Модульная электронная дифференциальная защита

Этот топик будет полезен прежде всего электрикам всех разновидностей, но и остальным почитать будет не вредно.
Тема довольно сложная и неоднозначная, если что, в комментариях дополняйте и поправляйте.

Дифференциальная защита цепи (дифзащита) – это рекомендуемый, а в некоторых случаях необходимый элемент щитовой автоматики, который повышает безопасность электроустановки (электропроводки). Следует помнить, что дифзащита – это в большинстве случаев дополнительная мера обеспечения безопасности, она только дополняет основные меры (изоляция, ограждение, заземление и др.)

Для защиты от поражения электротоком при прямом прикосновении, номинальный ток срабатывания УЗО должен быть не более 30мА. УЗО с более высоким током срабатывания (100мА, 300мА и более), предназначены для защиты от возгорания электропроводки при нарушении изоляции. УЗО с низким током отключения (10-15мА) предназначены для установки на отдельную линию во влажных помещениях, но там также допустимо ставить УЗО на стандартные 30мА.

По собственному опыту, могу добавить, что линия под дифзащитой 30мА рукой на землю бьёт без последствий, проходит 3-4 полупериода, за которые даже испугаться не успеваешь — защита быстро срабатывает. Внимание, не проверять, опасно!

Если в устройство защитного отключения (УЗО) дополнительно встроена защита от сверхтока, то их называют дифференциальными автоматическими выключателями (дифавтоматами, дифами). Т.е. диф — это сборка автоматический выключатель + УЗО. Следует учитывать, что простое УЗО не может размыкать токи короткого замыкания (ТКЗ), т.к. в них отсутствует система быстрого гашения дуги.
УЗО и дифавтоматы я буду проверять аналогично, т.к. дифференциальная часть у них одинакова.

Согласно ГОСТ Р 51326.1-99, ток отключения дифзащиты должен составлять 0,5-1 от его номинального тока отключения, т.е. УЗО на 30мА должно сработать в диапазоне токов утечки 15-30мА.
Высокая чувствительность это не всегда плюс — УЗО не должно срабатывать от естественных и нормируемых токов утечки бытовых приборов.
Нормируемый ток утечки (емкостной и активный) не должен превышать 1/3 от номинального тока отключения, т.е. для УЗО 30мА расчётный нормируемый ток утечки не должен превышать 10мА. По этой причине не удаётся поставить единственное УЗО на 30мА на большой частный дом — будут ложные срабатывания. Но например для маленькой квартиры с газом, такой вариант вполне допустим.

По принципу действия, все устройства дифзащиты делятся на 2 большие группы — электромеханические и электронные.
Электронные устройства отличает наличие электронного усилителя сигнала с дифтрансформатора.
Как ни странно, в современных электромеханических устройствах также есть электронная плата, но она не имеет отдельного сетевого питания и работает от энергии, поступающей с дифтрансформатора. Эта электроника обеспечивает обработку сигнала, например выпрямление, ограничение, фильтрацию, нормализацию порога срабатывания и задержку (для селективных серий)
Например, вот плата из электромеханического дифавтомата DS201 от АВВ (фото cs-cs.net)

Существуют комбинированные устройства, которые совмещают в себе электронное и электромеханическое, но я такие не встречал.

Плюсы электронной дифзащиты
1. Невысокая стоимость
2. Точный и чёткий порог отключения
3. Повышенная стойкость к вибрации и ударам

Минусы электронной дифзащиты
1. Подвод подачи питания обычно разрешается только сверху. Успешно решается правильной компоновкой элементов щита и правильной его разводкой.
2. Возможен выход из строя электронной схемы при сильном импульсном перенапряжении. Решается установкой УЗИП классов 1 и 2 на вводе для ограничения амплитуды выбросов.
3. Постоянно потребляют электричество. Однако, собственное потребление настолько мало, что его можно не учитывать.
4. Работают только при наличии сетевого напряжения. Т.е. при обрыве нуля до дифзащиты, устройство перестаёт выполнять защитные функции. Это самый большой недостаток таких устройств, но и он успешно решается дополнительной установкой реле контроля напряжения + контактора на все входящие токоведущие цепи L и N.

Плюсы электромеханической дифзащиты
1. Работает при отсутствии сетевого напряжения
2. Подключать можно с любой стороны

Минусы электромеханической дифзащиты
1. Более тонкая и сложная механика. Достаточно просто уронить УЗО и оно вероятнее всего перестанет нормально работать.
2. Большой дифференциальный трансформатор занимает много места в корпусе и не позволяет уместить его в один модуль
3. Со временем, уставка срабатывания дифзащиты может заметно уползать, причём в обе стороны.
4. Повышенная стоимость для устройств одного класса.
5. Сложность создания УЗО типа В

По времени срабатывания, устройства делятся на:
обычное — срабатывает мгновенно (менее 0,05с при трёхкратном превышении тока утечки),
S — селективное, срабатывает за время 0,15-0,5с
G — селективное ускоренное, срабатывает за время 0,05-0,15с
Разные производители заявляют разные задержки для S и G типов.

Далее, все УЗО делятся по типу утечки:
АС — срабатывает на переменный ток утечки
А — срабатывает на переменный и пульсирующий ток утечки
В — срабатывает на переменный, пульсирующий и постоянный ток утечки (в реальной жизни я таких УЗО не встречал)

Есть мнение, что в быту необходимо использовать только электромеханическую дифзащиту типа А топовых серий от известных брендов (обычно идут под заказ и стоят неприлично дорого), т.к. всё остальное не обеспечивает нормальный уровень безопасности. По большому счёту, я с этим мнением согласен, но реальность вынуждает искать альтернативные варианты попроще.

В этом топике я покажу возможности той модульки, которую продают в любом подвале и которую обычно используют реальные электромонтажники для простых людей.
Особый интерес представляет проверка способности УЗО типа АС срабатывать на пульсирующий ток утечки типа А.

Поскрёб у себя по сусекам и образовалась небольшая кучка устройств дифзащиты разных фирм, годов и состояния.
Все проверяемые устройства электронного типа и все бюджетного, начального класса.





Специальных приборов для тестирования устройств дифзащиты у меня нет, поэтому собрал простенькую схему, позволяющую создавать переменный, пульсирующий и постоянный регулируемый ток утечки.

Выглядит конечно не очень, но функции тестирования выполняет нормально.

Каждое устройство проверялось на:
— ток потребления и мощность в рабочем режиме при напряжении 230В
— минимальное напряжение, при котором оно срабатывает по утечке тока свыше 30мА
— дифференциальный переменный ток срабатывания (АС)
— дифференциальный пульсирующий ток срабатывания обеих полярностей (А)
— дифференциальный постоянный ток срабатывания (В)
Ток измерялся с учётом постоянной составляющей (режим True RMS AC + DC) при помощи UT71E

Общая структурная схема электронного УЗО

Электронный усилитель усиливает сигнал с дифтрансформатора и подаёт сигнал на соленоид электромагнитного расцепителя. Питается усилитель от силовой цепи уже после контактов.

Начну пожалуй совсем с хлама, который ещё можно найти в продаже.
Дифавтомат iEK АД12 C25 4,5kA 10мА 230V AC (примерно 2010г)


Был специально восстановлен для данного теста заменой дохлого автомата С16 на С25

Конструктивно, представляет собой обычный двухполюсный автоматический выключатель, к которому прицепили независимый расцепитель дифференциального тока.
Разбирается очень просто.

Схему рисовать не стал — оно того не стоит.

Номинал тестового резистора 3,9кОм при напряжении 230В задаёт тестовый ток аж 59мА при номинале 10мА, что за гранью добра.

Ток потребления при напряжении 230В – 2,1мА, потребляемая мощность около 0,5Вт
Минимальное напряжение, при котором устройство способно нормально отключаться встроенной кнопкой Тест – 55В и те-же 55В на внешнюю утечку тока.
При напряжении от 38В до 55В, утечка тока приведёт к сгоранию катушки соленоида, т.к. электроника подаст на него напряжение, но срабатывание защиты не происходит.
Измеренный ток отключения в режиме АС составил 8мА, норма
Измеренный ток отключения в режиме А составил 14мА и 15мА при разной полярности.
Т.е. данное устройство не может нормально работать при пульсирующей утечке тока — срабатывание происходит при повышенном токе утечки относительно номинала 10мА.

Использовать АД12 крайне не рекомендую – убогая конструкция, занимает много места в щите, часто выходит из строя, особенно автоматический выключатель и слабые клеммы дифференциального расцепителя.

Дифавтомат iEK АВДТ32 C16 6kA 30мА А (2013г)
Ранее был в эксплуатации.


Из представленных, это единственное устройство типа А.
Конструкция у данного дифавтомата неразборная, собрана на заклёпках. Ранее, я их неисправные разбирал, но собрать их обратно чтобы они после этого ещё и работали — довольно сложно, да и не имеет смысла.

Использовать не рекомендую – механизм часто заклинивает после срабатывания и его невозможно взвести. Приходится снимать диф из щита и стучать им о стену, чтобы он снова заработал. А что делать, когда под рукой нет запасного, а линия нужна…

Номинал тестового резистора 3,9кОм при напряжении 230В задаёт тестовый ток 59мА.

Ток потребления при напряжении 230В – 2,5мА, потребляемая мощность менее 0,1Вт

Минимальное напряжение, при котором устройство способно нормально отключаться встроенной кнопкой Тест и на внешнюю утечку тока 30мА — 87В.
Если при напряжении 70-87В длительно нажать кнопку Тест, устройство тупо сгорит, т.к. защита сработает, а расцепление не произойдёт – катушка расцепителя остаётся под напряжением и быстро сгорает.

Измеренный ток отключения в режиме АС составил 18мА, норма
Измеренный ток отключения в режиме А составил 20мА и 24мА при разной полярности.
Разница токов срабатывания при разной полярности вызвана скорее всего остаточной намагниченностью сердечника дифтрансформатора.

Дифавтомат EKF АВДТ-63М 230V C10 6kA 30mA AC (2016г, в эксплуатации не был)
Отличается от остальных малыми габаритами (узкий)



Питание можно подавать только на верхние клеммы.
Номинал тестового резистора 3,8кОм при напряжении 230В задаёт тестовый ток 61мА.
Ток потребления при напряжении 230В – 2,9мА, потребляемая мощность менее 0,1Вт
Минимальное напряжение, при котором устройство нормально отключается встроенной кнопкой Тест – 82В. Минимальное измеренное напряжение, при котором устройство срабатывает на внешнюю утечку тока — 40В.
Измеренный ток отключения в режиме АС составил 23мА, норма
Измеренный ток отключения в режиме А составил 27мА и 39мА при разных полярностях, т.е. при пульсирующей утечке тока, устройство нормально не работает, ток срабатывания превышает номинал.

От себя добавлю, что лично мне не нравится продукция EKF серий Basic и PROxima. Про серию Averes ничего сказать не могу, не встречал её никогда. Раньше EKF делали вполне нормальную модульную продукцию, но сейчас её качество скатилось до уровня бюджетного китая. Проблемы как правило с клеммами (много брака), с установкой на толстые дин рейки (они там не фиксируются). Сейчас, стараюсь их не использовать и вам не советую, надеюсь EKF не подаст на меня в суд за антирекламу. В оправдание, я пользуюсь электромонтажным инструментом EKF и он меня устраивает.

УЗО Schneider Electric Easy9 EZ9R34240 230VAC 50/60Hz 40A 4,5kA 30mA AC (2015г)
УЗО было в эксплуатации, временно вынуто из рабочего щита.

На данное УЗО можно подавать питание на нижние клеммы, что редкость для электронных устройств.
Номинал тестового резистора 3,9кОм при напряжении 230В задаёт тестовый ток 59мА.

Ток потребления при напряжении 230В — 6,5мА, потребляемая мощность 0,2Вт

Минимальное напряжение, при котором устройство способно нормально отключаться встроенной кнопкой Тест – 86В и 36В на внешнюю утечку тока.

Измеренный ток отключения в режиме АС составил 25мА, норма
Измеренный ток отключения в режиме А составил 28мА и 28мА при разной полярности, т.е. данное УЗО нормально работает с пульсирующими утечками тока. У меня есть безумное предположение, что тип АС ему присвоили чисто по маркетинговым соображениям, чтобы он не создавал конкуренцию более дорогим устройствам.

Данное УЗО прекрасно разбирается, чем я и воспользовался.
Конструкция оказалась простая и технологичная, печать со стороны SMD густо пролачена для защиты от конденсата.






При коммутации, нулевой полюс соединяется первым, разъединяется последним, всё как и положено.

Схема электрическая принципиальная


Обратно также собирается очень просто, но есть хитрость — пружина взвода ставится на место уже после установки механизма в корпус. Её необходимо поставить правильно горизонтально, иначе усилие взвода будет слишком слабое.

УЗО Schneider Electric Easy9 EZ9R34240 230VAC 50/60Hz 40A 4,5kA 30mA AC (2016г)
В работе не было, долго лежало в ящике


Номинал тестового резистора 3,9кОм при напряжении 230В задаёт тестовый ток 59мА.

Ток потребления при напряжении 230В — 6,5мА, потребляемая мощность 0,2Вт

Минимальное напряжение, при котором устройство способно нормально отключаться встроенной кнопкой Тест – 92В и 35В на внешнюю утечку тока.

Измеренный ток отключения в режиме АС составил 24мА, норма
Измеренный ток отключения в режиме А составил 27мА и 27мА при разной полярности, т.е. данное УЗО нормально работает с пульсирующими утечками тока.

Данное УЗО практически копия предыдущего и разбирать его не имеет смысла.

УЗО Schneider Electric Easy9 EZ9R34240 230VAC 50/60Hz 40A 4,5kA 30mA AC (2020г)
Новое, в работе не было

Ток потребления при напряжении 230В — 6,5мА, потребляемая мощность 0,2Вт

Минимальное напряжение, при котором устройство способно нормально отключаться встроенной кнопкой Тест – 135В и 33В на внешнюю утечку тока 30мА

Измеренный ток отключения в режиме АС составил 25мА, норма
Измеренный ток отключения в режиме А составил 29мА и 29мА при разной полярности

Т.к. это УЗО по измеренным характеристикам отличалось от таких-же предыдущих, я его разобрал для сравнения. Небольшие различия в схеме всё-же есть.

— тестовый резистор установлен номиналом 5,6кОм для создания тестового тока 41мА при 230В. Номинальный тестовый ток 30мА достигается при напряжении сети 168В
— балластный конденсатор установлен от Epcos на 305V вместо 275V, что теоретически повышает надёжность работы УЗО.

Дифавтомат Schneider Electric Easy9 EZ9D34610 230VAC 50/60Hz C10 4,5kA 30mA AC (2020г)

Устройство не новое, но в эксплуатации не было.
Питание можно подавать только на верхние клеммы.
Минимальное напряжение, при котором устройство способно нормально отключаться встроенной кнопкой Тест – 78В и 23В на внешнюю утечку тока.
Ток потребления при напряжении 230В — 8,1мА, потребляемая мощность около 0,25Вт

Номинал тестового резистора 3,9кОм при напряжении 230В задаёт тестовый ток 59мА.

Измеренный ток отключения в режиме АС составил 21мА, норма
Измеренный ток отключения в режиме А составил 24мА и 24мА при разной полярности.

Данное устройство неразборное, ломать не стал, оно мне ещё пригодится.

Дифавтомат Schneider Electric Easy9 EZ9D34616 230VAC 50/60Hz C16 4,5kA / 250A 30mA AC (2019г)




Устройство новое, в эксплуатации не было.
Питание можно подавать только на верхние клеммы
Ток потребления при напряжении 230В — 8,2мА, потребляемая мощность около 0,25Вт
Минимальное напряжение, при котором устройство способно нормально отключаться встроенной кнопкой Тест – 79В и 22В на внешнюю утечку тока.

Номинал тестового резистора 3,9кОм при напряжении 230В задаёт тестовый ток 59мА.

Измеренный ток отключения в режиме АС составил 22мА, норма
Измеренный ток отключения в режиме А составил 26мА и 26мА при разной полярности.

Дифавтомат Schneider Electric Easy9 EZ9D34640 230VAC 50/60Hz C40 4,5kA / 250A 30mA AC (2019г)



Устройство новое, в эксплуатации не было.
Питание можно подавать только на верхние клеммы
Ток потребления при напряжении 230В — 8мА, потребляемая мощность около 0,25Вт
Минимальное напряжение, при котором устройство способно нормально отключаться встроенной кнопкой Тест – 80В и 29В на внешнюю утечку тока 30мА

Номинал тестового резистора 3,9кОм при напряжении 230В задаёт тестовый ток 59мА.

Измеренный ток отключения в режиме АС составил 21мА, норма
Измеренный ток отключения в режиме А составил 25мА и 26мА при разной полярности.

Все устройства дополнительно были проверены на работу после однополупериодного выпрямителя при утечке тока в режиме В (постоянный ток), ни одно не отключилось вплоть до тока 80мА, что впрочем неудивительно – трансформаторы на постоянном токе не работают. При резкой подаче тока свыше 50мА на некоторых устройствах защита всё же иногда срабатывала, но толку от этого нет, т.к. утечка тока может нарастать плавно.

Для удобства, результаты измерений записал в таблицу


Выводы:
– однополупериодный выпрямитель – зло, он не позволяет корректно работать дифференциальной защите типа А и АС в цепи его установки, снижая электробезопасность.
— многие УЗО типа АС нормально срабатывают на утечку пульсирующего тока типа А вопреки распространённому мнению. Лучше поставить нормальное УЗО типа АС чем посредственное типа А.
— не стоит бояться использовать электронные модули нормальных фирм ABB, Siemens, Hager, General Electric, Legrand, Schneider Electric.
— УЗО реально полезный и необходимый элемент щитовой автоматики

Всем удачи и берегите себя.