Что скрывается за дверцей электрощита
Без преувеличения можно сказать, больше половины обывателей не представляют, какое модульное оборудование установлено у них дома. Для них все, что находится за дверцей электрощита, это «автоматы» или, того хуже, «пробки». Подобное незнание приводит к тому, что выбор модульного оборудования осуществляется без должной проработки вопроса, без учета будущих нагрузок и, в лучшем случае, по совету знакомого электрика.
Как результат – плохая защищенность локальных бытовых электросетей от короткого замыкания, перегрузок, а человека от поражения электрическим током и пожаров, а также преждевременная поломка дорогостоящей бытовой техники.
В нашей статье мы поговорим о том, какие модули используются при монтаже систем электроснабжения и по каким параметрам их следует выбирать, а также ответим на самые распространенные вопросы при помощи специалистов компании Schneider Electric.
Виды модульного оборудования. Краткое описание
Ассортимент современного модульного оборудования достаточно широк. Несмотря на то, что все модули внешне похожи, их функционал существенно различается и каждый из них выполняет свою конкретную задачу.
В данную группу входят следующие виды устройств:
— Автоматические выключатели (АВ) или, в просторечии, «автоматы». Функция: размыкание электросети при коротком замыкании или перегрузках. Задача: предохранение электропроводки.
— Устройства защитного отключения (УЗО), также известное как выключатель дифференциального тока (ВДТ). Функция: защита людей от поражения электрическим током при проблемах с электрооборудованием, а также предупреждение пожаров, вызванных замыканиями на землю или токами утечки, например, при повреждении электропроводки.
— Дифференциальные автоматы или автоматические выключатели дифференциального тока (АВДТ). Устройство, которое совмещает в одном корпусе УЗО и автоматический выключатель. Функция: защита электросети не только от коротких замыканий и сверхтоков, но и от утечек из-за повреждений проводки, электроприборов и при попадании под напряжение человека.
— Выключатель нагрузки (рубильник). Простейшее модульное устройство с ручным управлением, предназначенное для включения/выключения электроцепи.
— Реле напряжения. Устройство, осуществляющее непрерывный контроль величины напряжения с целью отключения нагрузки в случае выхода значения напряжения за установленные приделы. Предназначено для защиты всех электроприборов, подключенных к бытовой сети.
— Реле импульсные. Управляющее устройство в сфере освещения, делающее его более комфортным, благодаря централизованному включению и отключению. Применяется на проходных выключателях лестниц, в длинных коридорах, везде, где надо в одном месте включить свет, а в другом выключить.
— Контакторы модульные. Используются для дистанционного управления и контроля нагрузок большой мощности: отопительные системы, системы вентиляции и кондиционирования и т.д, а также в схемах централизованного управления, позволяя отключать все электроприборы за исключением критически важных.
Далее рассмотрим прикладное применение вышеперечисленных модулей в различных бытовых ситуациях.
Короткое замыкание и перегрузка
Одна из самых распространенных ситуаций, связанная с протеканием по сети тока, превышающего значение, на которое эта сеть рассчитана. Простейший пример: включение в одну розетку большого количества электроприборов. Токи перегрузок расплавляют изоляцию проводов и приводят к короткому замыканию. Это, в свою очередь, может привести к возгоранию, поэтому короткое замыкание должно быть ликвидировано за очень короткое время.
Для защиты от высоких токов короткого замыкания и перегрузки используются автоматические выключатели. При выборе конкретной модели автомата необходимо отталкиваться от тока короткого замыкания, который может быть в десятки и даже сотни раз выше номинального. Этот параметр называется отключающая способность. Если ток КЗ будет выше отключающей способности, то с большой вероятностью модуль выйдет из строя, не выполнив свои защитные функции. То есть риск пожара сохраняется. Величина отключающей способности указывается в амперах и имеет наиболее распространенные параметры 3кА, 4,5кА, 6кА.
Однако, зачастую, информация о токе кроткого замыкания конкретного объекта отсутствует, в этом случае исходят из следующего: чем лучше электропроводка, чем больше предполагается нагрузка, тем отключающая способность должна быть выше. Принято считать, что в большинстве случае ток короткого замыкания не превышает 3кА, поэтому рекомендуется выбирать автоматы с нижним пороговым значением 4,5кА, хотя и этот вариант, при всей его доступности, отнюдь не самый надежный.
Учитывая, что в настоящее время характеристики внутридомовых электрических сетей меняются в сторону увеличения потребляемой мощности, мы рекомендуем использовать автоматические выключатели с отключающей способностью 6000а серии Resi 9, производимые компанией Schneider Electric. Resi 9 имеют систему мгновенной коммутации силовых контактов, что обеспечивает длительный срок службы контактной группы автомата и гарантирует долговечность устройства в целом.
Повреждение изоляции и утечка тока
Под утечкой понимают аварийные токи, протекающие между сетевыми проводниками и «землей». Они возникают при повреждении изоляции, когда часть тока из провода уходит на корпус устройства, такое часто случается со стиральными или посудомоечными машинами. Защиту от этих видов повреждений выполняют выключатели дифференциального тока ВДТ или УЗО. Данный модуль также служит для защиты от непреднамеренного прикосновения к оголенной проводке под напряжением. В этом случае УЗО мгновенно отключается и защищает человека от опасных повреждений.
Для защиты людей от поражения электрическим током чаще всего используют УЗО, реагирующие на токи утечки 30 мА. В сырых помещениях, подвалах, детских комнатах применяют аппараты, настроенные на 10 мА. Отключающие устройства, предназначенные для предотвращения пожаров, имеют порог срабатывания 100 мА и выше. Важно понимать, что УЗО не защищает сеть от сверхтоков, в случае возникновения короткого замыкания модуль скорее всего сгорит, но не отработает, ведь при КЗ утечка тока отсутствует. Поэтому применяется УЗО только последовательно с автоматическим выключателем.
Различают 3 типа УЗО, реагирующих на различные виды утечек:
— УЗО типа АС реагирует только на утечки переменного тока.
— УЗО типа А сработает при утечках переменного тока, как тип АС, а также постоянного пульсирующего тока.
— УЗО типа В срабатывает при утечке тока разной формы, частоты и полярности.
Большинство современных приборов, используемых в быту, питаются от импульсных блоков питания, имеют регуляторы мощности или инверторное управление электродвигателем.
Исходя из вышесказанного, очевидно, что следует устанавливать в электрощиты УЗО типа А. Так, например в ассортименте модульного оборудования серии Resi 9 представлен широкий выбор УЗО типа А для защиты электронных устройств класса I. Все выключатели дифференциального тока от Schneider Electric электромеханические, обеспечивающие защиту электрической цепи даже при обрыве нейтрали.
Чем отличается ДИФ-автомат от УЗО
Для большинства людей УЗО и ДИФ-автомат неразличимы. Да, внешне они похожи, имеют схожую маркировку, кнопку теста и включения в работу, но все же это разные устройства. Дифференциальный автомат объединяет в едином корпусе два типа защиты: от перегрузки и короткого замыкания, от токов утечки. Фактически, диф-автомат объединяет в одном корпусе два устройства. Если все так просто, то можно ли заменить УЗО и автоматы на диф-автоматы в целях экономии места?
Действительно, данный модуль позволяет экономить место в распределительных щитах ввиду совмещенности двух устройств, упрощается монтаж и сокращается количество точек подсоединения проводов. Кроме того, в случае срабатывания, размыкаются одновременно все питающие проводники (ноль и фаза). Однако диф-автомат имеет более высокую стоимость, затрудняет поиск причины срабатывания, а при повреждении меняется полностью.
Однако, часто бывают ситуации, когда в уже в смонтированном щите нужно установить УЗО, которое, как правило, занимает 2 модуля, а места не хватает. В этом случае, как раз выход в установке диф-автомата серии Resi 9, которым можно заменить обычный автомат и который будет выполнять функции как УЗО, так и автоматического выключателя. Электромеханические диф.автоматы серии Resi9 имеют два рычажка. Один срабатывает как автомат, если произошло короткое замыкание или перегрев, а другой как УЗО, если произошла утечка. Поэтому определить причину срабатывания диф. автомата не составит труда.
Наилучшим образом диф-автомат раскрывает свои достоинства при установке в отдельных цепях, нуждающихся в особом контроле. Это мощная нагрузка, расположенная в помещениях с высокой влажностью: ванная со стиральной машиной и бойлером, кухня с электроплитой и т.д.
Скачки напряжения
Одна из основных причин выхода из строя электрических приборов — это перепады напряжения в электрической сети. Данная проблема характерна для многоквартирных домов старой постройки и частных домов, подключенных к старым линиям электропередач. Для решения данной проблемы в распределительных щитах устанавливаются реле напряжения, осуществляющие непрерывный контроль величины напряжения электросети. В отличие от стабилизаторов, поддерживающих стабильный уровень напряжения, реле напряжения защищает электрооборудование путем его отключения от сети при недопустимых значениях напряжения.
Реле напряжения, как правило, применяются для защиты всех электроприборов, подключаемых в сеть, это же и является их главным достоинством, при установке общего реле напряжения во вводном электрощите обеспечивается защита всей электросети, тем самым значительно снижается стоимость организации защиты электросети от перепадов напряжения. Еще одним безусловным преимуществом модуля является фиксированная настройка верхнего и нижнего порогов напряжения.
Управление нагрузками и отключение нагрузки
В линейке Resi 9 представлены еще несколько типов модулей. Это импульсное реле, модульный контактор и выключатель нагрузки. Рассмотрим их функционал на реальных примерах.
Модульный контактор. Помимо импульсных реле, управлять бытовой техникой и оборудованием можно при помощи контакторов. Обычно контактор используется для управления мощными нагрузками: освещение, вентиляция или обогрев с повышенными показателями энергопотребления. Кроме того, контактор применяется при монтаже современных систем управления энергопотреблением. Например, через контактор можно запитать все неприоритетные нагрузки дома, а для управления использовать обычный выключатель. Выходя из дома, владелец одним нажатием клавиши обесточивает цепи питания, которые должны быть отключены без утомительного обхода и проверки всех электроприборов. Данная функция существенно повышает пожарную безопасности жилища, а также выполняет функцию энергосбережения.
Линейка модульного оборудования Resi 9 благодаря комплексному подходу позволяет собрать современный электрический щит, который обеспечит надежную и бесперебойную работу ваших электрических устройств и защиту вам и вашему дому.
Модульные автоматические выключатели. Устройство и принцип работы
Модульные автоматические выключатели (далее автоматы) нашли широкое применение в различных электроустановках, от промышленных до бытовых, благодаря своей компактности, простоте конструкции (следовательно надёжности) и невысокой стоимости. Производители выпускают достаточно широкую линейку модульных автоматов с различным числом полюсов (от 1-го до 4-х) на различные номинальные токи, до 125А включительно. Модульными их называют потому, что производятся они в виде одинаковых, по габаритным размерам и принципу устройства, однополюсных модулей, из которых собираются 2-х, 3-х и 4-х полюсные автоматы (т.е. многополюсные автоматы не имеют цельного корпуса, а состоят из соответствующего количества однополюсных модулей). Ширина модуля стандартизирована и равна 17,5 мм. Некоторые модели автоматов имеют ширину корпуса большую, чем ширина стандартного модуля, но, как правило, производители стремятся соблюдать кратность стандартной ширины, что облегчает проектирование внутренней компоновки щитов и шкафов. Кратность при этом может быть дробной с шагом 0,5, например, 1,5, что означает ширину корпуса равную 26,25 мм (на практике 26,5 мм, что несущественно):
Увеличенная ширина корпуса обусловлена, в первую очередь, повышенной отключающей способностью таких автоматов.
Независимо от номинального тока, на который рассчитан автомат, от его отключающей способности, время-токовой характеристики, а так же рода тока (переменный или постоянный), принцип его работы и принцип устройства его узлов одинаков. Все вышеперечисленные параметры определяются конструктивными особенностями отдельных функциональных узлов автомата, которые не оказывают никакого влияния на сам принцип их работы. Фото ниже демонстрирует сказанное:
У представленных автоматов конструктивно отличаются лишь электромагниты (разное число витков и сечение провода), тепловая защита (биметаллическая пластина), устройство гашения дуги (форма дугогасительной камеры, дугогасительная решётка, взаимное расположение проводящих элементов). Остальные элементы конструкции автомата идентичны друг другу, что позволяет существенно упростить (удешевить) их производство за счёт унификации отдельных узлов и деталей.
В модульных автоматах одновременно реализовано два вида защиты: тепловая и электромагнитная.
Тепловая защита (её принято называть тепловым расцепителем) выполнена на биметаллической пластине:
Её свойства таковы, что при нагреве, за счёт разного коэффициента линейного расширения входящих в неё металлов, одна сторона пластины удлиняется больше чем другая. Как следствие, это приводит к её изгибу. Изгиб тем больше, чем выше степень нагрева пластины. Поскольку один конец пластины жёстко зафиксирован, то благодаря тому, что другой конец пластины свободен, при достаточной степени изгиба, она способна воздействовать посредством подвижной скобы на механизм расцепителя:
Нагрев биметаллической пластины обусловлен током, который протекает либо непосредственно через неё, либо, как в случае на фото выше, через опоясывающий её змеевидный проводник. Тем самым подчеркнём, что, несмотря на то, что именно электрический ток вызывает нагрев пластины, степень её нагрева определяется не только величиной тока, но и теплообменом с окружающей средой, и временем, в течение которого протекает этот ток. Очевидно, что часть тепла пластина успевает отдавать в окружающее пространство и скорость теплообмена тем выше, чем больше разница температур окружающей среды и самой пластины. Т.е., при одной и той же величине тока, но при различной температуре окружающей среды, за один и тот же промежуток времени, пластина получит неодинаковую степень нагрева, а следовательно, и степень изгиба. Или, для того чтобы пластина одним и тем же током, но при различной температуре окружающей среды получила одинаковую степень изгиба (например, такую, при которой сможет оказать воздействие на механизм расцепителя), потребуется разное время, однако, при определённых величинах тока и температуры, этого может вовсе не случиться. В качестве аналогии можно представить процесс кипячения воды на морозе, если мощность, скажем кипятильника, недостаточна, вода не закипит никогда, хотя и будет продолжать греться. В связи с этими обстоятельствами, производители оговаривают, что тепловой расцепитель рассчитан на определённый номинальный ток при том условии, что температура окружающей среды равна 30С (иногда эта цифра может быть иной и поэтому всегда будет не лишним посмотреть техническую документации на конкретную модель). Кроме того, из-за разброса различных параметров элементов теплового расцепителя при их производстве, невозможно получить тепловые расцепители с абсолютно одинаковыми характеристиками их работы и, для более точной подстройки, на производстве используют винт юстировки, с помощью которого возможно в некоторой степени сузить разброс, но не свести его к нулю.
На основании изложенного можно сделать вывод:
работа теплового расцепителя зависит от температуры окружающей среды и может иметь достаточно продолжительное время реакции с момента возникновения тока, превышающего номинальный, до момента срабатывания механизма расцепления, от секунд до десятков минут, в зависимости от величины этого тока.
Электромагнитная защита (её принято называть электромагнитным расцепителем или мгновенным расцепителем) реализована с помощью катушки с подпружиненным сердечником:
Известно, что вокруг катушки с током возникает магнитное поле. Под действием сил этого поля сердечник, преодолевая усилие сжатия пружины, втягивается внутрь катушки. Величина смещения сердечника внутрь катушки зависит от упругости пружины и сил магнитного поля, которые, в свою очередь, зависят от количества витков катушки, наличия или отсутствия магнитопровода, усиливающего магнитное поле, и силы тока, протекающего через катушку. Т.е., при определённой величине сил магнитного поля (когда протекающий через катушку ток достиг расчётного значения срабатывания), сердечник втянется настолько, что сможет оказать воздействие на механизм расцепления и он сработает. Скорость втягивания сердечника также зависит от силы тока, но всегда достаточно высока настолько, что в большинстве случаев недоступна для наблюдения человеческим глазом.
Из сказанного можно сделать следующий вывод:
работа электромагнитного расцепителя не зависит от температуры окружающей среды, зависит только от величины, протекающего через него, тока и имеет незначительное время реакции (доли секунд) с момента возникновения тока отключения до момента срабатывания механизма расцепления, именно поэтому его также называют мгновенным расцепителем.
Механизм расцепителя сконструирован таким образом, что при переводе ручки автомата в положение ВКЛ, подвижные части механизма сцепляют подвижный контакт с неподвижным, замыкая электрическую цепь, и одновременно взводят пружину расцепителя. В таком взведенном состоянии расцепитель находится до тех пор, пока не получит спускового воздействия от любого из следующих источников: сердечник электромагнита (мгновенный расцепитель), биметаллическая пластина (тепловой расцепитель), ручка автомата (при переводе её в положение ВЫКЛ), внешнее, по отношению к корпусу автомата, воздействие. Под внешним воздействием подразумевается, в первую очередь, случай многополюсных автоматов. При сборке многополюсных автоматов, не только фиксируют между собой корпуса однополюсных модулей, но и соединяют общей скобой или штифтом ручки автоматов, а также, через отверстия в корпусе, устанавливают специальные штифты, планки или скобы, для передачи спускового воздействия от любого из сработавших модулей остальным:
Т.е. при срабатывании расцепителя одного из однополюсных модулей, входящих в состав многополюсного автомата, посредством такой скобы, спусковое воздействие передаётся на другие модули многополюсного автомата, что гарантирует его надёжное срабатывание, как единого целого.
Здесь можно сделать ещё один важный вывод:
самостоятельно собрать из однополюсных автоматов надёжно работающий многополюсный, не имея соответствующих комплектующих и понимания тонкостей устройства конкретной модели автомата, невозможно! Заклеивание, заматывание и любые другие способы фиксации ручки автомата в положении ВКЛ ничего не дают – механизм расцепителя, при возникновении аварийной ситуации, сработает в любом случае!
Для тех, кому любопытно, фото деталей механизма расцепителя:
Обобщая сказанное, работу автомата можно представить следующим образом (см. все фото выше). При переводе ручки автомата в положение ВКЛ взводится пружина расцепителя и сцепляются подвижный и неподвижный контакты, образуя замкнутую цепь (если, конечно, автомат подключен к сети, а к автомату подключены потребители). Через автомат, по цепи: винтовой зажим, соединённый с тепловым расцепителем – тепловой расцепитель – гибкий проводник – подвижный контакт – неподвижный контакт – электромагнитный расцепитель – винтовой зажим, соединённый с электромагнитным расцепителем (или в обратном направлении, безразлично), начинает протекать электрический ток. При возникновении любого, из перечисленных выше, спускового воздействия, энергия, запасённая взведённой пружиной расцепителя, высвобождается, возвращая весь механизм в исходное состояние и расцепляет подвижный и неподвижный контакты, разрывая, тем самым, электрическую цепь. Но на этом работа автомата не закончена!
Дело в том, что при разрыве электрической цепи с током, между подвижным и неподвижным контактами, ещё в момент начала их расцепления, возникает электрическая дуга. И несмотря на то, что, когда подвижный контакт полностью отойдёт в исходное положение и между подвижным и неподвижным контактами будет полностью отсутствовать металлическая связь (а будет всего лишь воздушный зазор), дуга продолжит горение. И задача автомата, как можно скорее погасить дугу, порождающую своим существованием два вредных фактора.
Первый. Ток, в защищаемой автоматом цепи (а значит, и через нагрузку или место повреждения, например, при КЗ), продолжает протекать до тех пор, пока горит дуга.
Второй. Температура горения дуги достаточно высока, что негативным образом сказывается на целостности автомата и возможности его дальнейшего применения.
Устройство гашения дуги состоит из дугогасительной камеры, дугогасительной решётки, проводящих частей, показанных на предыдущих фото и имеющих красиво изогнутую форму (форма этих элементов подобрана вовсе не ради красоты), а также специальных вкладышей, размещённых на боковых стенках камеры и защищающих эти стенки от прогорания в результате термического действия дуги. Так же, в корпусе автомата предусмотрены отверстия для отвода газов, образующихся во время горения дуги.
Дугу, в некотором приближении, можно представить в виде очень лёгкого нитиевидного проводника с током, который очень легко деформируется и перемещается (приводится в движение в пространстве) под воздействием магнитных сил. Поскольку вокруг любого проводника с током образуется магнитное поле, то, очевидно, эти поля взаимодействуют друг с другом. При этом, направление результирующей силы такого взаимодействия определяется векторным сложением направлений магнитных сил от каждого проводника в отдельности и, разумеется, зависит от взаимной ориентации (геометрии) проводников. Т.е., ток в красиво изогнутых проводящих частях устройства гашения дуги, создаёт, при взаимодействии с магнитным полем тока дуги, такое результирующее направление магнитных сил, которое заставляет дугу двигаться в направлении дугогасительной решётки. Под действием этой результирующей магнитной силы, дуга, с большим ускорением, как бы сдувается в сторону дугогасительной решётки (т.н. метод «магнитного дутья»). Во время ускоренного движения частично охлаждается, теряя энергию. Вблизи решётки также возникают дополнительные магнитные силы (обусловленные специальной формой пластин решётки), которые втягивают дугу внутрь, где она разбивается пластинами решётки на множество маленьких дуг, очень быстро теряющих свою энергию и, в следствие чего, угасающих:
На этом, можно считать, что автомат полностью разорвал электрическую цепь и выполнил свою функцию.
Стоит отметить, что конструкция дугогасительных решёток автоматов, предназначенных для разных родов тока (постоянный или переменный), различна:
Также различны конструкции проводников устройства гашения дуги (см. второе фото в начале статьи) и в конструкцию автомата для постоянного тока добавлен магнит. Связано это, конечно же, с тем, что постоянный ток не изменяет своего направления. Поэтому формирование направления сил «магнитного дутья» иное. В связи с чем, можно сделать вывод:
максимальная эффективность гашения дуги постоянного или переменного тока достигается только при использовании соответствующего автомата, рассчитанного для работы именно с определённым родом тока.
В заключение, можно добавить, что на наш взгляд, визуальная оценка качества автоматов, заключающаяся только лишь в прочтении названия бренда, определении «на зуб» материалов, из которых он изготовлен, или по принципу «аккуратно\ не аккуратно собран» – это совершенная профанация. Понастоящему оценить качество, с некоторой долей ответственности, не вызывающей сомнений, возможно лишь с помощью специальных приборов. Или на основе долгосрочной статистики, которая, впрочем, мало что даёт, так как даже самые дешёвые производители постоянно вносят изменения в свою продукцию. Для разнообразия фото всеми нелюбимого ИЭК, как говорится, найдите десять отличий😉 :
