больше, но не суммируя оба предела.

В некоторых стандартах комплекса ГОСТ IEC 60335 «Бытовые и аналогичные электрические приборы. Безопасность» для отдельных видов бытового электрооборудования установлены иные значения максимально допустимых токов утечки. Например, в ГОСТ IEC 60335-2-6-2016 [4], для стационарных электроплит, духовых шкафов, конфорочных панелей и аналогичных нагревательных приборов класса I максимально допустимое значение тока утечки установлено равным 10 мА.

В разделе 13 «Ток утечки» стандарта ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009 [5] установлены следующие максимально допустимые значения тока утечки для основных видов электрического инструмента:

  • для инструмента класса I – 0,75 мА;
  • для инструмента класса II – 0,25 мА;
  • для инструмента класса III – 0,50 мА.

Соответствие фактического тока утечки электрического инструмента максимально допустимому значению тока утечки в стандарте ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009 проверяют с помощью специального испытания, которое выполняют при напряжении питания, равном 1,06 номинального напряжения. До выполнения испытаний отсоединяют защитное сопротивление. Испытания на ток утечки выполняют с переменным током. Испытания инструмента, предназначенного только для постоянного тока, не проводят.

Технический отчет МЭК 62350 приводит следующие типичные примеры уровней тока утечки, которые может иметь распространенное электрооборудование: компьютеры – 1–2 мА; принтеры – 0,5–1мА; небольшое портативное электрооборудование – 0,5–0,75 мА; факсимильные аппараты – 0,5–1 мА; светокопировальные аппараты – 0,5–1,5 мА; фильтры – около 1 мА.

Измерение

Согласно требованиям стандарта ГОСТ IEC 60335-1-2015 [3] измерение токов утечки электрооборудования выполняют во время нормального оперирования прибора при самых неблагоприятных условиях его использования в течение промежутка времени, который может состоять из более чем одного цикла оперирования.

Во время испытаний бытового электрооборудования нагревательные приборы приводят в действие при 1,15 номинальной потребляемой мощности. Приборы с приводом от двигателя и комбинированные приборы питают напряжением, равным 1,06 номинального напряжения. Трехфазные приборы, которые в соответствии с инструкциями по монтажу являются также пригодными для однофазного питания, испытывают как однофазные приборы с тремя цепями, соединенными параллельно. До выполнения испытаний отсоединяют защитное сопротивление и фильтры подавления радиопомех.

Ток утечки измеряют посредством измерительного многополюсника, изображенного на рис. 4 стандарта ГОСТ Р МЭК 60990-2010 [6] (см. рис. 2 статьи «Ток прикосновения»), между любым полюсом источника питания и доступными металлическими частями, присоединенными к металлической фольге, имеющей площадь не менее 20 × 10 см, которая находится в контакте с доступными поверхностями из изоляционных материалов. Поэтому ток утечки, измеренный в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ IEC 60335-1-2015, равен току прикосновения, измеренному в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ Р МЭК 60990-2010.

Для однофазных приборов класса II применяют измерительную цепь, показанную на рис. 1 стандарта ГОСТ IEC 60335-1-2015 [3] (рис. 1 настоящей статьи), для приборов иных, чем класса II, – на рис. 2 (рис. 2). Ток утечки измеряют с многопозиционным переключателем, находящимся в каждой из позиций «a» и «b».

Для трехфазных приборов класса II применяют измерительную цепь, показанную на рис. 3 стандарта ГОСТ IEC 60335-1-2015 [3] (рис. 3), для приборов иных, чем класса II, – на рис. 4 (рис. 4). Ток утечки измеряют с выключателями «a», «b» и «c», находящимися в замкнутом положении. Затем измерения повторяют с каждым из выключателей «a», «b» и «c» разомкнутым по очереди, когда другие два выключателя остаются замкнутыми. Для приборов, предназначенных быть соединенными только звездой, нейтраль не присоединяют.

Принципиальная схема для измерения тока утечки приборов класса II
Рис. 1. Принципиальная схема для измерения тока утечки при температуре оперирования для однофазного присоединения приборов класса II (на основе рисунка 1 из ГОСТ IEC 60335-1-2015)

На рисунке показано:

  • C – цепь рис. 4 стандарта ГОСТ Р МЭК 60990-2010;
  • 1 – доступная часть;
  • 2 – недоступная металлическая часть;
  • 3 – основная изоляция;
  • 4 – дополнительная изоляция;
  • 5 – двойная изоляция;
  • 6 – усиленная изоляция.

Если электроприбор содержит в себе конденсаторы и обеспечен однополюсным выключателем, измерения повторяют с выключателем, находящимся в положении «Отключено». Если электроприбор содержит в себе устройство регулирования температуры, которое оперирует в течение испытания, ток утечки измеряют непосредственно до того, как устройство регулирования разомкнет цепь.

Принципиальная схема для измерения тока утечки для приборов иных, чем класса II
Рис. 2. Принципиальная схема для измерения тока утечки при температуре оперирования для однофазного присоединения приборов иных, чем класса II (на основе рисунка 2 из ГОСТ IEC 60335-1-2015)

Примечание. Для приборов класса 0I и приборов класса I C (измерительный многополюсник) может быть заменен амперметром с низким полным сопротивлением.

Принципиальная схема для измерения тока утечки для трехфазного присоединения приборов класса II
Рис. 3. Принципиальная схема для измерения тока утечки при температуре оперирования для трехфазного присоединения приборов класса II (на основе рисунка 3 из [2])

На рисунке 3 обозначено:

  • C – цепь рис. 4 стандарта ГОСТ Р МЭК 60990-2010;
  • 1 – доступная часть;
  • 2 – недоступная металлическая часть;
  • 3 – основная изоляция;
  • 4 – дополнительная изоляция;
  • 5 – двойная изоляция.
Принципиальная схема для измерения тока утечки для трехфазного присоединения приборов иных, чем класса II
Рис. 4. Принципиальная схема для измерения тока утечки при температуре оперирования для трехфазного присоединения приборов иных, чем класса II (на основе рисунка 4 из [4])

Примечание. Для приборов класса 0I и приборов класса I C (измерительный многополюсник) может быть заменен амперметром с низким полным сопротивлением.

Ток утечки измеряют посредством измерительного многополюсника, схема которого приведена на рис. 10 стандарта ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009 [5], между любым полюсом источника питания и доступными металлическими частями и металлической фольгой с площадью не менее 20 × 10 см, находящейся в контакте с доступными поверхностями из изоляционного материала, соединенными вместе. Поэтому ток утечки, измеренный в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009, равен току прикосновения, измеренному в соответствии с требованиями стандарта МЭК 60990.

Трехфазные инструменты, которые пригодны для однофазного питания, испытывают как однофазные инструменты с тремя секциями, соединенными параллельно. Для однофазных инструментов и трехфазных инструментов, испытываемых как однофазные инструменты, ток утечки измеряют с многопозиционным переключателем, показанным на рис. 3 ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009 (рис. 5), находящимся в каждой из позиций «1» и «2», и выключателем «S1», находящимся в положении «Включено».

Схема для измерения тока утечки для однофазного присоединения и трехфазных инструментов
Рис. 5. Схема для измерения тока утечки при температуре оперирования для однофазного присоединения и трехфазных инструментов, пригодных для однофазного питания (на основе рисунка 5 из ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009)

На рисунке 5 показано:

  • C – цепь рис. 10 (из ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009) для измерителя тока утечки;
  • S – выключатель питания испытываемого изделия;
  • 1 – доступная часть;
  • 2 – недоступная металлическая часть;
  • 3 – основная изоляция;
  • 4 – дополнительная изоляция;
    5 – усиленная изоляция;
  • 6 – двойная изоляция.

Для трехфазных инструментов, непригодных для однофазного питания, ток утечки измеряют в соответствии с рис. 4 ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009 (рис. 6) с выключателями «a», «b» и «c», находящимися в положении «Включено». Для инструментов, предназначенных быть соединенными только звездой, нейтраль не присоединяют.

Если инструмент содержит в себе один или более конденсаторов и обеспечен однополюсным выключателем, измерения повторяют с выключателем, находящимся в положении «Отключено».

Схема для измерения тока утечки для трехфазных инструментов, пригодных для однофазного питания
Рис. 6. Схема для измерения тока утечки при температуре оперирования для однофазного присоединения и трехфазных инструментов, пригодных для однофазного питания (на основе рисунка 6 из ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009)

На рисунке 6 показано:

  • C – цепь рис. 10 (из ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009) для измерителя тока утечки;
  • 1 – доступная часть;
  • 2 – недоступная металлическая часть;
  • 3 – основная изоляция;
  • 4 – дополнительная изоляция;
  • 5 – трехфазное питание;
  • 6 – двойная изоляция.

Список использованной литературы

  1. ГОСТ 30331.1-2013
  2. Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 3// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2013. – № 4. – 160 c.;
  3. ГОСТ IEC 60335-1-2015
  4. ГОСТ IEC 60335-2-6-2016
  5. ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009
  6. ГОСТ Р МЭК 60990-2010