Устройство защитного отключения ( УЗО ), автоматический выключатель остаточного тока ( УЗО ) или прерыватель цепи замыкания на землю ( УЗО ) [a] — это электротехническое защитное устройство, которое прерывает электрическую цепь , когда ток, проходящий через проводник, не равен и противоположен в обоих направлениях, тем самым указывая на ток утечки на землю или ток, текущий в другой проводник под напряжением. Назначение устройства — снизить тяжесть травмы, вызванной поражением электрическим током . [1] Этот тип прерывателя цепи не может защитить человека, который касается обоих проводников цепи одновременно, поскольку он не может отличить нормальный ток от тока, проходящего через человека. [2]
Если устройство RCD имеет дополнительную защиту от сверхтоков , встроенную в то же устройство, оно называется RCBO. Устройство защитного отключения может быть RCD, хотя также существует более старый тип устройства защитного отключения с управлением по напряжению (ELCB).
Эти устройства предназначены для быстрого прерывания защищаемой цепи, когда они обнаруживают, что электрический ток не сбалансирован между питающим и обратным проводниками цепи. Любая разница между токами в этих проводниках указывает на ток утечки , который представляет опасность поражения электрическим током. Переменный ток частотой 60 Гц свыше 20 мА (0,020 ампер) через тело человека потенциально достаточен для того, чтобы вызвать остановку сердца или серьезный вред, если он сохраняется более малой доли секунды. УЗО предназначены для отключения токопроводящих проводов («срабатывания») достаточно быстро, чтобы потенциально предотвратить серьезные травмы людей и предотвратить повреждение электрических устройств.
УЗО являются проверяемыми и восстанавливаемыми устройствами — кнопка проверки безопасно создает небольшое состояние утечки, а другая кнопка сбрасывает проводники после устранения неисправности. Некоторые УЗО отключают как запитанный, так и обратный проводники при неисправности (двухполюсные), в то время как однополюсные УЗО отключают только запитанный проводник. Если неисправность оставила обратный провод « плавающим » или не достигла ожидаемого потенциала земли по какой-либо причине, то однополюсные УЗО оставят этот проводник все еще подключенным к цепи при обнаружении неисправности.
![Логарифмический график влияния переменного тока I длительностью T, проходящего от левой руки к ногам, как определено в IEC 60479-1[3]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7f/IEC_TS_60479-1_electric_shock_graph.svg/1280px-IEC_TS_60479-1_electric_shock_graph.svg.png)
Устройство защитного отключения (GFCI)
Устройство GFCI указано в UL 943 и имеет порог срабатывания, чтобы гарантировать возможность отпускания. Порог отпускания был установлен путем тестирования CF Dalziel и опубликован как часть документа IEEE под названием «Токи отпускания и напряжение». Устройство, указанное в GFCI, является обязательным во многих приложениях в рамках Национального электротехнического кодекса (NFPA 70). Раздел 210.8 этого Кодекса установки является основным источником требований к установке GFCI, но другие требования можно найти в главах 5, 6 и 7 NEC.
УЗО предназначены для отключения цепи в случае утечки тока. [4] В первом внедрении в 1950-х годах энергетические компании использовали их для предотвращения хищения электроэнергии, когда потребители заземляли возвратные цепи, а не подключали их к нейтрали, чтобы помешать электросчетчикам регистрировать потребление электроэнергии.
Наиболее распространенное современное применение — это устройство безопасности для обнаружения небольших токов утечки (обычно 5–30 мА) и достаточно быстрого отключения (<30 миллисекунд) для предотвращения повреждения устройства или поражения электрическим током . [5] Они являются неотъемлемой частью автоматического отключения питания (ADS), то есть для отключения при возникновении неисправности, а не для того, чтобы полагаться на вмешательство человека, одного из основных принципов современной электротехнической практики. [6]
Чтобы снизить риск поражения электрическим током, УЗО должны срабатывать в течение 25–40 миллисекунд при любых токах утечки [ необходимо разъяснение ] (через человека) более 30 мА, прежде чем электрический удар может привести сердце к фибрилляции желудочков , наиболее распространенной причине смерти от электрического удара. Напротив, обычные автоматические выключатели или предохранители разрывают цепь только тогда, когда общий ток становится чрезмерным (что может быть в тысячи раз больше тока утечки, на который реагирует УЗО). Небольшой ток утечки, например, через человека, может быть очень серьезной неисправностью, но, вероятно, не увеличит общий ток достаточно для того, чтобы предохранитель или автоматический выключатель перегрузки изолировали цепь, и недостаточно быстро, чтобы спасти жизнь.
УЗО работают, измеряя баланс тока между двумя проводниками с помощью дифференциального трансформатора тока . Он измеряет разницу между током, текущим через фазный проводник , и током, возвращающимся через нейтральный проводник . Если они не равны нулю, происходит утечка тока куда-то еще (на землю или в другую цепь), и устройство размыкает свои контакты. Для работы не требуется, чтобы ток короткого замыкания возвращался через заземляющий провод в установке; отключение будет работать так же хорошо, если обратный путь проходит через водопровод или контакт с землей или что-либо еще. Таким образом, автоматическое отключение и мера защиты от поражения электрическим током по-прежнему обеспечиваются, даже если заземляющая проводка установки повреждена или неполная.
Для УЗО, используемого с трехфазным питанием , все три токоведущих проводника и нейтраль (если установлена) должны проходить через трансформатор тока.
Электрические вилки со встроенным УЗО иногда устанавливаются на приборах, которые могут считаться представляющими особую опасность, например, длинные удлинители, которые могут использоваться на открытом воздухе, или садовое оборудование или фены, которые могут использоваться рядом с ванной или раковиной. Иногда встроенное УЗО может использоваться для выполнения функции, аналогичной той, что находится в вилке. При установке УЗО в удлинитель обеспечивается защита на любой используемой розетке, даже если в здании старая проводка, например, ручка и трубка , или проводка, которая не содержит заземляющего проводника. Встроенное УЗО также может иметь более низкий порог срабатывания, чем здание, для дальнейшего повышения безопасности определенного электрического устройства.
В Северной Америке розетки GFI могут использоваться в случаях, когда нет заземляющего проводника, но они должны быть маркированы как «без заземления оборудования». Это указано в разделе 406 (D) 2 Национального электротехнического кодекса, однако кодексы меняются, и кто-то всегда должен консультироваться с лицензированным специалистом и местными отделами строительства и безопасности. [7] Код: Незаземленная розетка GFI сработает при нажатии встроенной кнопки «тест», но не сработает при использовании тестовой вилки GFI, поскольку вилка тестируется путем пропускания небольшого тока от линии к несуществующему заземлению. Стоит отметить, что, несмотря на это, для защиты розеток ниже по течению необходима только одна розетка GFCI в начале каждой цепи. Риска использования нескольких розеток GFI в одной цепи, по-видимому, не существует, хотя это считается избыточным.
В Европе УЗО могут устанавливаться на той же DIN-рейке , что и миниатюрные автоматические выключатели ; подобно миниатюрным автоматическим выключателям, система шин в распределительных щитах и распределительных щитах обеспечивает защиту всего, что находится ниже по цепи.
Чистое УЗО обнаружит дисбаланс токов в питающем и обратном проводниках цепи. Но оно не может защитить от перегрузки или короткого замыкания , как предохранитель или миниатюрный автоматический выключатель (MCB) (за исключением особого случая короткого замыкания между фазой и землей, а не фазой и нейтралью).
Однако RCD и MCB часто интегрируются в одно устройство, что позволяет обнаруживать как дисбаланс питания, так и ток перегрузки. Такое устройство называется RCBO ( выключатель остаточного тока с защитой от перегрузки ) в Европе и Австралии и GFCI ( выключатель замыкания на землю ) в США и Канаде.
На схеме изображен внутренний механизм устройства защитного отключения (УЗО). Устройство предназначено для подключения в линию в шнуре питания прибора. Оно рассчитано на максимальный ток 13 А и рассчитано на срабатывание при токе утечки 30 мА. Это активное УЗО; то есть оно защелкивается электрически и, следовательно, срабатывает при отключении питания, что является полезной функцией для оборудования, которое может быть опасным при неожиданном повторном включении питания . Некоторые ранние УЗО были полностью электромеханическими и полагались на тонко сбалансированные пружинные механизмы с центральным расположением, приводимые в действие непосредственно от трансформатора тока. Поскольку их трудно изготовить с требуемой точностью и они склонны к дрейфу чувствительности как из-за износа шарнира, так и из-за высыхания смазки, в настоящее время доминируют типы с электронным усилением и более прочной соленоидной частью, как показано на рисунке.
Во внутреннем механизме УЗО входящий источник питания и нейтральный проводники подключены к клеммам (1), а выходящие проводники нагрузки подключены к клеммам (2). Заземляющий проводник (не показан) подключен от источника питания к нагрузке без прерывания. При нажатии кнопки сброса (3) контакты ((4) и другой, скрытый за (5)) замыкаются, позволяя току проходить. Соленоид (5) удерживает контакты замкнутыми, когда кнопка сброса отпущена.
Считывающая катушка (6) представляет собой дифференциальный трансформатор тока , который окружает (но не соединен электрически) фазный и нейтральный проводники. При нормальной работе весь ток по фазному проводнику возвращается вверх по нейтральному проводнику. Токи в двух проводниках, таким образом, равны и противоположны и компенсируют друг друга.
Любое замыкание на землю (например, вызванное прикосновением человека к токоведущему компоненту подключенного прибора) приводит к тому, что часть тока возвращается по другому пути, что означает дисбаланс (разницу) тока в двух проводниках (однофазный случай) или, в более общем случае, ненулевую сумму токов из разных проводников (например, три фазных проводника и один нейтральный проводник).
Эта разница вызывает ток в катушке датчика (6), который улавливается схемой датчика (7). Затем схема датчика отключает питание от соленоида (5), а контакты (4) раздвигаются пружиной, отключая подачу электроэнергии к устройству. Отказ питания также отключит питание от соленоида и вызовет размыкание контактов, вызывая безопасное поведение отключения при отключении питания, упомянутое выше.
Кнопка проверки (8) позволяет проверить правильность работы устройства, пропуская небольшой ток через оранжевый тестовый провод (9). Это имитирует неисправность, создавая дисбаланс в катушке считывания. Если УЗО не срабатывает при нажатии этой кнопки, то устройство необходимо заменить. [8]
Защиту от остаточного тока и перегрузки по току можно объединить в одном устройстве для установки в сервисную панель; это устройство известно как выключатель GFCI (прерыватель замыкания на землю) в США и Канаде, и как RCBO (выключатель остаточного тока с защитой от перегрузки по току) в Европе и Австралии. Они фактически являются комбинацией RCD и MCB . [9] В США выключатели GFCI стоят дороже, чем розетки GFCI. [ необходима цитата ]
Помимо того, что для многих устройств GFCI/RCBO требуются как фазные, так и нейтральные входы и выходы (или полные три фазы), для многих устройств GFCI/RCBO требуется функциональное заземление (FE). Это обеспечивает как помехоустойчивость ЭМС, так и надежную работу устройства, если входное нейтральное соединение потеряно, но фаза и земля остаются.
Из-за нехватки места многие устройства, особенно в формате DIN-рейки, используют свободные выводы, а не винтовые клеммы, особенно для входных соединений нейтрали и FE. Кроме того, из-за малого форм-фактора выходные кабели некоторых моделей (Eaton/MEM) используются для формирования первичной обмотки части RCD, а кабели отходящей цепи должны быть проложены через специально рассчитанный туннель клемм с частью трансформатора тока вокруг него. Это может привести к неверным результатам сбоя отключения при тестировании с помощью измерительных щупов от головок винтов клемм, а не от конечной проводки цепи.
Обычно нет необходимости в том, чтобы одно УЗО питало другое, при условии, что они были правильно подключены. Исключением является случай системы заземления TT , где сопротивление контура заземления может быть высоким, что означает, что замыкание на землю может не вызвать достаточного тока для срабатывания обычного автоматического выключателя или предохранителя. В этом случае устанавливается специальное УЗО с задержкой срабатывания на ток 100 мА (или больше), охватывающее всю установку, а затем следует установить более чувствительные УЗО ниже по потоку для розеток и других цепей, которые считаются высокорискованными.
В дополнение к прерывателям цепи замыкания на землю (GFCI) важны прерыватели цепи дугового замыкания (AFCI), поскольку они обеспечивают дополнительную защиту от потенциально опасных дуговых замыканий, возникающих в результате повреждения проводки ответвлений цепи, а также расширений ответвлений, таких как приборы и шнуры. Обнаруживая дуговые замыкания и реагируя прерыванием питания, AFCI помогают снизить вероятность того, что электрическая система дома станет источником возгорания или пожара. Устройства AFCI/GFCI с двойной функцией обеспечивают как электрическую профилактику пожара, так и предотвращение поражения электрическим током в одном устройстве, что делает их решением для многих комнат в доме.
Существуют существенные различия в том, каким образом устройство УЗО будет действовать для отключения питания цепи или прибора.
Существуют четыре ситуации, в которых используются различные типы устройств УЗО:
Первые три из этих ситуаций в основном относятся к использованию в качестве части системы распределения электроэнергии и почти всегда являются пассивными или защелкивающимися , тогда как четвертая относится исключительно к определенным приборам и всегда являются активными или не защелкивающимися . Активный означает предотвращение любой повторной активации источника питания после любой непреднамеренной формы отключения электроэнергии, как только восстанавливается подача электроэнергии; защелка относится к переключателю внутри блока, в котором размещен УЗО, который остается в установленном состоянии после любой формы отключения электроэнергии, но должен быть сброшен вручную после обнаружения состояния ошибки.
В четвертой ситуации было бы крайне нежелательно и, вероятно, небезопасно, чтобы подключенный прибор автоматически возобновлял работу после отключения питания без присутствия оператора – в связи с этим необходима ручная повторная активация УЗО.
Разница между режимами работы двух принципиально разных типов УЗО заключается в том, что для распределения электроэнергии требуется, чтобы внутренняя защелка УЗО оставалась в установленном положении после любого вида отключения питания, вызванного либо выключением питания пользователем, либо любым отключением электроэнергии; такие схемы особенно применимы для подключений к холодильникам и морозильникам.
Вторая ситуация в основном устанавливается так же, как описано выше, но некоторые настенные УЗО подходят и для четвертой ситуации, часто с помощью переключателя на лицевой панели.
УЗО для первой и третьей ситуации обычно имеют номинал 30 мА и 40 мс. Для четвертой ситуации, как правило, имеется больший выбор доступных номиналов — как правило, все они ниже, чем у других форм, но более низкие значения часто приводят к более неприятным срабатываниям. Иногда пользователи применяют защиту в дополнение к одной из других форм, когда они хотят переопределить те, у которых более низкий номинал. Может быть разумно иметь выбор УЗО четвертого типа, поскольку соединения, выполненные в условиях влажности или с использованием длинных силовых кабелей, более склонны к срабатыванию при использовании любого из более низких номиналов УЗО; доступны номиналы вплоть до 10 мА.
Число полюсов представляет собой число проводников, которые прерываются при возникновении неисправности. УЗО, используемые в однофазных источниках переменного тока (два пути тока), таких как бытовые электросети, обычно имеют одно- или двухполюсную конструкцию, также называемую одно- и двухполюсной . Однополюсное УЗО прерывает только находящийся под напряжением проводник, в то время как двухполюсное УЗО прерывает как находящийся под напряжением, так и обратный проводник. (В однополюсном УЗО обратный проводник обычно должен быть под потенциалом земли в любое время и, следовательно, сам по себе безопасен).
УЗО с тремя или более полюсами могут использоваться в трехфазных источниках переменного тока (три пути тока) или также для отключения нейтрального проводника, а четырехполюсные УЗО используются для прерывания трехфазных и нейтральных источников. Специально разработанные УЗО также могут использоваться в системах распределения электроэнергии как переменного, так и постоянного тока.
Для описания способа подключения и отключения проводников с помощью УЗО иногда используются следующие термины:
Чувствительность УЗО выражается номинальным остаточным током срабатывания, обозначаемым I Δn . Предпочтительные значения были определены IEC, что позволяет разделить УЗО на три группы в зависимости от их значения I Δn :
Чувствительность 5 мА типична для розеток GFCI.
Существует две группы устройств. УЗО «мгновенного» действия «G» (общего назначения) не имеют преднамеренной задержки времени. Они никогда не должны срабатывать при половине номинального тока, но должны срабатывать в течение 200 миллисекунд для номинального тока и в течение 40 миллисекунд при пятикратном номинальном токе. УЗО «S» (селективные) или «T» (с задержкой времени) имеют короткую задержку времени. Они обычно используются в начале установки для противопожарной защиты для различения с устройствами «G» на нагрузках и в цепях, содержащих ограничители перенапряжения. Они не должны срабатывать при половине номинального тока. Они обеспечивают задержку срабатывания не менее 130 миллисекунд при номинальном токе, 60 миллисекунд при двукратном номинальном токе и 50 миллисекунд при пятикратном номинальном токе. Максимальное время отключения составляет 500 мс при номинальном токе, 200 мс при двукратном превышении номинала и 150 мс при пятикратном превышении номинала.
Программируемые реле замыкания на землю доступны для обеспечения скоординированных установок для минимизации простоев. Например, система распределения электроэнергии может иметь устройство 300 мА, 300 мс на входе в здание, питающее несколько устройств типа 'S' на 100 мА на каждой подплате и 30 мА типа 'G' для каждой конечной цепи. Таким образом, отказ устройства обнаружить неисправность в конечном итоге будет устранен устройством более высокого уровня ценой прерывания большего количества цепей.
Стандарт МЭК 60755 ( Общие требования к защитным устройствам, работающим от дифференциального тока ) определяет три типа УЗО в зависимости от формы волны и частоты тока короткого замыкания.
В Справочнике BEAMA RCD - Руководстве по выбору и применению RCD это резюмируется следующим образом: [12]
и отмечает, что эти обозначения были введены, поскольку некоторые конструкции УЗО типа А и переменного тока могут быть отключены при наличии постоянного тока, который насыщает сердечник детектора.
Импульсный ток относится к пиковому току, который УЗО рассчитано выдерживать с использованием испытательного импульса указанных характеристик. Стандарты IEC 61008 и IEC 61009 требуют, чтобы УЗО выдерживали импульс «кольцевой волны» 200 А. Стандарты также требуют, чтобы УЗО, классифицированные как «селективные», выдерживали импульсный импульсный ток 3000 А указанной формы волны.
УЗО можно проверять с помощью встроенной кнопки проверки для регулярного подтверждения работоспособности. УЗО могут работать некорректно, если они неправильно подключены, поэтому их обычно проверяет установщик. Путем подачи контролируемого тока короткого замыкания с фазы на землю можно проверить время работы и проводку. Такой тест можно проводить при установке устройства и на любой «нижней» розетке. (Верхние розетки не защищены .) Чтобы избежать ненужного срабатывания, на любой отдельной цепи следует устанавливать только одно УЗО (за исключением проводных УЗО, таких как небольшие приборы для ванной).
Автоматический выключатель остаточного тока не может устранить весь риск поражения электрическим током или возгорания. В частности, один только УЗО не обнаружит условия перегрузки, замыкания фаза-нейтраль или замыкания фаза-фаза (см. трехфазное электропитание ). Должна быть предусмотрена защита от перегрузки по току ( предохранители или автоматические выключатели ). Автоматические выключатели, которые сочетают в себе функции УЗО с защитой от перегрузки по току, реагируют на оба типа неисправностей. Они известны как RCBO и доступны в 2-, 3- и 4-полюсных конфигурациях. RCBO обычно имеют отдельные цепи для обнаружения дисбаланса тока и тока перегрузки, но используют общий механизм прерывания. Некоторые RCBO имеют отдельные рычаги для защиты от остаточного тока и перегрузки по току или используют отдельный индикатор для замыканий на землю.
УЗО помогает защитить от поражения электрическим током, когда ток протекает через человека от фазы (фазы / линии / горячей) к земле. Оно не может защитить от поражения электрическим током, когда ток протекает через человека от фазы к нейтрали или от фазы к фазе, например, когда палец касается как фазных, так и нейтральных контактов в осветительной арматуре; устройство не может отличить ток, протекающий через предполагаемую нагрузку, от тока, протекающего через человека, хотя УЗО все равно может сработать, если человек находится в контакте с землей (землей), поскольку некоторый ток все еще может проходить через палец и тело человека к земле.
Целые установки на одном УЗО, распространенные в старых установках в Великобритании, склонны к «неприятным» отключениям, которые могут вызвать вторичные проблемы безопасности с потерей освещения и размораживанием пищи. Часто отключения вызваны ухудшением изоляции нагревательных элементов, таких как водонагреватели и элементы плиты или кольца. Хотя это считается неприятностью, неисправность связана с изношенным элементом, а не с УЗО: замена проблемного элемента решит проблему, но замена УЗО — нет.
УЗО не являются селективными , например, когда замыкание на землю происходит в цепи, защищенной УЗО 30 мА I Δn последовательно с УЗО 300 мА I Δn , может сработать одно или оба. Для обеспечения селективности в таких установках доступны специальные типы с задержкой по времени.
В случае УЗО, которым требуется электропитание, может возникнуть опасная ситуация, если нейтральный провод разорван или отключен со стороны питания УЗО, в то время как соответствующий провод под напряжением остается целым. Цепь отключения нуждается в питании для работы и не срабатывает при отключении питания. Подключенное оборудование не будет работать без нейтрали, но УЗО не может защитить людей от контакта с проводом под напряжением. По этой причине автоматические выключатели должны быть установлены таким образом, чтобы нейтральный провод не мог быть отключен, если одновременно не отключен и провод под напряжением. Если требуется отключение нейтрального провода, необходимо использовать двухполюсные выключатели (или четырехполюсные для 3-фазных). Чтобы обеспечить некоторую защиту при прерванной нейтрали, некоторые УЗО и АВДТ оснащены вспомогательным соединительным проводом, который должен быть подключен к шине заземления распределительного щита. Это либо позволяет устройству обнаружить отсутствие нейтрали источника питания, что приводит к срабатыванию устройства, либо обеспечивает альтернативный путь питания для схемы отключения, позволяя ей продолжать нормально функционировать при отсутствии нейтрали источника питания.
В связи с этим однополюсное УЗО/RCBO прерывает только находящийся под напряжением проводник, в то время как двухполюсное устройство прерывает как находящийся под напряжением, так и обратный проводник. Обычно это стандартная и безопасная практика, поскольку обратный проводник в любом случае удерживается на потенциале земли. Однако из-за своей конструкции однополюсное УЗО не будет изолировать или отключать все соответствующие провода в некоторых необычных ситуациях, например, когда обратный проводник не удерживается, как ожидалось, на потенциале земли или когда происходит утечка тока между обратным и заземляющим проводниками. В этих случаях двухполюсное УЗО обеспечит защиту, поскольку обратный проводник также будет отключен.
Первой в мире высокочувствительной системой защиты от утечки на землю (т. е. системой, способной защитить людей от опасностей прямого контакта между токоведущим проводником и землей) была система магнитного усилителя второй гармоники с сердечником-балансом, известная как magamp, разработанная в Южной Африке Анри Рубином. Электрические опасности вызывали большую озабоченность на южноафриканских золотых рудниках , и Рубин, инженер в компании CJ Fuchs Electrical Industries из Альбертона, Йоханнесбург, первоначально разработал систему с холодным катодом в 1955 году, которая работала при напряжении 525 В и имела чувствительность срабатывания 250 мА. До этого системы защиты от утечки на землю с сердечником-балансом работали при чувствительности около 10 А.
Система с холодным катодом была установлена на ряде золотых приисков и работала надежно. Однако Рубин начал работать над совершенно новой системой со значительно улучшенной чувствительностью, и к началу 1956 года он создал прототип системы балансировки сердечника магнитного усилителя второй гармоники (южноафриканский патент № 2268/56 и австралийский патент № 218360). Прототип магнитного усилителя был рассчитан на 220 В, 60 А и имел внутренне регулируемую чувствительность отключения 12,5–17,5 мА. Очень быстрое время отключения было достигнуто за счет новой конструкции, и это в сочетании с высокой чувствительностью находилось в пределах безопасного временного диапазона тока для фибрилляции желудочков, определенного Чарльзом Далзилом из Калифорнийского университета в Беркли , США, который оценил опасность поражения электрическим током у людей. Эта система с соответствующим автоматическим выключателем включала защиту от перегрузки по току и короткого замыкания. Кроме того, оригинальный прототип мог срабатывать с меньшей чувствительностью при наличии обрыва нейтрали, тем самым защищая от важной причины электрического пожара.
После случайного поражения электрическим током женщины в результате бытового несчастного случая в деревне золотоискателей Стилфонтейн недалеко от Йоханнесбурга в 1957 и 1958 годах в домах деревни было установлено несколько сотен устройств защиты от утечки тока на землю с магнитным амперным разрядом FWJ 20 мА. Компания FWJ Electrical Industries, которая позже сменила название на FW Electrical Industries, продолжила производство однофазных и трехфазных магнитных амперных разрядов с номиналом 20 мА.
В то время, когда он работал над magamp, Рубин также рассматривал возможность использования транзисторов в этом приложении, но пришел к выводу, что ранние транзисторы, доступные тогда, были слишком ненадежны. Однако с появлением улучшенных транзисторов компания, в которой он работал, и другие компании позже выпустили транзисторные версии защиты от утечки на землю.
В 1961 году Далзил, работая с Rucker Manufacturing Co., разработал транзисторное устройство для защиты от утечки на землю, которое стало известно как прерыватель замыкания на землю (GFCI), иногда в разговорной речи сокращенно называемый прерывателем замыкания на землю (GFI). Это название для высокочувствительной защиты от утечки на землю до сих пор широко используется в США [13] [14] [15] [16] [17]
В начале 1970-х годов большинство североамериканских устройств GFCI были типа автоматического выключателя. GFCI, встроенные в розетку, стали обычным явлением, начиная с 1980-х годов. Тип автоматического выключателя, установленный в распределительном щите , страдал от случайных отключений, вызванных в основном плохой или непоследовательной изоляцией на проводке. Ложные отключения были частыми, когда проблемы с изоляцией усугублялись большой длиной цепи. По длине изоляции проводников протекал такой большой ток, что выключатель мог сработать при малейшем увеличении дисбаланса тока. Переход к защите на основе розетки-розетки в североамериканских установках сократил случайные отключения и обеспечил очевидное подтверждение того, что влажные зоны находятся под защитой, требуемой электрическими нормами . Европейские установки продолжают использовать в основном УЗО, установленные на распределительном щите, что обеспечивает защиту в случае повреждения стационарной проводки. В Европе УЗО на основе розетки в основном используются для модернизации.
Правила сильно различаются в разных странах. Одно УЗО, установленное для всей электроустановки, обеспечивает защиту от поражения электрическим током во всех цепях, однако любая неисправность может привести к отключению всего питания в помещениях. Решением является создание групп цепей, каждая из которых оснащена УЗО, или использование УЗО для каждой отдельной цепи. [b] [18]
В Австралии устройства защитного отключения стали обязательными для электрических цепей с 1991 года, а для осветительных цепей — с 2000 года. [19] В частности, в Квинсленде устройства защитного отключения стали обязательными для всех новых домов с 1992 года. [ необходима цитата ]
Для каждой домашней установки требуется минимум два УЗО. Все розетки и осветительные цепи должны быть распределены по УЗО цепи. К одному УЗО можно подключить максимум три подцепи. В Австралии процедура тестирования УЗО должна соответствовать установленному стандарту — это AS/NZS 3760:2010 проверка безопасности и испытания электрооборудования в процессе эксплуатации.
В Австрии устройства защитного отключения регулируются в норме ÖVE E8001-1/A1:2013-11-01 (последняя редакция). Они требуются в частном жилье с 1980 года. Максимальное время активации не должно превышать 0,4 секунды. Они должны быть установлены на всех цепях с силовыми вилками с максимальным током утечки 30 мА и максимальным номинальным током 16 А. [20]
Дополнительные требования предъявляются к схемам во влажных помещениях, на строительных площадках и в коммерческих зданиях.
Бельгийские бытовые установки должны быть оснащены устройством защитного отключения на 300 мА, которое защищает все цепи. Кроме того, требуется как минимум одно устройство защитного отключения на 30 мА, которое защищает все цепи во «влажных помещениях» (например, ванная комната, кухня), а также цепи, питающие определенные «влажные» приборы (стиральная машина, сушилка, посудомоечная машина). Электрические напольные обогреватели должны быть защищены УЗО на 100 мА. Эти УЗО должны быть типа A.
Начиная с NBR 5410 (1997) устройства защитного отключения и заземления требуются для нового строительства или ремонта во влажных помещениях, на открытых площадках, внутренних розетках, используемых для внешних приборов, или в помещениях, где вероятность наличия воды высока, например, в ванных комнатах и кухнях. [21]
В Дании требуется установка УЗО на 30 мА во всех цепях, рассчитанных на ток менее 20 А (цепи с большим номиналом в основном используются для распределения). УЗО стали обязательными в 1975 году для новых зданий, а затем для всех зданий в 2008 году.
Согласно регламенту NF C 15-100 (1911 -> 2002), общее УЗО, не превышающее 100–300 мА в начале установки, является обязательным. Кроме того, все цепи должны также включать защиту 30 мА в распределительном щите пользователя , при этом каждое УЗО должно защищать до 8 автоматических выключателей , обычно на одной DIN-рейке (электрические панели с 1–4 DIN-рейками являются нормой для жилых помещений). До 1991 года эта защита 30 мА была обязательной только в помещениях, где есть вода, мощное или чувствительное оборудование (ванные комнаты, кухни, IT...). [22] Тип требуемого УЗО (A, AC, F) зависит от типа оборудования, которое будет подключено, и максимальной мощности розетки. Минимальные расстояния между электрическими устройствами и водой или полом описаны и являются обязательными.
С 1 мая 1984 года УЗО являются обязательными для всех помещений с ванной или душем . С июня 2007 года в Германии требуется использование УЗО с током срабатывания не более 30 мА на розетках с номиналом до 32 А общего назначения. ( DIN Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (VDE) 0100-410 Nr. 411.3.3). С 1987 года не разрешается использовать УЗО типа «AC» для защиты людей от поражения электрическим током. Это должен быть тип «A» или тип «B».
Согласно Положению 36 Положения об электроэнергетике 1990 г.
а) Для мест общественного отдыха защита от токов утечки на землю должна быть обеспечена устройством защитного отключения с чувствительностью не более 10 мА.
б) В местах, где пол может быть влажным или где стена или ограждение имеют низкое электрическое сопротивление, защита от тока утечки на землю должна быть обеспечена устройством защитного отключения с чувствительностью не более 10 мА.
в) Для установок, где предполагается использование ручного оборудования, аппаратов или приборов, защита от тока утечки на землю должна быть обеспечена устройством защитного отключения с чувствительностью не более 30 мА.
г) Для установок, отличных от установок, указанных в пунктах (а), (б) и (в), защита от тока утечки на землю должна быть обеспечена устройством защитного отключения с чувствительностью не более 100 мА.
Итальянский закон (№ 46 марта 1990 г.) предписывает использовать УЗО с остаточным током не более 30 мА (неофициально называемые «сальвавита» — спасатель жизни, по названию ранних моделей BTicino , или дифференциальный выключатель для режима работы) для всех бытовых установок для защиты всех линий. Недавно закон был обновлен, чтобы предписать установку не менее двух отдельных УЗО для отдельных бытовых цепей. Защита от короткого замыкания и перегрузки является обязательной с 1968 г.
В последнем руководстве по электропроводке в жилых зданиях (2008) [23] вся жилая проводка должна быть защищена устройством защитного отключения с чувствительностью не более 100 мА. Кроме того, все розетки должны быть защищены устройством защитного отключения с чувствительностью не более 30 мА, а все оборудование во влажных местах (водонагреватель, водяной насос) должно быть защищено устройством защитного отключения с чувствительностью не более 10 мА.
С января 2003 года все новые цепи, берущие начало от распределительного щита, питающего освещение или розетки (точки питания) в жилых зданиях, должны иметь защиту RCD. Жилые объекты (такие как пансионаты, больницы, гостиницы и мотели) также потребуют защиты RCD для всех новых цепей, берущих начало от распределительного щита, питающего розетки. Эти RCD обычно будут располагаться на распределительном щите. Они будут обеспечивать защиту для всей электропроводки и приборов, подключенных к новым цепям. [24]
В Северной Америке розетки, расположенные в местах, где существует легкий путь к заземлению, например, во влажных помещениях и помещениях с непокрытыми бетонными полами, должны быть защищены УЗО. Национальный электротехнический кодекс США требует, чтобы устройства в определенных местах были защищены УЗО с 1960-х годов. Начиная с подводных светильников для бассейнов (1968), последующие редакции кодекса расширили области, где требуются УЗО, включив в них: строительные площадки (1974), ванные комнаты и открытые площадки (1975), гаражи (1978), зоны около джакузи или спа (1981), ванные комнаты в отелях (1984), розетки на кухонных стойках (1987), подвальные помещения и неотделанные подвалы (1990), около раковин с мокрым баром (1993), около раковин для стирки (2005) [25] и в прачечных (2014). [26]
GFCI обычно доступны как неотъемлемая часть розетки или автоматического выключателя, установленного в распределительном щите. Розетки GFCI всегда имеют прямоугольные грани и принимают так называемые лицевые панели Decora, и могут быть смешаны с обычными розетками или выключателями в многосекционной коробке со стандартными крышками. Как в Канаде, так и в США старые двухпроводные незаземленные розетки NEMA 1 могут быть заменены розетками NEMA 5, защищенными GFCI (встроенным в розетку или с соответствующим автоматическим выключателем) вместо перемонтажа всей цепи с заземляющим проводником. В таких случаях розетки должны быть маркированы как «без заземления оборудования» и «защищенные GFCI»; производители GFCI обычно предоставляют бирки для соответствующего описания установки.
GFCI, одобренные для защиты от поражения электрическим током, срабатывают при 5 мА в течение 25 мс. Устройство GFCI, которое защищает оборудование (не людей), может срабатывать при токе до 30 мА; это известно как устройство защиты оборудования (EPD) . УЗО с током срабатывания до 500 мА иногда используются в средах (например, в вычислительных центрах), где более низкий порог несет неприемлемый риск случайных срабатываний. Эти УЗО с высоким током служат для защиты оборудования и пожарной безопасности, а не для защиты от рисков поражения электрическим током.
В Соединенных Штатах Американский совет по лодкам и яхтам требует как GFCI для розеток, так и прерыватели цепи утечки оборудования (ELCI) для всей лодки. Разница в том, что GFCI срабатывают при токе 5 мА, тогда как ELCI срабатывают при 30 мА после 100 мс. Большие значения предназначены для обеспечения защиты при минимизации нежелательных срабатываний. [27]
В Норвегии это требование действует во всех новых домах с 2002 года, а на всех новых розетках — с 2006 года. Это касается розеток на 32 А и ниже. УЗО должно срабатывать максимум через 0,4 секунды для цепей 230 В или через 0,2 секунды для цепей 400 В.
Южная Африка ввела обязательное использование устройств защиты от утечки тока на землю в жилых помещениях (например, домах, квартирах, гостиницах и т. д.) с октября 1974 года, а правила были уточнены в 1975 и 1976 годах. [28] Устройства необходимо устанавливать в новых помещениях и при проведении ремонтных работ. Защита требуется для розеток и освещения, за исключением аварийного освещения, которое не должно прерываться. Стандартное устройство, используемое в Южной Африке, действительно является гибридом ELPD и RCCB. [29]
Согласно регламенту НИБТ, применение УЗО типа АС запрещено (с 2010 года).
Тайвань требует, чтобы цепи розеток в туалетах, на балконах и на кухне находились на расстоянии не более 1,8 метра от раковины с использованием автоматических выключателей утечки на землю. Это требование также распространяется на цепи водонагревателей в туалетах и цепи, включающие устройства в воде, светильники на металлических рамах, общественные питьевые фонтанчики и т. д. В принципе, ELCB должны устанавливаться на ответвлениях цепей с током отключения не более 30 мА в течение 0,1 секунды в соответствии с законодательством Тайваня.
Турция требует использования УЗО не более 30 мА и 300 мА во всех новых домах с 2004 года. Это правило было введено в RG-16/06/2004-25494. [30]
Текущее (18-е) издание Правил электропроводки IEE требует, чтобы все розетки в большинстве установок имели защиту RCD, хотя есть и исключения. Неармированные кабели, зарытые в стены, также должны иметь защиту RCD (опять же с некоторыми особыми исключениями). Обеспечение защиты RCD для цепей, присутствующих в ванных комнатах и душевых, снижает потребность в дополнительном соединении в этих местах. Для покрытия установки можно использовать два RCD, при этом верхние и нижние цепи освещения и питания распределяются по обоим RCD. При срабатывании одного RCD питание сохраняется как минимум в одной цепи освещения и питания. Для соответствия правилам могут использоваться другие меры, такие как использование RCBO. Новые требования к RCD не влияют на большинство существующих установок, если только они не перемонтированы, не заменен распределительный щит, не установлена новая цепь или не внесены изменения, такие как дополнительные розетки или новые кабели, зарытые в стены.
Устройства защитного отключения (УЗО), используемые для защиты от поражения электрическим током, должны быть «мгновенного» типа срабатывания (без выдержки времени) и иметь чувствительность к остаточному току не более 30 мА.
Если ложное срабатывание может вызвать более серьезную проблему, чем риск электротравмы, которую УЗО должно предотвратить (примерами могут быть электропитание критически важного производственного процесса или оборудования жизнеобеспечения), УЗО можно не устанавливать, при условии, что затронутые цепи будут четко обозначены и будет учтен баланс рисков; это может включать предоставление альтернативных мер безопасности.
Предыдущая редакция правил требовала использования УЗО для розеток, которые могли использоваться наружными приборами. Обычная практика в бытовых установках заключалась в использовании одного УЗО для покрытия всех цепей, требующих защиты УЗО (обычно розетки и душевые), но при этом некоторые цепи (обычно освещение) не были защищены УЗО. [31] Это было сделано для того, чтобы избежать потенциально опасной потери освещения в случае срабатывания УЗО. Защитные меры для других цепей были разными. Для реализации этой схемы было принято устанавливать потребительский блок , включающий УЗО, в так называемой конфигурации разделенной нагрузки, где одна группа автоматических выключателей питается напрямую от главного выключателя (или УЗО с задержкой срабатывания в случае заземления TT ), а вторая группа цепей питается через УЗО. Такая схема имела признанные проблемы, заключающиеся в том, что кумулятивные токи утечки на землю от нормальной работы многих единиц оборудования могли вызвать ложное срабатывание УЗО, и что срабатывание УЗО отключит питание всех защищенных цепей.
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )