Справочник мастера-электрика. Проводка, розетки, техника безопасности, инструмент

Новак Валерий

Квартирные электрощиты: назначение, виды, состав и комплектация

 

 

Электроэнергию, поступающую в жилое помещение (например, в квартиру), необходимо распределить. Нужно направить ее в цепи освещения, к розеткам, стационарным потребителям, таким как варочная панель или кондиционер. Вдобавок нужен и электросчетчик для ее учета. Кроме того, нужно учесть и возможные аварийные ситуации. Электроэнергия ведь может быть не только «доброй». Сверхтоки коротких замыканий и токи перегрузок не щадят электропроводку и могут стать причиной пожара.

Электрический ток сам по себе опасен для здоровья и жизни человека. Поэтому для «укрощения» электроэнергии на вводе необходимо устанавливать приборы максимально-токовой защиты, и нелишними будут приборы защиты от токов утечки.

Ну и как же все это реализовать? Что это за комплектное устройство, в котором могут разместиться все эти приборы и многочисленные провода и кабели? Конечно, это квартирный распределительный электрощит.

К слову сказать, не каждый квартирный щиток имеет в своем составе все вышеперечисленное. Ведь электросчетчики установлены далеко не в каждой квартире. Еще реже устанавливаются такие полезные аппараты, как УЗО (устройство защитного отключения), УДО (дифференциальные автоматические выключатели) и ограничители напряжения.

Но аппараты максимально-токовой защиты присутствуют практически в каждом квартирном электрощите, за исключением совсем древних и чрезвычайно опасных случаев, когда все нулевые и все фазные проводники скручены во вводной (распаечной) коробке.

Когда автоматические выключатели еще были редкостью и впечатляли своими габаритами, квартирные щитки представляли собой металлическую пластину или ящик, прикрепляемый к стене на кронштейнах-втулках с помощью обыкновенных гвоздей. Втулки обеспечивали некоторое расстояние от горючей стены: дань пожарной безопасности. Аппаратами максимально-токовой защиты в таких щитках являлись всем известные «пробки» — плавкие предохранители в карболитовом корпусе.

Пробок на таком допотопном электрощитке обычно было всего две: одна на фазном проводнике, а вторая — на нулевом. Разрывать нулевой проводник коммутационными аппаратами (а пробка — именно коммутационный аппарат) вообще-то далеко не безопасно, но в те времена этому особого значения не придавали. Электрический счетчик, при его наличии, располагался на таких щитках до пробок, во избежание хищений электроэнергии.

Никаких бытовых клеммников и нулевых шин советская промышленность тогда не выпускала, поэтому было удобно помещать все нулевые и фазные провода на соответствующие клеммы пробок. Никаких групповых коммутационных аппаратов не было и в помине, цепи освещения и розеточные цепи объединялись.

Поэтому, если перегорала хотя бы одна пробка, свет гас во всей квартире. А поскольку предохранители не всегда имелись в достаточном количестве, то вместо них нередко устанавливались «жучки» или предохранители большего номинала.

Одним словом, безопасность первых квартирных электрощитов была на самом низком уровне. И очень странно, что подобные щитки до сих пор эксплуатируются во многих гаражах, на дачах и даже в квартирах. Для «счастливых» владельцев этих щитков даже выпускается специальный автоматический выключатель серии ПАР, который вкручивается, как пробка, благодаря стандартному цоколю Е27.

С появлением компактных автоматических выключателей, например серии АЕ, которые крепятся винтами, положение с квартирными электрощитками стало улучшаться. По сравнению с пробками, у автоматических выключателей есть неоспоримые преимущества: после срабатывания их достаточно просто включить вновь, устранив причину аварии. Таким образом, не нужны «жучки» и необходимость систематического поиска новых пробок взамен сгоревших старых.

Автоматические выключатели стали монтироваться на те же металлические пластины с втулками. Но появились и комплектные устройства, скомпонованные следующим образом: вверху в горизонтальном положении групповые автоматические выключатели (как правило, покомнатно, без разделения на группы освещения и группы розеток), ниже — счетчик электроэнергии, а в самом низу — вводной пакетный переключатель ПВ, разрывающий и нулевой и фазный вводные проводники.

Электроплита — единственный в ту пору стационарный электроприемник — подключалась через отдельный автоматический выключатель. Нулевые рабочие провода собирались под зажимы на металлическом корпусе щитка, а защитный ноль предусматривался только для все той же плиты — отдельной линией.

Вид такого щитка даже по меркам советского быта не особенно украшал интерьер. В отличие от привычных щитков с пробками, в более поздних комплектных устройствах все располагалось упорядоченно, а контакты аппаратов прикрывались металлическими кожухами. Но провода все равно торчали не очень красиво, особенно нулевые.

Поэтому в многоквартирных домах постройки 80—90-х годов применялись квартирные электрощитки сразу на три-четыре квартиры. Именно такие щитки хорошо знакомы жителям спальных районов.

Многоквартирный щиток монтировался в подъезде на лестничной площадке или в тамбуре и не огорчал жильцов своим унылым видом. Это был металлический шкаф, встраиваемый в стену. Пространство этого шкафа делилось на четыре части, в каждой из которых был полный комплект для учета и распределения электроэнергии: вводной пакетник ПВ, счетчик, групповые автоматические выключатели и нулевая шина с зажимами.

Корпус такого щитка обязательно соединялся с нулевым магистральным проводом (стояком). А дверца его имела прозрачные окошечки для снятия показаний счетчиков.

В лихие девяностые наглядно проявился один неожиданный недостаток квартирных щитков, которые располагались в подъезде. Их штатный замочек был слишком хлипким и рассчитывался только на честного человека. В итоге социально дезориентированные темные личности проводили рейды по подъездам и изрядно подчищали электрощитки, снимая счетчики электроэнергии.

Пострадавшие граждане поступали по-разному: кто-то отказывался вновь ставить счетчик, оплачивая энергию по среднему показателю, кто-то установил счетчик повторно, снабдив дверцу щитка хозяйским амбарным замком, а кто-то переносил счетчик к себе в квартиру, протянув необходимый для этого кабель.

Сегодня в свободной продаже имеется все для удобства выполнения электромонтажа. Поэтому выпускаются готовые комплектные распределительные устройства, например ЩКУ (щит квартирный с прибором учета расхода электроэнергии) и ЩКР (щит квартирный распределительный).

Это металлические замыкающиеся шкафы, рассчитанные как на скрытую, так и на открытую электропроводку. Работая с ними, нет потребности вникать в принципы распределения и учета электроэнергии. Все просто: сюда подключаешь вводной кабель, а сюда входят групповые линии. Запутаться практически невозможно.

Щиты ЩКУ и ЩКР выпускают различных модификаций по мощности и количеству групп. Кроме этого, такие щиты бывают трехфазными и однофазными, причем и тот и другой вариант предусматривает возможность подключения защитной нулевой жилы (РЕ). Одним словом, купил щит ЩКУ или ЩКР — и голова не болит.

Но все-таки очень популярными готовые комплектные квартирные щитки не стали. На то есть объективные причины: готовый щит не оставляет никакой свободы для творчества. А ведь электропроводка каждого жилого помещения имеет свои особенности.

Количество групповых автоматических выключателей, их номинал, наличие таких аппаратов защиты, как УЗО, дифференциальные автоматические выключатели и ограничители перенапряжения — все это с большим трудом вписывается в шаблоны, и готовые технические решения не всегда приемлемы.

Поэтому сегодня самыми популярными являются «пустые» щиты типа ЩРН (щит распределительный наружный) или ЩРВ (щит распределительный встроенный), которые располагают в квартире. Эти щиты — модульные, внутри они содержат рейку DIN — универсальный крепеж для любых аппаратов защиты, распределения и учета. Владелец щита имеет возможность самостоятельно приобрести необходимые аппараты с креплением DIN и смонтировать их в необходимой комбинации.

Щиты ЩРН монтируются на стене в составе скрытой или открытой проводки, а ЩРВ обрамлены по краю специальным буртиком и монтируются в стене, если проводка скрытая. И те и другие выпускаются из негорючего ударопрочного пластика или из металла.

Размеры щитов ЩР определяются количеством модулей, которые могут разместиться внутри щита. Поэтому при выборе нужно определиться с тем, какие аппараты будут в нем устанавливаться, а затем посчитать модули. Расчет производят таким образом: на каждый полюс автоматического выключателя — один модуль, на однофазный дифференциальный автомат — один или два модуля, в зависимости от типа, на однофазный счетчик — от одного до пяти модулей, на трехфазный счетчик — до 9 модулей. Ну и, разумеется, несколько модулей надо оставить про запас. Таким образом, квартирные щиты для трехфазной сети могут насчитывать до 36 модулей, располагаемых в несколько ярусов. УЗО и УДО весьма полезные и недешевые, но отнюдь не обязательные устройства, поэтому сразу устанавливать тот или иной прибор — дело личное, но зарезервировать местечко стоит.

При количестве модулей от шести ЩР снабжаются не только рабочей (N), но и защитной (РЕ) нулевой шиной. Пластиковые щиты имеют прозрачную дверцу для удобства снятия показаний электросчетчика.

Подводя итог, заметим, что щиты ЩР стали так популярны благодаря компактности модульной аппаратуры и возможности свободного конструирования комплексных распределительных устройств с оптимальными параметрами. Большинство электромонтажников отдает предпочтение именно ЩР.

 

Приборы учета электроэнергии. Как правильно выбрать электросчетчик

 

Разбираемся с типами и возможностями электросчетчиков и выбираем, какой нужно купить

 

Все чаще коммунальные службы всеми правдами и неправдами заставляют своих клиентов менять старые электрические счетчики. Формально это связано с тем, что старые имеют класс точности 2.5 и не могут учитывать энергопотребление небольших мощностей. Например, электропотребление электронной техники, находящейся в дежурном режиме. Новые электросчетчики имеют класс точности не ниже 2 (2; 1; 0.5).

Итак, по принципу работы электросчетчики делятся на индукционные и электронные.

 

Индукционные счетчики

В индукционных счетчиках имеются две катушки: катушка тока и катушка напряжения. Магнитное поле этих катушек заставляет вращаться диск, приводящий в движение механизм счета потребляемой энергии. Чем выше ток и напряжение в электросети, тем быстрее вращается диск, и соответственно тем быстрее растут показания счетчика.

Проблема такого типа счетчиков в том, что очень трудно и дорого обеспечить с их помощью класс точности выше 2. Их основное достоинство — высочайшая надежность и срок службы более 15 лет.

 

Электронные счетчики

Электронные счетчики работают за счет прямого измерения тока и напряжения и передачи данных в цифровом виде на индикатор и в память счетчика. Электронные счетчики имеют множество достоинств. Это и компактные размеры, и возможность многотарифного учета, и способность встраивания в автоматизированные системы коммерческого учета за счет наличия стандартных интерфейсов. Это также и легкий переход на более высокий класс точности за счет применения специализированных микросхем, и простота считывания за счет применения цифрового индикатора, и повышенная устойчивость к попыткам воровства электроэнергии за счет коррекции показаний счетчика… Основные недостатки электронных счетчиков — более высокая цена и более низкая надежность по сравнению с индукционными.

 

Однофазный и трехфазный электросчетчик

 

Чтобы правильно выбрать электросчетчик для квартиры, дома, необходимо определиться, сколько фаз у вашей электросети. Здесь все достаточно просто. Если к вашему вводному автомату в квартиру или дом подходит кабель с двумя жилами (фаза и ноль) — значит, у вас однофазная электросеть и электросчетчик для квартиры вам нужен однофазный. Такой электросчетчик для квартиры рассчитан на напряжение 220 В, что и будет указано на панели электросчетчика. Как правило, к квартирам и к частным домовладениям подводится одна фаза и ноль, то есть два провода. В новостройках есть третий провод — заземление.

Если же к вводному автомату квартиры или дома приходит кабель из четырех жил, значит, у вас трехфазная сеть (три фазы и ноль), для которой устанавливается трехфазный электросчетчик. Трехфазные счетчики рассчитаны на фазное (между одной фазой и другой) напряжение 380 В, и это также будет указано на панели электросчетчика. Трехфазный электросчетчик для квартиры можно подключать и на 220 В, считать электросчетчик будет правильно, но тут уж на усмотрение сетевой организации: примет (опломбирует) такой электросчетчик инспектор или нет. Это зависит от самого инспектора и от внутренних правил вашей сетевой компании (райэнерго). Этот пример скорее для тех случаев, когда сеть трехфазная, счетчик трехфазный, но задействована только одна фаза, в этом случае учет будет правильным.

Отметим еще один момент: если вы ставите ранее эксплуатировавшийся электросчетчик для квартиры (стоял в старом доме, гараже, подарил друг и т. д.), то у вас должно быть на него свидетельство о поверке с давностью не более одного года для трехфазных электросчетчиков и двух лет для однофазных. Таким образом, вы можете использовать старый электросчетчик для квартиры, если перед установкой он пройдет государственную поверку.

 

Современные тенденции в выборе счетчиков

Зарубежные производители и эксплуатационники столкнулись с проблемой замены старого парка счетчиков раньше нас. Сначала они тоже с энтузиазмом бросились заменять индукционные счетчики электронными, но встал вопрос более низкой надежности и необходимости быстрого сервиса, поэтому производители несколько изменили свои взгляды. Теперь соотношение индукционных и электронных счетчиков, например, в Англии составляет примерно 40/60.

В настоящий момент в продаже присутствуют оба типа счетчиков. Как организации, так и частные лица покупают и те и другие (на свое усмотрение). По поводу надежности можно сказать следующее: в паспорте на электронный счетчик нередко дается ресурс в 15 лет непрерывной работы. Пятнадцать лет назад их еще не выпускали, поэтому время покажет. Ресурс индукционного счетчика таков, что даже через 50 лет многие образцы укладываются в заданный класс точности. Это проверено опытным путем.

 

Какой электросчетчик выбрать

 

При выборе между индукционным и электронным счетчиком покупатель должен исходить из необходимых потребительских качеств счетчика. Перед покупкой нужно определить, есть ли возможность и необходимость воспользоваться всеми преимуществами электронных счетчиков и не обращать внимания на их недостатки. Совершенно ясно, что не везде преимущества электронных счетчиков так важны, а недостатки индукционных часто абсолютно некритичны.

Проблемы выбора электросчетчиков. Разбираемся вместе.

1. Стоимость счетчиков с классом точности 1–0.5 существенно выше, чем счетчиков с классом 2.0. Для квартирного счетчика класса 2.0 вполне достаточно. Сразу вспоминается рекламный слоган: «Если нет разницы, зачем платить больше?»

2. Сохранение высокого класса точности в условиях быстропеременных нагрузок — важное свойство электронного счетчика, но реализовать его можно только в условиях промышленного предприятия.

3. Многотарифность — это хорошее дополнение к функциям обычного счетчика. Но далеко не во всех городах и даже областях такая услуга реализована. Плановая замена в 90 % случаев проводится однотарифным счетчиком.

4. Возможность автоматизированного учета — очень хорошая функция, но помогает она энергокомпаниям, а переплачивать за счетчик будете вы.

5. Для снижения себестоимости и обеспечения конкурентного преимущества некоторые производители ставят в электронные счетчики самые дешевые комплектующие. Срок их годности не определен. Как такой счетчик может работать 15 лет? Представьте теперь, что вам придется снимать такой счетчик и искать для него сервис-центр. В это время ваши близкие будут сидеть в темноте, без телевизора и холодильника? Что они вам скажут по этому поводу? Как говорится, скупой платит дважды.

6. Хорошо ли иметь счетчик с количеством функций как у современного сотового телефона, вместо одной, но действующей надежно как швейцарские часы? Многие ли из ваших знакомых полностью освоили все функции даже собственного телефона и пользуются ими на 100 %?

7. К сожалению, в нашей стране энергосбережение невыгодно для государства и энергокомпаний, так как снижение потребления — это снижение их прибылей (монополия). При постоянном росте тарифов на электроэнергию никто не хочет внедрять современное оборудование, так как это незапланированные риски и возможность потери прибыли.

Выводы. Основываясь на всем вышесказанном, можно сделать вывод, что в настоящее время для квартиры лучше покупать индукционный электросчетчик с классом точности 2.0 и рабочим током не менее 50 А известного производителя.

В магазинах имеется большой выбор таких счетчиков. Среди них выбирайте с бо́льшим гарантийным сроком и сервисным центром в вашем городе. При покупке убедитесь в наличии и целостности пломб. Попросите продавца указать в паспорте и заверить печатью начальные показания счетчика. Убедитесь в наличии заводских штампов в паспорте о поверке электросчетчика.

Полностью прочитайте паспорт на электросчетчик. Попросите продавца сравнить по потребительским свойствам несколько типов счетчиков. Выбор остается за вами.

 

Максимальный и номинальный (базовый) ток электросчетчика

После того как вы определились, однофазный или трехфазный электросчетчик для квартиры или дома вам нужен, необходимо выбрать электросчетчик по максимальному току, то есть по максимальной нагрузке (сумме мощностей всех электроприборов). В этом, безусловно, в первую очередь поможет проект электроснабжения, где на однолинейной схеме на вводном автомате будет указан его максимальный ток. Если вы просто меняете старый электросчетчик для квартиры или дома на новый, то достаточно посмотреть максимальный ток на самом автомате в электрощите, либо на панели старого электросчетчика, и выбрать электросчетчик с током выше, чем у автомата. То есть если у вас вводной автомат рассчитан на 32 А, то электросчетчик необходимо выбрать не ниже 40 А. На передней панели каждого счетчика указаны его рабочие характеристики.

Первое значение тока, например 5 А или 10 А, — это номинальный ток электросчетчика. Второе значение, например 60 А или 100 А, — это максимальный ток. В этих пределах электросчетчик для квартиры, дома будет считать верно, с заявленной погрешностью (классом точности). Если рабочий ток будет больше максимального, то скорее всего ваш электросчетчик сгорит, если же меньше 5 А и 10 А, то погрешность у электросчетчика будет больше заявленной — возможно, в вашу пользу, а может, и наоборот.

 

Класс точности электросчетчика

Класс точности — это максимальная погрешность, выраженная в процентах. Чем меньше цифра будет указана на электросчетчике, то есть чем класс точности электросчетчика выше, тем точнее он будет считать. Погрешность может быть как в вашу пользу (недоучет), так и в пользу компании, предоставляющей услуги, то есть электросчетчик может завышать показания (переучет).

Чем выше класс точности электросчетчика, тем выше его цена. Класс точности электросчетчика, согласно ГОСТу (ДСТУ), указывается на панели электросчетчика в кружочке.

 

Многотарифный электросчетчик

Основной параметр при выборе электросчетчика с точки зрения экономии — это количество тарифов, на которые он рассчитан. Бывают однотарифные, двухтарифные или многотарифные электросчетчики. Остановимся подробнее на двухтарифном, рассчитанном на дневной тариф с 7:00 до 23:00 и ночной с 23:00 до 7:00. С 7:00 до 23:00 действует общий тариф, а с 23:00 до 7:00 — льготный. Размер льготы может различаться в разных регионах.

В принципе, многотарифный электросчетчик для квартиры и дома окупается практически за несколько месяцев. И в дальнейшем можно будет реально экономить на оплате электроэнергии. А если у вас собственный дом с потреблением не 200 кВт/ч в месяц, а 2000 кВт/ч (электрическое отопление, электрические теплые полы, стиральную машину, бойлер и прочие приборы с высоким потреблением включают только ночью), то экономия при многотарифном электросчетчике весьма существенна.

Помните! Установку прибора учета электроэнергии можно доверять только сертифицированным специалистам из местного отделения электросетей.

 

Способы установки (монтаж) электросчетчика в щит

После того как выбор сделан, следует определиться с тем, как электросчетчик для квартиры или дома будет установлен в электрощите. В первую очередь это зависит от самого электрощита, и если конструкция электрощита позволяет, то выбирать стоит электросчетчик, который устанавливается на DIN-рейку. Если электрощит другой конструкции, электросчетчик для квартиры или частного дома может быть установлен на монтажную панель в щите.

Обычно электросчетчик для квартиры или частного дома в первом варианте устанавливается внутри помещения, а во втором варианте в вводно-распределительных устройствах (ВРУ), щитах учета и т. д. на улице.

 

Устройства защиты: автоматические выключатели, барьеры, УЗО, УДО, реле напряжения

 

Автоматические выключатели

 

Ток, проходящий через защитное устройство (плавкий предохранитель, автоматический выключатель, УЗО и т. д.), определяется по известному закону Ома величиной приложенного напряжения, отнесенного к сопротивлению подключенной цепи. Это теоретическое положение электротехники заложено в основу работы любого автомата. В принципе, любое защитное устройство можно называть автоматическим, просто одни из них одноразовые, а другие могут отработать множество циклов. В виду того что плавкие предохранители (по-старому — пробки) практически канули в лету, можно смело их игнорировать.

На практике напряжение сети, например 220 В, поддерживается автоматическими устройствами энергоснабжающей организации в пределах нормативов, оговоренных государственными стандартами, и меняется внутри этого диапазона незначительно. Выход его за пределы значений считается неисправностью, аварией.

Защитное устройство врезается в фазный провод электропитания светильников, розеток и других потребителей. Представим ситуацию — в розетку включают на зарядку мобильный телефон или моющий пылесос. В обоих случаях через соответствующий автомат протекает ток по замкнутому контуру между фазой и нулем. Но в первом случае (при зарядке телефона) он будет сравнительно небольшим, а во втором (при работе пылесоса) значительным. Эти приборы создают разную нагрузку. Ее величину постоянно отслеживают защитные элементы автомата, осуществляя ее отключение при отклонениях от нормы.

 

Как протекает ток через автоматический выключатель

Конструктивно автомат устроен так, что ток воздействует на последовательно расположенные элементы, а именно:

• клеммы подключения проводов с зажимами;

• силовые контакты с подвижной и стационарной частью;

• биметаллическую пластину теплового рассоединителя;

• электромагнит отсечки токов коротких замыканий;

• соединительные токопроводы.

Включение происходит, когда подвижные силовые контакты прижимаются к неподвижным, создавая непрерывную электрическую цепь после поворота рубильника управления вручную непосредственно пользователем. Обязательным условием включения является отсутствие нештатных или аварийных ситуаций в коммутируемой схеме. Если они появятся, то сразу начинают срабатывать защитные элементы на автоматическое отключение. Другого способа включить автомат не существует.

Выключение, то есть рассоединение контактов и, следовательно, обесточивание подачи потенциала фазы к потребителям, осуществляется двумя способами:

• вручную, возвратив в исходное положение рубильник управления;

• автоматически от срабатывания защитного элемента.

 

Принцип работы и устройство конструктивных элементов автоматических выключателей

Для автоматического отключения внутри корпуса автомата смонтировано два вида устройств, работающих по разным принципам отключения:

1. нагрев и изгиб биметаллического элемента (как в утюге) с выводом механической защелки из зацепления — тепловой выключатель;

2. выбивание защелки механическим ударом сердечника электромагнита — электромагнитный выключатель.

 

Тепловой выключатель

Он работает за счет изгиба биметаллической (состоящей из двух металлов с сильно отличающимися коэффициентами теплового расширения — ТКР) составной пластины при нагреве от проходящего через нее тока. Охлаждение пластины, которая является подвижным рабочим элементом данного устройства, происходит за счет отвода тепла в окружающую среду.

На этот выключатель воздействует тепловая энергия, вызываемая проходящим по биметаллу электрическим током. Ее величина, согласно закону Джоуля — Ленца (см. «Основные электрические параметры и единицы измерения»), зависит:

• от электрического сопротивления цепи (Ом);

• силы протекающего тока (А);

• времени его воздействия (с).

Из этих трех параметров электрическое сопротивление в установившемся процессе практически не меняется. Его учитывают только при теоретических расчетах. При коммутациях нагрузки резко изменяется ток. Поэтому важнее два других параметра:

• сила электрического тока;

• время его протекания.

Их учитывают специальными характеристиками, которые называют по этим составляющим времятоковыми.

По силе протекающего тока через автомат и времени его действия определяют не только интервал работы теплового выключателя, но и время отсечки.

За основу расчетов принимают величину номинального тока, выбранного для конструкции выключателя. Предельное значение срабатывания защитного элемента привязывают к его кратности — отношению проходящего действующего тока I к номинальному In.

Поскольку защитные токовые характеристики автоматического выключателя рассчитаны на превышение номинального тока, то всегда кратность токов I/In > 1.

 

Электромагнитный выключатель

Принцип работы основан на воздействии магнитного поля, генерируемого токами проходящих по виткам обмоток электромагнита (соленоида) на сердечник (шток), который является подвижным исполнительным элементом данного устройства. При величине нагрузок, не превышающих расчетное номинальное значение, токи, протекающие в каждом витке, создают суммарное магнитное поле, не способное преодолеть силу удержания механического штока внутри корпуса соленоида. Головка подвижного толкателя втянута внутрь, а подвижный силовой контакт автоматического выключателя надежно прижат к стационарной части.

Когда сила проходящего тока превышает расчетный номинальный ток, то суммарное магнитное поле, наведенное внутри катушки, мгновенно преодолевает силу удерживания штока, что приводит его в движение. Быстро смещаясь, шток ударяет по защелке и размыкает контакты.

В результате электрическая цепь разрывается, и питающее напряжение снимается с подключенной схемы.

 

Маркировка автоматических выключателей

Все автоматические выключатели обладают определенными техническими характеристиками. Для ознакомления с ними на корпусе наносится маркировка, включающая набор схем, букв, цифр и прочих символов. По внешнему виду автомата нельзя ничего сказать, и все характеристики можно узнать только по нанесенной маркировке.

Маркировка наносится на лицевой (передней) стороне корпуса автомата стойкой нестирающейся краской (рис. 12, а, б, в, г), благодаря чему с параметрами можно ознакомиться, даже когда автомат находится в работе, то есть установлен в распределительном щите на DIN-рейке и к нему подключены провода. Не нужно отсоединять провода и вытаскивать его из щита, чтобы прочитать маркировку.

Рис. 12 а, б, в, г. Примеры маркировки электрических автоматов на корпусе

Расшифровка маркировки автомата. Чтобы правильно выбрать автомат защиты, при покупке следует обращать внимание не только на внешний вид и марку устройства, но и на его характеристики.

1. Фирма-изготовитель (бренд) автоматического выключателя

Маркировка автоматических выключателей начинается с логотипа или названия производителя (например, Hager, IEK, ABB, Schneider Electric). Наименование завода-изготовителя наносится на корпусе вверху, его трудно не заметить.

2. Линейная серия автоматов (модель)

Модель автоматического выключателя обычно отражает серию устройства в линейке завода-изготовителя и представляет собой буквенно-цифровое обозначение. Например, автоматы серии SH200 и S200 принадлежат производителю ABB, а у Schneider Electric встречаются Acti9, Nulti9.

Зачастую серия присваивается автомату для отличия моделей по техническим характеристикам или ценовой категории. Например, SH200, рассчитанные на короткое замыкание до 4,5 кА, менее затратные в производстве и более дешевые по стоимости, чем S200, рассчитанные на 6 кА.

3. Времятоковая характеристика автомата

Данная характеристика обозначается латинской буквой. Всего существует 5 типов времятоковых характеристик: В, С, D, K, Z. Но наиболее распространенные из них это первые три: В, С и D. B — от 3 до 5 × In; C — от 5 до 10 × In; D — от 10 до 20 × In.

Автоматы с характеристиками типа K и Z используют для защиты потребителей с активно-индуктивной нагрузкой и электроникой соответственно, например серверов или микроволновых печей.

Универсальная времятоковая характеристика, которая подходит для применения в быту, — характеристика типа С.

4. Номинальный ток автомата

После буквенного значения идет цифра, определяющая номинал автоматического выключателя. Номинал определяет максимальное значение тока, который может постоянно проходить без срабатывания автоматического выключателя. Причем значение номинального тока указывается для температуры окружающей среды +30 °C.

Например, если номинальный ток автомата равен 16 А, то автомат будет держать эту нагрузку и не отключаться при температуре окружающей среды не выше +30 °C. Если же температура будет выше +30 °C, то автомат может сработать при токе и меньшем 16 А.

Исправный автомат при коротком замыкании обязан сработать в течение 0,01–0,02 с, в противном случае начнется плавление изоляции электропроводки с риском дальнейшего воспламенения.

5. Номинальное напряжение

Сразу под маркировкой на автомате времятоковой характеристики идет обозначение номинального напряжения, на которое рассчитан данный автомат. Показатель номинального напряжения отображается в вольтах (В/V) и может быть постоянным («—») или переменным («~»).

Значение номинального напряжения определяет, для каких сетей предназначено устройство. Маркировка напряжения предусматривает два значения для однофазных и трехфазных сетей. Например, маркировка 230/400V~ означает, что 230 В — напряжение однофазной сети, 400 В — напряжение трехфазной сети. Значок «~» означает переменное напряжение сети.

6. Предельный ток отключения

Следующий параметр — предельный ток отключения или, как его еще называют, отключающая способность автомата. Этот параметр характеризует ток короткого замыкания, который способен пропустить через себя автомат и отключиться, не теряя работоспособности (без риска выхода из строя).

Электрическая сеть — сложная система, в которой часто возникают сверхтоки вследствие короткого замыкания. Сверхтоки кратковременны, но характеризуются большой величиной. Каждый автоматический выключатель обладает предельной коммутационной способностью, определяющей возможность выдержать сверхтоки и сработать при этом.

Для модульных автоматов предельное значение токов отключения составляют 4500, 6000 или 10000. Значения указываются в амперах.

7. Класс токоограничения

Сразу под значением предельного тока отключения на корпусе указывается так называемый класс токоограничения. Возникновение сверхтоков опасно тем, что при их появлении выделяется тепловая энергия. В результате изоляция электропроводки начинает плавиться.

Автоматический выключатель отключится, когда ток короткого замыкания достигнет максимального значения. А для того чтобы ток КЗ достиг своего максимума, требуется некоторое время, и чем больше будет это время, тем больше будет ущерб, нанесенный оборудованию и изоляции электропроводки.

Токоограничитель способствует ускоренному отключению автоматического выключателя, тем самым не давая току КЗ достигнуть максимального значения. По сути, этот параметр ограничивает время короткого замыкания.

Различают три класса токоограничителя, которые маркируют в черном квадрате. Чем выше класс, тем быстрее отключится автомат.

• Класс 1 — маркировка отсутствует; иными словами, автоматы, на корпусе которых отсутствует класс токоограничения, относятся к первому классу. Время ограничения составляет более 10 мс.

• Класс 2 — ограничивает время прохождения тока КЗ в пределах 6—10 мс.

• Класс 3 — ограничивает время прохождения тока КЗ в пределах 2,5–6 мс (самый быстрый).

8. Схема подключения и обозначение клемм

Некоторые производители наносят на корпус схему подключения автомата для информирования потребителя. Схема подключения представляет собой электрическую цепь с обозначением теплового и электромагнитного выключателей. На схеме также маркируются контакты, указывающие на место подключения проводов.

На однополюсных автоматах контакты маркируются как «1» — верхний и «2» — нижний. К верхнему контакту, как правило, подключается питающий провод, а к нижнему — нагрузка. На двухполюсных автоматах контакты маркируются «1», «3» — верхний, «2», «4» — нижний, соответственно, на многополюсном «1», «3», «5» — верхний, «2», «4», «7» — нижний.

Также на двух- и четырехполюсных автоматах возле схемы подключения можно обнаружить обозначение в виде латинской буквы N, указывающее клемму для подключения нулевого рабочего проводника. Это важно, так как не на всех полюсах многополюсных автоматов имеются выключатели (тепловой и электромагнитный).

9. Артикул

На стороне корпуса автомата также наносится информация о продукте (артикул, QR-код), предусмотренная заводом-изготовителем, которая помогает без проблем найти конкретную модель в каталоге магазинов.

 

Виды и типы УЗО

 

Устройства защитного отключения спасают человека от электрических травм за счет отключения напряжения при возникновении токов утечек. Невидимые и неконтролируемые нарушения слоя изоляции способны причинить огромный вред здоровью и имуществу. Поэтому такие устройства приобретают все большую популярность среди пользователей.

В торговой сети представлен достаточно широкий ассортимент этих приборов с различными электрическими характеристиками, которые позволяют оптимально подобрать устройства под конкретные условия эксплуатации каждой электросхемы.

УЗО выполняет следующие функции:

• включение потребителей, запитанных от прибора, под напряжение;

• надежное пропускание расчетного тока нагрузки без ложных срабатываний;

• отключение потребителей под нагрузкой при нормальных условиях;

• обесточивание контролируемой схемы при достижении критической разности между входящими и выходящими из устройства токами.

Отличительная способность УЗО — защита человека при попадании под воздействие электрического тока и предотвращение возгораний из-за нарушений в электропроводке.

УЗО не обладает возможностью отключения сверхнормативных токов, проходящих через него, и само может выйти из строя при их возникновении, поэтому его используют в комплексе с автоматическим выключателем, наделенным этой функцией.

Иными словами, в чем отличие УЗО от автоматического выключателя? Автоматический выключатель должен защищать электрическую проводку, а УЗО отключает напряжение при утечке тока на землю мимо электропроводки или мимо подключенных в сеть приборов. УЗО реагирует на эту утечку тока. Оно срабатывает, если ток пошел мимо электропроводки или электроприбора и отключает сеть. Повторимся, что токи утечки обычно имеют малые значения, поэтому защищающие от короткого замыкания и перегрузки обычные автоматические выключатели на токи утечки не реагируют. УЗО защищает от пожара из-за замыкания и тлеющей изоляции и от поражения током людей. Допустим, если в электрическом приборе нарушается изоляция токоведущих проводов, они начнут пропускать ток на корпус. То есть корпус прибора находится под напряжением. Прикоснуться к такому прибору — все равно что прикоснуться к оголенному проводу. При этом прикосновении возникает ток замыкания с землей, и если прибор не имеет заземления, то током ударит человека. Наверняка многие ощущали нечто подобное, извлекая, например, влажное белье из незаземленной стиральной машины в ванной, хотя это «покусывание» — всего лишь влияние токов, возникающих за счет движущихся частей машины, а не результат тока утечки. Во многих домах и квартирах нет возможности заземлить корпуса электрических приборов, это не предусмотрено схемой проводки. От такого удара не сможет защитить никакой автоматический выключатель. Гарантию от поражения током в таких случаях дает применение УЗО.

Единый аппарат, сочетающий в себе функции УЗО и автоматического выключателя, — дифференциальный автомат УДО.

Для того чтобы обычный потребитель смог разобраться в многообразных моделях устройств защитного отключения, создана система классификации, которая основана на следующих характеристиках:

• принцип действия;

• количество полюсов (для однофазной сети применяют двухполюсные, для трехфазной четырехполюсные УЗО);

• номинальный ток, на который рассчитано устройство (УЗО выпускают на номинальный ток нагрузки 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100 А);

• дифференциальный ток, на который реагирует УЗО (ток утечки 10, 30, 100, 300, 500 мА);

• рабочее напряжение (УЗО, используемые в однофазной сети, выпускают на рабочее напряжение 230 В, а в трехфазной — 400 В);

• метод установки.

По типу дифференциального тока УЗО подразделяют на следующие виды:

• АС (реагируют на переменный ток утечки);

• А (реагируют на утечки переменного тока и постоянного пульсирующего);

• В (реагируют на постоянный и переменный ток);

• S (для обеспечения селективности имеют выдержку времени отключения);

• G (аналогично S, но имеют меньшую выдержку времени).

 

Принцип действия УЗО

По принципу действия различают электромеханические и электронные конструкции УЗО (рис. 13). Электронные имеют источник вспомогательного питания, обеспечивающий работу электронной схемы, а электромеханическим он не нужен.

Рис. 13. Электрические схемы УЗО: а — электромеханическое УЗО без блока питания; б — электронное УЗО с блоком питания

Работа УЗО на электронных компонентах зависит от напряжения сети. Из-за конструктивных особенностей при обрыве нулевого провода устройство не может выполнить свои функции, ведь для отключения возникшего тока утечки необходимо питание логической схемы сравнения токов со встроенным усилителем. А при обрыве нулевого провода блок питания запитан не будет, при этом фазный ток через пробой изоляции будет стекать через пострадавшего на землю. Поэтому такие устройства считаются менее надежными, чем электромеханические.

Электромеханические же УЗО срабатывают непосредственно от тока утечки и используют не электрическую энергию питающей сети, а механический потенциал взведенной заранее пружины. Поэтому электромеханические УЗО в аналогичной ситуации успешно выполняют свою функцию. Так, при обрыве нулевого провода в случае неисправности ток утечки вначале будет протекать сквозь тело человека, но через короткий момент, необходимый для срабатывания электромеханического устройства, произойдет защитное отключение. Поскольку этот промежуток времени меньше, чем период наступления фибрилляции сердца, то можно считать, что защитная функция электромеханического УЗО выполняется.

Стандартные значения времени отключения при работе УЗО при появлении дифференциального тока показаны в таблице 3.

 

Скорость срабатывания (временной интервал) отключения УЗО

Таблица 3

 

Порог срабатывания дифференциального органа

Важно выбирать УЗО по току ограничения утечки. Приборы, работающие во влажных комнатах, необходимо подключать к устройствам защитного отключения с порогом срабатывания (чувствительностью) 10 мА. Для обычных жилых помещений достаточно выбирать номинал в 30 мА.

Защита зданий от возгорания за счет нарушения изоляции электропроводки обеспечивается работой дифференциального органа, настроенного на 100 или 300 мА, в зависимости от конструкции и материалов строения.

Все приборы УЗО можно разделить на 2 условные группы:

• обладающие возможностями регулировки порога срабатывания дифференциального органа;

• без настроек.

Корректировку приборов первой группы можно проводить дискретно или плавно. Однако регулирование срабатывания дифференциального органа для домашних приборов не требуется.

 

Количество полюсов УЗО

Поскольку УЗО работает на сравнении токов, проходящих через дифференциальный орган, то число полюсов у прибора совпадает с количеством токоведущих проводников.

В отдельных случаях можно использовать устройство защитного отключения с четырьмя полюсами для работы в двухпроводной или трехпроводной сети. При этом надо оставить в резерве свободные полюса фаз. Прибор будет выполнять свои функции, реализуя собственные возможности не полностью, а частично, что экономически невыгодно.

 

Ток нагрузки, проходящий через УЗО

Каждый вид УЗО выпускают для обработки тока определенной формы колебаний. Для обозначения этой характеристики на корпусе делаются буквенные надписи и/или графические изображения типа прибора.

УЗО типов А и АС реагирует как на медленное нарастание дифференциального тока, так и на быстрое, скачкообразное его изменение. Причем тип АС наиболее всего подходит для использования в обычных бытовых условиях, потому что он предназначен для защиты потребителей, питающихся переменным синусоидальным током.

Приборы типа А используют в схемах, в которых проводится регулировка нагрузки за счет обрезания части синусоиды, например изменения скорости вращения электродвигателей тиристорными или симисторными преобразователями напряжения.

Приборы типа В эффективно работают там, где используется электрооборудование, требующее применения токов разной формы. Чаще всего их устанавливают на промышленных производствах и в лабораториях.

Устройство защитного отключения подключается к работе вместе с автоматическим выключателем для защиты от перегрузок по току. Подбирая их номиналы, следует учесть, что автомат наделен функциями теплового расцепителя и электромагнита отключения.

При токах, превышающих номинальные значения автоматического выключателя до 30 %, работает только тепловой расцепитель, но с задержкой отключения порядка часа. Все это время УЗО будет подвергаться воздействию завышенной нагрузки и может сгореть.

По этой причине его номинал желательно использовать на одну величину больше, чем у автомата.

Устройства типа G работают со временем срабатывания порядка 0,06÷0,08 с.

УЗО типа S и G позволяют обеспечивать принцип избирательности для формирования каскадных схем защиты с недопустимыми токами утечек и созданием алгоритма определенной очереди отключения потребителей.

В целях увеличения продаж производители стали наделять УЗО функцией защиты подключенной электрической схемы от перегрузов и сверхтоков коротких замыканий. Это уже другое устройство, называемое дифференциальным автоматом, о котором несколько слов скажем ниже.

 

Дополнительные функции УЗО

Способность УЗО защищать человека от попадания под действие электрического тока постоянно совершенствуется производителями. Они наделяют эти приборы все бо́льшими возможностями, подключают к ним дополнительные элементы и аксессуары, создают корпуса с различными степенями защиты от воздействия окружающей среды.

В разделе «Схемы подключения УЗО к сети» приведены основные схемы.

 

Маркировка и метод установки УЗО

Рис. 14. Пример маркировки УЗО

УЗО (примеры маркировки показаны на рис. 14) изготавливают в разнообразных корпусах для стационарного крепления в электропроводку и переносные.

Приборы с креплением на DIN-рейку устанавливают в электрические щитки, расположенные в подъезде или квартире.

Встроенная в стену УЗО-розетка обеспечивает безопасность человека при пользовании им любого подключенного к ней электроприбора.

УЗО-вилка, соединенная проводом с одним проблемным прибором, защищает при эксплуатации в местах с различными условиями окружающей среды.

 

Что такое УЗО-Д

Производители учли недостатки предыдущих конструкций и наладили выпуск приборов с блоками питания, которые обеспечивают работу устройства при снятом с него напряжении.

Такие УЗО маркируют буквой Д и обозначают УЗО-Д. Они могут отключать напряжение при отсутствии питания с установленной выдержкой времени или без нее.

При этом их наделяют способностью:

• выполнения автоматического повторного включения (АПВ) схемы под нагрузку при возобновлении напряжения;

• запрета АПВ.

УЗО-Д могут быть наделены возможностью селективной работы, необходимой для устройств, использующих автоматическое включение резерва (АВР) при исчезновении основной линии электропитания. Такие приборы маркируют буквами S и G. Они отличаются продолжительностью задержки на срабатывание. УЗО-Д типа S обладает бо́льшим временем, чем тип G.

 

Схемы подключения УЗО к сети

Схема подключения однофазного УЗО к двухпроводной сети (рис. 15). Для обозначения входных клемм фазы и нуля делают надписи «1» и «N», а выходных — «2» и «N». Для устройств, использующих электронную базу, важно правильно подключить нейтральный провод и не ошибиться с полярностью. В противном случае высока вероятность повреждения составляющих деталей электронной схемы.

Рис. 15. Схема подключения двухполюсного УЗО для защиты однофазной схемы

Конструкция прибора предусматривает возможность периодического его тестирования во время работы для определения исправности. С этой целью установлена кнопка «Т», при включении которой через токоограничивающий резистор и замкнутый контакт создается цепочка для протекания части тока, влияющей на возникновение дисбаланса магнитных потоков, обеспечивающего отключение защиты. Если на УЗО под напряжением нажата кнопка тестирования «Т», а отключения не произошло, это однозначно указывает на неисправность устройства.

При ручном включении УЗО в этой схеме замыкаются сразу 3 контакта:

• токовода фазы;

• токовода нуля;

• цепи тестирования электронной схемы.

При возникновении токов утечек и срабатывании защиты эти же три контакта автоматически разрывают свои цепочки.

Схема подключения трехфазного УЗО к четырехпроводной сети с общей нейтралью (рис. 16). За основу монтажа трехфазных УЗО взята предыдущая схема. Здесь также надо соблюдать полярность каждой фазы и нуля. Для этого к нечетным клеммам подключают входные цепи, а к четным — выходные.

Рис. 16. Схема подключения четырехполюсного УЗО для защиты трехфазной схемы

Такое УЗО работает при возникновении дисбаланса магнитных потоков, создаваемых токами от всех четырех токопроводов.

Схема подключения четырехполюсного УЗО к трем однофазным сетям с общей нейтралью (рис. 17). Эта разработка позволяет одним устройством защищать три однофазные электрические схемы.

Для этого достаточно выбрать место установки, позволяющее использовать шину для подключения к выходу защиты нейтрали для ее разделения по сетям № 1, 2, 3.

Рис. 17. Схема подключения четырехполюсного УЗО для защиты трех однофазных схем

Схема подключения четырехполюсного УЗО к трехфазной сети без нейтрали (рис. 18). При таком подключении лучше использовать электромагнитные конструкции с механическими расцепителями. У статических моделей для работы необходима подача напряжения на блок питания. Он может быть подключен между фазным и нулевым проводами.

Рис. 18. Схема подключения четырехполюсного УЗО для защиты трехфазной схемы без нейтрали

К тому же отсутствие нулевого потенциала исключает функцию периодического тестирования исправности прибора под напряжением, что не совсем удобно. Поэтому такое подключение требует проведения доработок внутренней конструкции.

Схема подключения четырехполюсного УЗО к однофазной сети (рис. 19). Это не очень рациональный способ, но к нему прибегают при последовательном монтаже вначале однофазной сети с последующим добавлением к схеме еще двух электрических цепей для общей защиты, которые будут создаваться через определенное время.

Рис. 19. Схема подключения четырехполюсного УЗО для защиты однофазной схемы

В этом случае важно, чтобы фаза была подключена строго на тот токовод, через который проводится тестирование УЗО в рабочем состоянии. Для этого достаточно при включенных силовых контактах с нажатой кнопкой тестирования «прозвонить» сопротивление между входом каждой фазы и нуля.

Делать это необходимо на демонтированном УЗО без напряжения. На двух клеммах сопротивление будет соответствовать бесконечности благодаря разорванным контактам, а на одной покажет величину сопротивления токоограничивающего резистора. К этой клемме и следует подключаться.

Схема защищенного подключения УЗО. В начале раздела неоднократно отмечалось, что УЗО не имеет встроенной защиты от перегрузки и токов коротких замыканий, которые могут возникнуть в любой момент и сжечь устройство.

УЗО надо защищать. Поэтому перед каждым УЗО необходимо монтировать автоматический выключатель с установкой, обеспечивающей работоспособность и сохранность УЗО (рис. 20).

Автоматический выключатель спасает УЗО от токов перегрузки, а еще защищает от трех видов КЗ, которые могут возникнуть в схеме при нарушениях изоляции:

• между выходным фазным проводом устройства 3 с входным нулевым проводом 2;

• выходным нулевым проводом 4 с входным фазным проводом 1;

• между выходными проводами 3 и 4.