Основные технические характеристики УДТ (УЗО)

В этой статье мы рассмотрим основные технические характеристики устройства дифференциального тока (УДТ), которое часто некорректно именуют как УЗО.

Рассмотрим характеристики устройств дифференциального тока, установленные требованиями стандартов МЭК 61008-1 и МЭК 61009-1, ГОСТ IEC 61008-1-2020 и ГОСТ IEC 61009-1-2020.

Вся информация, которую вы прочитаете ниже основана на материалах из книги Ю.В. Харечко [1], а также соответствующих ГОСТов.

1. Номинальное рабочее напряжение Uе или номинальное напряжение Un.

Номинальное рабочее напряжение Uе или номинальное напряжение Un представляет собой установленное изготовителем напряжение, при котором обеспечена работоспособность устройства дифференциального тока. Для одного УДТ может быть установлено несколько значений номинального напряжения. В этом случае каждому значению номинального напряжения соответствует определенное значение номинальной коммутационной способности при коротком замыкании АВДТ. Для двухполюсных УДТ установлены предпочтительные значения номинального напряжения, равные 120, 230, 240 и 400 В, для трех- и четырехполюсных УДТ – 400 В.

Устройства дифференциального тока, имеющие значения номинального напряжения 230 и 400 В, применяют в широко распространенных в нашей стране низковольтных электрических системах с номинальным напряжением 230, 400 и 230/400 В, включающих в себя электроустановки зданий. УДТ, предпочтительные значения номинального напряжения которых равны 120 и 240 В, предназначены для использования в электрических системах с номинальным напряжением 120/240 и 240 В.

2. Номинальное напряжение изоляции Ui.

Под номинальным напряжением изоляции Ui понимают установленное изготовителем напряжение, к которому отнесены напряжения испытания изоляции и расстояния утечки. Номинальное напряжение изоляции применяют для определения значений напряжений, используемых при испытании изоляции устройства дифференциального тока. Это напряжение также учитывают при установлении расстояний утечки УДТ. Когда отсутствуют другие указания, значение номинального напряжения изоляции соответствует наибольшему значению номинального напряжения УДТ. При этом значение наибольшего номинального напряжения УДТ не должно превышать значения его номинального напряжения изоляции.

3. Номинальный ток In.

Номинальный ток In является установленным изготовителем электрическим током, который ВДТ способен проводить в продолжительном режиме. АВДТ способен проводить электрический ток, равный номинальному току, в продолжительном режиме при установленной контрольной температуре окружающего воздуха.

Под продолжительным режимом понимают такой режим, при котором главные контакты устройства дифференциального тока остаются замкнутыми, проводя установившийся электрический ток без прерывания в течение продолжительного времени (неделями, месяцами и даже годами). Стандартная контрольная температура окружающего воздуха принята равной 30 °С.

Предпочтительные значения номинального тока ВДТ установлены равными 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125 А, а для АВДТ – 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125 А.

4. Номинальная частота.

Характеристика «номинальная частота» определяет промышленную частоту, для которой разработано устройство дифференциального тока и с которой согласованы значения других его характеристик. УДТ может иметь одно или несколько значений номинальной частоты. Стандартные значения номинальной частоты равны 50 и 60 Гц.

5. Номинальный отключающий дифференциальный ток IΔn.

Номинальный отключающий дифференциальный ток IΔn – установленное изготовителем значение отключающего дифференциального тока, при котором устройство дифференциального тока должно оперировать при определенных условиях. Для УДТ, которые имеют несколько фиксированных значений отключающего дифференциального тока, под номинальным отключающим дифференциальным током подразумевают его наибольшее значение.

Вид дифференциального тока, появившегося в главной цепи устройства дифференциального тока, существенно влияет на значение отключающего дифференциального тока. УДТ типа АС и типа А автоматически срабатывают при появлении в их главных цепях синусоидального дифференциального тока, равного номинальному отключающему дифференциальному току. Гарантированное срабатывание УДТ типа А (при возникновении в его главной цепи пульсирующего постоянного дифференциального тока) возможно в тех случаях, когда значение этого дифференциального тока равно верхнему пределу тока расцепления, равному 1,4 IΔn (для УДТ, имеющего IΔn > 0,01 А) и 2,0 IΔn (для УДТ с IΔn ≤ 0,01 А).

Если на пульсирующий постоянный дифференциальный ток накладывается постоянный ток, равный 0,006 А, то гарантированное срабатывание УДТ обеспечивается при значении дифференциального тока, равного: 1,4 IΔn + 0,006 А при IΔn > 0,01 А и 2,0 IΔn + 0,006 А при IΔn ≤ 0,01 А.

Стандартные значения номинального отключающего дифференциального тока УДТ установлены равными 6; 10; 30; 100; 300 и 500 мА.

6. Номинальный неотключающий дифференциальный ток IΔno.

Под номинальным неотключающим дифференциальным током IΔno понимают установленное изготовителем значение неотключающего дифференциального тока, при котором устройство дифференциального тока не оперирует при определенных условиях.

Стандартное значение номинального неотключающего синусоидального дифференциального тока равно 0,5 IΔn. Для пульсирующего постоянного дифференциального тока численное значение этой характеристики УДТ не установлено.

Однако требованиями к проверке оперирования УДТ типа А при протекании через их главные цепи пульсирующих постоянных токов замыкания на землю установлены нижние и верхние пределы токов расцепления. При угле задержки тока α, равном 0°, нижний предел пульсирующего постоянного тока расцепления равен 0,35 IΔn, при 90° – 0,25 IΔn, при 135° – 0,11 IΔn. То есть при таких значениях пульсирующих постоянных дифференциальных токов УДТ могут сработать. Поэтому неотключающие пульсирующие постоянные дифференциальные токи меньше указанных нижних пределов пульсирующих постоянных токов расцепления.

Характеристики устройства дифференциального тока «номинальный отключающий дифференциальный ток» и «верхний предел тока расцепления», с одной стороны, «номинальный неотключающий дифференциальный ток» и «нижний предел тока расцепления», с другой стороны, устанавливают токовый диапазон, в котором находится минимальный отключающий дифференциальный ток любого качественного УДТ.

Если значение синусоидального дифференциального тока в главной цепи устройства дифференциального тока меньше номинального неотключающего дифференциального тока или равно ему, УДТ не должно оперировать. Если синусоидальный дифференциальный ток равен и тем более превышает номинальный отключающий дифференциальный ток, УДТ, как правило, должно автоматически разомкнуть свои главные контакты.

Следовательно, минимальное значение синусоидального дифференциального тока, при котором УДТ может сработать, находится в диапазоне свыше 0,5 IΔn до IΔn.

Если значение пульсирующего постоянного дифференциального тока в главной цепи устройства дифференциального тока меньше нижнего предела тока расцепления, УДТ не должно оперировать. Если пульсирующий постоянный дифференциальный ток равен или превышает верхний предел тока расцепления, УДТ, как правило, должно автоматически разомкнуть свои главные контакты.

Следовательно, минимальное значение пульсирующего постоянного дифференциального тока, при котором УДТ может сработать, находится в диапазоне от 0,35 IΔn при α = 0° или 0,25 IΔn при α = 90°, или 0,11 IΔn при α = 135° до 1,4 IΔn для УДТ с IΔn > 0,01 А или 2,0 IΔn для УДТ с IΔn ≤ 0,01 А.

При пульсирующем постоянном токе минимальный отключающий дифференциальный ток изменяется в бóльшем диапазоне, чем при синусоидальном. Наименьшее его значение равно 0,11 IΔn, а наибольшее значение превышает номинальный отключающий дифференциальный ток и может быть равно 1,4 IΔn или 2,0 IΔn. Если через главную цепь УДТ протекает постоянный ток, значение которого равно 0,006 А, наибольшее значение минимального отключающего дифференциального тока может достигать величины, равной:

  • 1,4 IΔn + 0,006 А при IΔn > 0,01 А;
  • 2,0 IΔn + 0,006 А при IΔn ≤ 0,01 А.

Наибольшее значение неотключающего синусоидального дифференциального тока почти равно номинальному отключающему дифференциальному току УДТ. При пульсирующем постоянном токе наибольший неотключающий дифференциальный ток УДТ приближается к следующим значениям дифференциального тока:

  • 1,4 IΔn или (1,4 IΔn + 0,006 А) при IΔn > 0,01 А;
  • 2,0 IΔn или (2,0 IΔn + 0,006 А) при IΔn ≤ 0,01 А.

7. Время отключения и предельное время неотключения.

В ГОСТ IEC 61008-1-2020 [2] и ГОСТ IEC 61009-1-2020 [3] установлены две временные характеристики устройств дифференциального тока – «время отключения» и «предельное время неотключения», посредством которых нормируют их время оперирования. Характеристика «время отключения» определяет промежуток времени между моментом внезапного появления отключающего дифференциального тока и моментом гашения дуги на всех полюсах УДТ. Предельное 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.

Характеристика «предельное время неотключения» установлена только для устройств дифференциального тока типа S, которые должны срабатывать с определенной выдержкой времени. Это позволяет обеспечить их селективную работу с последовательно включенными устройствами дифференциального тока общего применения (смотрите статью «Основное правило селективного оперирования УДТ»).

8. Номинальная включающая и отключающая способность Im.

Характеристика «номинальная включающая и отключающая способность Im» предусмотрена только для ВДТ. Она представляет собой установленное изготовителем действующее значение переменной составляющей ожидаемого тока, который автоматический выключатель, управляемый дифференциальным током, без встроенной защиты от сверхтока способен включать, проводить и отключать при определенных условиях.

Эта характеристика указывает максимальное значение тока короткого замыкания, который ВДТ может самостоятельно включить, проводить определенное время и отключить при наличии в его главной цепи отключающего дифференциального тока. Любой ВДТ должен три раза включить и автоматически отключить электрическую цепь, в которой протекает сверхток, равный Im, при наличии в его главной цепи отключающего дифференциального тока.

Минимальное значение номинальной включающей и отключающей способности ВДТ равно бóльшему значению из следующих двух: или 10 In, или 500 А. Если номинальный ток ВДТ не превышает 50 А, минимальное значение рассматриваемой характеристики равно 500 А. В противном случае – оно равно десяти номинальным токам. Многие производители ВДТ устанавливают для своих изделий бóльшие значения номинальной включающей и отключающей способности, чем указанные минимально допустимые значения.

9. номинальная дифференциальная включающая и отключающая способность IΔm.

Под номинальной дифференциальной включающей и отключающей способностью IΔm понимают установленное изготовителем действующее значение переменной составляющей ожидаемого дифференциального тока, который устройство дифференциального тока способно включать, проводить и отключать при определенных условиях.

Рассматриваемая характеристика указывает на способность УДТ включать, проводить в течение определенного времени и отключать дифференциальные токи короткого замыкания. Любое УДТ должно два раза включить и автоматически отключить, а также один раз автоматически отключить электрическую цепь, в которой протекает дифференциальный сверхток, равный IΔm. После проведения указанных испытаний УДТ должно расцепиться при дифференциальном токе, равном 1,25 IΔn.

В ГОСТ IEC 61008-1-2020 [2] и ГОСТ IEC 61009-1-2020 [3] для ВДТ и АВДТ установлено минимальное значение номинальной дифференциальной включающей и отключающей способности, которое должно быть равным бóльшему значению из следующих двух значений: или 10In, или 500 А.

10. Номинальный условный ток короткого замыкания Inc.

Характеристика «номинальный условный ток короткого замыкания Inc» предусмотрена только для ВДТ. Она представляет собой установленное изготовителем действующее значение ожидаемого тока короткого замыкания, который автоматический выключатель, управляемый дифференциальным током, без встроенной защиты от сверхтока, защищенный устройством защиты от короткого замыкания (УЗКЗ), способен выдержать при определенных условиях без нарушения своей работоспособности.

Поскольку ВДТ не имеет встроенной защиты от сверхтока, должна быть предусмотрена его защита от токов короткого замыкания и токов перегрузки автоматическим выключателем или плавким предохранителем. Рассматриваемую характеристику ВДТ используют для согласования с характеристиками УЗКЗ и с максимальным током короткого замыкания в месте установки ВДТ.

Стандартные значения номинального условного тока короткого замыкания до 10000 А включительно установлены в ГОСТ IEC 61008-1-2020 [2] равными 3000, 4500, 6000 и 10000 А. Предпочтительное значение для тока свыше 10000 А, но не более 25000 А установлено в стандарте равным 20000 А.

11. Номинальный условный дифференциальный ток короткого замыкания IΔc.

Номинальный условный дифференциальный ток короткого замыкания IΔc также является характеристикой только ВДТ. Он представляет собой установленное изготовителем значение ожидаемого дифференциального тока, который автоматический выключатель, управляемый дифференциальным током, без встроенной защиты от сверхтока, защищенный УЗКЗ, может выдержать при определенных условиях без нарушения своей работоспособности.

Во время замыкания какой-либо опасной части, находящейся под напряжением, на открытую проводящую часть электрооборудования класса I ток замыкания на землю в системах TN может быть равен току однофазного короткого замыкания. Поэтому должна быть предусмотрена защита ВДТ от дифференциальных токов короткого замыкания, которую выполняют с помощью автоматического выключателя или плавкого предохранителя. Рассматриваемую характеристику ВДТ используют для согласования с характеристиками УЗКЗ и с максимальным током короткого замыкания на землю в месте установки ВДТ.

Стандартные значения номинального условного дифференциального тока короткого замыкания до 10000 А включительно равны 3000, 4500, 6000 и 10000 А. Предпочтительное значение для тока свыше 10000 А, но не более 25000 А установлено в
ГОСТ IEC 61008-1-2020 [2] равным 20000 А.

При протекании большого сверхтока, не являющегося током замыкания на землю, через главную цепь автоматического выключателя, управляемого дифференциальным током, без встроенной защиты от сверхтока он может автоматически сработать даже при отсутствии в главной цепи отключающего дифференциального тока. Ложное оперирование ВДТ происходит из-за погрешности дифференциального трансформатора, во вторичной обмотке которого появляется электрический ток, достаточный для срабатывания расцепителя дифференциального тока. Расцепитель дифференциального тока АВДТ также может выдать команду на размыкание главных контактов при протекании в его главной цепи сверхтока в условиях отсутствия дифференциального тока срабатывания.

12. Предельное значение сверхтока неотключения в случае нагрузки УДТ с двумя токовыми путями и предельное значение сверхтока неотключения в случае однофазной нагрузки трех- или четырехполюсного УДТ.

В ГОСТ IEC 61008-1-2020 [2] и ГОСТ IEC 61009-1-2020 [3] установлены две характеристики УДТ, определяющие предельное значение сверхтока, протекающего через главную цепь устройства дифференциального тока, который еще не вызывает его автоматического срабатывания в условиях отсутствия отключающего дифференциального тока. Первая характеристика, названная «предельное значение сверхтока неотключения в случае нагрузки УДТ с двумя токовыми путями», определяет максимальное значение сверхтока, который в условиях отсутствия какого-либо замыкания на землю, а также в отсутствие тока утечки может протекать через УДТ с двумя токовыми путями, не вызывая его оперирования.

В ГОСТ IEC 61008-1-2020 [2] отсутствует стандартное минимальное значение сверхтока неотключения для ВДТ с двумя токовыми путями в случае однофазной нагрузки, однако установлено стандартное минимальное значение сверхтока неотключения в случае многофазной равномерной нагрузки многополюсного ВДТ. Это значение равно шестикратному номинальному току ВДТ. Двухполюсный ВДТ является многополюсным устройством. Однофазный сверхток (за исключением сверхтока замыкания на землю, который может возникнуть в системах TN) представляет для двухполюсного ВДТ «равномерную нагрузку». Поэтому можно предположить, что при протекании сверхтока, равного 6 In, через главную цепь двухполюсного ВДТ, в условиях отсутствия отключающего дифференциального тока, он не будет оперировать, по крайней мере, в течение 1 с.

Для АВДТ с двумя токовыми путями стандартное значение рассматриваемой характеристики в ГОСТ IEC 61009-1-2020 [3] не установлено. Не предусмотрено в стандарте также проведение испытаний, аналогичных испытаниям ВДТ.

Вторая характеристика, названная «предельное значение сверхтока неотключения в случае однофазной нагрузки трех- или четырехполюсного УДТ», устанавливает максимальное значение однофазного сверхтока, который при отсутствии какого либо замыкания на землю и в отсутствие тока утечки может протекать через трех- или четырехполюсное УДТ, не вызывая его срабатывания.

В ГОСТ IEC 61008-1-2020 [2] стандартное минимальное значение этой характеристики установлено равным 6 In. При таком значении однофазного сверхтока в главной цепи трех- или четырехполюсного ВДТ и при отсутствии отключающего дифференциального тока он не должен оперировать, по крайней мере, в течение 1 с.

В ГОСТ IEC 61009-1-2020 [3] отсутствует стандартное минимальное значение сверхтока неотключения в случае однофазной нагрузки трех или четырехполюсного АВДТ. В главной цепи АВДТ устанавливают ток, равный 0,8 от значения нижней границы стандартного диапазона токов мгновенного расцепления (для типа мгновенного расцепления B – 0,8 × 3 In, C – 0,8 × 5 In и D – 0,8 × 10 In). При указанном испытательном токе АВДТ не должен оперировать в течение 1 с.

13. Характеристика I2t ВДТ.

Характеристика I2t ВДТ – кривая, отражающая максимальные значения I2t как функцию ожидаемого тока в определенных условиях эксплуатации. Эта характеристика указывает на способность ВДТ пропускать ожидаемый сверхток через свою главную цепь. Поскольку ВДТ имеют ограничения по значению характеристики I2t, необходимо проводить проверку возможности обеспечения их защиты от токов короткого замыкания посредством автоматических выключателей или плавких предохранителей. Иными словами, при определенном номинальном условном токе короткого замыкания значение характеристики I2t устройства защиты от сверхтока должно быть не более значения характеристики I2t ВДТ.

14. Характеристика I2t АВДТ.

Характеристика I2t АВДТ представляет собой кривую, отражающую максимальные значения I2t АВДТ как функцию ожидаемого тока в установленных условиях эксплуатации. Эта характеристика позволяет оценить способность автоматического выключателя, управляемого дифференциальным током, со встроенной защитой от сверхтока ограничивать ожидаемый сверхток в защищаемых им электрических цепях. Классификация АВДТ по характеристике I2t находится на стадии рассмотрения.

15. Характеристика расцепления.

Характеристика расцепления каждого автоматического выключателя, управляемого дифференциальным током, со встроенной защитой от сверхтока должна быть стабильной во время эксплуатации АВДТ и находиться в пределах соответствующей стандартной времятоковой зоны. Основные параметры стандартных времятоковых зон АВДТ представлены в таблице 10 «Времятоковые рабочие характеристики» ГОСТ IEC 61009-1-2020 [3]. Они должны соответствовать параметрам стандартных времятоковых зон, установленным для автоматических выключателей в таблице 7 ГОСТ IEC 60898-1-2020 [4].

Параметры стандартных времятоковых зон АВДТ
Испытание Тип мгновенного расцепления1 Испытательный ток Начальное состояние Пределы времени расцепления или нерасцепления Требуемый результат
а B, C, D 1,13 In Холодное2 t ≤ 1 ч (при In ≤ 63 А)

t ≤ 2 ч (при In > 63 А)

Без расцепления
b B, C, D 1,45 In Сразу за «а» t ≤ 1 ч (при In ≤ 63 А)

t ≤ 2 ч (при In > 63 А)

Расцепление
c B, C, D 2,55 In Холодное 1 с < t < 60 с (при In ≤ 32 А)3

1 с < t < 120 с (при In > 32 А)

Расцепление
d B 3 In Холодное t ≤ 0,1 с Без расцепления
C 5 In
D 10 In
e B 5 In Холодное t ≤ 0,1 с Расцепление
C 10 In
D 20 In4

1) В головке таблицы 10 ГОСТ IEC 61009-1-2020 указано кратко: «Тип». Однако в тексте стандарта отсутствуют какие-либо разъяснения того, что следует понимать под этой характеристикой. Буквами «B», «C» и «D» в национальном и международном стандартах обозначены типы мгновенного расцепления АВДТ.

2) Испытания при «холодном» начальном состоянии АВДТ выполняют при контрольной температуре калибровки, равной 30 °С, без предварительного пропускания электрического тока через его главную цепь.

3) В таблице 10 ГОСТ IEC 61009-1-2020 указано неправильно: In < 32 А. Поэтому пределы времени расцепления для АВДТ с номинальным током 32 А оказались не установленными.

4) 50In в особых случаях.

Для стандартной времятоковой зоны АВДТ установлены следующие условные параметры, используемые при испытаниях «a» и «b»:

  • условное время, равное 1 ч для АВДТ с номинальным током до 63 А включительно и 2 ч – с номинальным током свыше 63 А;
  • условный ток нерасцепления Int – установленный электрический ток, который АВДТ проводит условное время без расцепления: Int = 1,13 In;
  • условный ток расцепления It – установленный электрический ток, вызывающий расцепление АВДТ в пределах условного времени: It= 1,45 In.

Приведенные выше параметры стандартных времятоковых зон действительны для АВДТ, оперирующих при контрольной температуре калибровки, равной 30 °С, в специальных условиях, которые, в частности, предусматривают последовательное соединение всех его полюсов. Однако проверку характеристики расцепления автоматического выключателя можно проводить при температуре окружающего воздуха, которая отлична от 30 °С, корректируя испытательные токи. При этом увеличение или уменьшение испытательных токов не должно превышать 1,2 % на 1 °С соответственно уменьшения или увеличения температуры, при которой выполняют проверку, относительно контрольной температуры калибровки.

Изменение температуры окружающего воздуха сказывается на характеристике расцепления АВДТ. Однако, как указано в ГОСТ IEC 61009-1-2020 [3], изменение температуры окружающего воздуха от – 5 до + 40 °С не должно сопровождаться существенным ее изменением.

Стандартная времятоковая зона АВДТ в области сверхтоков, которые равны или меньше нижней границы диапазона токов мгновенного расцепления, незначительно изменяется в зависимости от конкретного типа мгновенного расцепления. В области сверхтоков, превышающих нижнюю границу диапазона токов мгновенного расцепления, стандартная времятоковая зона АВДТ существенно зависит от типа мгновенного расцепления.

При пропускании условного тока нерасцепления Int, равного 1,13 In, через все полюсы АВДТ, находящегося в холодном начальном состоянии, в течение условного времени не должно происходить его расцепление. По завершении этой проверки в течение 5 с электрический ток через АВДТ плавно увеличивают до условного тока расцепления It, равного 1,45 In. При указанном испытательном токе АВДТ должен расцепиться в течение условного времени.

При пропускании электрического тока, равного 2,55 In, через все полюсы АВДТ, начиная от холодного состояния, он должен расцепиться в течение промежутка времени не менее 1 с и не более 60 с при номинальном токе АВДТ до 32 А включительно или 120 с при номинальном токе свыше 32 А.

Если, начиная от холодного состояния, через все полюсы АВДТ пропускают электрический ток, равный 3 In, 5 In и 10 In (соответственно для типов мгновенного расцепления B, C и D), то его расцепление не должно происходить, по крайней мере в течение 0,1 с. При пропускании через все полюсы АВДТ, начиная от холодного состояния, электрического тока, равного 5 In, 10 In и 50 In (соответственно для типов мгновенного расцепления B, C и D), он должен расцепиться за время менее 0,1 с.

Параметры испытания «d» установлены не очень удачно, поскольку в них отсутствует максимально допустимое время расцепления АВДТ. Результатом испытания должно быть указано «расцепление», поскольку при появлении электрических токов в главных цепях АВДТ, равных 3 In, 5 In и 10 In, должно происходить их расцепление за время более 0,1 с, но менее какого-то максимального промежутка времени, в течение которого АВДТ должны сработать. Максимальное время определяется граничными значениями стандартной времятоковой зоны расцепителя сверхтока с обратно-зависимой выдержкой времени, параметры которой представлены в анализируемой таблице для испытаний «b» и «c».

Иными словами, в таблице 10 стандарта ГОСТ IEC 61009-1-2020 [3], а также в таблицах 7 ГОСТ IEC 60898-1-2020 [4] и стандарта МЭК 60898‑1 для испытания «d» следует указать как минимальное, так и максимальное время расцепления для АВДТ и автоматических выключателей с типом мгновенного расцепления B, C и D при испытательных токах, соответственно равных 3 In, 5 In и 10 In. Минимальное время соответствует времени мгновенного расцепления. Максимальное время соответствует времени расцепления, определяемому по верхнему пределу стандартной времятоковой зоны расцепителя сверхтока с обратно-зависимой выдержкой времени. Интервал времени расцепления для испытания «d» должен ограничиваться с двух сторон: 0,1 с < t < ХХ с, так же как это сделано в стандарте МЭК 60898‑2 и подготовленном на его основе ГОСТ IEC 60898-2-2011 [5] для автоматических выключателей с типами мгновенного расцепления B и C.

Для автоматических выключателей с типом мгновенного расцепления D пределы времени расцепления заимствованы из изменений, внесенных в 1996 г. в европейский стандарт EN 60898, который в основном соответствовал ранее действовавшему стандарту МЭК 60898:1995. Эти изменения уточнили параметры стандартных времятоковых зон автоматических выключателей для испытания «d», а также откорректировали методику проверки времятоковых характеристик автоматических выключателей при испытательных токах, равных 3 In, 5 In и 10 In.

Параметры стандартных времятоковых зон автоматических выключателей для испытания «d»
Испытание Тип мгновенного расцепления Испытательный ток Начальное состояние Пределы времени расцепления или нерасцепления Требуемый результат
d B 3 In Холодное 0,1 с < t < 45 с (In ≤ 32 А)

0,1 с < t < 90 с (In > 32 А)

Без расцепления
C 5 In 0,1 с < t < 15 с (In ≤ 32 А)

0,1 с < t < 30 с (In > 32 А)

D 10 In 0,1 с < t < 4 с (In ≤ 32 А)

0,1 с < t < 8 с (In > 32 А)

Времятоковая характеристика качественного АВДТ должна находиться в пределах его стандартной времятоковой зоны. Проверку времятоковой характеристики следует производить в строгом соответствии с требованиями, изложенными в п. 9.9.2 ГОСТ IEC 61009-1-2020 [3]. Любые отступления от указанных норм при испытании АВДТ неминуемо влекут за собой некорректные результаты, основываясь на которых нельзя сделать вывод о его пригодности к использованию в электроустановке здания.

16. Ток мгновенного расцепления.

Ток мгновенного расцепления – минимальный электрический ток, вызывающий автоматическое срабатывание АВДТ без выдержки времени, является характеристикой расцепителя сверхтока. Для каждого типа мгновенного расцепления в ГОСТ IEC 61009-1-2020 [3] установлены следующие стандартные диапазоны токов мгновенного расцепления, в которых должны находиться токи мгновенного расцепления всех качественных АВДТ:

  • тип мгновенного расцепления В – свыше 3 In до 5 In;
  • тип мгновенного расцепления С – свыше 5 In до 10 In;
  • тип мгновенного расцепления D – свыше 10 In до 50 In.

Если в главной цепи АВДТ протекает электрический ток (не являющийся током замыкания на землю), величина которого равна нижней границе стандартного диапазона токов мгновенного расцепления (3 In, 5 In, 10 In), то он должен расцепиться за промежуток времени более 0,1 с, но менее 45 с или 90 с (тип мгновенного расцепления B), 15 с или 30 с (тип мгновенного расцепления C) и 4 с или 8 с (тип мгновенного расцепления D) соответственно при номинальном токе до 32 А включительно и более 32 А. То есть нижняя граница стандартного диапазона токов мгновенного расцепления не является током мгновенного расцепления.

При протекании в главной цепи АВДТ электрического тока, равного верхней границе стандартного диапазона токов мгновенного расцепления (5 In, 10 In, 50 In), он должен расцепиться за промежуток времени менее 0,1 с. То есть верхняя граница стандартного диапазона токов мгновенного расцепления представляет собой максимально допустимое значение минимального тока мгновенного расцепления. Любой сверхток, превышающий верхнюю границу стандартного диапазона токов мгновенного расцепления, тем более должен вызывать мгновенное расцепление АВДТ.

Примечание:

В стандарте МЭК 61009‑1 верхняя граница стандартного диапазона токов мгновенного расцепления для типа мгновенного расцепления D установлена равной 20 In. Для специальных АВДТ, имеющих тип мгновенного расцепления D, верхняя граница может быть увеличена до 50 In.

В том случае, если значение электрического тока, протекающего в главной цепи АВДТ, находится между нижней и верхней границами стандартного диапазона токов мгновенного расцепления, он может расцепиться либо с незначительной выдержкой времени (несколько секунд), либо без выдержки времени (менее 0,1 с). Фактическое время срабатывания и ток мгновенного расцепления конкретного АВДТ определяется его индивидуальной времятоковой характеристикой (индивидуальным током мгновенного расцепления).

В отличие от автоматического выключателя, АВДТ оснащен расцепителем дифференциального тока, который будет инициировать его срабатывание при появлении тока замыкания на землю. При коротком замыкании какой-либо опасной части, находящейся под напряжением, на открытую проводящую часть электроприемника класса I в электроустановке здания, соответствующей типу заземления системы TN‑S, TN‑C‑S или TN‑C, расцепитель сверхтока АВДТ может сработать за промежуток времени менее 0,1 с, если ток замыкания на землю превышает его ток мгновенного расцепления.

При этом расцепитель дифференциального тока АВДТ сработает за промежуток времени менее 0,04 с. Учитывая, что в указанных условиях фактическое время срабатывания обоих расцепителей примерно одинаково и составляет около 0,01 с, оба расцепителя сработают одновременно. Если ток замыкания на землю меньше тока мгновенного расцепления АВДТ, он будет срабатывать под воздействием расцепителя дифференциального тока.

17. Номинальная коммутационная способность при коротком замыкании Icn.

Характеристика «номинальная коммутационная способность при коротком замыкании Icn» установлена только для АВДТ. Она равна значению предельной отключающей способности при коротком замыкании, установленному изготовителем АВДТ.

Характеристика «номинальная коммутационная способность при коротком замыкании» определяет максимальный ток короткого замыкания, который АВДТ должен гарантированно включить, проводить определенное время и отключить при заданных стандартом условиях, например, при установленном в стандарте диапазоне коэффициентов мощности (см. табл. 21 ГОСТ IEC 61009-1-2020 [3]). АВДТ, тем более, должен отключить любой ток короткого замыкания, значение которого не превышает его номинальной коммутационной способности при коротком замыкании.

Требования п. 9.12.11.4 «Испытание на токах св. 1500 А» ГОСТ IEC 61009-1-2020 [3] установили, что каждый АВДТ должен обеспечить одно отключение испытательной электрической цепи с ожидаемым током короткого замыкания, равным номинальной коммутационной способности при коротком замыкании, а также одно включение с последующим автоматическим отключением электрической цепи, в которой протекает указанный испытательный ток. После проведения этого испытания АВДТ не должен иметь повреждений, ухудшающих его эксплуатационные свойства, а также должен выдержать установленные стандартом испытания на электрическую прочность и проверку характеристики расцепления.

Рассматриваемую характеристику АВДТ используют для согласования ее численного значения с токами короткого замыкания в электроустановке здания. Значение номинальной коммутационной способности при коротком замыкании должно превышать или быть равным максимальному току короткого замыкания в месте установки АВДТ.

Для АВДТ в ГОСТ IEC 61009-1-2020 установлены такие же значения номинальной коммутационной способности при коротком замыкании, какие установлены ГОСТ IEC 60898-1-2020 для автоматических выключателей:

  • в диапазоне сверхтока до 10000 А включительно – стандартные значения номинальной коммутационной способности при коротком замыкании, равные 1500, 3000, 4500, 6000, 10000 А;
  • в диапазоне сверхтока свыше 10000 А до 25000 А включительно – предпочтительное значение номинальной коммутационной способности при коротком замыкании, равное 20000 А.

18. Рабочая отключающая способность при коротком замыкании Ics.

Номинальной коммутационной способности при коротком замыкании АВДТ соответствует определенная рабочая отключающая способность при коротком замыкании Ics – отключающая способность, для которой предписанные условия соответственно установленной последовательности испытаний предусматривают способность АВДТ проводить в течение условного времени электрический ток, равный 0,85 его тока нерасцепления.

Между номинальной коммутационной способностью при коротком замыкании АВДТ и его рабочей отключающей способностью при коротком замыкании установлены соотношения, представленные в таблице 22 ГОСТ IEC 61009-1-2020 [3] в виде коэффициента К = Ics/Icn. Эти данные полностью соответствует данным ГОСТ IEC 60898-1-2020 [4].

Номинальная коммутационная способность при коротком замыкании IcnРабочая отключающая способность при коротком замыкании Ics
Icn ≤ 6000 АIcs = Icn
6000 А < Icn ≤ 10000 АIcs = 0,75 Icn, но не менее 6000 А
Icn > 10000 АIcs = 0,5 Icn, но не менее 7500 А

Рабочая отключающая способность при коротком замыкании значительно меньше номинальной коммутационной способности при коротком замыкании (при Icn > 6000 А). Поэтому каждый АВДТ способен отключить электрический ток, равный рабочей отключающей способности при коротком замыкании, бóльшее число раз, чем электрический ток, равный номинальной коммутационной способности при коротком замыкании.

Одно- и двухполюсный АВДТ должны обеспечить два отключения испытательной электрической цепи с ожидаемым током
короткого замыкания в ней, равным рабочей отключающей способности при коротком замыкании, и одно включение указанной электрической цепи с последующим ее автоматическим отключением. Трех- и четырехполюсный АВДТ должны обеспечить одно отключение электрической цепи, в которой протекает указанный испытательный ток, а также два ее включения с последующим автоматическим отключением.

После проведения указанного испытания АВДТ не должен иметь повреждений, ухудшающих его эксплуатационные свойства. Каждый АВДТ также должен выдержать предписанные стандартом испытания на электрическую прочность и проверку его характеристики расцепления.

19. Предельная отключающая способность при коротком замыкании Icu.

Под предельной отключающей способностью при коротком замыкании Icu в ГОСТ IEC 61009-1-2020 [3] понимают отключающую способность, для которой предписанные условия соответственно установленной последовательности испытаний не предусматривают способности АВДТ проводить в течение условного времени электрический ток, равный 0,85 его тока нерасцепления.

20. Включающая и отключающая способность при коротком замыкании.

Включающую и отключающую способность при коротком замыкании АВДТ оценивают в стандарте по действующему значению переменной составляющей ожидаемого тока, который он предназначен включать, проводить в течение его времени размыкания и отключать при определенных условиях.

21. Время размыкания.

Время размыкания, упомянутое в определении характеристики АВДТ, представляет собой интервал времени между моментом, когда электрический ток в главной цепи АВДТ, находящегося в замкнутом положении, достигает значения срабатывания расцепителя сверхтока, и моментом, когда дуговые контакты разомкнулись во всех полюсах. Для отключения сверхтока АВДТ требуется определенное время – время отключения, которое представляет собой интервал времени между началом времени размыкания и концом времени дуги. Началом времени размыкания считают момент, когда электрический ток в главной цепи АВДТ достигнет уровня срабатывания его расцепителя сверхтока.

Концом времени дуги является момент гашения электрических дуг во всех полюсах АВДТ. Поэтому время отключения однополюсного АВДТ приблизительно равно сумме времени размыкания и времени дуги в полюсе, а многополюсного АВДТ – сумме времени размыкания и времени дуги в многополюсном АВДТ.

22. Номинальное импульсное выдерживаемое напряжение Uimp.

Устройства дифференциального тока характеризуются номинальным импульсным выдерживаемым напряжением Uimp, которое равно наибольшему пиковому значению импульсного напряжения предписанной формы и полярности, не вызывающему пробоя изоляции в заданных условиях испытания. Значения номинального импульсного выдерживаемого напряжения установлены производными от номинального напряжения низковольтной электроустановки, в которых применяют УДТ. Для электроустановок, входящих в состав трехфазных электрических систем с номинальным напряжением 230/400 В, номинальное импульсное выдерживаемое напряжение должно быть не менее 4 кВ, в однофазных трехпроводных электрических системах с номинальным напряжением 120/240 В – не менее 2,5 кВ.

23. Коммутационная и механическая износостойкость.

Каждое УДТ имеет определенную коммутационную и механическую износостойкость. Под коммутационной износостойкостью понимают способность коммутационного устройства выполнять определенное число циклов оперирования, когда в его главной цепи протекает электрический ток, оставаясь после этого в предусмотренном состоянии. Механическая износостойкость устанавливает способность коммутационного устройства выполнять определенное число циклов оперирования, когда в его главной цепи не протекает электрический ток, оставаясь после этого в предусмотренном состоянии.

При номинальном напряжении и токовой нагрузке в своей главной цепи, равной номинальному току, устройство дифференциального тока должно выдерживать не менее 2000 циклов электрического оперирования. Кроме того, УДТ должно выдержать без нагрузки не менее 2000 циклов механического оперирования, если его номинальный ток не превышает 25 А, и 1000 циклов при номинальном токе более 25 А. Каждый цикл оперирования состоит из замыкания главных контактов УДТ с последующим их размыканием.

Размыкание устройства дифференциального тока во время испытаний на его коммутационную износостойкость производят тремя способами. В первой части циклов электрического оперирования размыкание производят посредством органа ручного управления. Во второй части циклов размыкание УДТ инициируют его контрольным устройством. В третьей части циклов автоматическое размыкание УДТ вызывают путем приложения отключающего дифференциального тока к его главной цепи.

После выполнения всех перечисленных циклов электрического и механического оперирования устройство дифференциального тока не должно быть чрезмерно изношенным, не должно иметь поврежденных подвижных контактов главной цепи, а также – ослабления электрических и механических соединений. Кроме того, не должна ухудшаться электрическая прочность изоляции УДТ – оно должно выдержать предписанную стандартом проверку.

Устройство дифференциального тока должно быть достаточно устойчивым к импульсам электрического тока, вызванным в электроустановке здания грозовыми или коммутационными перенапряжениями. Оно не должно срабатывать от импульсов электрического тока, вызванных емкостной нагрузкой. УДТ типа S должно также выдерживать импульсы электрических токов, вызванные короткими замыканиями, происходящими в каких-либо электрических цепях электроустановок зданий.

Проверку устойчивости устройства дифференциального тока выполняют с помощью специальных импульсов электрического тока. Любое УДТ не должно срабатывать от воздействующих на него десяти испытательных импульсов электрического тока 0,5 мкс/100 кГц с пиковым значением 200 А (25 А для УДТ с номинальным отключающим дифференциальным током до 0,01 А включительно).

Повышенную устойчивость УДТ типа S к нежелательному срабатыванию дополнительно проверяют импульсным током 8/20 мкс с пиковым значением, равным 3000 А. УДТ не должно срабатывать при приложении к любому его полюсу десяти указанных импульсов электрического тока.

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 IEC 61008-1-2020
  3. ГОСТ IEC 61009-1-2020
  4. ГОСТ IEC 60898-1-2020
  5. ГОСТ IEC 60898-2-2011