ВЫБОР  УСТАВКИ  УЗО  НА  ОСНОВАНИИ  ЭКСПРЕСС-МЕТОДА

Балашов  Олег  Петрович

канд.  техн.  наук,  Рубцовский  индустриальный  институт  АлтГТУ РФ,  г.  Рубцовск

E-mail: 

SETPOINT  SELECTION  OF  RCD  BASED  ON  A  RAPID  METHOD

Oleg  Balaschov

candidate  of  Technical  Sciences,  Rubtsovsk  industrial  Institute  AltSTU Russia,  Rubtsovsk

АННОТАЦИЯ

В  статье  рассматривается  выбор  уставки  устройства  защитного  отключения  на  основании  графического  экспресс-метода,  учитывающего  ряд  параметров  электроустановок  в  сетях  низкого  напряжения.

ABSTRACT

The  article  deals  with  setpoint  selection  of  RCD  based  on  a  graphic  rapid  method  considering  the  subset  of  electric  installations  in  the  low-voltage  system. 

Ключевые  слова:   электробезопасность;  УЗО;  экспресс-метод.

Keywords:   electrical  safety;  RCD;  rapid  method. 

Действующие  в  настоящее  время  российские  ГОСТы  «Электроустановки  зданий»  и  ПУЭ  рекомендуют  для  обеспечения  электробезопасности  и  пожаробезопасности  применение  устройств  защитного  отключения  (УЗО).  УЗО  представляет  собой  коммутационный  аппарат,  работающий  в  ждущем  режиме.  При  его  выборе  потребитель  обычно  руководствуется  следующими  наиболее  важными  характеристиками,  определяющими  область  их  применение,  качество  и  работоспособность.  К  ним  относятся  —  номинальное  напряжение,  ток  нагрузки,  отключающий  дифференциальный  ток  (уставка  по  току  утечки),  время  срабатывания  защиты,  параметры  надежности.  Достоверно  оценить  быстродействие  устройства,  его  коммутационную  способность,  срок  службы  и  другие  характеристики  возможно  только  в  специализированных  сертификационных  центрах.  Потребитель  вынужден  довольствоваться  информацией,  предоставляемой  производителем  устройств,  и,  конечно,  доверять  сертификатам  —  соответствия  и  пожарной  безопасности,  без  которых  применение  УЗО,  согласно  требованиям  норм,  недопустимо. 

Но  при  всех  достоинствах  этого  аппарата  массового  оснащения  ими  объектов  не  наблюдается.  Это  связано  с  тем,  что  при  выборе  аппарата  по  номинальному  напряжению  и  току  нагрузки  особых  сложностей  не  возникает,  то  по  дифференциальному  току  приводит  к  серьезным  трудностям.

Во-первых,  широкий  диапазон  стандартных  значений  тока  уставки:  6,  10,  30,  100,  300,  500  мА  [2,  с.  11].

Во-вторых,  рядом  технологических  причин,  связанных  с  действующими  нормативными  документами,  методическим  и  экспериментальным  обеспечением,  способствующим  внедрению  высокоэффективных  средств  электрической  защиты.  Рассмотрим  более  подробно,  в  чем  они  заключаются:

1.  Действующие  нормативные  документы  [4,  с.  51]  не  учитывают  требования  к  безопасности  электроустановок,  зависящей  от  «фонового»  (нескомпенсированного)  уровня  тока  утечки  в  электропроводках  зданий.  Это  приводит  к  тому,  что  монтаж  аппаратов  осуществляется,  как  правило  «наобум»  без  обоснованного  выбора  уставки  тока  срабатывания.  Так  установка  УЗО,  у  которых  уставка  тока  срабатывания  меньше  «фонового»  тока  утечки  электрической  сети  приводит  к  ложным  отключениям,  и  как  следствие  —  к  перерывам  электроснабжения  потребителей.  Если  использовать  аппараты  с  уставками  100  мА  и  выше,  то  это  приведет  к  снижению  чувствительности  защиты,  что  значительно  уменьшит  ее  эффективность  в  плане  обеспечения  электробезопасности  в  электроустановках.

2.  Аналитический  метод  расчета  «фонового»  тока  утечки  в  электропроводках  хотя  и  представлен  в  литературе  [5,  с.  281],  но  он  обладает  существенной  погрешностью,  так  как  не  учитывает  параметры  электроустановок,  их  количество,  характера  работы  и  состояние  электрических  сетей.  А  с  учетом  требования  ПУЭ  [5,  с.  281]  согласно  которому  ток  уставки  УЗО  должен  быть  не  менее  чем  в  три  раза  превосходить  нескомпенсированного  тока  утечки  защищаемой  цепи  электроустановки  делает  его  на  практике  трудно  применимым.

3.  Экспериментальный  метод  измерения  тока  утечки  основан  на  применении  специальной  диагностической  аппаратуры,  которая  в  большинстве  случаев  выпускается  за  рубежом,  а  её  стоимость  весьма  значительна  (более  10000  руб.)  [3,  с.  1],  что  делает  недоступным  широкое  применение  в  электроустановках  низкого  напряжения.

С  этих  позиций  обоснование  и  разработка  экспресс-метода  выбора  уставки  УЗО  представляется  своевременным  и  перспективным.  Использование  такого  метода  позволило  бы  оперативно,  при  производстве  монтажных  работ,  выбирать  необходимую  уставку  УЗО,  учитывая  величину  «фонового»  тока  утечки,  состояние  оборудования  и  электрических  сетей,  что  способствовало  быстрому  оснащению  объектов  современными  средствами  электрической  защиты.

Основные  требования,  предъявляемые  экспресс-методу  выбора  уставки  УЗО  касаются  простоты  использования,  наглядности  и  точности.  Поэтому  в  основу  метода  были  положены  номограммы  —  специальные  графики,  являющиеся  изображением  функциональных  зависимостей  тока  утечки  от  ряда  параметров. 

Особенность  номограмм  заключается  в  том,  что  представленные  графики  изображают  заданную  область  изменения  переменных  и  каждое  из  значений  в  этой  области  представлено  определенным  геометрическим  элементом  (точкой  или  линией).  При  этом  изображения  значений  переменных,  связанных  функциональной  зависимостью,  находятся  на  номограмме  в  определенном  соответствии,  общем  для  номограмм  одного  и  того  же  типа.  Для  наибольшей  наглядности  была  выбрана  сетчатая  номограмма  на  плоскости  в  декартовой  системе  координат.

Точность  метода  обеспечивается  за  счет  аналитических  зависимостей,  полученных  автором  при  проведении  необходимых  экспериментальных  исследований  [1,  с.  149],  которые  включали  в  себя:

1.  Планирование  эксперимента  и  разработку  программы  исследования.

2.  Сбор  данных  и  проведение  измерения  тока  утечки  на  реальных  объектах.

3.  Определение  статистических  оценок  и  законов  распределения  тока  утечки  в  электрических  сетях.

4.  Построение  математических  моделей  (уравнений  регрессии)  состояния  электрической  изоляции  в  зависимости  от  ряда  параметров.

Полученное  уравнение  регрессии  представляется  как  функция  с  четырьмя  переменными:

.  (1)

где:  I_ут  —  ток  утечки,  мА;

Р  —  мощность  электрической  нагрузки,  кВт;

n  —  количество  электроприемников;

ℓ  —  протяженность  электрических  сетей,  м.

Для  наглядности  нахождения  графически  одной  неизвестной  величины  по  трем  другим  было  предложено  ввести  дополнительную  функцию    и  две  номограммы,  которые  описываются  уравнениями    и  .

Рассмотрим  более  подробно,  в  чем  состоит  предлагаемый  экспресс-метод.

Первая  из  номограмм  (рис.  1),  предназначена  для  нахождения  значения  промежуточной  функции  ,  состоит  из  семейства  прямых,  помеченных  значениями  соответствующей  мощностью  электрической  нагрузки  (Р),  количеством  электроприемников  (n)  и  значениями  промежуточной  функции  . 

Вторая  номограмма    представляет  собой  семейство  прямых,  отражающих  протяженность  электрических  сетей  (),  промежуточную  функцию    и  семейство  прямых  тока  утечки  (I_ут).  Помимо  этого  на  последнюю  номограмму  наносится  шкала  тока  уставок  УЗО  (рис.  2).

Рисунок  1.  Номограмма  промежуточной  функции 

Рисунок  2.  Номограмма  определения  тока  утечки  и  выбора  уставки  УЗО

Эта  шкала  изображена  в  виде  прямых  линий,  перпендикулярных  шкале  тока  утечки:  при  значениях  3,3  мА  —  соответствующее  уставке  10  мА  ()  и  10  мА  —  соответствующее  уставке  30  мА  ().  Такое  деление  необходимо  для  выполнения  требования  ПУЭ  [5,  с.  281],  связанное  с  отстройкой  тока  уставки  УЗО  от  «фонового»  тока  утечки  электрической  сети.  Эти  прямые  делят  номограмму  на  три  области  (I,  II  и  III),  каждая  из  которых  соответствует  значению  определенной  уставке  УЗО,  именно:  I  —  10  мА;  II  —  30  мА;  и  III  —  100  мА.

Местоположение  точки  на  номограмме  (рис.  2),  соответствующее  уравнению  1  по  заданным  параметрам  Р,  n  и    позволяет  однозначно  выбрать  уставку  УЗО.

Таким  образом,  предлагаемый  экспресс-метод,  основанный  на  номограммах,  является  простым,  наглядным  и  точным,  позволяет  обоснованно  осуществлять  выбор  уставки  УЗО  в  электроустановках  зданий.

Список  литературы:

1. Балашов  О.П.  Исследования  распределения  тока  утечки  в  электроустановках  низкого  напряжения  общественных  зданий  //  Известия  ТулГУ.  Серия.  Экология  и  рациональное  природопользование.  Вып.  2.  —  Изд-во  ТулГУ,  2006.  —  300  с.  —  С.  144—150.
2. ГОСТ  Р  50807-95  (МЭК  755-83)  Устройства  защитные,  управляемые  дифференциальным  (остаточным)  током.  Общие  требования  и  методы  испытаний  //  [Электронный  ресурс].  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.elec.ru/viewer?url=/library/gosts_e71/gost_r_50807-95.pdf  (дата  обращения:  20.08.2015).
3. Измерительные  приборы.  Клещи  токоизмерительные  для  токов  утечки  MS2010B  //  [Электронный  ресурс].  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.tiasur.ru/catalog-pdc408895.html  (дата  обращения:  20.08.2015).
4. Инструктивное  письмо  Главгосэнергонадзора  России  «Временные  указания  по  применению  устройств  защитного  отключения  в  электроустановках  жилых  зданий»  от  29.04.97  г.  №  42-6/9-ЭТ  //  Промышленная  энергетика.  —  1997.  —  №  9.  —  С.  50—54.
5. Правила  устройства  электроустановок  (7-е  издание)  //  [Электронный  ресурс].  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.elec.ru/viewer?url=/library/direction/pue_7.pdf  (дата  обращения:  20.08.2015).