УЗИС. Защита от искрения в электропроводке

От автора

Привет, друзья! Сразу к делу. Несмотря на то, что я всем рекомендую ставить реле напряжения, про которые у меня уже несколько статей на блоге, это не спасает потребителя от проблем с возможным возгоранием.

Поясню на примере. Имеем распространенную и трудно диагностируемую проблему — плохой контакт. Чем это может быть чревато?

Допустим, у человека проблема — плохой контакт в распределительной коробке где-то в труднодоступном месте. Это никак не проявляется — вся нагрузка дома, которая идёт через эту проблемную скрутку, работает, только иногда почему-то глючит.

Запахов никаких, поскольку коробка в проветриваемом месте, и к тому же герметично замурована. И вот, в один «прекрасный» день ломается телевизор. Гарантия закончилась, и ремонт обходится в сумму более 5000 руб. Кроме того, постоянно приходится перезагружать Wi-Fi роутер, поскольку в доме пропадает интернет...

Далее, в ещё один «прекрасный» день чуть не случается пожар — проблемная скрутка окончательно отгорает, оставив без электроэнергии пол квартиры. Время на поиск и ожидание электрика, нервы, расходы...

У меня, как у электрика, такие ситуации случаются постоянно, и вызывают меня всегда на предпоследней или последней стадии — или когда «моргает свет», или «пахнет жареным», или вообще домочадцы сидят без света.

Неоднократно встречался с этой проблемой и в промышленном оборудовании. Например, почитайте мою статью про ремонт станка на контроллере. Причина оказалась банальна — искрение в питающей розетке! В результате — слетела программа в контроллере.

Устройства защиты потребителей электроэнергии

Сейчас придумано достаточно средств для защиты потребителей от всяких бед с напряжением, чтобы защитить электропроводку и нагрузку. Коротко перечислю эти устройства.

• Защитный автомат. Самое распространенное средство, как правило и единственное, которое стоит в каждой квартире. Защищает электропроводку после автомата от перегрузки по току и от короткого замыкания.
• УЗО (устройство защитного отключения). Защищает от прямого прикосновения к токоведущим частям, от тока утечки на землю вследствие ухудшения изоляции электропроводки и электроприборов.
• ДифАвтомат (дифференциальный автомат) — симбиоз двух предыдущих устройств, защищает от повышенного тока, кз и утечки.
• Реле напряжения — защищает электроприборы от пониженного и повышенного напряжения.
• Реле контроля фаз — в принципе то же реле напряжения, но контролирует качество трехфазной сети.
• УЗИП (устройство защиты от импульсного перенапряжения). Защищает от скачков в питающей сети, которые могут происходить, например, от включения мощных потребителей и грозовых разрядов.
• ОМ, ПФ, и тд. Ограничители мощности, переключатели фаз, и подобные приборы — служат не столько для защиты, сколько для сервиса.
• Устройство защиты от искрения (УЗИс). Это как раз то, что мы будем рассматривать в этой статье.

Что такое искрение и дуговой пробой?

Немного теории.

Искрение — это непредсказуемое скачкообразное изменение тока и напряжения с питающей линии. При этом ток и напряжение за счет реактивной составляющей в линии могут принимать значения, во много раз превышающие номинальные.

Если по научному, то искрение называют также дуговым пробоем. Дуговой пробой может быть двух видов:

1. Последовательный дуговой пробой. Это пробой в результате плохого контакта в одном из проводников питающей сети. При этом ни одно из перечисленных устройств не способно выявить эту проблему, кроме УЗИс.
2. Параллельный дуговой пробой. Это пробой между двумя полюсами электрической сети. В нашем случае — между фазой и нулем, или фазой и землей. И если при последовательном пробое усредненный ток в сети понижается, то при параллельном — повышается. Казалось бы, тут нам может помочь обычный автомат? Но не так всё просто. Защитный автомат имеет время-токовую характеристику, и ему нужно определенное время, чтобы отключиться при данном токе. Время до возгорания при таком пробое может быть очень коротким, а ток — недостаточным для моментального отключения, и произойдёт пожар. Это происходит в достаточно частых в практике случаях, когда от автомата с большим номинальным током отходят длинные тонкие провода, а пробой случается в них где-то ближе к нагрузке.

Виды дуговых пробоев показаны на рисунке:

Последовательный и параллельный дуговой пробой, приводящий к искрению и пожару

В обоих видах пробоя он сопровождается световыми, звуковыми и тепловыми эффектами. А это при определенных условиях легко приводит к возгоранию.

Кроме этого, возникает электромагнитная помеха, которая распространяется по электросетям и по электромагнитному полю, и дает сбои в работе различного слаботочного оборудования.

Как заранее защититься от таких неопределенных и неприятных ситуаций и вовремя предпринять меры?

Как раз об этом и идет речь в статье, это УЗИС (Устройство защиты от искрения). Его выпускают несколько производителей, и оно может также называться Устройство защиты от дуговых разрядов (УЗДР), или Устройство защиты от дугового пробоя (УЗДП).

УЗИС Эколайт. Принцип действия и основные функции

Мне в руки попало устройство защиты от искрения УЗИс-С1-40-010110-ЭЛ002, которое я и буду всячески исследовать и даже мучить.

Устройство защиты от дугового пробоя УЗИс-С1-40 от Ecolight

Но для начала рассмотрим принцип действия.

Как и в случае с реле напряжения, в УЗИС происходит непрерывный контроль (отслеживание) параметров синусоиды, которая через него проходит. Но в реальных условиях, особенно при искрении, напряжение далеко от синусоиды. Поэтому используется метод измерения True RMS, учитывающий все гармоники (частоты) сигнала, а не только первую, 50 Гц.

Для этого используется контроллер. Как только изменяются некоторые параметры (а это в первую очередь относится к мгновенному значению напряжения и тока), контроллер принимает решение от расцеплении цепи.

Принимается во внимание также полярность и форма напряжения, о длительности и периодичности повторения скачков напряжения. Такая сложная обработка сигнала нужна для того, чтобы исключить ложные срабатывания, и в то же время отключить потребителя при действительно серьезных проблемах.

Время выключения от тока нагрузки не зависит. То есть, нужен ток 2,5 А в дополнение к току нагрузки без искрения.

Повторное включение возможно только вручную, это требование противопожарного стандарта ГОСТ IEC 62606-2016 (можно будет скачать в конце статьи).

Основные характеристики

Разберём заявленные производителем характеристики устройства.

Параметры УЗИс «Эколайт»

Я прокомментирую некоторые параметры.

• 2.1.3. Номинальное/минимальное/рабочее напряжение — 230/150/290 В. Минимальное — значит, что устройство в принципе будет пропускать через себя ток, но защищать от искрения не будет. Максимальное — при этом напряжении устройство отключить потребителя, сработает защита от повышенного напряжения. То есть, УЗИС частично заменяет реле напряжения.
• 2.1.4. Выдерживаемое напряжение — 440 В. При этом устройство не выйдет из строя, и при возврате напряжения в рабочие пределы продолжит функционировать. Эти два пункта означают, что УЗИС обеспечивает защиту от обрыва нуля, оставаясь работоспособным после этого.
• 2.1.7. Пороги напряжения для отключения — 260, 270, 280, 290 В. Выбором порога можно изменить соотношение риск повреждения нагрузки/частота отключений. Приходится выбирать, и хорошо, что эта возможность есть.
• 2.1.8, 2.1.9. Время отключения при превышении порога напряжения — 0,2 с, 0,03 с (при напряжении более 300 В). То есть, при опасном обрыве нуля УЗИС отработает максимум за полтора периода сетевого напряжения, и гарантированно спасёт нагрузку от повреждения. И дом от пожара.
• 2.1.10. Время срабатывания при искрении — от 0,04 с. Это время зависит от некоторых факторов — от интенсивности и частоты повторения искрения, от тока нагрузки.
• 2.2.11. Параметры варисторной защиты — радует, что она есть, это снизит интенсивность входной помехи из питающей сети.

Фото характеристик на упаковке устройства:

УЗИС. Эксплуатационные условия и технические характеристики

Для диагностики состояния устройства служит двухцветный светодиод, который сохраняет непрерывность индикации причин отключения и после отключения УЗИс, и даже позволяет отслеживать при этом текущее напряжение сети поворотом регулятора уставки предельного напряжения. Светодиод имеет 6 состояний:

Индикация состояния работы и неисправностей

Инструкцию производителя и другую информацию к Устройству защиты от искрения Эколайт можно будет скачать в конце статьи.

Фото внешнего вида УЗИС Эколайт

Внешний вид устройства показан в начале статьи. Вот боковая сторона со схемой подключения:

УЗИс Эколайт. Схема подключения

Схема подключения вроде бы простая, но имеет одну важную особенность! Дело в том, что в отличии от других подобных устройств, УЗИс подключается снизу, на клеммы IN, а выходные клеммы OUT — сверху!

Как выглядят клеммы:

Клеммы для подключения УЗИс. Надёжно

Для проверки работоспособности в комплект входит средство контроля зоны функционирования (имитатор искрения):

Средство контроля УЗИс — имитатор искрения

В случае необходимости проверки работы УЗИс или при каких-то подозрениях в его неисправности можно вставить в любую розетку это устройство, и УЗИс должен сработать.

Имитатор искрения для проверки устройства защиты от дугового пробоя

Впрочем, УЗИс имеет внутреннюю схему контроля, которая проверяет устройство на работоспособность сразу после включения и затем каждые 12 часов.

Ещё несколько фото упаковки. Информативно и красочно.

Основные причины возгораний в электросетях

Радует, что такие вещи делают в Сколково!

УЗИс «Эколайт», коробка

УЗИс «Эколайт», упаковка

Схема включения

Схема — проще не придумаешь:

Схема включения устройства защиты от искрения УЗИС

Однако, и здесь можно ошибиться, перепутав вход с выходом, и фазу с нулём. Будьте внимательны при подключении!

Для защиты перед УЗИс нужно включать автоматический выключатель (АВ), а при необходимости — УЗО по стандартной схеме.

Устройство на ток 40 А, и, как и в случае с реле напряжения, возникает вопрос — а что, если нужен ток больше 40 А? Можно ли применить модульный контактор для усиления тока. Нет. Дело в том, что ток нагрузки должен протекать только через УЗИС, а в случае с контактором будет протекать ток его катушки, и никакой пользы от этого не будет.

Производитель обещает выпустить изделие на ток 63 А, этого вполне достаточно.

А вот байпас, закоротив входную и выходную клеммы, использовать можно. Но, как и в случае с реле напряжения, пользоваться им нужно с умом и временно — только тогда, когда УЗИс срабатывает по какой-то причине, или вышло из строя. Это может быть случай, если допустимо работать (на свой страх и риск) с неисправной электропроводкой, до её ремонта. Не рекомендую! При параллельном пробое возгорание проводки может произойти практически мгновенно!

Внутреннее устройство

Чем дальше — тем интереснее!

Разбираем устройство, и видим:

Внутренняя схема УЗИс

Я подписал на фото основные узлы.

Плата более детально:

Устройство УЗИс. Электронная плата.
Справа — контакты для программирования на этапе производства,
слева — контакты для подключения

Устройство УЗИс. Электронная плата.
Тут контакты для подключения платы (внизу) видны хорошо

Силовая часть:

Устройство расцепителя УЗИс

Производитель по ряду технических причин выходной контакт сделал неподвижным, и расположил его сверху.

Испытания

При подключении средства контроля (имитатора искрения) всё работает, как и написано в описании устройства. Но мне всегда хочется большего.

У меня нет испытательной лаборатории, чтобы провести испытания, рекомендованные в ГОСТ IEC 62606-2016. Однако, я собрал простейший испытательный генератор искрения на реле:

Генератор искрения на реле

Принцип работы этого генератора прост — при включении питания реле включается, его НЗ контакты размыкаются, реле выключается, НЗ контакты замыкаются, реле включается, и т. д., до бесконечности, с частотой 20...50 Гц, в зависимости от конструкции реле.

Испытательный стенд выглядел таким образом:

Установка для исследования работы устройства защиты от дугового пробоя.
Нижний двухполюсный автомат — для подключении нагрузки

Через вторые НЗ контакты реле коммутируется нагрузка, обозначенная на схеме как Rn. В качестве активной (резистивной) нагрузки я использовал паяльник, масляный нагреватель и наборы мощных резисторов (cos φ > 0,9):

Резисторы для имитации мощной активной нагрузки

В качестве реактивной — трансформаторы (cos φ < 0,2).

Скажу сразу, систематизировать должным образом результаты измерения не удалось, поскольку такие параметры, как «интенсивность искрения» и импульсное перенапряжение, измерить очень сложно, можно лишь оценить.

Для начала напомню, какая форма напряжения у нас в сети между нейтральным и фазным проводами:

Синусоида в сети питания 220 В

Если начинается искрение с преимущественно активной нагрузкой, мы видим такую картину:

Искрение (дуговые пробои) в цепи питания активной нагрузки

Устройство защиты от искрения срабатывало при токе нагрузки около 2,5 А. Почему «около»? При токе 2 А скорость срабатывания — несколько секунд, при токе 3А — практически мгновенно. Ток рассчитывал на основе закона Ома.

А вот при индуктивной нагрузке в сети творилось вот что:

Форма напряжения при искрении в сети с индуктивной нагрузкой

Как видно, размах напряжения (от минимума до максимума) — более 1600 В! Вот почему могут гореть наши электроприборы! Хорошо, что сейчас такую нагрузку стараются исключить, и cos φ < 0,5 в домашней нагрузке встретить можно очень редко.

В этом случае УЗИс срабатывал уже при токе менее 1 А, что логично — он старается защитить нашу сеть от такого беспредела.

На этом всё, пишите свои вопросы и отзывы об этом устройстве в комментариях!

Файлы для скачивания

Ниже выкладываю для скачивания файлы по данному устройству, в том числе соответствующие ГОСТы.

1. Listovka_UZIs_new_C1_40.pdf. Устройство защиты от искрения УЗИс-С1 для автоматического отключения искрящей цепи. Листовка.
2. Prezent_UZIs_new_C1_40.pdf . Презентация Эколайт УЗИс.
3. Imitator_iskreniya. pdf. Описание имитатора искрения.
4. Metodicheskie_rekomendacii. pdf. Экспертное исследование после пожара контактных узлов электрооборудования в целях выявления признаков больших переходных сопротивлений.
5. UZIs_instrukciya. pdf. УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ИСКРЕНИЯ УЗИс-С1-40 ТУ 27.12.23-001-05342780-2017 Руководство по эксплуатации.
6. Vopros-otvet1.3.pdf. Вопрос-ответ от производителя УЗИС.
7. ГОСТ IEC 62606-2016.pdf. ГОСТ, на основе которого производится УЗИс.
8. Технологическая карта монтажа УЗИс. pdf. Подробное описание процесса и правил монтажа УЗИс.
9. УЗИс Сертификат ТР ТС. pdf. Сертификат соответствия таможенного союза на УЗИс

Источник: Александр/СамЭлектрик. ру