Ток защитного проводника: что это такое, особенности, путь протекания, меры и требования

Определение.

Ток защитного проводника (protective conductor current) — это электрический ток, протекающий в защитном проводнике при нормальных условиях (определение согласно ГОСТ 30331.1-2013 [1]).

Примечание 1 – При нормальных условиях ток защитного проводника как правило равен суммарному току утечки электрооборудования класса I, открытые проводящие части которого присоединены к защитному проводнику.

Примечание 2 – При замыкании на землю в защитном проводнике протекает ток замыкания на землю.

Особенности

Харечко Ю.В., проведя большой анализ существующей нормативной документации описывает суть и некоторые особенности понятия “ток защитного проводника” следующим образом [2]:

« В нормативной документации все условия оперирования электроустановки здания подразделяют на нормальные условия, когда нет повреждения изоляции токоведущих частей и, следовательно, мала вероятность поражения электрическим током, и аварийные условия, при которых, как минимум, имеет место единичное повреждение изоляции какой-то токоведущей части и велика вероятность поражения электрическим током. »

[2]

« В нормальных условиях по защитному проводнику протекает электрический ток, представляющий собой совокупный ток утечки одновременно работающего электрооборудования класса I и измеряемый тысячными долями ампера. В аварийных условиях при замыкании какой-либо токоведущей части на открытую проводящую часть электрооборудования класса I (т. е. при возникновении замыкания на землю), по защитному проводнику протекает ток замыкания на землю, который при типах заземления системы TN-S, TN-C и TN-C-S может достигать тысяч ампер. Оба указанных тока имеют качественные отличия – ток утечки всегда протекает по защитному проводнику в нормальных условиях, а ток замыкания на землю появляется в нем только в условиях единичного или множественных повреждений. »

[2]

Ю.В. Харечко в связи с этим справедливо задается вопросом [2]:

« Возникает вопрос: как можно замерить ток в защитном проводнике, «генерируемый» испытываемым электрооборудованием класса I, когда какая-то его токоведущая часть из-за единичного повреждения основной изоляции замкнулась на открытую проводящую часть? То есть фактически необходимо выполнить измерение электрического тока в аварийном режиме электроустановки здания. Ток в защитном проводнике, присоединенном к открытой проводящей части аварийного электрооборудования класса I, будет равен току замыкания на землю. »

[2]

Харечко Ю.В. акцентирует внимание [2]:

« Величина последнего зависит от типа заземления системы, которому соответствует электроустановка здания, а также от полного сопротивления цепи линейный проводник – защитный проводник, простирающийся от источника питания до места измерения – места замыкания на землю. Характеристики «испытываемого» электрооборудования не влияют на значение тока замыкания на землю. Аварийное электрооборудование в указанных условиях представляет собой лишь точку, в которой произошло замыкание на землю. Выполнение подобного измерения в испытательной лаборатории не имеет никакого смысла, так как его следует осуществлять в конкретной точке конкретной электроустановки здания. Поэтому требованиями стандарта ГОСТ Р МЭК 60990-2010 оно не предусмотрено. »

[2]

Более того, во введении стандарта ГОСТ Р МЭК 60990-2010 [3] отмечается, что в определенных случаях требуется измерение тока защитного проводника электрооборудования при нормальных условиях оперирования. Например, при выборе защитного устройства дифференциального тока.

В разделе 8 «Измерение тока защитного проводника» стандарта ГОСТ Р МЭК 60990-2010 [3] указано, что ток защитного проводника электроустановки должен быть измерен после монтажа посредством включения амперметра, имеющего пренебрежимо малое полное сопротивление (например, 0,5 Ом), последовательно с защитным проводником. Измерение тока защитного проводника выполняют с оборудованием и системой распределения энергии, функционирующей во всех нормальных режимах оперирования.

В стандарте ГОСТ Р МЭК 60990-2010 [3] также отмечается, что в пределах любой совместно используемой системы заземления токи защитного проводника индивидуального оборудования объединяются неарифметическим методом. Поэтому ток защитного проводника совокупности оборудования, заземленного посредством единственного защитного заземляющего проводника, не может быть надежно предсказан из знания индивидуальных токов защитного проводника оборудования. Следовательно, измерения, сделанные на индивидуальном оборудовании, имеют ограниченное использование, а ток защитного проводника для этой совокупности оборудования должен быть измерен в совместно используемом защитном заземляющем проводнике.

Харечко Ю.В. акцентирует внимание [2]:

« Работающее электрооборудование класса I всегда вызывает протекание в защитных проводниках каких-то токов утечки. Их совокупность определяет ток, протекающий по защитному проводнику, который в нормальных условиях должен быть ограничен с целью обеспечения надежной защиты от поражения электрическим током. Кроме того, ток, протекающий в защитном проводнике, всегда следует сопоставлять с характеристиками устройства дифференциального тока, чтобы исключить ложные оперирования УДТ в нормальных условиях из-за чрезмерных значений тока защитного проводника. »

[2]

Разновидности токов защитного проводника

В нормативной документации следует различать два разных тока защитного проводника – ток защитного проводника применительно к электроустановке здания (точнее – применительно к электрической цепи) и ток защитного проводника применительно к электрооборудованию.

Ток защитного проводника применительно к электрической цепи представляет собой совокупный электрический ток, протекающий в защитном проводнике этой электрической цепи и в нормальных условиях, и в условиях единичного или множественных повреждений.

Ток защитного проводника применительно к электрооборудованию представляет собой электрический ток, который «генерирует» в защитном проводнике качественное электрооборудование класса I в лице одного изделия. Ток защитного проводника электрооборудования можно определять только для нормальных условий его оперирования, когда отсутствуют повреждения. Поэтому в стандартах, устанавливающих требования к различным видам электрооборудования, рассматриваемый термин следует определить для нормальных условий.

Путь протекания

Ток защитного проводника можно рассматривать как одну из разновидностей тока утечки. Путь, по которому протекает ток защитного проводника, зависит от типа заземления системы. При типах заземления системы TT (рис. 1) и IT ток защитного проводника электрооборудования класса I через неповрежденную основную изоляцию протекает из токоведущих частей в открытые проводящие части. Из открытых проводящих частей по защитным проводникам, главной заземляющей шине, заземляющим проводникам и заземлителю ток защитного проводника протекает в землю.

Путь протекания тока защитного проводника в системе TT
Рис. 1. Путь протекания тока защитного проводника в системе TT

На рисунке 1 обозначено:

  • 1 – заземляющее устройство источника питания;
  • 2 – заземляющее устройство электроустановки здания;
  • IPE – ток защитного проводника.

Если электроустановка здания соответствует типам заземления системы TN-S, TN-C и TN-C-S (рис. 2), то большая часть тока защитного проводника протекает не в землю, а по защитным проводникам и по PEN-проводникам электроустановки здания и низковольтной распределительной электрической сети протекает к заземленной токоведущей части источника питания.

Таким образом, ток защитного проводника электрооборудования класса I протекает по такому же проводящему пути, как и ток замыкания на землю. Однако в отличие от тока замыкания на землю ток защитного проводника мало зависит от типа заземления системы, которому соответствует электроустановка здания. Его значение обычно исчисляется тысячными или сотыми долями ампера.

Все электрооборудование класса I имеет какой-то ток защитного проводника. В стандартах, устанавливающих требования к конкретным видам электрооборудования, может быть установлено максимально допустимое значение тока защитного проводника. Если электрооборудование класса I имеет ток защитного проводника, не превышающий нормативное значение, его рассматривают как качественное электрооборудование, которое можно эксплуатировать. В противном случае электрооборудование признают бракованным и оно подлежит ремонту или утилизации.

Путь протекания тока защитного проводника в системе TN-C-S
Рис. 2. Путь протекания тока защитного проводника в системе TN-C-S

На рисунке 2 обозначено:

  • 1 – заземляющее устройство источника питания;
  • 2 – заземляющее устройство электроустановки здания;
  • IPE – ток защитного проводника.

Меры и требования, связанные с токами в защитных проводниках

В пункте 7.6.3.1 ГОСТ Р 58698-2019 (МЭК 61140:2016) [4] сказано, что в электроустановке и электрооборудовании должны быть предприняты меры, предотвращающие чрезмерные токи защитного проводника, уменьшающие безопасность или нормальное использование электрической установки.

Технические комитеты должны исключить влияние тока защитного проводника, генерируемого изделиями или системами их области действия, на правильное оперирование защитных устройств, например УДТ и автоматических выключателей.

Производители должны сделать доступной информацию о значении и характеристиках ожидаемого тока защитного проводника при нормальных условиях оперирования. Для частот, отличных от 50 Гц и (или) 60 Гц. техническим комитетам рекомендуется использовать самые низкие реальные значения пределов тока защитного проводника.

В пункте 7.6.3.2 ГОСТ Р 58698-2019 [4] сказано, электрическое оборудование, которое является причиной протекания тока в защитном проводнике при нормальных условиях, должно быть совместимо с защитными мерами предосторожности.

В пункте 7.6.3.3 ГОСТ Р 58698-2019 [4] “Пределы составляющих переменного тока токов защитного проводника электроприемников” установлены предельные значения токов защитного проводника электроприемников для нормальных условий оперирования, которые применяют для низковольтных электроприемников переменного
тока частотой до 1 кГц (смотрите таблицу 4 из п. 7.6.3.3 ГОСТ Р 58698-2019 ниже).

Номинальный ток электроприемника, переменный токМаксимальный ток защитного проводника для частот до 1 кГц
0 < I ≤ 2 А1 мА
2A < I ≤ 20 А0.5 мА/А (то есть на каждый ампер номинального тока электрооборудования)
I >20 А10 мА
Таблицу 4 (согласно п. 7.6.3.3 ГОСТ Р 58698-2019)

Постоянно подключенные электроприемники, к которым следует присоединять усиленные защитные проводники, могут иметь ток защитного проводника больше 10 мА. Однако он ни в коем случае не должен превышать 5% номинального входного тока на фазу.

У таких электроприемников, согласно п. 7.6.3.5 ГОСТ Р 58698-2019 [4], должен быть предусмотрен соединительный зажим, предназначенный для присоединения защитного проводника, имеющего площадь поперечного сечения, по крайней мере, 10 мм2 для медного проводника или 16 мм2 для алюминиевого проводника.

В качестве альтернативы стандарт п. 7.6.3.5 ГОСТ Р 58698-2019 [4] допускает применение электроприемников, у которых имеется второй зажим для подключения дополнительного защитного проводника такого же сечения, как первый (обычный) защитный проводник.

Согласно п. 7.6.3.6 и 7.6.4.2 ГОСТ Р 58698-2019 [4], в технической документации электрооборудования, предназначенного для постоянного присоединения к усиленному защитному проводнику, производителем должно быть указано значение тока защитного проводника, а в инструкциях по его монтажу должно быть сделано указание о том, что это электрооборудование следует надежно заземлить, как предписано в стандарте ГОСТ Р 50571.5.54-2013.

В пункте 7.6.3.4 ГОСТ Р 58698-2019 [4] “Пределы составляющих постоянного тока токов защитного проводника” сказано: при нормальном использовании электроприемники переменного тока не должны генерировать в защитном проводнике ток с составляющими постоянного тока, который превышает значения, установленные в таблице 5. Это предотвратит влияние на надлежащее функционирование защитных устройств и другого электрооборудования в электроустановке.

Приведу таблицу 5 ниже:

Номинальный ток электроприемника, переменный токНоминальный ток электроприемника, постоянный ток
0 < I ≤ 2 А5 мА
2A < I ≤ 20 А2.5 мА/А (то есть на каждый ампер номинального тока электрооборудования)
I >20 А50 мА
Таблицу 5 (согласно п. 7.6.3.4 ГОСТ Р 58698-2019)

Электрическое оборудование с разъемным подключением номинальной мощностью до 4 кВА включительно должно быть сконструировано так. чтобы оно имело ток защитного проводника с составляющей сглаженного постоянного тока не более 6 мА.

В инструкции по эксплуатации электрического оборудования с разъемным подключением номинальной мощностью более 4 кВА и постоянно подключенного электрического оборудования независимо от его номинальной мощности должны быть включены рекомендации по мере защиты.

Если составляющая постоянного тока токов защитного проводника превышает 6 мА, должны быть выбраны соответствующие защитные устройства, например УДТ типа В.

Согласно раздела 516 стандарта ГОСТ Р 50571.5.51-2013 [5], следует, что для обеспечения безопасности и гарантирования нормального использования ток защитного проводника, генерируемый электрическим оборудованием при нормальных условиях оперирования, и проектирование электрических установок должны быть согласованы.

Согласно требованиям стандарта ГОСТ Р 50571.5.51-2013 [5] монтажник обязан информировать владельца электроустановки здания о том, что предпочтительно выбрать такое электрооборудование, для которого производитель предоставляет информацию относительно значения тока защитного проводника. Предпочтение следует отдать электрооборудованию с низкими значениями тока защитного проводника, чтобы избежать (нежелательных) ложных расцеплений устройств дифференциального тока при нормальных условиях, вызванные чрезмерными токами защитного проводника.

Примечание — Требования для усиленных защитных проводников, см. пункт 543.7 ГОСТ Р 50571.5.54—2013.

В п. 543.7 «Усиленные защитные заземляющие проводники для токов защитного проводника, превышающих 10 мА» стандарта ГОСТ Р 50571.5.54—2013 [6] изложены требования к выполнению усиленных защитных проводников электроприемников, предназначенных для постоянного подключения и имеющих ток защитного проводника, превышающий 10 мА. Эти требования предусматривают применение защитного заземляющего проводника, который должен иметь сечение, по крайней мере, 10 мм2 по меди или 16 мм2 по алюминию по всей своей длине, если электроприемник имеет только один заземляющий зажим. Если электроприемник имеет отдельный зажим для второго защитного заземляющего проводника, то возможно использование второго защитного заземляющего проводника, по крайней мере, такого же сечения, как требуется для защиты при повреждении. Он должен быть положен вплоть до той точки, где защитный заземляющий проводник имеет площадь поперечного сечения не менее 10 мм2 по меди или 16 мм2 по алюминию.

В п. 5.1.1 «Ток от прикосновения и ток через провод защитного заземления» стандарта ГОСТ IEC 60950-1-2014 [7] указано, что оборудование должно быть спроектировано и сконструировано так, чтобы ни ток прикосновения, ни ток защитного проводника не создали опасность поражения электрическим током. В таблице 5A «Максимальный ток» ГОСТ IEC 60950-1-2014 установлен максимальный ток защитного проводника, равный 5% входного тока, для всего стационарного оборудования, подпадающего под условия п. 5.1.7 ГОСТ IEC 60950-1-2014 «Оборудование с током прикосновения, превышающем 3,5 мА».

В п. 10.3 «Ток прикосновения, ток защитного проводника и электрический ожог» стандарта ГОСТ IEC 60598-1-2017 [8] указано, что ток прикосновения или ток защитного проводника, который имеет место при нормальном функционировании светильника, не должен превышать значения, установленные таблицей 10.3 «Максимальные значения тока прикосновения или тока защитного проводника и электрический ожог», при измерении в соответствии с приложением G.

Извлечение из таблицы 10.3 стандарта ГОСТ IEC 60598-1-2017 [8]
Тип светильника Питающий ток, А Максимальный ток защитного проводника (действующее значение), мА
Светильники класса I, оснащенные одно- или многофазной штепсельной вилкой, номинальный ток до 32 А включительно ≤ 4 2
> 4, но ≤ 10 0,5 мA/A
> 10 5
Светильники класса I, предназначенные для постоянного подключения ≤ 7 3,5
> 7, но ≤ 20 0,5 мA/A
> 20 10

В п. 18.5.2 стандарта ГОСТ IEC 61558-1-2012 [9] указано, что ток защитного заземляющего проводника не должен превышать значений, приведенных в таблице 8b.

Извлечение из таблицы 8b стандарта ГОСТ IEC 61558-1-2012 [9] (с устранением терминологических ошибок)
Трансформаторы Номинальный ток Максимальный предел (действующее значение)
Трансформаторы класса I, оснащенные одно- или многофазной штепсельной вилкой с номинальным током до 32 А включительно ≤ 4 А 2 мА
> 4 А, но ≤ 10 А 0,5 мA/A
> 10 А 5 мА
Трансформаторы класса I, предназначенные для постоянного подключения ≤ 7 А 3,5 мА
> 7 А, но ≤ 20 А 0,5 мA/A
> 20 А 10 мА

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 Р МЭК 60990-2010
  4. ГОСТ Р 58698-2019
  5. ГОСТ Р 50571.5.51-2013
  6. ГОСТ Р 50571.5.54-2013
  7. ГОСТ IEC 60950-1-2014
  8. ГОСТ IEC 60598-1-2017
  9. ГОСТ IEC 61558-1-2012