Автоматический выключатель утечки на землю ( ELCB ) — это защитное устройство, используемое в электроустановках с высоким сопротивлением заземления для предотвращения удара. Он обнаруживает небольшие паразитные напряжения на металлических корпусах электрооборудования и прерывает цепь, если обнаружено опасное напряжение. Когда-то широко применявшийся, в более современных установках вместо него используются устройства защитного отключения (УЗО, УЗО или УЗО), которые вместо этого напрямую обнаруживают ток утечки.
Основной целью устройств защиты от утечки тока на землю является предотвращение травмирования людей и животных вследствие поражения электрическим током.
Это категория устройств, которые используются для защиты приборов, цепей и операторов от утечки на землю. Ранние ELCB были устройствами, работающими под напряжением (VO-ELCB), которые обнаруживали повышение напряжения между металлоконструкцией установки и внешним электродом. Теперь их заменили устройствами измерения тока (RCD/RCCB). В современной литературе устройства измерения напряжения называются ELCB или VOELCB, а устройства измерения тока называются RCCB или RCD.
ELCB, работающие по напряжению, были впервые представлены около шестидесяти лет назад [ когда? ] . ELCB, работающие по току, были впервые представлены около сорока лет назад. В течение многих лет ELCB, работающие по напряжению, и ELCB, работающие по дифференциальному току, оба назывались ELCB, потому что это было более простое название для запоминания. Но использование общего названия для двух разных устройств привело к значительной путанице в электротехнической промышленности.
Если на установке использовался неправильный тип, уровень защиты может быть существенно ниже предполагаемого. В частности, тип, управляемый напряжением, может защитить только от неисправностей или ударов по металлическим конструкциям, подключенным к заземлению цепи, подключенному к VOELCB. Он не может обнаружить ток, покидающий провод под напряжением и идущий на землю другим путем, например, через человека, стоящего на земле.
Чтобы устранить эту путаницу, IEC решила применить термин «устройство защитного отключения» (УЗО) к дифференциальным токовым выключателям. Остаточный ток относится к любому остатку при сравнении тока в исходящих и обратных токах в цепи. В однофазной цепи это просто ток под напряжением или фазный ток за вычетом тока нейтрали. В трехфазной цепи все токопроводящие проводники должны быть обнаружены.
УЗО — это специализированный тип реле с блокировкой , к которому через его переключающие контакты подключается входящая электросеть здания , благодаря чему УЗО отключает питание при обнаружении утечки на землю.
ELCB обнаруживает токи короткого замыкания от провода под напряжением к заземляющему (земляному) проводу в защищаемой им установке. Если на чувствительной катушке ELCB появляется достаточное напряжение , он отключает питание и остается выключенным до ручного сброса. Чувствительный к напряжению ELCB не обнаруживает токи короткого замыкания от провода под напряжением к любому другому заземленному телу.
Существует два типа автоматических выключателей, защищающих от утечки на землю:
С тех пор широко используются ELCB напряжения, многие из которых все еще находятся в эксплуатации, но больше не устанавливаются в новых конструкциях. ELCB напряжения обнаруживает повышение потенциала между защищенными взаимосвязанными металлоконструкциями (рамы оборудования, трубопроводы, корпуса) и удаленным изолированным электродом заземления. Они работают при обнаруженном потенциале около 50 вольт, чтобы разомкнуть главный выключатель и изолировать питание от защищенных помещений. [1]
Управляемый напряжением УЗО имеет вторую клемму для подключения к удаленному опорному заземлению.
Контур заземления изменяется при использовании ELCB; соединение со стержнем заземления проходит через ELCB путем соединения с его двумя клеммами заземления. Одна клемма идет к установочному CPC заземления ( защитный проводник цепи , также известный как провод заземления), а другая к стержню заземления (или иногда к другому типу соединения с землей).
По сравнению с системой измерения тока системы измерения напряжения имеют ряд недостатков, в том числе:
RCD/RCCB — это обычно используемый тип ELCB. RCCB обычно состоит из трансформатора тока , который имеет несколько первичных обмоток и одну вторичную обмотку. Нейтральный и линейный (или линейные в многофазных системах) провода действуют как первичные обмотки. Катушка с проволочной обмоткой является вторичной обмоткой. Ток через вторичную обмотку равен нулю в сбалансированном состоянии. В сбалансированном состоянии поток, вызванный током через фазный провод, будет нейтрализован током через нейтральный провод, поскольку ток, который течет от фазы, будет возвращен в нейтраль. При возникновении неисправности небольшой ток также будет течь в землю. Это создает дисбаланс между линейным и нейтральным током, создавая несбалансированное магнитное поле. Это индуцирует ток через вторичную обмотку, которая подключена к чувствительной цепи. Это обнаружит утечку и отправит сигнал в систему отключения.
УЭБ с датчиками напряжения имеют несколько преимуществ перед УЗО с датчиками тока: 1) Они менее чувствительны к неисправностям и, следовательно, имеют меньше ложных срабатываний. (Это не означает, что они всегда так делают, поскольку практическая производительность зависит от деталей установки и фильтрации, усиливающей дискриминацию в УЭБ.) Поэтому, электрически отделив броню кабеля от защитного проводника цепи кабеля, можно организовать УЭБ для защиты только от повреждения кабеля, а не для срабатывания при неисправностях в нижестоящих установках. 2) УЭБ с датчиками напряжения также будут срабатывать при замыканиях постоянного тока на землю, которые УЗО/УЗО, подключенные к трансформатору, не могут обнаружить, с аналогичными проблемами с частотами, значительно превышающими частоту сети. Это может привести к тому, что замыкания на землю на приводах с переменной скоростью между электроникой привода и двигателем не будут обнаружены, например.
УЭВ с датчиками напряжения есть некоторые недостатки:
Не является необычным, если защищенная ELCB установка имеет второе непреднамеренное соединение с землей где-то, то, которое не проходит через сенсорную катушку ELCB. Это может произойти через металлические трубы, контактирующие с землей, металлический каркас конструкции, наружные бытовые приборы, контактирующие с почвой , и т. д.
Когда это происходит, ток короткого замыкания может пройти на землю , не будучи обнаруженным ELCB. Несмотря на это, возможно, как это ни парадоксально, работа ELCB не нарушается. Целью ELCB является предотвращение повышения напряжения на заземленных металлических конструкциях до опасного уровня во время аварийных состояний, и ELCB продолжает делать это так же, ELCB все равно отключит питание на том же уровне напряжения CPC. (Разница в том, что для достижения этого напряжения тогда необходим более высокий ток короткого замыкания.)
Хотя напряжение и ток на линии заземления обычно представляют собой ток короткого замыкания от провода под напряжением, это не всегда так, поэтому существуют ситуации, в которых может сработать УЗО.
Если установка имеет два заземления, то близкий удар молнии с высоким током вызовет градиент напряжения в почве, в результате чего на чувствительной катушке выключателя ELCB возникнет напряжение, достаточное для его срабатывания.
Если заземляющий стержень установки расположен близко к заземляющему стержню соседнего здания, высокий ток утечки на землю в другом здании может повысить локальный потенциал земли и вызвать разницу напряжений между двумя землями, снова вызывая срабатывание ELCB. По этой причине близкие заземляющие стержни не подходят для использования ELCB, но в реальной жизни такие установки иногда встречаются.
И RCD, и ELCB в некоторой степени подвержены ложным срабатываниям от обычной безвредной утечки тока на землю . С одной стороны, ELCB в среднем старше, и, следовательно, имеют тенденцию к менее развитой фильтрации ложных срабатываний, а с другой стороны, ELCB изначально невосприимчивы к некоторым причинам ложных срабатываний, которым подвержены RCD, и, как правило, менее чувствительны, чем RCD. На практике ложные срабатывания RCD встречаются гораздо чаще.
Другая причина ложного срабатывания — накопленные или нагрузочные токи, вызванные предметами с пониженным сопротивлением изоляции. Это может произойти из-за старого оборудования или оборудования с нагревательными элементами или даже проводки в зданиях в тропиках, где длительные условия сырости и дождя могут привести к снижению сопротивления изоляции из-за отслеживания влаги. Если используется защитное устройство на 30 мА и есть нагрузка 10 мА от различных источников, то устройство сработает при 20 мА. Каждый из отдельных предметов может быть электрически безопасным, но большое количество небольших нагрузочных токов накапливается и снижает уровень срабатывания. Это было больше проблемой в прошлых установках, где несколько цепей были защищены одним ELCB.
Нагревательные элементы трубчатой формы заполнены очень мелким порошком, который может впитывать влагу, если элемент не использовался в течение некоторого времени. В тропиках это может произойти, например, если сушилка для одежды не использовалась в течение года или большой водонагреватель, используемый для кофе и т. д., находился на хранении. В таких случаях, если устройство включить без защиты УЗО, оно, как правило, высыхает и успешно проходит проверку. Такого рода проблемы можно наблюдать даже у совершенно нового оборудования.
Некоторые ELCB не реагируют на выпрямленный ток короткого замыкания. Эта проблема в принципе та же, что и у ELCB и RCD, но ELCB в среднем намного старше, а их характеристики значительно улучшились за эти годы, поэтому старый ELCB, скорее всего, будет иметь некоторую форму тока короткого замыкания, на которую он не будет реагировать.
В работе любого механического устройства случаются сбои, поэтому в идеале выключатели ELCB следует периодически проверять, чтобы убедиться в их работоспособности.
Если какой-либо из заземляющих проводов отсоединится от ELCB, он больше не сработает, и установка зачастую больше не будет заземлена должным образом.