Электронные УЗО – домыслы и реальность

Исполняется 10 лет, как в жилищном строительстве России начали широко применять устройства защитного отключения (УЗО). За это время появились современные нормативные требования к УЗО и к электроустановкам зданий, изложенные в стандартах МЭК, в государственных стандартах РФ, в ПУЭ седьмого издания, в нормативных документах Главгосэнергонадзора России. Рынок УЗО в России заполнился различными исполнениями УЗО отечественного и зарубежного производства, имеющими самые различные параметры и характеристики. Опубликовано большое количество работ, посвященных вопросам безопасности электроустановок зданий с использованием УЗО, выбора и эксплуатации УЗО, исследований характеристик УЗО, рационального выполнения УЗО с учетом российских особенностей. Идет конкурентная борьба между изготовителями и перепродавцами УЗО за рынки сбыта.

В 1997 году Главгосэнергонадзором России совместно с Госстандартом России принят документ "Временные указания по применению устройств защитного отключения в электроустановках зданий", позднее положенный в основу главы 7.1 ПУЭ (издание седьмое). Этот документ завершил дискуссию о допустимости или недопустимости применения электронных УЗО в электроустановках зданий России, вызванной стремлением ограничить использование электронных УЗО по примеру Западной Европы, в которой допускалось использование в электроустановках зданий только электромеханических УЗО. Начиная с 1997 года, в России отсутствуют какие-либо нормативные документы, запрещающие или ограничивающие использование УЗО, различающихся по способу действия.

Однако, не все специалисты, занимающиеся проектированием электроустановок с УЗО, их монтажом и испытаниями, эксплуатацией имеют достаточно ясное представление о характеристиках, достоинствах и недостатках различных УЗО. Этому способствуют, к сожалению, некоторые публикации последних лет, в которых содержатся не совсем, мягко говоря, достоверные сведения, вызванные нынешними реалиями конкурентной борьбы. Ниже сделана попытка дать ответы на некоторые вопросы, наиболее часто возникающие при выборе УЗО.

Особенности электронных УЗО

Прежде всего, отметим, что термины "электронные УЗО" и "электромеханические УЗО" не отражают сути этих изделий и не используются в нормативных документах. Согласно ГОСТ Р 50807-95 любое УЗО - это "механический коммутационный аппарат или совокупность элементов, которые при достижении (превышении) дифференциальным током заданного значения при определенных условиях эксплуатации должны вызвать размыкание контактов". В любом УЗО имеется, по крайней мере, два электронных элемента: измерительный дифференциальный трансформатор, осуществляющий обнаружение дифференциального тока, и резистор в устройстве эксплуатационного контроля, позволяющий моделировать аварийный дифференциальный ток для проверки работоспособности УЗО. Таким образом, чисто "электронных УЗО" и чисто "электромеханических УЗО" нет и быть не может. Эти термины используют вместо более правильных терминов "УЗО, функционально зависящие от напряжения сети" (УЗО со вспомогательным источником питания) и "УЗО, функционально независящие от напряжения сети" (УЗО без вспомогательного источника питания), приведенных в ряде стандартов. Хотелось бы обратить внимание на то, что еще более 35 лет тому назад при рассмотрении вопросов повышения безопасности электроустановок с помощью УЗО, предлагалось различать "УЗО с усилением сигнала" от "УЗО с прямым действием сигнала на цепь управления"[1]. При этом отмечалась высокая чувствительность УЗО с усилением сигнала, выполненных на электронных элементах, и перспективность их широкого применения. Учитывая недостаточную проработку в последние годы терминологии, что отмечается во многих публикациях, в частности в [2], и использование технической общественностью терминов "электронные УЗО" и "электромеханические УЗО", ниже будем их использовать как наиболее короткие синонимы стандартных терминов.

Сравнение характеристик электронных и электромеханических УЗО приведено в [3], где описан ряд недостатков электромеханических УЗО и отмечены их преимущества. В развитие этой публикации ниже рассмотрены основные особенностями электронных УЗО по сравнению с электромеханическими:

наиболее простая конструкция механизма. Фактически механизм отечественных электронных УЗО состоит из механизма автоматических выключателей, конструкция которых достаточно хорошо отработана, имеет высокую надежность и низкую стоимость. Механизм управляемого дифференциальным током расцепителя, позволяющего производить автоматическое размыкание контактов УЗО, в большинстве случаев встроен в выключатель, хотя иногда его размещают вместе с измерительным дифференциальным трансформатором в устройстве дифференциального тока и механически связывают с выключателем. Электронные элементы установлены на печатных платах, технология производства которых обеспечивает высокую надежность УЗО при работе в самых суровых климатических условиях. В электромеханических УЗО к механизму выключателя, порой имеющему специальное исполнение, вместо печатной платы имеется реле с постоянным магнитом, воздействующим на механизм выключателя, и механизм взвода этого реле. В некоторых электромеханических УЗО имеются также электронные элементы, защищающие реле от воздействия сверхтоков, или допускающие осуществлять выдержку времени отключения; высокая чувствительность к дифференциальному току, простота регулировки и стабильность тока срабатывания. Это бусловлено электронной схемой усиления сигнала, поступающего с вторичной обмотки измерительного дифференциального трансформатора, и сравнения его с эталонным сигналом, имеющим высокую стабильность. В связи с этим электронные УЗО могут быть выполнены с любым требуемым значением номинального отключающего дифференциального тока, и иметь при этом практически одинаковую стоимость. В электромеханических УЗО функцию измерения и сравнения дифференциального тока выполняет реле, повышение чувствительности которого, например, до 10 мА, значительно повышает стоимость УЗО. К тому же, ток срабатывания электромеханических УЗО имеет большой разброс от одного образца к другому, существенно изменяется по мере старения, зависит от воздействия магнитных полей в месте размещения УЗО, от температуры окружающего воздуха; получение любых требуемых характеристик. Возможности электроники безграничны, в связи с чем электронные УЗО практически без увеличения стоимости могут иметь тип А по условиям функционирования при наличии постоянной составляющей в дифференциальном токе, а при умеренном увеличении стоимости могут иметь исполнения с выдержкой времени - тип S для обеспечения селективности, а также выполняющие целый ряд дополнительных функций - защиту от временных перенапряжений, защиту от грозовых импульсных напряжений, защиту от повышенной температуры, световую сигнализацию о включенном состоянии и о наличии напряжения в питающей сети, дистанционное управление отключением и т.п. В электромеханических УЗО выполнение требований, предъявляемых к УЗО типа А и тип S, приводит к значительному увеличению их стоимости, а дополнительные функции, как правило, отсутствуют, что связано с усложнением конструкции (в одном изделии определенного габарита сложно установить узлы и элементы как электромеханических УЗО, так и электронных УЗО), с чрезмерным удорожанием УЗО и с дальнейшим снижением их надежности.

Единственным, как нам кажется, недостатком электронных УЗО является зависимость их работы от напряжения сети, понижающегося или вообще пропадающего при некоторых авариях в защищаемой электросети. Однако это свойство электронных УЗО, чрезмерно преувеличенное и наиболее часто используемое в конкурентной борьбе, не оказывает существенного влияния на электробезопасность электроустановок, в которых используют УЗО.