Об «Основном правиле» применения УЗО
ОТ РЕДАКЦИИ: Уважаемые коллеги, практически в каждом номере журнала мы размещаем статьи на тему «Применение УЗО». Отрадно, что специалисты имеют различные мнения по данному вопросу. Будем рады представляемым откликам, ведь истина рождается в споре.
Г.К. Шварц,
ООО «Мир Технологий» (г. Ставрополь), технический консультант, инженер, специалист в области электрических аппаратов
Уже на протяжении длительного времени делаются попытки внести сомнения в целесообразности применения устройств защитного отключения типа А, реагирующих как на дифференциальный переменный ток, так на дифференциальный пульсирующий постоянный ток. Одним из таких примеров является публикация [1], целью которой является «анализ основного правила применения устройств дифференциального тока в электроустановках зданий», предложенного автором публикации. Ниже показана ошибочность положений «основного правила», которое автором сформулировано так: «Максимальный ток утечки в электрических цепях, защищаемых устройством дифференциального тока, должен быть меньше его минимально возможного отключающего дифференциального тока».
Примечание 1 — Цитируемые фрагменты выделены курсивом.
Примечание 2 — Это, по крайней мере, второй вариант «основного правила». Известен более ранний вариант, изложенный в публикации [2] с иной формулировкой: «Максимальный ток утечки в электрических цепях, защищаемых устройством защитного отключения, должен быть меньше его номинального неотключающего дифференциального тока». Интересно, как будет сформулирован следующий вариант «основного правила», останется ли он «основным правилом» или станет «основным законом».
Бессмысленность «основного правила»
Каждый, кто занимается выбором какого-либо защитного устройства, руководствуется следующим принципом: для предотвращения нежелательного срабатывания защитного устройства максимально допустимое значение подводимой величины на его входе должно быть меньше минимально возможного значения подводимой величины, при котором оно срабатывает. Подводимой величиной может быть ток, напряжение, температура, давление и другое. Сомнительно, что если в качестве подводимой величины указать «ток утечки (дифференциальный ток)», то указанный принцип может считаться оригинальным «основным правилом». Более того, предлагаемое «основное правило» не содержит обоснованных соотношений между током утечки и номинальными параметрами УЗО, не может быть применено без дополнительных пояснений, которые следует искать в публикации [1]. Неужели автор «основного правила» искренне полагает, что рассматриваемая публикация, предлагающая изменить соответствующее требование ПУЭ, должна целиком войти в ПУЭ?
Терминология
В «основном правиле» использован термин «устройство дифференциального тока» (УДТ). Однако в перечне литературы, приведенном в публикации, указаны нормативные документы, в которых применены иные термины: в ГОСТ Р 51326.1 — «автоматические выключатели дифференциального тока без встроенной защиты от сверхтоков» (ВДТ), в ГОСТ Р 51327.1 — «автоматические выключатели дифференциального тока со встроенной защитой от сверхтоков» (АВДТ), в ГОСТ Р 50571.3 — «защитное устройство дифференциального тока» (УДТ), в ПУЭ — «устройства защитного отключения» (УЗО). Правда, в ГОСТ Р 51327.1 установлены требования к «устройству дифференциального тока», но УДТ по этому стандарту может быть использовано для защиты только совместно с автоматическим выключателем, с которым оно должно собираться. В стандарте ГОСТ Р 50571.1 [3] содержится пояснение, что «в национальной нормативной документации вместо термина “устройство дифференциального тока” применяют термин “устройство защитного отключения”».
В связи с этим представляется, что использование термина «устройство дифференциального тока» без каких-либо объяснений некорректно, тем более что «основное правило» противопоставлено соответствующему требованию ПУЭ, в котором этот термин не использован.
Примечание — Сокращенное обозначение «УЗО» следует понимать как обобщенное обозначение защитных устройств, управляемых дифференциальным током (АВДТ, ВДТ, УДТ, УЗО-Д, УЗО-ДП и т.п.).
В «основном правиле» использовано словосочетание «максимальный ток утечки в электрических цепях», понятие которого не пояснено в публикации [1], оно корреспондируется со словосочетаниями «суммарный ток утечки электрических цепей», «суммарный ток утечки в электрических цепях», «максимальное значение суммарного тока утечки», примененными при анализе «основного правила».
В «основное правило» включено словосочетание «минимально возможный отключающий дифференциальный ток». Такой термин отсутствует в современной нормативной документации. Следовало бы пояснить смысл этого словосочетания, а не заставлять читателей предполагать, что его следует понимать то ли как «наименьшее значение нижнего предела токов расцепления», то ли как «минимальное значение отключающего дифференциального тока».
В публикации утверждается, что «пульсирующие постоянные токи утечки…могут инициировать ложное срабатывание УДТ». Это противоречит понятиям ряда стандартов, которые рассматривают дифференциальный ток, если он превышает нижний предел тока расцепления (при соответствующем угле задержки пульсирующего постоянного тока), как ток замыкания на землю, при недопустимом значении которого защитное устройство может или должно срабатывать (смотри, например, пункт 8.15 ГОСТ Р 51327.1 «Функционирование АВДТ в случае тока замыкания на землю, содержащего составляющую постоянного тока»). Автор «основного правила», вводя новое понятие «пульсирующий постоянный ток утечки», не удосужился дать его определение и сообщить о методике его измерения.
Вызывает недоумение приведенное в публикации утверждение: «в нормальных условиях, когда отсутствуют замыкания на землю, устройства дифференциального тока не должны оперировать». Термин «оперирование» предполагает «перевод подвижного контакта (контактов) из разомкнутого положения в замкнутое и наоборот» (ГОСТ Р 51327.1), обычно под оперированием коммутационного аппарата понимают «изменение оператором коммутационного положения или состояния коммутационного аппарата предусмотренным способом» (ГОСТ 17703), поэтому использование термина «оперирование» вместо терминов «отключение», «срабатывание» является, мягко говоря, некорректным. Такое использование термина «оперирование» может вызвать представление, что, при отсутствии замыканий на землю, УЗО должны блокироваться и не допускать ручное включение и отключение защищаемой цепи, а также то, что УЗО способны не только автоматически разомкнуть контакты, но и замкнуть их без помощи оператора.
Встречаются и другие несуразности, например: «человек прикоснулся к…части, находящейся под напряжением, и через его тело протекает ток замыкания на землю», хотя автору известно различие между понятиями «ток замыкания на землю» и «ток прикосновения», которые отмечены в рассматриваемой публикации.
Еще один пример искажения понятий: «посредством вычисления дифференциального тока УДТ устанавливает факт протекания тока замыкания на землю и отключает электрическую цепь, в которой произошло замыкание на землю». Совершенно очевидно, что УЗО срабатывают не от «факта» повреждения изоляции, а при превышении дифференциальным током тока срабатывания. Известно и то, что не всегда ток замыкания на землю достаточен для срабатывания УЗО, кроме того, в состав УЗО пока еще не входят вычислительные устройства.
Сопоставление тока утечки на землю и нижнего предела тока расцепления
УЗО любого типа (в том числе типа АС и А) имеют специфические характеристики, в число которых входят: номинальный отключающий дифференциальный ток IΔn (номинальный ток срабатывания), при котором и выше которого УЗО должны отключаться, и неотключающий дифференциальный ток IΔnо (ток несрабатывания), при котором и ниже которого УЗО не должны отключаться. Стандартным значением номинального тока несрабатывания является 0,5IΔn. Фактический отключающий дифференциальный ток (ток срабатывания) каждого УЗО должен находиться в диапазоне от 0,5IΔn до IΔn, он зависит от тока уставки — заводской настройки тока срабатывания УЗО.
Для УЗО типа А, срабатывающих при токах на землю, содержащих постоянную составляющую — сглаженную или пульсирующую, введены дополнительные характеристики: угол задержки тока α, нижний и верхний пределы тока расцепления при дифференциальном пульсирующем постоянном токе (таблица 1, столбцы 1–3).
Таблица 1
Для нормирования и проверки характеристик УЗО типа А приняли, что дифференциальный пульсирующий постоянный ток имеет форму, создаваемую однополупериодным выпрямителем с регулируемой задержкой начала протекания тока. Увеличение угла задержки тока влечет понижение напряжения Ui, прикладываемого к изоляции (таблица 1, столбец 4). Так, если в главной цепи УЗО при синусоидальном переменном напряжении питающей сети Ue дифференциальный ток был равен 0,5IΔn, то, в связи с уменьшением напряжения изоляции, при угле задержки 0 этот ток уменьшится до 0,35IΔn, при угле задержки 90 — до 0,25IΔn, при угле задержки 135 — до 0,11IΔn.
Сравнение полученных значений дифференциального пульсирующего постоянного тока, скорректированных с учетом понижения напряжения при различных углах задержки тока, и нормированных значений нижнего предела тока расцепления показывает их полное совпадение. Это значит, что нижний предел тока расцепления определен перерасчетом номинального неотключающего дифференциального тока с учетом уменьшения напряжения изоляции при соответствующем угле задержки. При этом УЗО типа А при дифференциальном пульсирующем постоянном токе могут сработать только при выполнении условия, что сопротивление защищаемой цепи относительно земли снизилось до определенного значения, которое не зависит от формы дифференциального тока.
Из вышеизложенного следует, что, если ток утечки синусоидальной формы в защищаемой цепи не превышает неотключающий дифференциальный ток УЗО типа А, нежелательные срабатывания не будут происходить как при дифференциальном синусоидальном токе, так и при дифференциальном пульсирующем постоянном токе.
Автор «основного правила» допускает ошибку, сопоставляя ток утечки, измеренный при синусоидальном переменном напряжении, с нижним пределом тока расцепления, нормированным для дифференциального пульсирующего постоянного тока. Это противоречит, в частности, ГОСТ Р МЭК 60990 [4], который устанавливает, что при измерении тока прикосновения, «если пороговое значение указано для постоянного тока, следует измерить значение постоянного тока и сравнить его с пороговым значением». Применительно к рассматриваемому случаю это указание следует понимать следующим образом: так как нижний предел тока расцепления указан для дифференциального пульсирующего постоянного тока, то следует измерить значение дифференциального тока (тока утечки) при соответствующем пульсирующем постоянном напряжении и сравнить с нижним пределом тока расцепления.
Этот принцип пытался использовать автор «основного правила» в публикации [2], в которой предлагал сравнивать токи одинаковой формы: «максимальный синусоидальный ток утечки в электрических цепях, подключенных к УЗО типов АС и А, должен быть меньше 0,50I∆n. Максимальный пульсирующий постоянный ток утечки в электрических цепях, подключенных к УЗО типа А, должен быть меньше 0,11I∆n». Однако эти требования невыполнимы при дифференциальном токе, содержащем переменный ток в сочетании с пульсирующим постоянным током, так как УЗО реагируют не на отдельные составляющие дифференциального тока, а на векторную сумму мгновенных значений токов, протекающих в его главной цепи.
Суммирование токов утечки
Поставив вопрос, «как определить суммарные токи утечки в электрических цепях электроустановки здания», автор «основного правила» отмечает, что «вычисление суммарного тока утечки от различных бытовых приборов не является результатом арифметической суммы и должно быть откорректировано посредством коэффициента 0,7/0,8». Однако в примере с тремя персональными компьютерами их суммарный ток утечки принят равным 10,5 мА, то есть применено арифметическое суммирование токов утечки каждого ПК, что показывает пренебрежение автором своим же утверждением.
В публикации [1] отмечается, что «исключить ложные срабатывания устройства дифференциального тока можно только в том случае, если суммарный ток утечки будет находиться в зоне 1», которая «включает в себя синусоидальные дифференциальные токи…и пульсирующие постоянные дифференциальные токи».
О том, как суммировать синусоидальный ток с пульсирующим постоянным током, как суммировать пульсирующие постоянные токи с различными углами задержки, как учитывать при суммировании токов возможное несовпадение полярности «пульсирующего постоянного тока утечки» нескольких электроприемников, автор предпочел умолчать.
Автор «основного правила» выдвигает требование, что «при проектировании электроустановок зданий необходимо учитывать значения максимально допустимых токов утечки, защитного проводника и прикосновения различного электрического оборудования, руководствуясь основным правилом применения устройств дифференциального тока». Однако это утверждение не увязано с предлагаемым «основным правилом», в формулировке которого упомянут только «максимальный ток утечки».
Использование «основного правила»
Автор публикации [1], якобы «руководствуясь основным правилом применения устройств дифференциального тока», в примерах его использования утверждает, что к одному УЗО типа А с номинальным отключающим дифференциальным током 30 мА можно подключать одну стиральную машину или не более трех персональных компьютеров. Такое утверждение сразу же вызывает вопрос о достоверности, ведь максимально допустимые токи утечки одной стиральной машины и одного ПК одинаковы, сомнительно, что УЗО почему-то более чувствительны к току утечки стиральной машины.
Сомнения о добросовестности автора еще более усиливаются, если попытаться скрупулезно применить «основное правило» для выбора УЗО. Несложно убедиться, что максимальный ток утечки одной стиральной машины, равный 3,5 мА, будет больше 0,11IΔn, если номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО превысит 32 мА. Сумма максимальных токов утечки трех ПК, равная 7,35 мА (с учетом коэффициента 0,7), будет больше 0,11IΔn, если номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО превысит 67 мА. Учитывая, что ряд стандартных значений номинального отключающего дифференциального тока включает 10, 30, 100 мА, то, следуя «основному правилу», для защиты одной стиральной машины или трех ПК необходимо применять УЗО с IΔn = 100 мА.
Абсурдность «основного правила» очевидна, так как оно не соответствует мировому опыту, фактически исключает возможность использования УЗО типа А с номинальным отключающим дифференциальным током 6, 10 и 30 мА для защиты электрооборудования с током утечки до 3,5 мА, понуждает отказаться от применения УЗО типа А для дополнительной защиты, хотя, в соответствии с действующими стандартами и ПУЭ, для дополнительной защиты можно использовать только УЗО с номинальным отключающим дифференциальным током, не превышающим 30 мА.
Автор «основного правила» скептически оценивает возможность использования УЗО типа А с номинальным отключающим дифференциальным током 10 мА. Он допускает их применение, но предупреждает, что «вследствие того, что устройство дифференциального тока с номинальным отключающим дифференциальным током 10 мА имеет нижний предел тока расцепления, соизмеримый с током утечки одного электроприемника, таким УДТ можно защищать конечную электрическую цепь, имеющую, как правило, только один электроприемник». Но и это утверждение опровергает примером со стиральной машиной, в котором, сообщая, что «максимально допустимый ток утечки для нее установлен равным 3,5 мА», автор безосновательно утверждает, что «в главной цепи устройства дифференциального тока могут появиться пульсирующие постоянные токи утечки, равные 1,1–3,5 мА, которые могут инициировать ложное срабатывание УДТ». В связи с этим делается вывод, что «стиральную машину следует подключать к устройству дифференциального тока типа А с номинальным отключающим дифференциальным током 30 мА».
Сомнительно, что у автора «основного правила» есть хоть какие-либо доказательные основания утверждать, что у стиральной машины с током утечки 3,5 мА «пульсирующий постоянный ток утечки» останется на неизменном уровне 3,5 мА при понижении напряжения изоляции в 1,4–4,5 раза в зависимости от угла задержки тока. Но, даже предположив о наличии тока утечки, равного 3,5 мА при угле задержки α = (0–135), неясно, почему нужно считать нежелательным срабатывание УЗО типа А с IΔn = 10 мА, если защищаемая стиральная машина достигла неисправного состояния, при котором ее сопротивление изоляции стало в 1,4–4,5 раза меньше минимально допустимого.
Требования ПУЭ
Автор публикации [1] предлагает «основное правило» для использования вместо соответствующего требования, приведенного в ПУЭ. Попытаемся увидеть «серьезные ошибки», которые, как уверяет автор «основного правила», допущены в пункте 7.1.83 ПУЭ «Суммарный ток утечки сети с учетом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников в нормальном режиме работы не должен превосходить 1/3 номинального тока УЗО. При отсутствии данных ток утечки электроприемников следует принимать из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки сети — из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника».
Терминология в ПУЭ иногда отличается от терминологии, используемой в стандартах, что может быть объяснено следующим. В отличие от стандартов, предназначенных для использования квалифицированными специалистами, ПУЭ излагают выражениями, более понятными широкому кругу потребителей электроэнергии (например, вместо специализированного термина «отключающий дифференциальный ток» использован термин «ток срабатывания»). В ПУЭ использован и общепринятый термин «устройства защитного отключения (УЗО)».
Выражение «суммарный ток утечки…в нормальном режиме работы» однозначно определяет, что речь идет об электроустановке, в которой отсутствуют повреждения изоляции, приводящие к току замыкания на землю. Для выбора УЗО обычно используют предельные значения тока утечки (тока прикосновения) электроприемников в защищаемой цепи, которые приведены в нормативной документации. Токи утечки одновременно работающих электроприемников должны быть просуммированы, согласно ПУЭ, без поправочного коэффициента, что может несколько завысить суммарный ток утечки, но это приведет к снижению вероятности нежелательных срабатываний УЗО. При выборе УЗО допускается так же использовать расчетное значение тока утечки, определенное по величине тока нагрузки.
Суммарный ток утечки защищаемой цепи, включающий токи утечки электроприемников, измеренные при синусоидальном напряжении, сопоставляют с номинальным током срабатывания УЗО, при проверке которого используют синусоидальный испытательный ток.
Суммарный ток утечки должен быть меньше 1/3 номинального тока срабатывания УЗО, то есть существенно (в 1,5 раза) ниже его тока несрабатывания. Аналогичное соотношение между суммарным током утечки и номинальным током срабатывания УЗО рекомендовано и в техническом отчете МЭК 62350, упомянутом в публикации [1]. Этот запас предназначен для снижения вероятности нежелательных срабатываний УЗО, он учитывает возможное увеличение тока утечки в связи с установкой в защищаемой цепи дополнительного электрооборудования, с наличием временных перенапряжений в питающей сети, со старением изоляции, а также другие обстоятельства, требующие отдельного рассмотрения.
«Грубой ошибкой», по мнению автора, является то, что вместо термина «номинальный отключающий дифференциальный ток» использован термин «номинальный ток». Трудно предположить, что в термине «номинальный ток срабатывания», являющемся синонимом термина «номинальный отключающий дифференциальный ток», последнее слово пропущено специально, что это не досадная оплошность, тем более что в предыдущих и последующих пунктах ПУЭ (7.1.79, 7.1.82, 7.1.84, 7.1.85) выделена основная характеристика УЗО — ток срабатывания.
Автор «основного правила» так и не привел измененной формулировки требования ПУЭ, в которой, по его мнению, должен быть учтен «пульсирующий постоянный ток утечки». Кстати, отметим, что этот ток не упомянут в формулировке «основного правила».
История мистификации
Попытки подвергнуть сомнению действующие в РФ указания в части применения УЗО типа А предпринимались автором «основного правила» неоднократно. Домыслы о том, что «УЗО типа “А” может сработать при пульсирующем постоянном дифференциальном токе, немного превышающем величину 0,11IΔn, что существенно меньше нормативной величины, равной 1/3IΔn», впервые приведенные в публикации [5], затем были развиты до рассматриваемого «основного правила».
Об ошибочном мнении автора публикации [5], о некорректности сравнения тока утечки, нормированного при синусоидальном напряжении, с нижним пределом дифференциального пульсирующего постоянного тока, об ошибках в терминологии, об игнорировании опыта использования УЗО типа А в РФ и других странах, о результатах экспериментальных исследований одного из УЗО типа А отечественного производства, опровергающих домыслы автора публикации, сообщалось неоднократно [6, 7]. Однако эти разъяснения не переубедили автора публикаций [1, 5], доводы оппонентов им не были приняты во внимание, стремление опорочить УЗО типа А проявилось и в его других публикациях, размещенных в различных технических журналах и в сети Интернет.
Цель этих публикаций трудно понять. Можно предположить, что утверждения автора самой ранней публикации отражали интересы фирм, выпускавших УЗО только типа АС, но сейчас этим объяснить публикацию [1] невозможно, так как ситуация изменилась — практически все изготовители предлагают УЗО типа А, в том числе с номинальным током срабатывания 10 мА, которые, по мнению автора, нельзя использовать для защиты даже одной стиральной машины.
Возможно, что публикации [1, 5] вызваны техническими заблуждениями автора, но отсутствие подтверждения высказанных опасений в течение почти пятнадцати лет могли бы побудить автора «основного правила» разобраться в сути волнующего его вопроса, причем попытка этого делалась им в публикации [2], где приведен более ранний вариант «основного правила».
Невольно приходит мысль, что «основное правило» — это просто затянувшаяся мистификация, рассчитанная на низкий интерес к надуманной проблеме или на недостаточное внимание читателей, окончательно запутанных автором «основного правила» его критикой общепринятых понятий и предложениями по их изменению.
Выводы
1. Предлагаемое «основное правило» применения УЗО носит декларативный характер, лишено конкретных критериев, противоречит общепринятым принципам выбора УЗО, в том числе приведенным в ПУЭ и публикациях МЭК. Сопоставление тока утечки электрооборудования и нижнего предела тока расцепления УЗО при обосновании «основного правила» выполнено некорректно, без учета величины и формы напряжения, прикладываемого к изоляции, не дан ответ и на вопрос, как суммировать токи утечки синусоидальной и иной формы. Примеры использования «основного правила» не увязаны с его содержанием, противоречат ему, показывают, что сам автор «основного правила» не захотел руководствоваться своим же предложением, влекущим абсурдные результаты.
Автор «основного правила», критикуя требование ПУЭ в части выбора УЗО, не смог предложить его уточненной формулировки.
2. Терминология, примененная в «основном правиле», не соответствует действующим стандартам, упомянутым в публикации, в ней отсутствуют пояснения использованных словосочетаний, не выдержано в ней и единство терминологии. Совершенно непонятно, как член группы поддержки I «Термины и определения» ТК 64 МЭК, замечающий терминологические неточности в стандартах, и в статьях других авторов, так небрежно относится к терминологии в своих публикациях.
3. Настойчиво распространяемые автором «основного правила» домыслы в части применения УЗО, неверная трактовка отечественных и международных стандартов и правил является порочной практикой, так как это может породить у недостаточно подготовленных читателей сомнения в целесообразности использования УЗО типа А, в эффективности их работы, в правильности их выбора. Это, в конечном итоге, не способствует повышению уровня электрической безопасности в низковольтных электроустановках зданий.
Литература
1. Харечко Ю. В. Анализ основного правила применения устройств дифференциального тока в электроустановках зданий//Энергоэффективность, энергобезопасность, энергонадзор. — 2013. — № 2.
2. Харечко В. Н., Харечко Ю. В. О токе замыкания на землю, токе утечки и дифференциальном токе//Главный энергетик. — 2007. — № 7.
3. ГОСТ Р 50571.1–2009 (МЭК 60364-1:2005) Электроустановки низковольтные. Часть 1. Основные положения, оценка общих характеристик, термины и определения.
4. ГОСТ Р МЭК 60990–2010 Методы измерения тока прикосновения и тока защитного проводника.
5. Харечко В. Н., Харечко Ю. В. Особенности применения устройств защитного отключения в электроустановках, выполненных из металла//Вестник Госэнергонадзора. — 1999. — № 3.
6. Грунский Г. И., Шварц Г. К. Функциональное исполнение устройств защитного отключения и электробезопасность зданий//Вестник Госэнергонадзора. — 2000. — № 1.
7. Грунский Г. И., Шварц Г. К. Электронные УЗО — домыслы и реальность//Светотехника. — 2004. — № 5.
Г.К. Шварц,
ООО «Мир Технологий» (г. Ставрополь), технический консультант, инженер, специалист в области электрических аппаратов
Уже на протяжении длительного времени делаются попытки внести сомнения в целесообразности применения устройств защитного отключения типа А, реагирующих как на дифференциальный переменный ток, так на дифференциальный пульсирующий постоянный ток. Одним из таких примеров является публикация [1], целью которой является «анализ основного правила применения устройств дифференциального тока в электроустановках зданий», предложенного автором публикации. Ниже показана ошибочность положений «основного правила», которое автором сформулировано так: «Максимальный ток утечки в электрических цепях, защищаемых устройством дифференциального тока, должен быть меньше его минимально возможного отключающего дифференциального тока».
Примечание 1 — Цитируемые фрагменты выделены курсивом.
Примечание 2 — Это, по крайней мере, второй вариант «основного правила». Известен более ранний вариант, изложенный в публикации [2] с иной формулировкой: «Максимальный ток утечки в электрических цепях, защищаемых устройством защитного отключения, должен быть меньше его номинального неотключающего дифференциального тока». Интересно, как будет сформулирован следующий вариант «основного правила», останется ли он «основным правилом» или станет «основным законом».
Бессмысленность «основного правила»
Каждый, кто занимается выбором какого-либо защитного устройства, руководствуется следующим принципом: для предотвращения нежелательного срабатывания защитного устройства максимально допустимое значение подводимой величины на его входе должно быть меньше минимально возможного значения подводимой величины, при котором оно срабатывает. Подводимой величиной может быть ток, напряжение, температура, давление и другое. Сомнительно, что если в качестве подводимой величины указать «ток утечки (дифференциальный ток)», то указанный принцип может считаться оригинальным «основным правилом». Более того, предлагаемое «основное правило» не содержит обоснованных соотношений между током утечки и номинальными параметрами УЗО, не может быть применено без дополнительных пояснений, которые следует искать в публикации [1]. Неужели автор «основного правила» искренне полагает, что рассматриваемая публикация, предлагающая изменить соответствующее требование ПУЭ, должна целиком войти в ПУЭ?
Терминология
В «основном правиле» использован термин «устройство дифференциального тока» (УДТ). Однако в перечне литературы, приведенном в публикации, указаны нормативные документы, в которых применены иные термины: в ГОСТ Р 51326.1 — «автоматические выключатели дифференциального тока без встроенной защиты от сверхтоков» (ВДТ), в ГОСТ Р 51327.1 — «автоматические выключатели дифференциального тока со встроенной защитой от сверхтоков» (АВДТ), в ГОСТ Р 50571.3 — «защитное устройство дифференциального тока» (УДТ), в ПУЭ — «устройства защитного отключения» (УЗО). Правда, в ГОСТ Р 51327.1 установлены требования к «устройству дифференциального тока», но УДТ по этому стандарту может быть использовано для защиты только совместно с автоматическим выключателем, с которым оно должно собираться. В стандарте ГОСТ Р 50571.1 [3] содержится пояснение, что «в национальной нормативной документации вместо термина “устройство дифференциального тока” применяют термин “устройство защитного отключения”».
В связи с этим представляется, что использование термина «устройство дифференциального тока» без каких-либо объяснений некорректно, тем более что «основное правило» противопоставлено соответствующему требованию ПУЭ, в котором этот термин не использован.
Примечание — Сокращенное обозначение «УЗО» следует понимать как обобщенное обозначение защитных устройств, управляемых дифференциальным током (АВДТ, ВДТ, УДТ, УЗО-Д, УЗО-ДП и т.п.).
В «основном правиле» использовано словосочетание «максимальный ток утечки в электрических цепях», понятие которого не пояснено в публикации [1], оно корреспондируется со словосочетаниями «суммарный ток утечки электрических цепей», «суммарный ток утечки в электрических цепях», «максимальное значение суммарного тока утечки», примененными при анализе «основного правила».
В «основное правило» включено словосочетание «минимально возможный отключающий дифференциальный ток». Такой термин отсутствует в современной нормативной документации. Следовало бы пояснить смысл этого словосочетания, а не заставлять читателей предполагать, что его следует понимать то ли как «наименьшее значение нижнего предела токов расцепления», то ли как «минимальное значение отключающего дифференциального тока».
В публикации утверждается, что «пульсирующие постоянные токи утечки…могут инициировать ложное срабатывание УДТ». Это противоречит понятиям ряда стандартов, которые рассматривают дифференциальный ток, если он превышает нижний предел тока расцепления (при соответствующем угле задержки пульсирующего постоянного тока), как ток замыкания на землю, при недопустимом значении которого защитное устройство может или должно срабатывать (смотри, например, пункт 8.15 ГОСТ Р 51327.1 «Функционирование АВДТ в случае тока замыкания на землю, содержащего составляющую постоянного тока»). Автор «основного правила», вводя новое понятие «пульсирующий постоянный ток утечки», не удосужился дать его определение и сообщить о методике его измерения.
Вызывает недоумение приведенное в публикации утверждение: «в нормальных условиях, когда отсутствуют замыкания на землю, устройства дифференциального тока не должны оперировать». Термин «оперирование» предполагает «перевод подвижного контакта (контактов) из разомкнутого положения в замкнутое и наоборот» (ГОСТ Р 51327.1), обычно под оперированием коммутационного аппарата понимают «изменение оператором коммутационного положения или состояния коммутационного аппарата предусмотренным способом» (ГОСТ 17703), поэтому использование термина «оперирование» вместо терминов «отключение», «срабатывание» является, мягко говоря, некорректным. Такое использование термина «оперирование» может вызвать представление, что, при отсутствии замыканий на землю, УЗО должны блокироваться и не допускать ручное включение и отключение защищаемой цепи, а также то, что УЗО способны не только автоматически разомкнуть контакты, но и замкнуть их без помощи оператора.
Встречаются и другие несуразности, например: «человек прикоснулся к…части, находящейся под напряжением, и через его тело протекает ток замыкания на землю», хотя автору известно различие между понятиями «ток замыкания на землю» и «ток прикосновения», которые отмечены в рассматриваемой публикации.
Еще один пример искажения понятий: «посредством вычисления дифференциального тока УДТ устанавливает факт протекания тока замыкания на землю и отключает электрическую цепь, в которой произошло замыкание на землю». Совершенно очевидно, что УЗО срабатывают не от «факта» повреждения изоляции, а при превышении дифференциальным током тока срабатывания. Известно и то, что не всегда ток замыкания на землю достаточен для срабатывания УЗО, кроме того, в состав УЗО пока еще не входят вычислительные устройства.
Сопоставление тока утечки на землю и нижнего предела тока расцепления
УЗО любого типа (в том числе типа АС и А) имеют специфические характеристики, в число которых входят: номинальный отключающий дифференциальный ток IΔn (номинальный ток срабатывания), при котором и выше которого УЗО должны отключаться, и неотключающий дифференциальный ток IΔnо (ток несрабатывания), при котором и ниже которого УЗО не должны отключаться. Стандартным значением номинального тока несрабатывания является 0,5IΔn. Фактический отключающий дифференциальный ток (ток срабатывания) каждого УЗО должен находиться в диапазоне от 0,5IΔn до IΔn, он зависит от тока уставки — заводской настройки тока срабатывания УЗО.
Для УЗО типа А, срабатывающих при токах на землю, содержащих постоянную составляющую — сглаженную или пульсирующую, введены дополнительные характеристики: угол задержки тока α, нижний и верхний пределы тока расцепления при дифференциальном пульсирующем постоянном токе (таблица 1, столбцы 1–3).
Таблица 1
Для нормирования и проверки характеристик УЗО типа А приняли, что дифференциальный пульсирующий постоянный ток имеет форму, создаваемую однополупериодным выпрямителем с регулируемой задержкой начала протекания тока. Увеличение угла задержки тока влечет понижение напряжения Ui, прикладываемого к изоляции (таблица 1, столбец 4). Так, если в главной цепи УЗО при синусоидальном переменном напряжении питающей сети Ue дифференциальный ток был равен 0,5IΔn, то, в связи с уменьшением напряжения изоляции, при угле задержки 0 этот ток уменьшится до 0,35IΔn, при угле задержки 90 — до 0,25IΔn, при угле задержки 135 — до 0,11IΔn.
Сравнение полученных значений дифференциального пульсирующего постоянного тока, скорректированных с учетом понижения напряжения при различных углах задержки тока, и нормированных значений нижнего предела тока расцепления показывает их полное совпадение. Это значит, что нижний предел тока расцепления определен перерасчетом номинального неотключающего дифференциального тока с учетом уменьшения напряжения изоляции при соответствующем угле задержки. При этом УЗО типа А при дифференциальном пульсирующем постоянном токе могут сработать только при выполнении условия, что сопротивление защищаемой цепи относительно земли снизилось до определенного значения, которое не зависит от формы дифференциального тока.
Из вышеизложенного следует, что, если ток утечки синусоидальной формы в защищаемой цепи не превышает неотключающий дифференциальный ток УЗО типа А, нежелательные срабатывания не будут происходить как при дифференциальном синусоидальном токе, так и при дифференциальном пульсирующем постоянном токе.
Автор «основного правила» допускает ошибку, сопоставляя ток утечки, измеренный при синусоидальном переменном напряжении, с нижним пределом тока расцепления, нормированным для дифференциального пульсирующего постоянного тока. Это противоречит, в частности, ГОСТ Р МЭК 60990 [4], который устанавливает, что при измерении тока прикосновения, «если пороговое значение указано для постоянного тока, следует измерить значение постоянного тока и сравнить его с пороговым значением». Применительно к рассматриваемому случаю это указание следует понимать следующим образом: так как нижний предел тока расцепления указан для дифференциального пульсирующего постоянного тока, то следует измерить значение дифференциального тока (тока утечки) при соответствующем пульсирующем постоянном напряжении и сравнить с нижним пределом тока расцепления.
Этот принцип пытался использовать автор «основного правила» в публикации [2], в которой предлагал сравнивать токи одинаковой формы: «максимальный синусоидальный ток утечки в электрических цепях, подключенных к УЗО типов АС и А, должен быть меньше 0,50I∆n. Максимальный пульсирующий постоянный ток утечки в электрических цепях, подключенных к УЗО типа А, должен быть меньше 0,11I∆n». Однако эти требования невыполнимы при дифференциальном токе, содержащем переменный ток в сочетании с пульсирующим постоянным током, так как УЗО реагируют не на отдельные составляющие дифференциального тока, а на векторную сумму мгновенных значений токов, протекающих в его главной цепи.
Суммирование токов утечки
Поставив вопрос, «как определить суммарные токи утечки в электрических цепях электроустановки здания», автор «основного правила» отмечает, что «вычисление суммарного тока утечки от различных бытовых приборов не является результатом арифметической суммы и должно быть откорректировано посредством коэффициента 0,7/0,8». Однако в примере с тремя персональными компьютерами их суммарный ток утечки принят равным 10,5 мА, то есть применено арифметическое суммирование токов утечки каждого ПК, что показывает пренебрежение автором своим же утверждением.
В публикации [1] отмечается, что «исключить ложные срабатывания устройства дифференциального тока можно только в том случае, если суммарный ток утечки будет находиться в зоне 1», которая «включает в себя синусоидальные дифференциальные токи…и пульсирующие постоянные дифференциальные токи».
О том, как суммировать синусоидальный ток с пульсирующим постоянным током, как суммировать пульсирующие постоянные токи с различными углами задержки, как учитывать при суммировании токов возможное несовпадение полярности «пульсирующего постоянного тока утечки» нескольких электроприемников, автор предпочел умолчать.
Автор «основного правила» выдвигает требование, что «при проектировании электроустановок зданий необходимо учитывать значения максимально допустимых токов утечки, защитного проводника и прикосновения различного электрического оборудования, руководствуясь основным правилом применения устройств дифференциального тока». Однако это утверждение не увязано с предлагаемым «основным правилом», в формулировке которого упомянут только «максимальный ток утечки».
Использование «основного правила»
Автор публикации [1], якобы «руководствуясь основным правилом применения устройств дифференциального тока», в примерах его использования утверждает, что к одному УЗО типа А с номинальным отключающим дифференциальным током 30 мА можно подключать одну стиральную машину или не более трех персональных компьютеров. Такое утверждение сразу же вызывает вопрос о достоверности, ведь максимально допустимые токи утечки одной стиральной машины и одного ПК одинаковы, сомнительно, что УЗО почему-то более чувствительны к току утечки стиральной машины.
Сомнения о добросовестности автора еще более усиливаются, если попытаться скрупулезно применить «основное правило» для выбора УЗО. Несложно убедиться, что максимальный ток утечки одной стиральной машины, равный 3,5 мА, будет больше 0,11IΔn, если номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО превысит 32 мА. Сумма максимальных токов утечки трех ПК, равная 7,35 мА (с учетом коэффициента 0,7), будет больше 0,11IΔn, если номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО превысит 67 мА. Учитывая, что ряд стандартных значений номинального отключающего дифференциального тока включает 10, 30, 100 мА, то, следуя «основному правилу», для защиты одной стиральной машины или трех ПК необходимо применять УЗО с IΔn = 100 мА.
Абсурдность «основного правила» очевидна, так как оно не соответствует мировому опыту, фактически исключает возможность использования УЗО типа А с номинальным отключающим дифференциальным током 6, 10 и 30 мА для защиты электрооборудования с током утечки до 3,5 мА, понуждает отказаться от применения УЗО типа А для дополнительной защиты, хотя, в соответствии с действующими стандартами и ПУЭ, для дополнительной защиты можно использовать только УЗО с номинальным отключающим дифференциальным током, не превышающим 30 мА.
Автор «основного правила» скептически оценивает возможность использования УЗО типа А с номинальным отключающим дифференциальным током 10 мА. Он допускает их применение, но предупреждает, что «вследствие того, что устройство дифференциального тока с номинальным отключающим дифференциальным током 10 мА имеет нижний предел тока расцепления, соизмеримый с током утечки одного электроприемника, таким УДТ можно защищать конечную электрическую цепь, имеющую, как правило, только один электроприемник». Но и это утверждение опровергает примером со стиральной машиной, в котором, сообщая, что «максимально допустимый ток утечки для нее установлен равным 3,5 мА», автор безосновательно утверждает, что «в главной цепи устройства дифференциального тока могут появиться пульсирующие постоянные токи утечки, равные 1,1–3,5 мА, которые могут инициировать ложное срабатывание УДТ». В связи с этим делается вывод, что «стиральную машину следует подключать к устройству дифференциального тока типа А с номинальным отключающим дифференциальным током 30 мА».
Сомнительно, что у автора «основного правила» есть хоть какие-либо доказательные основания утверждать, что у стиральной машины с током утечки 3,5 мА «пульсирующий постоянный ток утечки» останется на неизменном уровне 3,5 мА при понижении напряжения изоляции в 1,4–4,5 раза в зависимости от угла задержки тока. Но, даже предположив о наличии тока утечки, равного 3,5 мА при угле задержки α = (0–135), неясно, почему нужно считать нежелательным срабатывание УЗО типа А с IΔn = 10 мА, если защищаемая стиральная машина достигла неисправного состояния, при котором ее сопротивление изоляции стало в 1,4–4,5 раза меньше минимально допустимого.
Требования ПУЭ
Автор публикации [1] предлагает «основное правило» для использования вместо соответствующего требования, приведенного в ПУЭ. Попытаемся увидеть «серьезные ошибки», которые, как уверяет автор «основного правила», допущены в пункте 7.1.83 ПУЭ «Суммарный ток утечки сети с учетом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников в нормальном режиме работы не должен превосходить 1/3 номинального тока УЗО. При отсутствии данных ток утечки электроприемников следует принимать из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки сети — из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника».
Терминология в ПУЭ иногда отличается от терминологии, используемой в стандартах, что может быть объяснено следующим. В отличие от стандартов, предназначенных для использования квалифицированными специалистами, ПУЭ излагают выражениями, более понятными широкому кругу потребителей электроэнергии (например, вместо специализированного термина «отключающий дифференциальный ток» использован термин «ток срабатывания»). В ПУЭ использован и общепринятый термин «устройства защитного отключения (УЗО)».
Выражение «суммарный ток утечки…в нормальном режиме работы» однозначно определяет, что речь идет об электроустановке, в которой отсутствуют повреждения изоляции, приводящие к току замыкания на землю. Для выбора УЗО обычно используют предельные значения тока утечки (тока прикосновения) электроприемников в защищаемой цепи, которые приведены в нормативной документации. Токи утечки одновременно работающих электроприемников должны быть просуммированы, согласно ПУЭ, без поправочного коэффициента, что может несколько завысить суммарный ток утечки, но это приведет к снижению вероятности нежелательных срабатываний УЗО. При выборе УЗО допускается так же использовать расчетное значение тока утечки, определенное по величине тока нагрузки.
Суммарный ток утечки защищаемой цепи, включающий токи утечки электроприемников, измеренные при синусоидальном напряжении, сопоставляют с номинальным током срабатывания УЗО, при проверке которого используют синусоидальный испытательный ток.
Суммарный ток утечки должен быть меньше 1/3 номинального тока срабатывания УЗО, то есть существенно (в 1,5 раза) ниже его тока несрабатывания. Аналогичное соотношение между суммарным током утечки и номинальным током срабатывания УЗО рекомендовано и в техническом отчете МЭК 62350, упомянутом в публикации [1]. Этот запас предназначен для снижения вероятности нежелательных срабатываний УЗО, он учитывает возможное увеличение тока утечки в связи с установкой в защищаемой цепи дополнительного электрооборудования, с наличием временных перенапряжений в питающей сети, со старением изоляции, а также другие обстоятельства, требующие отдельного рассмотрения.
«Грубой ошибкой», по мнению автора, является то, что вместо термина «номинальный отключающий дифференциальный ток» использован термин «номинальный ток». Трудно предположить, что в термине «номинальный ток срабатывания», являющемся синонимом термина «номинальный отключающий дифференциальный ток», последнее слово пропущено специально, что это не досадная оплошность, тем более что в предыдущих и последующих пунктах ПУЭ (7.1.79, 7.1.82, 7.1.84, 7.1.85) выделена основная характеристика УЗО — ток срабатывания.
Автор «основного правила» так и не привел измененной формулировки требования ПУЭ, в которой, по его мнению, должен быть учтен «пульсирующий постоянный ток утечки». Кстати, отметим, что этот ток не упомянут в формулировке «основного правила».
История мистификации
Попытки подвергнуть сомнению действующие в РФ указания в части применения УЗО типа А предпринимались автором «основного правила» неоднократно. Домыслы о том, что «УЗО типа “А” может сработать при пульсирующем постоянном дифференциальном токе, немного превышающем величину 0,11IΔn, что существенно меньше нормативной величины, равной 1/3IΔn», впервые приведенные в публикации [5], затем были развиты до рассматриваемого «основного правила».
Об ошибочном мнении автора публикации [5], о некорректности сравнения тока утечки, нормированного при синусоидальном напряжении, с нижним пределом дифференциального пульсирующего постоянного тока, об ошибках в терминологии, об игнорировании опыта использования УЗО типа А в РФ и других странах, о результатах экспериментальных исследований одного из УЗО типа А отечественного производства, опровергающих домыслы автора публикации, сообщалось неоднократно [6, 7]. Однако эти разъяснения не переубедили автора публикаций [1, 5], доводы оппонентов им не были приняты во внимание, стремление опорочить УЗО типа А проявилось и в его других публикациях, размещенных в различных технических журналах и в сети Интернет.
Цель этих публикаций трудно понять. Можно предположить, что утверждения автора самой ранней публикации отражали интересы фирм, выпускавших УЗО только типа АС, но сейчас этим объяснить публикацию [1] невозможно, так как ситуация изменилась — практически все изготовители предлагают УЗО типа А, в том числе с номинальным током срабатывания 10 мА, которые, по мнению автора, нельзя использовать для защиты даже одной стиральной машины.
Возможно, что публикации [1, 5] вызваны техническими заблуждениями автора, но отсутствие подтверждения высказанных опасений в течение почти пятнадцати лет могли бы побудить автора «основного правила» разобраться в сути волнующего его вопроса, причем попытка этого делалась им в публикации [2], где приведен более ранний вариант «основного правила».
Невольно приходит мысль, что «основное правило» — это просто затянувшаяся мистификация, рассчитанная на низкий интерес к надуманной проблеме или на недостаточное внимание читателей, окончательно запутанных автором «основного правила» его критикой общепринятых понятий и предложениями по их изменению.
Выводы
1. Предлагаемое «основное правило» применения УЗО носит декларативный характер, лишено конкретных критериев, противоречит общепринятым принципам выбора УЗО, в том числе приведенным в ПУЭ и публикациях МЭК. Сопоставление тока утечки электрооборудования и нижнего предела тока расцепления УЗО при обосновании «основного правила» выполнено некорректно, без учета величины и формы напряжения, прикладываемого к изоляции, не дан ответ и на вопрос, как суммировать токи утечки синусоидальной и иной формы. Примеры использования «основного правила» не увязаны с его содержанием, противоречат ему, показывают, что сам автор «основного правила» не захотел руководствоваться своим же предложением, влекущим абсурдные результаты.
Автор «основного правила», критикуя требование ПУЭ в части выбора УЗО, не смог предложить его уточненной формулировки.
2. Терминология, примененная в «основном правиле», не соответствует действующим стандартам, упомянутым в публикации, в ней отсутствуют пояснения использованных словосочетаний, не выдержано в ней и единство терминологии. Совершенно непонятно, как член группы поддержки I «Термины и определения» ТК 64 МЭК, замечающий терминологические неточности в стандартах, и в статьях других авторов, так небрежно относится к терминологии в своих публикациях.
3. Настойчиво распространяемые автором «основного правила» домыслы в части применения УЗО, неверная трактовка отечественных и международных стандартов и правил является порочной практикой, так как это может породить у недостаточно подготовленных читателей сомнения в целесообразности использования УЗО типа А, в эффективности их работы, в правильности их выбора. Это, в конечном итоге, не способствует повышению уровня электрической безопасности в низковольтных электроустановках зданий.
Литература
1. Харечко Ю. В. Анализ основного правила применения устройств дифференциального тока в электроустановках зданий//Энергоэффективность, энергобезопасность, энергонадзор. — 2013. — № 2.
2. Харечко В. Н., Харечко Ю. В. О токе замыкания на землю, токе утечки и дифференциальном токе//Главный энергетик. — 2007. — № 7.
3. ГОСТ Р 50571.1–2009 (МЭК 60364-1:2005) Электроустановки низковольтные. Часть 1. Основные положения, оценка общих характеристик, термины и определения.
4. ГОСТ Р МЭК 60990–2010 Методы измерения тока прикосновения и тока защитного проводника.
5. Харечко В. Н., Харечко Ю. В. Особенности применения устройств защитного отключения в электроустановках, выполненных из металла//Вестник Госэнергонадзора. — 1999. — № 3.
6. Грунский Г. И., Шварц Г. К. Функциональное исполнение устройств защитного отключения и электробезопасность зданий//Вестник Госэнергонадзора. — 2000. — № 1.
7. Грунский Г. И., Шварц Г. К. Электронные УЗО — домыслы и реальность//Светотехника. — 2004. — № 5.