Дифавтомат — устройство, принцип работы, назначение

Дифференциальный автомат является совокупностью двух приборов совмещенных в одном корпусе. Первый – это автоматический выключатель, защищающий от токов короткого замыкания и перегрузок. Второй – устройство защитного отключения (УЗО), предохраняющее от поражения человека электротоком и от пожара из-за повреждения изоляции проводников. Принцип работы дифавтомата основывается на тех же методах и способах защиты, которые используются в автоматических выключателях и УЗО.

Защита от удара током при помощи дифференциального автомата

Современное общество отличается широким использованием разнообразного электрооборудования. Нередко встречаются случаи, когда вновь приобретенная техника подключается к проводке, не рассчитанной на высокие потребляемые токи.

Другая ситуация: вместо дорогих устройств известных производителей в целях экономии приобретаются конструкции малоизвестных брендов. Недобросовестные производители снижают себестоимость изделий в ущерб качеству. В целях повышения безопасности людей, предотвращения пожаров разработаны разнообразные устройства защиты.

Составные части дифавтомата

Дифференциальные автоматы производятся двух или четырехполюсными. Двухполюсные устройства работают в однофазной электросети, четырехполюсные – в трехфазных сетях.

Стандартизация и унификация привела к тому, что практически все дифференциальные автоматы выпускаются в виде модулей определенных размеров с креплением, рассчитанным для монтажа на DIN-рейку.

Двухполюсный автоматический выключатель дифференциального тока представляет собой прибор состоящий из:

  • устройства включения и отключения электрического тока;
  • контактной группы;
  • дугогасящей камеры;
  • токовых расцепителей.

Четырехполюсные дифавтоматы имеют такое же устройство, как и двухполюсные, только контролируют три фазы вместо одной. При срабатывании токовых расцепителей в любой фазе отключаются все три.

Что такое дифференциальный автомат и для чего нужен

Дифференциальный автомат конструктивно объединяет в едином корпусе два типа защиты:

  • От перегрузки (короткого замыкания, превышения допустимого значения тока потребления);
  • От токов утечки.

Первый тип используется в токовых автоматах и предусматривает отключение фазного и нулевого проводников при увеличении тока нагрузки выше того, на который рассчитан автомат. Второй тип защиты используется в УЗО – устройствах защитного отключения. Принцип действия заключается в сравнении токов в нулевом и фазном проводах. Наличие разницы говорит о появлении тока утечки, который может быть опасен.

Фактически, дифавтомат объединяет в одном корпусе два устройства.

Достоинства и недостатки

Дифавтомат обладает следующими достоинствами:

  • Экономия места в распределительных щитах ввиду совмещенности двух устройств.
  • Упрощение монтажа и сокращение количества точек подсоединения проводов.
  • В случае срабатывания размыкаются одновременно все питающие проводники (ноль и фаза).

В то же время у данных устройств есть и недостатки:

  • Более высокая стоимость.
  • Затруднение диагностики причины срабатывания.
  • При повреждении меняется полностью вне зависимости от того, какой тип защиты отказал.

Таким образом, если при отдельно установленных автоматах и УЗО можно легко определить, чем вызвано срабатывание (коротким замыканием или током утечки) и при необходимости заменить необходимое устройство, то дифференциальный автомат меняется целиком. Причем для поиска причин необходимы некоторые навыки.

Область применения

Дифавтомат, как и УЗО, наилучшим образом раскрывает достоинства при установке в цепях, которые нуждаются в особом контроле. Это мощная нагрузка, расположенная в помещениях с высокой опасностью, наличие чувствительной к параметрам питающей сети аппаратуры.

К опасным помещениям относятся те, которые имеют высокую влажность и наличие электроаппаратуры. Например, ванная комната с электрическим бойлером или стиральной машинкой, кухня с электроплитой.

Группа включения-выключения

Устройство включения/отключения представляет собой систему рычагов и пружин, которая обеспечивает быстрое срабатывание (замыкание/размыкание контактов) независимо от скорости перевода рычага автомата в ручном режиме в положение включено/выключено.

При срабатывании расцепителей оно также быстро размыкает контакты. Это необходимо для того, чтобы избежать образования дуги и преждевременного выгорания контактов. Конструкция устройства такова, что при любом состоянии дифференциального автомата, переключение происходит за счет энергии заранее взведенной пружины.

Работа дифавтомата

Устройство дифавтомата со стороны УЗО

В нормальном режиме ток в дифавтомате  протекает от фазного провода или жилы кабеля, подключающегося сверху к винтовому зажиму клеммы «1», к катушке соленоида, а затем по неподвижному и подвижному контактам, через гибкую связь, биметаллическую пластину и провода первичной обмотки трансформатора, после чего возвращается на нижний фазный винтовой зажим клеммы «2» дальше через жилу кабеля к нагрузке.  В обратном направлении ток протекает от нагрузки через жилу кабеля,  подключенного к нижней клемме «N», через гибкую связь к подвижному контакту, по неподвижному контакту, по виткам нулевого провода первичной обмотки трансформатора к верхней клемме N дифавтомата. 

Срабатывание электромагнитного расцепителя

При возникновении короткого замыкания отключить нагрузку должен электромагнитный расцепитель. Если ток, протекающий через обмотку, в достаточной мере превышает ток номинальный, в катушке мгновенно возникает сильное магнитное поле. Оно приводит в движение якорь. А тот в свою очередь надавливает на рычажок спускового механизма, что приводит к его срабатыванию и отключению нагрузки. В результате дифавтомат успевает отключиться до появления нежелательных последствий.

Однако во время размыкания между подвижным и неподвижным контактами возможно возникновение дугового разряда, который движется в сторону дугогасительной камеры. Разряд, соприкасаясь с пластинами, разделяется и затухает. При этом избыточное давление и газовыделения, образованные вследствие горения дуги, через специальное отверстие в корпусе выходят наружу.

Срабатывание теплового расцепителя

Защиту от перегрузки обеспечивает тепловой расцепитель. В случае, когда через дифавтомат протекает ток, превышающий номинальное значение в 13-45 % (горячее и холодное состояние), биметаллическая пластина нагревается и постепенно начинает выгибаться. Изогнувшись под определенным углом, она надавливает на рычажок спускового механизма, и дифавтомат отключается. 

Следует отметить, что для срабатывания теплового расцепителя требуется больше времени, чем для электромагнитного, но в то же время он более точен, поддается тонкой настройке.

В случае возникновения тока утечки, например, вследствие пробоя изоляции кабеля, в трансформаторе порождается магнитный поток, вызывающий напряжение на вторичной обмотке трансформатора. В свою очередь напряжение подается на поляризованное реле через выпрямительное устройство и при превышении предельного значения тока утечки приводит к срабатыванию дифавтомата.

Если заземление отсутствует, то дифавтомат не будет реагировать на ток утечки до того момента, пока в цепи не возникнет утечка на землю (например, если потребитель дотронется до металлического корпуса электроприбора). При таком касании возникнет разность токов, которая приведет к срабатыванию устройства.

Срабатывание токового реле

Дифавтомат имеет также кнопку «Тест», принцип действия которой заключается в том, что при ее нажатии подвижный контакт замыкает цепь, и ток начинает протекать от фазного к нулевому контакту через токоограничивающий резистор, который в свою очередь создает ток утечки и приводит к срабатыванию устройства. Если при нажатии копки «ТЕСТ» дифавтомат не выключился, это свидетельствует о его неисправности.

Мы рассказали об устройстве и принципе работы дифавтомата. Вы также можете посмотреть наше видео, в котором показано, как работают дифавтоматы. Кроме того, в данном видео вы можете увидеть, как выглядит дифавтомат изнутри. 

Где лучше установить дифавтомат вместо УЗО

Учитывая то, что дифференциальный автомат занимает меньше места, чем совместно устанавливаемые токовые автоматы и УЗО, то они наиболее удобны при размещении в малогабаритных распределительных щитах. Также удобно использовать дифавтоматы в щитах, распределяющим питание на большое количество цепей, поскольку так можно значительно упростить нагрузку. Одновременно возрастает надежность, так как в распределительных щитах слабым метом являются точки коммутации – клеммы устройств с подсоединенными проводами.

Контакты и дугогасящая камера

Контактная группа представляет собой систему подвижных и неподвижных контактов, которые соединены с выходными клеммами дифференциального автомата.

Для увеличения износостойкости и уменьшения переходного сопротивления контактов, некоторые производители покрывают их металлокерамикой. В качестве металла используется серебро, как имеющее наименьшее удельное сопротивление. Для более надежного контакта, они подпружиниваются.

Дугогасящая Камера изготавливается из фибры. Внутри находятся металлические пластины, которые рассекают дугу, распределяют в пространстве, уменьшая тем самым ее мощность.

Фибра при нагревании мгновенно выделяет газы, которые вызывают гашение дуги. Во избежания разрыва корпуса от избыточного давления, возникающего при гашении электрической дуги, в нем предусмотрены отверстия. Корпус изготавливается из негорючего пластика.

Расшифровка обозначений на корпусе

Маркировка.

На корпусе устройства указаны параметры по номинальному току. В нашем случае, на рисунке указано «50 А». Такая надпись проставляется на УЗО. В случае с дифавтоматом перед цифрой 50 добавляются большие латинские буквы B, C либо D, характеризующие тип расцепителя. Например, С32 означает что перед нами дифференциальный автомат, рассчитанный на номинальный ток 32 А, со встроенным расцепителем типа C.

Изображение схемы.

Смотрим на рисунок 5, справа. На схеме дифавтомата присутствуют дополнительные элементы: электромагнитный и тепловой расцепители. Этих элементов нет на схеме УЗО.

Аббревиатура.

На нашем рисунке указана серия устройства: ВД1-63. Буквы ВД обозначают выключатель дифференциальный, то есть УЗО. На дифавтомате будет красоваться надпись: «АВДТ», что расшифровывается как автоматический выключатель дифференциального тока.

Название.

Некоторые производители пишут название устройства на корпусе сбоку. Для УЗО – «Выключатель дифференциальный», а для дифавтомата – «Автоматический выключатель дифференциального тока».

Общие обозначения для обоих типов выключателей (см. рис. 5):

  • напряжение переменного тока;
  • дифференциальный ток;
  • условный сверхток КЗ;
  • тип УЗО;
  • температурный диапазон.

История

Первый патент (патент Германии № 552678 от 08.04.28) на УДТ был получен в 1928 году германской фирмой RWE (Rheinisch — Westfälisches Elektrizitätswerk AG). Первый действующий образец устройства защиты был изготовлен этой же фирмой в 1937 году. В качестве датчика использовался маленький дифференциальный трансформатор, а исполнительным элементом служило поляризованное реле с чувствительностью 0,01 ампер и быстродействием 0,1 с.

Чувствительность прототипа устройства была 80 мА дальнейшее повышение чувствительности тормозилось отсутствием материалов с нужными магнитными свойствами. В 1958 году доктором Биглмайером из Австрии было предложено новое схемное решение конструкции УДТ. Сейчас такие УДТ маркируются буквой G. В конструкции были устранены ложные срабатывания от грозовых разрядов и увеличена чувствительность до 30 мА.

Граничные кривые переменного тока и физиологическое действие тока на организм человека были установлены путём тестов в 1940—1950 годы в университете Berkeley американским учёным Чарльзом Дальцилом. В ходе тестов добровольцы подвергались воздействию электрического тока с известным напряжением и силой тока.

В начале 1970-х годов большинство УДТ выпускались в корпусах типа автоматических выключателей. С начала 1980-х годов в США большинство бытовых УДТ были уже встроенными в розетки.

В СССР первые эксперименты по проектированию УДТ начались в 1964 году. Первое серийное УДТ для укомплектования трёхфазного электрифицированного инструмента было изготовлено в 1966 г. Выборгским заводом «Электроинструмент» по разработке ВНИИСМИ. Первое бытовое УДТ в СССР было разработано в 1974 году, но в серию не пошло. Серийное бытовое УДТ производилось с 1988 года в значительных количествах (до 200 тысяч штук в год). Типичный вид УДТ того времени — удлинитель с розеткой на шнуре. С 1982 года всё учебное электротехническое оборудование, поступавшее в школы, в обязательном порядке оснащалось УДТ, которое получило наименование «школьное». Серийность изделия доходила до 60 тыс. штук в год. Для нужд промышленности и сельского хозяйства выпускались защиты ИЭ-9801, ИЭ-9813, УЗОШ 10.2 (ещё выпускается), РУД-0,5.

В настоящее время используются преимущественно УДТ для монтажа в электрощите на DIN-рейку, а встроенные УДТ пока широкого распространения не получили.

Основные параметры

Любой дифференциальный автомат располагает 8-ю клеммами для трёхфазной сети и 4-мя для однофазной. Само устройство является модульным и состоит из:

  • Корпуса, изготовленного из негорючего тугоплавкого материала;
  • Клемм с маркировкой, предназначенных для подключения проводников;
  • Рычага включения-выключения. Количество зависит от модели конкретного устройства;
  • Кнопки тестирования, позволяющей вручную проверить работоспособность дифференциального автомата;
  • Сигнального огонька, информирующего о выбранном типе срабатывания (утечка или перегрузка).

При выборе дифференциального автомата со всей интересующей информацией можно ознакомиться непосредственно на самом корпусе устройства.

Выбор дифавтомата нужно производить исходя из множества параметров:

  1. Номинальный ток – показывает, на какую нагрузку рассчитан дифавтомат. Эти значения стандартизированы и могут принимать следующие значения: 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63А.
  2. Время-токовая характеристика – значения могут быть равны B, C и D. Для простой сети с маломощным оборудованием (используется редко) подойдёт тип В, в городской квартире – С, на мощных производственных предприятиях – D. Например, при запуске двигателя ток резко возрастает на доли секунд, ведь необходимы определённые усилия для его раскрутки. Данный пусковой ток может в несколько раз превышать номинальный ток. После запуска потребляемый ток становится в несколько раз меньше. Для этого и нужен этот параметр. Характеристика B означает кратковременное превышение такого пускового тока в 3-5 раз, C – 5-10 раз, D – 10-20 раз.
  3. Дифференциальный ток утечки – 10 или 30 мА. Первый тип подойдёт для линии с 1-2 потребителями, второй – с несколькими.
  4. Класс дифференциальной защиты – определяет, на какие утечки будет реагировать дифавтомат. При выборе устройства для квартиры подойдут классы АС или А.
  5. Отключающая способность – значение зависит от номинала автомата и должно быть выше 3 кА для автоматов до 25 А, 6 кА для автоматических выключателей на ток до 63 А и 10 кА для автоматических выключателей на ток до 125 А.
  6. Класс токоограничения – показывает, как быстро будет отключена линия при возникновении критических токов. Существует 3 класса дифавтоматов с самого «медленного» — 1 к самому «быстрому» — 3 по срабатыванию соответственно. Чем выше класс, тем выше цена.
  7. Условия использования – определяются исходя из потребностей.

Выбор дифавтомата по мощности

Для того чтобы выбрать дифавтомат по мощности необходимо учитывать состояние проводки. При условии, что проводка качественная, надёжная и отвечающая всем требованиям, для расчёта номинала можно применить следующую формулу – I=P/U, где P – это суммарная мощность используемых на линии дифференциального автомата электрических приборов. Выбираем дифавтомат ближайший по номиналу. Ниже приведена таблица зависимости номинала дифавтомата от мощности нагрузки для сети 220 В.

Внимание! Электрические провода должны быть правильно подобраны, исходя из мощности нагрузки.

Все характеристики дифавтоматов указываются непосредственно на самом корпусе устройства, что облегчит подбор подходящего дифференциального автомата и поможет определиться с тем, какой дифавтомат для квартиры подойдёт лучше всего.

На данный момент в продаже имеются дифавтоматы с двумя типами расцепителя:

  • Электронный – имеет электронную схему с усилителем сигнала, которая питается от подключённой фазы, что делает устройство уязвимым при отсутствии питания. При пропаже нуля такой он не сработает.
  • Электромеханический — не потребует для работы внешних источников питания, что делает его автономным.

Особенности выбора для квартиры или дома

Параметры автоматов во многом зависят от характеристик электропроводки и устанавливаемого оборудования. Часто ставят защиту с током утечки 30 мА, поскольку более чувствительные устройства могут выдавать ложные срабатывания при изношенной электропроводке и при большом количестве подключенных приборов.

Тап электромагнитного расцепителя определяется параметрами подключаемой нагрузки.

Асинхронные двигатели, используемые в компрессорах холодильников, сплит-систем, водяных насосах, в момент запуска потребляют ток, в 3-5 раз превышающий номинальный. Для исключения ложных срабатываний в быту используют тип С расцепителя.

По классу тока утечки используют автоматы АС, поскольку в быту применяется сложная электронная техника. На дачах, гаражах (там, где присутствует простейшая нагрузка) устанавливают тип А (стоит недорого).

По току срабатывания руководствуются теми же условиями, что и при выборе автоматов защиты.

Типовые схемы подключения

Выбор схемы подключения дифавтомата зависит от того, какие задачи мы стремимся решить. Условно их можно разделить на два типа:

  • схемы для защиты одним автоматом всех электрических групп;
  • использование отдельных устройств, для каждой защищаемой группы (рис. 6).

Рис.6. Подключение АВДТ

Схема защиты отдельных групп более приемлема, так как при возникновении неполадок в группе, отключается не вся сеть, а лишь проблемные цепи. Такое подключение требует больше устройств АВДТ, но это оправдано.

При подключении дифференциального автомата мы советуем руководствоваться правилами:

  1. Дифавтомат всегда устанавливается после вводного автомата и электросчётчика.
  2. Нулевой провод на выходе АВДТ нельзя подсоединять к нейтралям других линий.
  3. В старых домах с обветшавшей проводкой возможны утечки из-за плохой изоляции. Если защита дифавтоматом всё-таки нужна, то лучше использовать устройства с настройкой по токам утечки на грани 30 мА.

Условия эксплуатации

Установка дифференциальных автоматов производится как с использованием заземления, так и без него.

Основным условием является строгое соответствие подключаемых проводников к соответствующим клеммам, которые имеют маркировку для фазного и нулевого проводников.

Ошибки при покупке

Главная ошибка при покупке дифавтомата – стремление обезопасить себя. В связи с чем потребители выбирают устройства с минимальным током защиты и перегрузки. В результате наблюдаются многочисленные ложные срабатывания.

Превышение тока отключения не гарантирует надежное отключение при высоких токах нагрузки.

Грамотный подбор параметров автоматики защиты обычно выполняют специалисты, которые также дают рекомендации по распределению электрических цепей и монтажу силового щита. Отсутствие должной квалификации не гарантирует нормальной защиты потребителей от нештатных ситуаций.

Литература

  • IEC/TR 60755:2008. General requirements for residual current operated protective devices. Edition 2.0 — Geneva: IEC, 2008‑01.
  • IEC 60947-2:2016. Low-voltage switchgear and controlgear. Part 2: Circuit-breakers. Edition 5.0. — Geneva: IEC, 2016‑06.
  • IEC 61008‑1:2013. Residual current operated circuit-breakers without integral overcurrent protection for household and similar uses (RCCBs). Part 1: General rules. Edition 3.2. — Geneva: IEC, 2013‑09.
  • IEC 61009-1:2013. Residual current operated circuit-breakers with integral overcurrent protection for household and similar uses (RCBOs). Part 1: General rules. Edition 3.2. — Geneva: IEC, 2013‑09.
  • IEC 61540:1999. Electrical accessories. Portable residual current devices without integral overcurrent protection for household and similar use (PRCDs). Edition 1.1. — Geneva: IEC, 1999‑03.
  • IEC/TR 62350:2006. Guidance for the correct use of residual current-operated protective devices (RCDs) for household and similar use. First edition. — Geneva: IEC, 2006‑12.
  • IEC 62423:2009. Type F and type B residual current operated circuit-breakers with and without integral overcurrent protection for household and similar uses. Edition 2.0. — Geneva: IEC, 2009‑11.
  • IEC 60050-442:1998. International Electrotechnical Vocabulary. Part 442: Electrical accessories. Edition 1.0. — Geneva: IEC, 1998‑11.
  • ГОСТ Р МЭК 60755-2012. Общие требования к защитным устройствам, управляемым дифференциальным (остаточным) током.
  • ГОСТ IEC 61009-1-2014. Выключатели автоматические, срабатывающие от остаточного тока, со встроенной защитой от тока перегрузки, бытовые и аналогичного назначения. Ч. 1. Общие правила.
  • ГОСТ Р 51328-99 (МЭК 61540-97). Устройства защитного отключения переносные бытового и аналогичного назначения, управляемые дифференциальным током, без встроенной защиты от сверхтоков (УЗО-ДП). Общие требования и методы испытаний.
  • Харечко Ю. В. Защитные устройства модульного исполнения. — М.: ООО «АББ Индустри и Стройтехника», 2008. — 336 с.
  • Харечко Ю. В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 4// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». — 2015. — № 6. — 160 c.
  • Гуревич В. И. Ложные срабатывания УЗО: кто виноват и что делать? / Владимир Гуревич (к. т. н.) // Силовая электроника. — 2013. — № 5. — С. 48 — 54.

Ссылка на основную публикацию