Автоматический выключатель защитного отключения (RCCB) или «выключатель» — это защитное устройство, используемое в электрических системах. УЗО защищают как людей, так и электроприборы от электрических неисправностей, таких как поражение электрическим током и утечка тока. В этой статье мы обсудим, что такое ВДТ, как они изготавливаются и как они функционируют в качестве устройств защиты электрических цепей.
Автомат защитного отключения Как это работает
Автоматы защитного отключения также известны как «выключатели отключения» и УЗО (устройство защитного отключения). Они относятся к категории устройств защиты электрических цепей. RCCD можно найти в каждой бытовой и промышленной цепи распределения электроэнергии. Они доступны в однофазных и трехфазных конфигурациях и имеют несколько классов.
Простейшей формой ВДТ является однофазный тип. У них есть две входные клеммы и две выходные клеммы в каждом блоке. Похоже на MCB, есть также подпружиненный переключатель для включения и выключения устройства. В дополнение к переключателю есть кнопка «тест», чтобы проверить, действительно ли работает устройство. Эта кнопка может быть разного цвета, например красного, зеленого, желтого, оранжевого или синего, в зависимости от производителя.
Типичный человек может терпеть только до 30 мА электрического тока до получения опасных для жизни травм. Если человек или любое живое существо вступит в контакт с электрическим соединением под напряжением и будет заземлено, они могут быть поражены электрическим током и получить серьезные травмы. Хотя это и не так серьезно, электрическое оборудование также может быть повреждено из-за короткого замыкания и утечки тока.
УЗО работает по принципу Текущий закон Кирхгофа (ККЛ). KCL утверждает, что ток, втекающий в цепь, должен быть равен току, возвращающемуся из цепи. Точно так же ВДТ измеряет любые значительные изменения тока, проходящего через клеммы под напряжением (L) и нейтраль (N). В идеальном сценарии разница должна быть очень близкой к 0 мА.
Если в электрическом оборудовании, защищенном ВДТ, есть утечка тока, ток нейтрали будет ниже, чем ток провода под напряжением, потому что некоторая часть тока будет заземлена через человека или заземляющее соединение машины. Эта разница называется «остаточным током». Когда эта разница превышает порог срабатывания ВДТ (т.е. 20 мА), он быстро отключает выключатель, немедленно разрывает соединение и отключает питание оборудования.
Отключение происходит мгновенно в течение нескольких миллисекунд. Таким образом, человек, получивший удар током, может быть защищен от опасных для жизни травм. Хотя поражение электрическим током невозможно предотвратить, безопасность человека всегда гарантируется. При рассмотрении электрических приборов, если такое устройство имеет неисправность утечки тока, которая приводит к утечке тока в шасси, оно может немедленно отключить ВДТ, чтобы предотвратить потенциальную опасность поражения электрическим током.
Схема цепи устройства защитного отключения
Теперь, когда мы знаем, как работает устройство защитного отключения, давайте подробно рассмотрим, как работает ВДТ.
Ниже показана внутренняя конструкция однофазного (двухполюсного) ВДТ.
Начиная слева, входные клеммы подключаются к основному электроснабжению от сети или генератора. Это переключается с помощью двухполюсного MCB для изоляции цепи, когда это необходимо. Затем питание проходит через 2-полюсные контакты прерывателя; один для живого и один для нейтрального для полной защиты.
Провода под напряжением и нейтраль проходят через специальную катушку, которая имеет по одной обмотке на каждый провод и еще одну отдельную обмотку, называемую «чувствительной катушкой». Каждый конец этих двух первичных катушек подключен к нагрузке. Как обсуждалось выше, когда ток проходит через эти катушки, они создают магнитное поле в соответствии с Закон электромагнитной индукции Фарадея. В нормальных условиях, когда в цепи нагрузки нет неисправности, эти два магнитных поля компенсируют друг друга.
Когда возникает неисправность и текущий ток выше/ниже, чем ток нейтрали, эти два магнитных поля не могут компенсировать друг друга. Это индуцирует напряжение внутри «чувствительной катушки». Если это напряжение становится слишком высоким (что означает, что ток короткого замыкания/остаточный ток слишком высок), он активирует соленоид, размыкающий контакты и отключающий питание нагрузки. После срабатывания его необходимо включить вручную после устранения неисправности.
ВДТ также оснащены дополнительной схемой, состоящей из кнопки и резистора. Это схема, которая позволяет тестировать устройство. Когда мы нажимаем кнопку, это создает состояние искусственной неисправности (остаточный ток) и запускает ВДТ. Если устройство срабатывает при нажатии кнопки, это подтверждает, что защита на месте.
Проводка ВДТ
ВДТ — это предохранительные устройства, которые устанавливаются в электрических цепях. Они часто устанавливаются на распределительных щитах вблизи источника. На изображении ниже показан порядок установки ВДТ.
ВДТ подключается после основного выключателя, который представляет собой 2-полюсный автоматический выключатель. MCB действует как главный выключатель, чтобы полностью изолировать цепь от сети в таких случаях, как ремонт и техническое обслуживание. ВДТ размещается рядом для защиты подсхем. Однополюсные автоматические выключатели, обеспечивающие защиту подцепей от перегрузки по току, размещаются после ВДТ.
Классификация ВДТ
ВДТ обычно подразделяются на два основных типа в зависимости от количества их выводов. Они есть однополюсный ВДТ и 4-полюсный ВДТs.
- Однополюсный ВДТ
- Однополюсные ВДТ обычно используются в бытовых и небольших промышленных приложениях, где используются однофазные нагрузки. Они имеют две клеммы и две выходные клеммы, активную и нейтральную (L и N).
- 4-полюсный ВДТ
- Четырехполюсные ВДТ используются для защиты трехфазной энергосистемы. Имеется 4 набора входных и выходных клемм для проводов L4, L1, L2 и N в трехфазной системе. Они обычно встречаются в промышленных цепях распределения электроэнергии и в некоторых бытовых цепях распределения электроэнергии, где потребляемая мощность высока.
В дополнение к этим двум физическим конфигурациям существует еще несколько типов, специально разработанных для конкретных приложений. Они определены в IEC 60755: Общие требования безопасности для устройств защиты, управляемых дифференциальным током..
- Тип AC – общего назначения
- Этот тип подходит для систем переменного синусоидального напряжения. Это наиболее часто используемый тип ВДТ в бытовом и промышленном применении.
- Тип A – однофазный, электронные нагрузки класса I
- ВДТ типа А лучше всего подходят для цепей, работающих либо на чистом синусоидальном сигнале, либо на модифицированном источнике синусоидального сигнала, таком как инверторы. Они также используются в цепях, где нагрузки имеют диодные и/или тиристорные выпрямительные цепи, такие как контроллеры двигателя с частотно-регулируемым приводом (VFD). ВДТ типа А можно использовать в качестве замены устройств типа А.
- Тип F - недавно представленный, специального назначения
- ВДТ типа F специально созданы для использования в цепях привода с регулируемой скоростью, таких как контроллеры двигателей. Они очень хорошо работают в высокочастотных цепях с искаженной формой тока и напряжения, таких как системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. ВДТ типа F очень чувствительны к токам короткого замыкания. Они не срабатывают из-за внезапных пусковых токов. Тип F может заменить ВДТ типа А и переменного тока.
- Тип B - 3-фазные системы, системы EV и PV
- Автоматы защитного отключения типа B предназначены для работы в цепях зарядки электромобилей, фотогальванических системах и других трехфазных выпрямленных системах. Они могут обнаруживать синусоидальный переменный ток, пульсирующий постоянный ток с несколькими частотами и даже плавные остаточные постоянные токи. Помимо типов сигналов, характеристики также определяются для определенных частот от 3 Гц до 50 кГц. ВДТ типа B соответствуют типам A, F и AC и могут использоваться в качестве замены.
Преимущества и недостатки RCCB
Устройства защитного отключения являются одними из самых важных устройств защиты электрических цепей. Мы видим их почти в каждом электрическом распределительном щите, защищая пользователей и оборудование от повреждений. Как и у любого устройства, у ВДТ есть как недостатки, так и достоинства.
Преимущества/преимущества ВДТ
- УЗО в основном используются для защиты людей и других живых существ от поражения электрическим током.
- В дополнение к поражению электрическим током ВДТ также могут защитить людей и электрооборудование от замыканий на землю, таких как утечки тока.
- ВДТ автоматически срабатывает, когда ток короткого замыкания превышает номинальную чувствительность.
- Они доступны с несколькими типами чувствительности и рейтинга, подходящими для конкретного применения.
- ВДТ бывают однофазными (двухполюсными) или трехфазными (четырехполюсными) конфигурациями. Эти меры позволяют нам полностью изолировать цепь от источника питания.
- Большинство ВДТ содержат дополнительные схемы фильтрации, помогающие защитить оборудование от колебаний напряжения.
Недостатки УЗО
- ВДТ не имеют защиты от короткого замыкания/перегрузки. Они полностью зависят от остаточного тока. Если нагрузка случайно закоротит, обратный ток будет таким же, как ток, вытекающий из ВДТ. Это не приведет к срабатыванию защиты устройства.
- Высокочувствительные варианты могут срабатывать от ударов молнии и перепадов напряжения.
- УЗО не могут защитить от неисправной электропроводки (т. е. когда в электрической розетке поменялись местами активный и нулевой провода).
- ВДТ обеспечивает защиту только от ударов током, находящимся под напряжением или нейтральной землей. Он не может защитить пользователя от ударов нейтрали под напряжением. Это может быть смертельным.
- Неправильный выбор типа ВДТ для конкретного применения приводит к снижению уровня защиты от поражения электрическим током.
Автомат защитного отключения Цена
Устройства электрической защиты по своей природе дороги. Это чувствительные устройства, которые должны соответствовать отраслевым стандартам, чтобы гарантировать минимальный требуемый уровень защиты каждого устройства.
Цены на автоматические выключатели защитного отключения начинаются от 25-30 долларов США за однополюсные типы на 25 А. По мере увеличения текущего номинала, количества полюсов и чувствительности ВДТ может стоить вам от нескольких сотен долларов до нескольких тысяч долларов. Например, 125A ABB 4-полюсный ВДТ на момент написания этой статьи стоит здоровенных 51730 долларов.
Автомат защитного отключения с защитой от перегрузки по току (RCBO)
Как упоминалось выше, типичный ВДТ не способен обнаруживать события перегрузки по току. Это связано с принципом работы устройства. Он зависит исключительно от разницы между выходным и обратным током (остаточным током) для срабатывания безопасности. Если нагрузка потребляет слишком большой ток, ВДТ не может это обнаружить, поскольку обратный ток точно такой же, как выходной ток устройства.
Для предотвращения этого может быть два подхода. Обычной практикой является использование одного ВДТ и распределение мощности через несколько автоматических выключателей. Таким образом, защита от токов утечки обеспечивается ВДТ, а защита от перегрузки по току обеспечивается автоматическим выключателем. Однако событие остаточного тока в любой из подцепей приводит к срабатыванию ВДТ и отключению всей системы.
RCBO предназначены для решения этой проблемы. Они состоят из схемы защиты от перегрузки по току в дополнение к общей схеме защиты от остаточного тока.
Изображение, показанное ниже, представляет собой 4-полюсный RCCBO. ВДТ отличаются внешним видом, похожим на автоматический автоматический выключатель, который имеет 4 соединенных полюса. Они почти выглядят как MCB в паре с RCCB.
Что вызывает срабатывание УЗО?
ВДТ сконструированы так, чтобы отключаться всякий раз, когда возникает ток короткого замыкания. Этот ток называется «остаточным током». Устройство, как объяснялось выше, контролирует ток, протекающий по фазным и нейтральным проводам. В нормальных рабочих условиях разница между двумя токами должна быть близка к нулю.
Всякий раз, когда есть утечка тока; например, заземленный человек получает удар током, небольшое количество тока от оголенного провода под напряжением проходит через человека в землю. Это вызывает дисбаланс активных и нейтральных токов в ВДТ. ЕСЛИ разница слишком велика, срабатывает ВДТ.
Помимо этой основной функции, такие события, как молния, неравномерные нагрузки, такие как высокоиндуктивные нагрузки (электродвигатели, сварочные установки), также могут непреднамеренно вызвать ВДТ. Это нежелательно, и его можно предотвратить, используя правильный тип ВДТ, подходящий для типа нагрузки.
Модернизированные АВДТ также могут отключаться из-за перегрузки по току. АВДТ могут обнаруживать случаи перегрузки по току/короткого замыкания и соответствующим образом отключать выключатель.
Заключение
Устройства защитного отключения являются очень надежными защитными устройствами, которые защищают как оборудование, так и людей-операторов от опасного поражения электрическим током. На рынке есть очень продвинутые ВДТ, которые даже позволяют программировать такие параметры, как ток срабатывания и задержка срабатывания. Всегда используйте подходящий ВДТ в вашей системе распределения электроэнергии, чтобы обеспечить оптимальную защиту.
