От какого тока всё-таки срабатывает УЗО? Разбираемся в терминологии

Как известно, всяких там неправильных токов (равно, как и пчёл) — много. Ну как много, вполне достаточно для того чтобы набедокурить. А порой с очень и очень неприятными последствиями. Поэтому врага нужно знать в лицо, как говорится. И сегодня он, а точнее, они, предстанут перед нами во всей своей красе благодаря очередной работе всем известного нам изыскателя Александра Ярошенко, практикующего электрика и электротехника, а также автора блога «СамЭлектрик.ру». Ну и бонусом, как это обычно бывает в статьях Александра, некоторые нюансы работы УЗО. Итак, слово автору.

Пусть это будет шпаргалкой и методичкой для тех, кто имеет дело со всякими УЗО (ВДТ) и дифавтоматами (АВДТ). И в первую очередь для меня: пора разложить по полочкам все эти утечки и дифференциалы, иначе бардак с терминологией постоянно раздражает. Каюсь, бардак этот встречается на просторах рунета в том числе и в моих прошлых статьях. В будущем постараюсь придерживаться официальной версии в плане терминологий.

Кстати, о терминологии. В статье я вместо УЗО или устройство защитного отключения пишу по-новомодному — ВДТ или выключатель дифференциального тока. Но по факту это абсолютно одно и то же устройство, просто первое — более маркетинговое и простонародное, второе — более ГОСТовское и бумажное.

Итак, о чём речь в статье? Ток утечки, ток замыкания на землю и дифференциальный ток — все они из одной оперы, и все они часто бывают свалены в кучу. Разбираемся подробно, что к чему, что на что влияет и от чего зависит.

Что такое ток утечки?

Главное, что надо знать — ток утечки есть всегда, и если он присутствует — это нормально. Более того, я не могу представить ситуации, когда этого тока не будет. Может быть, только в идеальном мире, где сопротивление изоляции и всех предметов, не предназначенных для проведения тока, равно бесконечности.

Официальное определение есть в ГОСТ IEC 61008-1-2020 в пункте 3.1.2 (главный ГОСТ по ВДТ, если кто не знает) и выглядит оно так: «Ток утечки — это ток, который протекает в землю или на сторонние проводящие части в электрически неповрежденной цепи».

Ток утечки «утекает» вопреки первому закону Кирхгофа от фазного проводника на землю. Землёй в данном случае считается всё, что электрически соединено с заземлённой нейтралью трансформатора на ТП, а на вводе в дом — с ГЗШ и контуром заземления. Кроме того есть ещё ёмкостная составляющая тока утечки — ведь любой кабель и многие устройства, например, ТЭН можно представить как конденсатор, который имеет реактивное сопротивление на частоте. В данном случае 50 Гц.

На картинке ниже я изобразил, насколько мне позволяют мои дизайнерские способности, типичную ситуацию — система TN-C-S, повторное заземление, УЗО как символ порогового устройства, реагирующего на ток утечки, и сам ток утечки, обозначенный точечной линией.

Утечка тока, которая происходит до УЗО (ВДТ), никак не фиксируется и в работе ВДТ не участвует.

Есть таблицы, по которым проектировщики определяют (плюс-минус) ток утечки различных бытовых приборов. Кому интересно — информация есть в ГОСТ IEC 60335-1-2015.

Большинство бытовых электроприборов имеют класс I по уровню токов утечки. Что касается электропроводки, ток утечки примерно с такой же точностью оценивается по ПУЭ, п.7.1.83: «...ток утечки электроприемников следует принимать из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки сети — из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника».

То есть если в данной группе подключен только нагреватель с рабочим током 10 А на расстоянии 100 м, ток утечки такой инсталляции будет считаться так: 0,4 мА×10 А=4 мА (утечка электроприемника), плюс 0,01 мА×100 м=1 мА. Итого: ток утечки при работе такого нагревателя 5 мА будет нормой. И согласно тому же п.7.1.83 ВДТ с IΔ_n=10 мА ставить на такую группу нельзя — фоновый (нормальный или рабочий) ток утечки должен быть в 3 раза меньше, чем IΔ_n. Иначе, без шуток, замучаетесь бегать стометровку!

Что такое ток замыкания на землю?

Это любой ток, который протекает от фазного (линейного) проводника на любые предметы, так или иначе соединенные, то есть имеющие электрическую связь с глухозаземленной нейтралью трансформатора на подстанции (ТП). В чём же отличие от тока утечки? Принципиальная разница — ток замыкания на землю возникает при аварийном случае — это моё вольное изложение. А вот что говорит ГОСТ IEC 61008-1-2020 (п.3.1.1): «Ток замыкания на землю — это ток проходящий в землю через место замыкания при повреждении изоляции».

При пробое изоляции, к примеру, на металлический корпус электроприбора, появляется некоторая величина тока замыкания на землю. Величина этого тока может «гулять» в очень больших пределах — от милли до кило и даже мегаампер (при КЗ).

Странно и непонятно, почему в этом же ГОСТе есть слова: «ВДТ могут применяться для защиты от возникновения пожара, вызванного утечкой тока через изношенную изоляцию проводов и некачественные соединения». Или «утечка тока» отличается от «тока утечки»? Ответ прост — «ток утечки» это параметр электроустановки, а «утечка тока» — физическое явление.

На картинке я изобразил ток замыкания на землю в виде молнии.

У многих электриков и им сочувствующих сложилось стойкое мнение, а может, уже и стереотип, что замыкание на землю — это всегда искры, выбивание автоматов и другие иллюминации. Но это не так. В некоторых случаях даже ток в 1 мА можно считать током замыкания на землю. Теоретически он может достигать значения тока короткого замыкания.

Но замыкание на землю — это не только про изоляцию. Если произойдет прямое прикосновение человека к открытым токопроводящим частям — к фазному проводу либо любой другой металлической части электроустановки, по какой-то причине находящейся под напряжением, — и при этом человек находится на проводящей поверхности, то через его тело будет проходить ток замыкания на землю. Какое значение тока будет при этом и к чему это приведёт — зависит от индивидуальных особенностей организма. В лучшем случае человек даже ничего не почувствует и не поймёт, что случаи бывают ещё и худшие.

Ещё раз, в чем разница между током утечки и током замыкания? Утечка — это нормально, замыкание это авария. Грань в данном случае определяется при измерении сопротивления изоляции — как только оно опустится до недопустимого уровня, утечка чудесным образом станет замыканием. Проведу параллель: если посмотреть на шпиона с другой стороны, он будет разведчиком.

Что такое дифференциальный ток?

Дифференциальный ток — это сумма тока утечки и тока замыкания на землю. Если установлено ВДТ, то дифференциальный ток — это разница токов по фазному и нейтральному току ВДТ.

Официально (ГОСТ тот же, п.3.2.3): «Дифференциальный ток — это действующее значение векторной суммы токов, протекающих в первичной цепи ВДТ».

Таким образом дифференциальный ток IΔ, который может вызвать срабатывание ВДТ, будет складываться из двух составляющих: тока утечки и тока замыкания на землю. Он никогда не равен нулю, поскольку «фоновый» ток утечки присутствует всегда. И он может резко увеличиться, если появится ток замыкания на землю.

На что срабатывает ВДТ (УЗО)?

ВДТ абсолютно «по барабану», как так получилось, что токи по его фазному и нейтральному проводу стали критично отличаться. Настолько критично, что он принимает решение о выключении нагрузки, которая не выполняет первый закон старины Кирхгофа.

Дифференциальный ток — это уже настоящее зло. Он говорит либо о слабой изоляции (хотя в какой-то степени это допустимо), либо о каком-то аварийном инциденте, который может привести к пожару, потере ресурсов и человеческим жертвам. И вот как раз против него те же немцы придумали ВДТ, которое и продавцы, и нормальные электрики называют УЗО. И если говорить правильно, ВДТ срабатывает именно на дифференциальный ток.

Получается, что если человек говорит с умным видом «УЗО сработало от утечки», то:

• К ВДТ подключили длинную линию, и много приборов. При этом всё абсолютно исправно и штатно.
• Человек не читал ни специализированную литературу, ни мою статью, поэтому путает ток утечки и дифференциальный ток.
• Этот человек — сантехник, у которого прорвало трубы и вода пролилась на ВДТ, которое после этого само себе приказало отключиться и отключилось.

Когда сработает ВДТ (УЗО)?

ВДТ срабатывает при превышении определенного уровня дифференциального тока. Получается, ВДТ всё равно, какова причина происхождения дифференциального тока, на который он реагирует — ему важно значение тока (про вид и форму тока мы пока не говорим).

Уровень срабатывания или отключения можно назвать уставкой дифференциального тока, но правильно — номинальный отключающий дифференциальный ток IΔ_n (п.5.2.3 тоже же ГОСТ). Начиная со значения дифференциального тока IΔ_n и выше, вплоть до номинальной наибольшей включающей и отключающей способности IΔ_m, ВДТ должен отключаться. Но ВДТ также может отключаться, если дифференциальной ток выше чем номинальный неотключающий дифференциальный ток IΔ_n0, который равен половине отключающего. Может, хотя не обязан.

Вот эти ребята могут отключиться, если дифференциальный ток больше 15 мА:

И никто их за это не осудит, поскольку этот поступок будет строго в рамках ГОСТ IEC 61008-1-2020.

Картинки на случай важных переговоров о принципах и нюансах токов, автоматов и чего-нибудь ещё

Может ли выключиться ВДТ (УЗО), если нет дифференциального тока? Странный вопрос. Некоторое время назад я бы утвердительно сказал «Нет!». Но нет предела совершенству и изучению ГОСТов.

На сегодня всё, всем желаю знать официальные термины и уметь правильно ими оперировать.