Электронные УЗО – домыслы и реальность

Исполняется 10 лет, как в жилищном строительстве России начали широко применять устройства защитного отключения (УЗО). За это время появились современные нормативные требования к УЗО и к электроустановкам зданий, изложенные в стандартах МЭК, в государственных стандартах РФ, в ПУЭ седьмого издания, в нормативных документах Главгосэнергонадзора России. Рынок УЗО в России заполнился различными исполнениями УЗО отечественного и зарубежного производства, имеющими самые различные параметры и характеристики. Опубликовано большое количество работ, посвященных вопросам безопасности электроустановок зданий с использованием УЗО, выбора и эксплуатации УЗО, исследований характеристик УЗО, рационального выполнения УЗО с учетом российских особенностей. Идет конкурентная борьба между изготовителями и перепродавцами УЗО за рынки сбыта.

В 1997 году Главгосэнергонадзором России совместно с Госстандартом России принят документ "Временные указания по применению устройств защитного отключения в электроустановках зданий", позднее положенный в основу главы 7.1 ПУЭ (издание седьмое). Этот документ завершил дискуссию о допустимости или недопустимости применения электронных УЗО в электроустановках зданий России, вызванной стремлением ограничить использование электронных УЗО по примеру Западной Европы, в которой допускалось использование в электроустановках зданий только электромеханических УЗО. Начиная с 1997 года, в России отсутствуют какие-либо нормативные документы, запрещающие или ограничивающие использование УЗО, различающихся по способу действия.

Однако, не все специалисты, занимающиеся проектированием электроустановок с УЗО, их монтажом и испытаниями, эксплуатацией имеют достаточно ясное представление о характеристиках, достоинствах и недостатках различных УЗО. Этому способствуют, к сожалению, некоторые публикации последних лет, в которых содержатся не совсем, мягко говоря, достоверные сведения, вызванные нынешними реалиями конкурентной борьбы. Ниже сделана попытка дать ответы на некоторые вопросы, наиболее часто возникающие при выборе УЗО.

Особенности электронных УЗО

Прежде всего, отметим, что термины "электронные УЗО" и "электромеханические УЗО" не отражают сути этих изделий и не используются в нормативных документах. Согласно ГОСТ Р 50807-95 любое УЗО - это "механический коммутационный аппарат или совокупность элементов, которые при достижении (превышении) дифференциальным током заданного значения при определенных условиях эксплуатации должны вызвать размыкание контактов". В любом УЗО имеется, по крайней мере, два электронных элемента: измерительный дифференциальный трансформатор, осуществляющий обнаружение дифференциального тока, и резистор в устройстве эксплуатационного контроля, позволяющий моделировать аварийный дифференциальный ток для проверки работоспособности УЗО. Таким образом, чисто "электронных УЗО" и чисто "электромеханических УЗО" нет и быть не может. Эти термины используют вместо более правильных терминов "УЗО, функционально зависящие от напряжения сети" (УЗО со вспомогательным источником питания) и "УЗО, функционально независящие от напряжения сети" (УЗО без вспомогательного источника питания), приведенных в ряде стандартов. Хотелось бы обратить внимание на то, что еще более 35 лет тому назад при рассмотрении вопросов повышения безопасности электроустановок с помощью УЗО, предлагалось различать "УЗО с усилением сигнала" от "УЗО с прямым действием сигнала на цепь управления"[1]. При этом отмечалась высокая чувствительность УЗО с усилением сигнала, выполненных на электронных элементах, и перспективность их широкого применения. Учитывая недостаточную проработку в последние годы терминологии, что отмечается во многих публикациях, в частности в [2], и использование технической общественностью терминов "электронные УЗО" и "электромеханические УЗО", ниже будем их использовать как наиболее короткие синонимы стандартных терминов.

Сравнение характеристик электронных и электромеханических УЗО приведено в [3], где описан ряд недостатков электромеханических УЗО и отмечены их преимущества. В развитие этой публикации ниже рассмотрены основные особенностями электронных УЗО по сравнению с электромеханическими:

• наиболее простая конструкция механизма. Фактически механизм отечественных электронных УЗО состоит из механизма автоматических выключателей, конструкция которых достаточно хорошо отработана, имеет высокую надежность и низкую стоимость. Механизм управляемого дифференциальным током расцепителя, позволяющего производить автоматическое размыкание контактов УЗО, в большинстве случаев встроен в выключатель, хотя иногда его размещают вместе с измерительным дифференциальным трансформатором в устройстве дифференциального тока и механически связывают с выключателем. Электронные элементы установлены на печатных платах, технология производства которых обеспечивает высокую надежность УЗО при работе в самых суровых климатических условиях. В электромеханических УЗО к механизму выключателя, порой имеющему специальное исполнение, вместо печатной платы имеется реле с постоянным магнитом, воздействующим на механизм выключателя, и механизм взвода этого реле. В некоторых электромеханических УЗО имеются также электронные элементы, защищающие реле от воздействия сверхтоков, или допускающие осуществлять выдержку времени отключения;
• высокая чувствительность к дифференциальному току, простота регулировки и стабильность тока срабатывания. Это бусловлено электронной схемой усиления сигнала, поступающего с вторичной обмотки измерительного дифференциального трансформатора, и сравнения его с эталонным сигналом, имеющим высокую стабильность. В связи с этим электронные УЗО могут быть выполнены с любым требуемым значением номинального отключающего дифференциального тока, и иметь при этом практически одинаковую стоимость. В электромеханических УЗО функцию измерения и сравнения дифференциального тока выполняет реле, повышение чувствительности которого, например, до 10 мА, значительно повышает стоимость УЗО. К тому же, ток срабатывания электромеханических УЗО имеет большой разброс от одного образца к другому, существенно изменяется по мере старения, зависит от воздействия магнитных полей в месте размещения УЗО, от температуры окружающего воздуха;
• получение любых требуемых характеристик. Возможности электроники безграничны, в связи с чем электронные УЗО практически без увеличения стоимости могут иметь тип А по условиям функционирования при наличии постоянной составляющей в дифференциальном токе, а при умеренном увеличении стоимости могут иметь исполнения с выдержкой времени - тип S для обеспечения селективности, а также выполняющие целый ряд дополнительных функций - защиту от временных перенапряжений, защиту от грозовых импульсных напряжений, защиту от повышенной температуры, световую сигнализацию о включенном состоянии и о наличии напряжения в питающей сети, дистанционное управление отключением и т.п. В электромеханических УЗО выполнение требований, предъявляемых к УЗО типа А и тип S, приводит к значительному увеличению их стоимости, а дополнительные функции, как правило, отсутствуют, что связано с усложнением конструкции (в одном изделии определенного габарита сложно установить узлы и элементы как электромеханических УЗО, так и электронных УЗО), с чрезмерным удорожанием УЗО и с дальнейшим снижением их надежности.

Единственным, как нам кажется, недостатком электронных УЗО является зависимость их работы от напряжения сети, понижающегося или вообще пропадающего при некоторых авариях в защищаемой электросети. Однако это свойство электронных УЗО, чрезмерно преувеличенное и наиболее часто используемое в конкурентной борьбе, не оказывает существенного влияния на электробезопасность электроустановок, в которых используют УЗО.

Защита от прямого прикосновения

Известно, что УЗО со вспомогательным источником питания, в качестве которого используют защищаемую цепь (электронные УЗО), являются функционально зависящими от напряжения сети, так как они становятся неработоспособными при обрыве нулевого рабочего проводника со стороны источника питания (до УЗО), что дает возможность сомневаться в эффективности их применения. Противники электронных УЗО утверждают: "При отсутствии напряжения на входных зажимах такого УЗО (например, при обрыве нулевого проводника до УЗО по направлению к источнику питания), во-первых, из-за отсутствия питания не функционирует электронный усилитель, во-вторых, отсутствует энергия, необходимая для срабатывания автоматического выключателя. Таким образом, в случае обрыва нулевого проводника в питающей сети УЗО неработоспособно и не защищает контролируемую цепь. При этом в данном аварийном режиме (при обрыве нулевого проводника) опасность поражения человека электрическим током усугубляется, так как по фазному проводнику через неразомкнутые контакты автоматического выключателя в электроустановку выносится потенциал. Пользователь, полагая, что в сети напряжения нет, теряет обычную бдительность по отношению к электрическому напряжению и часто предпринимает попытки устранить неисправность и восстановить электропитание - открывает электрический щит, проверяет контакты, подвергая тем самым свою жизнь смертельной опасности" (здесь и далее курсивом выделен текст, цитируемый по[4]).

Такое наивное объяснение повышенной вероятности электропоражения при обрыве нулевого рабочего проводника в электроустановках, в которых установлены электронные УЗО, не выдерживает никакой критики.

Во-первых, потребитель не знает причины прекращения электроснабжения и его возможной длительности. Поэтому сомнительно, что он будет зачищать подгоревшие контакты, заменять неисправный выключатель или ремонтировать утюг, радуясь тому, что это можно делать без отключения от питающей сети.

Во-вторых, ремонт находящегося под напряжением электрического щита и другого электрооборудования, да еще при отсутствии электрического освещения, большинством потребителей - неквалифицированными лицами не производится, а для тех лиц, которые все-таки пытаются восстановить электропитание - это все-таки не совсем обычные действия, выполнение которых, наоборот, повышает бдительность.

В-третьих, непонятно, чем обрыв в щитке нулевого проводника до УЗО опаснее обрыва фазного проводника до УЗО. И в том и в другом случае ремонт щитка связан с поиском находящегося под напряжением неисправного контакта, не входящего в контролируемую УЗО цепь, и с устранением выявленной неисправности. Эти работы должны выполняться квалифицированным персоналом, тем более что место повреждения питающей сети может находиться за пределами квартиры или жилого дома.

В-четвертых, на вводе в квартиру или в коттедж все чаще устанавливают УЗО с номинальным отключающим дифференциальным током 100 мА и более, к тому же срабатывающие с выдержкой времени (УЗО типа S). В ПУЭ (издание седьмое, пункт 1.7.50) указано, что для защиты от поражения электрическим током в нормальном режиме работы должны быть применены по отдельности или в сочетании определенные меры защиты от прямого прикосновения. Там же указано, что "для дополнительной защиты от прямого прикосновения в электроустановках напряжением до 1 кВ при наличии требований других глав ПУЭ следует применять устройства защитного отключения (УЗО) с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА". Так как УЗО с номинальным отключающим дифференциальным током более 100 мА не обеспечивают защиту человека от прямого прикосновения, то попытки необученных лиц самостоятельно устранить неисправность в щитке и восстановить электропитание могут окончиться трагически.

В-пятых, стремление создать мнение, что нарушение Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей при использовании электромеханических УЗО менее опасно, чем при применении электронных УЗО, несостоятельно и лишено всяких оснований. Если нулевой рабочий проводник оборван со стороны источника питания (до УЗО), то, при одновременном прикосновении к дефектному соединению со стороны УЗО и к заземленному корпусу щитка или к нулевому рабочему проводнику со стороны источника питания, ток, поражающий человека, потечет по обеим главным цепям УЗО. В связи с этим отсутствует дифференциальный ток, и, естественно, УЗО, реагирующее на дифференциальный ток, в том числе и электромеханическое, не будет производить защитное отключение.

Расчет оценки уровня опасности электропоражения человека при обрыве нулевого проводника до входных зажимов электронного УЗО и при прямом прикосновении человека к токоведущим частям был выполнен еще на начальном этапе применения УЗО в российском жилищном строительстве [5]. Было показано, что, при расчетном годовом числе электропоражений М_эп=3000 (при отсутствии УЗО в жилых и общественных зданиях), общее число поражений за год, обусловленное обрывом нулевого проводника при условии установки электронных УЗО во всех жилых и общественных домах России, составит не более 1,4. Необходимо также отметить, что применение любого УЗО (электронного, электромеханического) повышает электробезопасность, но не может предотвратить все электропоражения. В наиболее развитых странах Европы, в которых повышенные меры электробезопасности, в том числе УЗО, используются уже не одно десятилетие, частота смертельного электротравматизма (ЧСЭТ) снизилась в несколько раз и не превышает 2,85• 10-6 [6]. В результате массового применения УЗО и тщательного выполнения современных требований к электроустановкам зданий, приведенных в новом (седьмом) издании ПУЭ, значение ЧСЭТ в России, по всей видимости, приблизится к достигнутому в Западной Европе. После этого в России от поражения электрическим током может ежегодно погибать около 400 человек, при этом общее число поражений за год, обусловленное обрывом нулевого проводника при условии установки электронных УЗО во всех жилых и общественных домах России, составит не более 0,2.

Защита при косвенном прикосновении

Рекомендация МЭК 60364-5-53-94 разрешает применение в электроустановках жилых зданий УЗО с вспомогательным источником питания только тогда, когда защита при косвенном прикосновении обеспечивается даже в случае отказа вспомогательного источника. Это условие связано с тем, что при определенных условиях (в частности в системе ТТ, неразрешенной в России для электроустановок жилых и общественных зданий) возникающий при повреждении изоляции ток замыкания на землю может быть недостаточным для срабатывания аппаратов защиты от сверхтока, установленных в защищаемой цепи. Однако в ряде документов МЭК, рассматриваемых в последние годы, наметилась определенная тенденция по смягчению требований к электронным УЗО, даже если их применяют в системе ТТ для защиты при косвенном прикосновении. Такое изменение отношения к этим УЗО вызвано более детальным анализом аварийных ситуаций, возникающих в питающей сети и в защищаемой электроустановке, а также с учетом реальных характеристик УЗО. Понижение (провал) напряжения, питающего УЗО, зависит от места повреждения изоляции на землю, от величины тока замыкания и от типа системы заземления. Считается, что наиболее тяжелые условия создаются в системе TN - C - S при удаленном размещении УЗО от источника питания и при повреждении изоляции на землю вблизи зажимов УЗО, к которым подключается защищаемая электроустановка (рис.1).

В электроустановках жилых и общественных зданий напряжение прикосновения при его длительности более 0,4 с не должно превышать 50 В при одновременном прикосновении человека к проводящим частям электрооборудования, в котором повреждена изоляция, и к проводящим частям неповрежденного электрооборудования, т.е. падение напряжения на РЕ - проводнике от тока замыкания на землю не должно быть более 50 В. В однофазных цепях сечение РЕ - проводника равно сечению фазного проводника, а разделение PEN проводника на проводники N и PE производят на этажном или квартирном щитке, где размещается и УЗО. В связи с этим напряжение на зажимах УЗО, равное сумме падений напряжения на фазном и на нулевом рабочем проводниках, будет не ниже 100 В при напряжении прикосновения выше 50 В. Фактически наименьшее напряжение на зажимах УЗО будет равно 116-130 В даже в тех случаях, когда напряжение прикосновения составляет 50 В, так как при токе короткого замыкания на землю в месте повреждения изоляции обычно появляется электрическая дуга, напряжение которой составляет 16 - 30 В. Если же напряжение прикосновения превышает 50 В, то напряжение на зажимах УЗО будет еще выше.

В системе TN - S (рис.2), даже если место появления тока замыкания на землю находится вблизи УЗО, напряжение на зажимах УЗО не будет ниже 50% напряжения питающей сети.

Это может быть объяснено тем, что при повреждении изоляции образуется ток замыкания между фазным и нулевым защитным проводниками, причем этот ток не протекает через нулевой рабочий проводник. В связи с этим к УЗО будет приложено напряжение, падающее на нулевом защитном проводнике и равное, по крайней мере, половине напряжения питающей сети, так как падение напряжения на нулевом рабочем проводнике от тока нагрузки является незначительным.

Обрыв нулевого рабочего проводника N в защищаемой цепи (после УЗО) не влияет на работоспособность УЗО. Если при этом в питающей сети произойдет повреждение изоляции защищаемой электроустановки и появится ток замыкания на землю, то электронные (функционально зависящие от напряжения) УЗО сохраняют свою работоспособность. Обрыв N - проводника в цепи питания (до УЗО) может повлиять на работоспособность электронного УЗО, хотя при обрыве N-проводника в трехфазной питающей сети УЗО может оставаться работоспособным при наличии трехфазной нагрузки в аварийном участке сети. Однако вероятность обрыва N - проводника в питающей сети низка, продолжительность этой аварийной ситуации невелика (отсутствие электроснабжения при обрыве фазного или нулевого рабочего проводников требует быстрого устранения этой аварии), вероятность повреждения изоляции от перенапряжений в питающей сети систем TN в течение этого времени незначительна. Но даже при чрезвычайно редком стечении всех этих обстоятельств безопасность при косвенном прикосновении в электроустановках будет обеспечена аппаратами защиты от сверхтоков, в том числе встроенных в УЗО или установленных последовательно с ними, и системами уравнивания потенциалов. Все это делает возможность поражения электрическим током при обрыве N - проводника до УЗО нереальной, в связи с чем такая авария не учитывается.

Необходимо также учитывать и то, что отечественные электронные УЗО, преимущественно имеющие встроенную защиту от сверхтоков, при использовании в системах TN могут считаться частично зависящими от напряжения. В них предусмотрено резервирование защит при токе замыкания на землю: если УЗО не сработают от дифференциального тока, например, при чрезмерно понизившемся напряжении в месте размещения УЗО из-за большой величины тока замыкания, то они сработают от токов короткого замыкания, которые в системах TN значительно превышают номинальный ток.

Таким образом, если электронные УЗО отвечают указанным в пункте 7.1.77 ПУЭ требованиям о работоспособности при снижении напряжения до 50% номинального значения, а электроустановка отвечает требованиям стандартов и ПУЭ, в том числе по выполнению основной и дополнительной систем уравнивания потенциалов, по обеспечению защиты от сверхтоков, то такие УЗО могут быть использованы не только для защиты от прямого прикосновения, но и, наряду с электромеханическими УЗО, для защиты при косвенном прикосновении. Именно поэтому ограничения в рекомендациях МЭК на применение электронных УЗО в жилых зданиях полностью сняты [3].

Надежность

Иногда заявляют, что "применение УЗО, функционально зависящих от напряжения питания, несмотря на их относительную дешевизну, более ограничено в силу их меньшей надежности (вероятность выхода из строя какого-либо из большого количества электронных компонентов довольно высока), большей подверженности электронных схем воздействию внешних факторов и др"..

Однако, это не совсем так, точнее, совсем не так. В функционально независящих от напряжения питания (электромеханических) УЗО "источником энергии, необходимой для функционирования - выполнения защитных функций, включая операцию отключения, является для УЗО сам сигнал - дифференциальный ток, на который оно реагирует". Ничтожно малая величина мощности, получаемая от дифференциального трансформатора (не более 0,001 Вт), налагает очень жесткие требования к основным элементам электромеханических УЗО - к измерительному дифференциальному трансформатору, к реле с постоянным магнитом и обмоткой, подключенной к вторичной обмотке трансформатора, к механизму расцепителя главных контактов, к качеству изготовления и к точности настройки УЗО. Старение элементов электромеханических УЗО, их износ в процессе эксплуатации, влияние внешних магнитных полей и воздействующих механических факторов, появление на подвижных частях электромагнитного реле загрязнений, отложений паров и солей веществ, находящихся в воздухе, приводят к изменению характеристик УЗО и, даже, к нарушению их работоспособности. На основании опыта эксплуатации электромеханических УЗО в Западной Европе была выявлена необходимость их замены после 10 лет работы, проведения в процессе эксплуатации ежемесячной тренировки срабатывания УЗО, но и при этом вероятность их неисправности даже в европейских условиях составляет от 3 до 5% в течение 10 лет [7].

В электронных УЗО, функционально зависящих от напряжения питания, "механизм для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от внешнего источника". Необходимо обратить внимание на неточность, сделанную в цитируемом фрагменте. Действующими нормативными документами не разрешается применение в бытовых электроустановках зданий УЗО со встроенными источниками питания или требующих дополнительных внешних источников питания. Электронные УЗО отечественного и зарубежного производства, применяемые в России, энергию, необходимую для своего срабатывания, получают от защищаемой цепи (от контролируемой сети). В этих УЗО маломощный сигнал от дифференциального трансформатора поступает на электронный усилитель, который подает на механизм расцепителя главных контактов УЗО мощный импульс (десятки и даже сотни ватт), достаточный для срабатывания простого и надежного расцепителя. Надежность электронной платы, обычно содержащей 2-3 десятка широко применяемых электронных элементов, защищенных на плате от неблагоприятных внешних воздействующих климатических и механических факторов, значительно выше надежности реле, используемых в электромеханических УЗО. Эти реле содержат постоянный магнит, магнитопровод, подвижный якорь, катушку, пружину и другие детали, требующие для своего производства высокопрецизионной технологии, весьма чувствительны к условиям эксплуатации.

Необходимо отметить, что некоторые зарубежные изготовители (наряду с производством электромеханических УЗО) уже начали выпуск УЗО, в которых не применяют магнитоэлектрические реле, а используют электронные элементы и мощный расцепитель главных контактов. Это позволило, в частности, ведущей фирме в области разработки и производства УЗО - FELTEN & GUILLEAUME, снизить вероятность неисправности на порядок и отказаться от ежемесячной проверки исправности УЗО [7]. О надежности электронных УЗО свидетельствует и то, что некоторые ведущие отечественные изготовители (в частности, концерн "Энергомера") для выпускаемых ими УЗО установили гарантийный срок эксплуатации в течение 10 лет. Однако следует понимать, что надежность электронных, как и электромеханических, УЗО зависит от ста-бильности технологии и культуры их производства, что не всякий изготовитель может га-рантировать высокое качество даже относительно простых электронных УЗО.

Фазировка

Многие отечественные УЗО со встроенной защитой от сверхтоков выполнены, как правило, на основе автоматических выключателей с нейтральным полюсом, в котором отсутствует защита от сверхтоков. Это сделано с учетом следующих обстоятельств:
- производство и применение УЗО, которые в цепи нулевого рабочего проводника имеют полюс, не защищенный от сверхтоков, допускается международными и российскими стандартами, а в пункте 7.1.86 ПУЭ прямо сказано, что "защита от сверхтока в нулевом рабочем проводнике не требуется";
- исключение в нейтральном полюсе УЗО расцепителя сверхтоков существенно повышает надежность и снижает стоимость УЗО без ухудшения эксплуатационных характеристик. Показательно, что ведущие западноевропейские изготовители электромеханических УЗО имеют в своей номенклатуре исполнения УЗО с незащищенным нейтральным полюсом.

Однако противники электронных УЗО утверждают, что "при применении таких УЗО важно соблюдать фазировку входных цепей, чтобы оставшаяся в одном полюсе токовая отсечка автоматического выключателя была включена в цепь фазного, а не нулевого проводника", искажая тем самым сущность вопроса. Во-первых, в любых электроустановках зданий необходимо соблюдать фазировку цепей, для чего должно выполняться цветовое обозначение проводников, обеспечивающее различие между фазными, нулевыми рабочими и защитными проводниками. Во-вторых, выводы УЗО, предназначенные исключительно для присоединения нейтрали, легко идентифицируются, так как они имеют маркировку буквой N. В-третьих, даже если не будет соблюдена правильная фазировка проводников питающей сети и расцепитель сверхтока окажется включенным в цепь нулевого проводника, то УЗО и в этом случае будет обеспечивать защиту от сверхтоков. При неправильном подключении расцепителя сверхтока, когда при повреждении изоляции на землю через него не будет протекать ток, УЗО все равно сработает от дифференциального тока и отключит ток повреждения любой величины, так как коммутационная способность нейтрального полюса такая же, как и у фазных полюсов.

Инвариантность подсоединения

В пункте 3.1.6 ПУЭ указано, что при одностороннем питании присоединение питающего проводника (кабеля или провода) к аппарату защиты должно выполняться, как правило, к неподвижным контактам. Такое требование вызвано стремлением повысить безопасность электроустановок при отключенном положении контактов аппарата. Если подвижные токоведущие части аппарата в отключенном состоянии находились бы под напряжением, то при неисправности аппарата они могли бы замкнуть цепь самопроизвольно, под действием силы тяжести. Возможно, это требование ПУЭ уже устарело и в седьмом издании будет пересмотрено, но совершенно естественно, что УЗО, как и другие защитные аппараты, предназначенные для применения в России, должны соответствовать действующим отечественным нормативным документам.

Еще одним обстоятельством, определяющим необходимость четкого указания выводов для подключения УЗО к питающей сети, является то, что в устройствах дифференциального тока УЗО со встроенной защитой от сверхтоков измерительный дифференциальный трансформатор и устройство эксплуатационного контроля с кнопкой ТЕСТ должны находиться со стороны нагрузки. Это связано с тем, что существует определенная, хотя и очень низкая, вероятность повреждения изоляции между главными цепями внутри УЗО, возникающий при этом повреждении ток должен быть отключен автоматическим выключателем, встроенным в УЗО со стороны питания. Именно этим объясняется и требование пункта 7.1.76 ПУЭ, чтобы УЗО без встроенной защиты от сверхтоков имели вышестоящий аппарат, обеспечивающий защиту от сверхтока. Однако это требование ПУЭ в ряде случаев игнорируется не совсем компетентными рекомендациями устанавливать автоматические выключатели после УЗО без встроенной защиты от сверхтоков.

В соответствии с вышеизложенным в УЗО отечественного производства, а также во многих УЗО, в том числе электромеханических, зарубежного производства имеется маркировка входных и выходных выводов, позволяющая правильно подключать УЗО. В связи с этим выглядит более чем странным утверждение, что "еще одним серьезным недостатком этих УЗО является их неинвариантность по стороне подключения питающей сети и нагрузки, в отличие от электромеханических УЗО, к которым сеть и нагрузка могут быть подключены с любой стороны. Это вызывает большие неудобства при монтаже щитов".

Десятилетний опыт использования устройств типа УЗО 20, серии УЗО-ВАД "Энергомера" и других типов, нашедших самое массовое применение в России, не выявил острой необходимости производства УЗО с инвариантным подключением. Возможно, что особые неудобства при монтаже щитков с отечественными УЗО отсутствуют, или проектировщики и монтажники понимают необходимость выполнения требований безопасности, создающих в большинстве случаев "большие неудобства" при производстве изделий и при их монтаже.

Работоспособность при постоянной составляющей в дифференциальном токе

Электронные УЗО отечественного производства, как правило, имеют тип А и срабатывают при нормированном отключающем дифференциальном токе, который может быть синусоидальным, пульсирующим постоянным, а так же содержать постоянную составляющую. В нормальном режиме работы электрооборудование, даже если в нем имеются выпрямители, не создает тока утечки с заметной постоянной составляющей, что может быть объяснено следующим:

- из бытовых электроприборов наибольший ток утечки (до 10 мА) допускают для электроплит, в связи с чем установлена ежегодная проверка их изоляции. Сопротивление изоляции электроплиты производят при помощи мегаомметра напряжением 1000 В, при этом сопротивление изоляции должно быть не менее 1 Мом. Это значит, что постоянная составляющая тока утечки электроплиты, содержащей выпрямители, при номинальном напряжении 220 В не может быть более 0,3 мА;

- если электроустановка содержит несколько различных электроприборов с выпрямителями, то в суммарном токе утечки постоянная составляющая не может быть значительной, так как она является алгебраической суммой постоянных составляющих тока утечки различных приборов, а полярность этих токов навряд ли будет одинаковой.

Поэтому УЗО типа АС допустимо использовать в электроустановках зданий для защиты от токов утечки и от токов замыкания на землю, имеющих синусоидальную форму. УЗО типа А целесообразно использовать для защиты оборудования, при повреждении изоляции которого может появиться ток замыкания на землю, содержащий составляющую постоянного тока (телевизоры, персональные компьютеры и другие электроприборы с выпрямителями). Применение в этих цепях УЗО типа АС, реагирующих только на синусоидальный ток, не обеспечивает такой же степени безопасности электроустановок.

Обоснованность применения в электроустановках жилых, общественных и других зданий УЗО типа А признана всеми, предусмотрена нормативными документами, вопросы использования УЗО типа А достаточно подробно описаны в [8]. Однако кое-кем выражаются и энергично распространяются сомнения, как это не странно, в согласованности характеристик УЗО типа А, в правильности формулировок ПУЭ, касающихся их применения. В пункте 7.1.83 ПУЭ задают допустимое соотношение между суммарным током утечки сети с учетом присоединенных стационарных и переносных электроприемников в нормальном режиме работы и между номинальным отключающим дифференциальным током УЗО. В пункте 7.1.78 ПУЭ отмечают, что "в зданиях могут применяться УЗО типа А, реагирующие как на переменные, так и на пульсирующие токи повреждения", допуская тем самым срабатывание УЗО при любой форме и при любом значении тока замыкания на землю, установленном в стандартах на УЗО. Однако, в [2] при рассмотрении отключающих и неотключающих дифференциальных токов УЗО типа А заявляют, что "максимальное значение неотключающего синусоидального дифференциального тока почти равно номинальному отключающему дифференциальному току УЗО". Возможно, в цитируемом фрагменте допущена какая-то неточность, но утверждение, что "эту особенность УЗО типа А следует учитывать при проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок зданий" прослеживается и в других публикациях этих авторов, как более ранних, рассмотренных в [8], так и в более поздних [Новости электротехники, 2003, N3(21), раздел "вопрос-ответ"].

Это утверждение абсурдно, так как:

- УЗО типа А используют во многих странах мира более 10 лет и в России более 7 лет, но никаких несогласованностей в их характеристиках не было замечено;

- максимальное значение неотключающего синусоидального дифференциального тока не может быть больше номинального неотключающего дифференциального тока, обычно равного половине значения номинального отключающего дифференциального тока УЗО любого типа. Следовательно, утверждение о равенстве этих токов неправомочно, если рассматривать качественные, соответствующие стандартам изделия. Видимо, авторы имели в виду соотношение между нижним пределом отключающего дифференциального тока, имеющего постоянную составляющую, и номинальным неотключающим дифференциальным током, но это совершенно различные характеристики;

- нельзя сравнивать несопоставимые функциональные характеристики. Общеизвестно, что дифференциальные токи, на которые реагируют УЗО, могут создаваться токами утечки (ток в землю или на сторонние проводящие части в электрически неповрежденной цепи) или токами замыкания на землю (ток, проходящий в землю при повреждении изоляции). Номинальный неотключающий дифференциальный ток и номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО любого типа (АС и А) характеризует величину синусоидального тока утечки, при которой УЗО не срабатывают или, соответственно, срабатывают при заданных условиях. Когда говорят о специфических характеристиках УЗО типа А, то речь идет о функционировании при пульсирующих постоянных токах замыкания на землю, что недвусмысленно указано в стандартах на УЗО и в ПУЭ. Это связано с тем, что УЗО типа А реагируют не только на действующее значение дифференциального тока, но и на форму этого тока. Поэтому неудивительно, что УЗО типа А с номинальным отключающим дифференциальным током, например, 30 мА не срабатывают при токе утечки, имеющем синусоидальную форму, величиной 10 мА, но могут сработать при токе 10 мА и даже при меньшем дифференциальном токе (до 3,3 мА), если при повреждении изоляции электроприемника с встроенным выпрямителем ток замыкания на землю будет пульсирующим постоянным.

Заключение

Дискуссия об ограничении применения электронных УЗО в электроустановках зда-ний, о характеристиках электронных и электромеханических УЗО оказалась, в конечном результате, полезной. Она позволила технической общественности, соприкасающейся с вопросами проектирования электроустановок зданий, их монтажа и эксплуатации, ознакомиться с новыми для России защитными аппаратами, привела к выработке дополнительных требований к УЗО, повышающ