Архив / 1996 / №2 / 

Защитное отключение на дифференциальном (остаточном) токе: принцип реализации, краткая история и современное состояние (продолжение)

В предыдущей части нашего обзора мы разобрали принцип построения АЗО на дифференциальном ( утечке) токе и проследили этапы совершенствования этой аппаратуры в Австрии.

В большинстве стран мира, в том числе - России, в производственных и бытовых низковольтных сетях используют трехфазную четырехпроводную систему электроснабжения с напряжением - 3х380В с заземлением нулевого провода непосредственно на трансформаторной подстанции. Фазное напряжение 220В между любой из фаз и нулевым проводом используют для осветительного оборудования и подавляющего большинства бытовых электроприборов.

Для снижения опасности электропоражения при повреждении изоляции электроприборов и попадании фазного напряжения на корпус применяют защитное зануление, причем «расщепление» нулевого провода на рабочий и защитный осуществляют на вводно-распределительном щите.

Во Франции принята система   3 х 440В с фазным напряжением 230В. Кроме того, для повышения надежности зануления «расщепление» нулевого провода выполняют непосредственно на трансформаторной подстанции и к потребителю прокладывают пятипроводную сеть. Защитное отключение (ЗО) нашло во Франции  благодатную почву; с 1955 г. фирма Compagnie de construction electrique  изготавливала АЗО серии ВТА двух и четырехполюсного исполнения с комбинированными расцепителями ТЗ и МТЗ и IDN = 30 и 650 мА. Несколько  позже производство своих серий DD-20 и DD-650 освоила фирма  Thomson Brandt. Все АЗО в сериях  - электромеханические, т.е. в них использовано в качестве управляемого расцепителя сверхчувствительное (см. рис.1 и 2) электромагнитное реле с обмоткой возбуждения 3, подключенное непосредственно к обмотке W2 ДТТ.  При появлении на обмотке W2  напряжения достаточной амплитуды, происходит  вытеснение магнитного потока блокирующего магнита 4  в ярме 1 из высококачественного магнитно-мягкого материала (пермаллоя) переменным потоком обмотки 3.

Якорь 6 под действием пружины  7 отрывается от ярма и с усилием F ударяет по рейке сброса механизма независимого расцепления коммутационного аппарата АЗО-автоматического выключателя, вызывая разрыв его силовых контактов.

На рисунках 1 и 2 показан схематический разрез двух конструкций реле- расцепителя австрийских(1) и французких(2) фирм.

В серии DD-20  был АЗО двухполюсного исполнения THS (индекс S - высокой чувствительности)  с IDN = 12мА и электронным промежуточным усилителем. Позднее фирма делала  электронные  АЗО с IDN = 3 и 6 мА (для детских комнат жилых домов ).

В настоящее время крупнейшим производителем АЗО во Франции является фирма  Merlen Gerin  со своим дочерним предприятием  Gardy.

АЗО фирм Франции отличает высокое качество изготовления при больших, чем у австрийских изделий, габаритах, более высокая стойкость к токам короткого замыкания и диапазон рабочих температур ( -15+70С против -10 +40С). Здесь необходимо отметить, что благодаря проводимой с 1971 года стандартизации в ЗО на европейском уровне, к 1995 году достигнуто почти полное совпадение технических характеристик АЗО Австрии, Германии, Франции, Италии, Дании.

О том, что использование  электроники в ЗО привлекает внимание разработчиков можно проследить по продукции итальянской фирмы Ticino. В 1971 г. фирма выпустила на рынок серию АЗО из 17 типов на Iн = 6..25А двух- полюсного исполнения с IDN = 15...30мА. Серия была выполнена в различной конструктивной компоновке ( для открытой установки, встраивания в стену, в распредустройство). Имелись типы с двумя встроенными розетками и тремя выключателями. Питание усилителя АЗО осуществлялось от подзаряжаемого из сети серебряно-цинкового аккумулятора, предусмотрено наличие МТЗ.

Серия была разделена на две группы для создания селективной системы защиты объекта:
а) группа Timatic - для защиты служебных помещений, номеров гостиниц, квартир и т.д.;
б) группа Salvavita - для групповой защиты.

Фирма  Elettrocondutture уже в 1970 году предлагала в СССР для реализации свою серию электромеханических АЗО, снабженных ТЗ.
Система электроснабжения бытовых объектов в США имеет ряд особенностей, обусловленных,в частности, тем, что большинство американцев живет не в квартирах многоэтажных домов, а в коттеджах с автономными системами теплоснабжения и большими установленными мощностями электропотребителей. Там используют трехпроводную двухфазную систему 2х115В с заземленной средней точкой. Эта система представляет меньшую опасность электропоражения, благодаря более низкому напряжению прикосновения ( 115В против 220В в Европе).

В США несколько  позже,чем в Европе, приступили к разработке своих АЗО, но требования к их параметрам чрезвычайно высоки и обусловлены тем, что АЗО применяют, в основном, в качестве «персональной» защиты,встраивая их в розеточные узлы.

В журнале IEEE Spectrum  в 1970 году были опубликованы технические характеристики разработанных АЗО на Iн  до 70 А IDN=3мА.

Своеобразно подошли к проверке эффективности  ЗО японцы. В конце 60-х годов они закупили около 3000 АЗО у фирм Австрии и Франции и установили их в опытную эксплуатацию в квартирах небольшого городка. В течение 3-х лет велись непрерывные наблюдения за поведением АЗО, анализировались причины отказов  и неоправданных «ложных» срабатываний. Испытания показали неоспоримую эффективность ЗО и с 1973 г. крупнейшие фирмы - Mitsubishi, Toshiba, Fuji приступили к производству АЗО и в том же году произвели их до 3.5 млн. штук, а в 1974 году был принят национальный стандарт на параметры ЗО.

В 1976 году Mitsubishi    освоила производство АЗО серии , NVF  на токи Iн =15...1200А с использованием интегральных микросхем. Выпускаемые АЗО «разнесены» по уставкам и времени срабатывания для создания двухступенчатой селективной системы защиты конкретного объекта.

В значительных количествах производят различные модификации конструктивно более простых АЗО многочисленные фирмы Китая.

Индийская фирма Standart производит лицензионные АЗО, соответствующие требованиям МЭК ( международная электротехническая комиссия - IEC).

Фирмы Израиля, Южной Африки, Польши  небольшими партиями производят АЗО по лицензиям австрийских, германских фирм и фирмы АВВ  (Шведско-голландский  концерн).

Терминология:

ЗО  - защитное отключение
IDn  - уставка срабатывания
АЗО - аппарат, реализующий функцию  защитного отключения.
ДТТ  - дифференциальный трансформатор тока.
W2  - информационная  (вторичная) многовитковая обмотка  дифференциального  трансформатора.
АВ  - автоматический воздушный выключатель.
ЗВ  - защитный  выключатель.
ЗП  - защитный  прерыватель.
ТЗ  - тепловая защита (от перегрузки).
МТЗ - максимально-токовая  защита (от коротких  замыканий).
I D  - остаточный ток  (утечка) на землю.
I н  - ток нагрузки
fр  -  резонансная частотачастота воздействующего синусоидального сигнала, при котором резко увеличивается напряжение  обмотки W2 (зависит  от индуктивности ДТТ).

Юрий Водяницкий
к.т.н., ведущий научный сотрудник, ВИЭСХ