Пожар внутри частного дома — еще та беда, которая может подкараулить любого владельца, пренебрегшего правилами электробезопасности. Особенно часто она происходила на западе и в Канаде, где распространено каркасное строительство.
С начала этого века проблема резко снизилась. В проводку стали встраивать цифровые модули. Новая защита от дугового замыкания введена на законодательном уровне. Она уже предотвратила множество пожаров.
Ее выпуск освоен за рубежом и у нас в стране. Несмотря на общие принципы построения в них есть значительные отличия в работе. Их и рассматриваю.
Неисправная электропроводка — причина пожара: 3 способа возникновения дуги тока
Дефекты изоляции или нарушения контактов токопроводящих жил происходят при монтаже и эксплуатации различными способами, часто носящими случайный характер.
Причины повреждения электропроводки: запомни и не допускай
Основные предпосылки возникновения характерных дефектов показаны на картинке.
В результате их появления при включении оборудования под напряжение повышается температура электрической проводки как результат протекания дополнительных токов.
Горючие материалы строений воспламеняются при излишнем нагреве. Источником пожара часто выступает электрическая энергия, которая развивает аварию по одному из трех путей:
- Последовательно с нагрузкой.
- Параллельно нагрузке при аварийном стекании тока между потенциалами фазы и нуля.
- Когда потенциал фазы просачивается на контур земли параллельно нагрузке.
Микродуга: как развивается в последовательной цепи
Электрический ток протекает за счет энергии, приложенной от источника напряжения. На его путь и величину существенное влияние оказывает сопротивление среды.
Если все токовые магистрали выполнены надежно цельными металлическими жилами, а контакты вилок и розеток плотно подогнаны, то включение под нагрузку не создаст неисправностей.
Плохой ужим контактов повышает переходное сопротивление, увеличивает нагрев, ведет к повреждению изоляции. В таких местах образуется последовательная дуга.
Величина ее тока сравнима или даже может быть меньше значения номинальной нагрузки. Поэтому она находится вне зоны чувствительности автоматического выключателя с его уставками по перегрузке и короткому замыканию.
Аналогичные повреждения возникают при нарушении контактов в патронах осветительных приборов, распределительных коробках и других местах.
От подобных неисправностей автомат не защищает, а микродуга развивается, повреждая оборудование. Постепенно оно становится источником возникновения пожара.
Микродуга в параллельных цепочках
Повреждение слоя изоляции может возникнуть между потенциалом фазы с рабочим нулем или контуром земли.
В обоих случаях величина тока по этим цепочкам зависит от создавшегося сопротивления.
При большом повреждении изоляции может возникнуть режим короткого замыкания, который обязан мгновенно ликвидировать электромагнит отсечки автоматического выключателя. Перегруз с выдержкой времени устранит тепловой расцепитель.
Однако, если создалось большое сопротивление на участке, то через него будут протекать невысокие токи. Их автоматический выключатель не отключит.
Замыкание на землю должно ликвидировать УЗО или дифференциальный автомат. Но это в случае, если величина тока утечки достигнет значения выставленной уставки.
Эксперты МЭК, занимавшиеся исследованием причин пожаров от электрической проводки в прошлом веке, пришли к выводу: примерно половина несчастных случаев с проводкой технически не может быть предотвращена защитами на базе автоматических выключателей и устройств защитного отключения.
Этот вопрос удалось реализовать только с появлением цифровых технологий на базе микропроцессорных устройств.
Инженеры немецкой компании Hager на своем сайте объясняют принцип определения момента искажения гармоничного сигнала синусоиды при возникновении тока микродуги.
Любая дуга обладает определенным электрическим сопротивлением. На графике условно взята точка А. Когда напряжение синусоиды доходит до нее (пороговый эффект), то создается ток пробоя через изоляцию со своей разностью потенциалов.
Соответственно, искажается ток нагрузки и формируется дополнительное напряжение, поддерживающее горение дуги.
Когда через эту точку проходит отрицательная полуволна синусоиды, то процесс повторяется, что показано на графике, как точка B.
Ток дуги, ограничиваемый сопротивлением дефектного места, вызывает его нагрев.
Комплексная защита от пожара: 3 варианта модулей
Первые практические результаты, которые признала Международная Энергетическая Компания, принадлежат концерну Siemens. По его пути пошли ABB и другие производители.
Американская корпорация Eaton Corporation считает, что сейчас можно полностью решить вопрос предотвращения пожаров каркасных домов от неисправностей электрической проводки благодаря комплексному использованию трех видов защитных модулей:
- MCB — модульного автоматического выключателя;
- RCD — устройства дифференциальной защиты (наше УЗО);
- AFDD — устройства обнаружения дугового короткого замыкания.
Они даже выпускают специализированную защиту AFDD Faton, внутри модуля которой совмещены все эти три функции.
Последние изменения в нормативную базу IEC внесены 13 ноября 2014 года. Они определяют требования к защитам по отключению возникающих в проводке микроскопических дуг.
Все это реализовано в последних разработках ведущих производителей: Siemens, ABB, Hager, Eaton Corporation.
В России выпуск подобных цифровых защит электропроводки от возникновения пожара на момент моей публикации освоили два производителя: Меандр и Эколайт.
Они приступили к массовым продажам своей продукции.
Появилась и законодательная база: 1 июля 2018 года вступил в силу и стал действовать ГОСТ IEC 62606. Стандарт введен для защит от дугового пробоя.
Если сравнить терминологию зарубежных защитных модулей и наших, то можно заметить отличия:
- устройства для обнаружения дугового короткого замыкания — вариант Eaton Corporation. Корпорация уточняет, что модуль предназначен для работы с токами номинального или рабочего диапазона (до 125А);
- защита от дугового пробоя — термин Меандра;
- защита от искрения — название Эколайта.
Однако, нас больше интересуют рабочие характеристики и надежность, работоспособность этих защит.
Давайте сравнивать, анализировать и делать свои выводы самостоятельно для каждой модели. Я поделюсь собственными мыслями, к которым меня подтолкнул ЭлектроШаман (низкий поклон и благодарность).
Надеюсь, что они вам также помогут правильно сориентироваться в выборе и эксплуатации нужных защит.
Устройство защиты от дуги: как работают современные модули
За основу конструкции взята технология цифровых регистраторов, когда период высокочастотных импульсов калиброванного генератора используется для формирования времени измерения действующих значений тока или напряжения.
Сигналы снимаются с соответствующих встроенных датчиков и обрабатываются контроллером по заданным алгоритмам. Производители не раскрывают свои технологии, но о результатах можно судить по техническим характеристикам.
Устройство защиты от дуги работает по принципу постоянного сканирования спектра тока внутри контролируемой области. При возникновении в ней искрения микроконтроллер моментально оценивает возможность причинения ею вреда, принимает решение на отключение или игнорирование.
Самое ценное в этом алгоритме — способность микроконтроллера отличать искрения, создаваемые коллекторными электродвигателями бытовых приборов и, например, сварочных аппаратов, от повреждений проводки.
Под него создаются программы, изготавливаются микросхемы и конечные модули.
Проведем их анализ по косвенным причинам, которые производители публикуют выходными параметрами. Рассмотрим несколько модулей.
S-ARC1: технические характеристики ABB с видеороликом производителя
Дуговая защита от АВВ, выполненная в модуле S-ARC1, показана на средней части картинки. Ее характеристики для наглядности увеличил и расположил слева. Красными стрелками указал на наиболее важные параметры.
Справа показал внешний вид дифференциального автомата DS201 этого же производителя. Снимки достались с разных ракурсов, но они позволяют судить о схожести корпусов и способов подключения проводов.
Маркировка на клемме фазы 1/2 сверху и 2/1 снизу говорит о том, что провода можно заводить с любого направления, как удобно монтажнику. Сторона подачи напряжения не сказывается на работе защиты.
Этим учитывают негласные правила того, что на Западе всю проводку стараются заводить снизу, а у нас принят верхний монтаж.
Стандартные зажимы для клемм позволяют использовать монтажные гребенки, что избавляет от обычных проволочных перемычек, экономит место, упрощает работы.
Левая нижняя стрелка указывает на работу модуля по цифровой технологии с электронной схемой. Дальше идет надпись: В16, как и у автоматического выключателя — времятоковая характеристика B и номинальный ток (16 ампер).
Для сведения: поискал модули защит дугового короткого замыкания на большие номинальные токи. Все они сконструированы для работы в пределах 10-40 ампер. Выше найти у зарубежных производителей мне не удалось.
По показателям времятоковой характеристики и номинального тока удобно подбирать S-ARC1 под конкретный защитный автомат.
Надписи в прямоугольниках 6000 и 3 говорят о том, что коммутационная способность контактов способна разорвать аварийные токи до 6 кА, а класс токоограничения — №3 (самый быстрый).
Существует много конструкций модулей, способных надежно разрывать и большие аварийные токи — 10 килоампер.
На сайте Eaton Corporation нашел вот такую вольтамперную характеристику B и C работы дуговой защиты модулей AFDD+.
Предлагаю сравнить с характеристикой автоматического выключателя.
Как видите, у них много общего. У AFDD параметры отключения на характеристиках показаны семью позициями. Смотрите и сравнивайте сами.
Работа модулей ABB S-ARC1 показана в полутораминутном ролике компании. Кто не понимает немецкую речь может смотреть без звука.
Обратите внимание на момент отключения защиты. Она срабатывает не сразу, а отключает питание после начала возгорания проводки. Такие настройки выбраны специально для повышения надежности.
УЗМ 51МД: противопожарное устройство защиты от компании Меандр в Санкт Петербурге
Отечественный производитель выпустил уже много собственных модулей, которые отличаются алгоритмом работы и характеристиками. Общей моделью стало реле УЗМ-50М.
Последние разработки УЗМ-50МД и УЗМ-51МД с заинтересовавшими меня характеристиками показываю картинкой с красными стрелками.
Меандр подчеркивает надписью на лицевой стороне корпуса, что они созданы для работы в сети под напряжением 230 вольт с частотой 50 герц и не могут использоваться в качестве разъединителей.
Однако больше заинтересовали три другие величины:
- Увеличенный по сравнению с AFDD номинальный ток до 63 A.
- Уменьшенная коммутационная способность контактов разрывать аварийные токи до 4,5 kA.
- Строгая зависимость направления подачи напряжения. Вход расположен сверху, а выход — снизу. Менять провода местами нельзя.
По этим трем показателем защита проигрывает своим зарубежным аналогам.
Меандр опубликовал принципиальную схему устройства УЗМ-51МД, используемую для подключения проводов фазы и нуля.
Она показывает, что эта защита контролирует состояние входного напряжения и при отклонении параметров от уставки отключает его с нагрузки.
Интерес представляет диаграмма работы УЗМ 51МД, показывающая верхние и нижние уровни ограничения напряжения, зоны ускоренного отключения и с задержкой.
Диаграмма с временными параметрами срабатывания взята на сайте производителя.
УЗИС: устройство от искрения компании Эколайт — что не понравилось и отталкивает
Ведущий отечественный производитель светодиодной техники тоже выпустил модуль защиты со специфическими характеристиками.
Справа на картинке сразу видно, что подвод напряжения выполнен снизу, а выход сверху, что противоречит нашим общепризнанным правилам монтажа.
Номинальный ток модуля 40 ампер, а напряжение сети 230 вольт. Имеется возможность ограничения верхнего предела до 290. Прямо на коробке приведены условия эксплуатации и технические характеристики.
Туда же вложена вилка “Тест”. Ее назначение — проверять исправность встроенной электроники подключением в розетку. (Странная конструкция: хранить в розетке нельзя, а благодаря маленьким габаритам ее легко потерять.)
Составные части модуля, извлеченные из корпуса, представлены на картинке ниже.
Хорошо видно, что магистраль рабочего нуля не разрывается, выполнена цельной. На электронной плате хорошо заметен микропроцессор и остальные электронные компоненты.
Защита от импульсного перенапряжения возложена на варистор. Его корпус не закрыт. Значит, при срабатывании он может взорваться, осколки разлетятся внутри схемы.
Фото силовой части показывает измерительный трансформатор тока в виде кольца, мощный коммутационный контакт и электромагнит.
Сразу вспоминается заявленная величина номинального тока: 40A. Разрыв такой нагрузки без образования электрической дуги не происходит. Ее потребуется погасить. Дугогасящей камеры не видно: отсутствует.
Коммутационная способность контактов не указана, а даже Меандр заявил о своем модуле — 4500.
Вот такие мысли приходят в голову при первом знакомстве с защитой от искрения компании Эколайт и Меандр.
Установка противопожарной защиты: где ставить модуль по науке
Монтаж электропроводки в деревянном доме и каркасном строительстве требует точного понимания условий срабатывания применяемых защит, учета их возможностей.
Сразу надо определиться с тем, что не все ослабленные контакты вызывают электрическую дугу. Вначале происходит просто повышенный нагрев переходного сопротивления, как на картинке сигнализации перегрузки сурового русского светодиода, путешествующей по просторам рунета.
Зажимная гайка контакта раскалена докрасна, металл шины и токоведущей жилы почернел, а искр нет. Конечно, сказывается конструкция вводного щита: металл и бетон. Гореть нечему от подобного нагрева.
Старая алюминиевая проводка 2,5 квадрата или медная на полтора, проложенная для розеточных групп, тоже станет перегреваться. Но микродуги в ней возникнут со временем, только после повреждения изоляции.
Производители AFDD сталкиваются со сложными инженерными задачами, связанными с реализацией:
- надежного определения момента образования микродуги на всем диапазоне рабочего тока от минимально допустимой до номинальной величины;
- четкого отличия помех в сети от работающих электродвигателей и другой бытовой техники;
- своевременного отключения мест повреждений, способных вызвать возгорание для локализации пожара.
Компании Меандр и Эколайт почему-то используют совсем другой путь: монтаж на вводе. Они преподносят это как преимущество перед своими зарубежными аналогами.
Смотрите рекламный видеоролик самого Меандра на времени 2,40.
В свое детище производитель постарался внести множество функций, даже защита от импульсного перенапряжения встроена.
Неплохой маркетинговый ход для увеличения продаж. Ведь намного привлекательнее поставить одну защиту на вводе, чем несколько на отдельных линиях. Создается значительная экономия денег на покупку оборудования. Однако подобная затея пока, на мой взгляд, обречена на провал.
Номинальный ток УЗМ 51МД выбран 63 А. Обеспечить точность определения момента дуги и отстройку ее от бытовых помех на таком диапазоне — очень сложная задача.
Как показывают отзывы покупателей (их достаточно много в интернет), она не решена.
Происходит очень много ложных срабатываний. Об этом говорит видеоролик Павла Музляева “Испытание УЗМ-51МД”. У него для тестирования защиты используется самый простой набор бытовых электроприборов. Посмотрите.
Поставите такое устройство на вводе и при подключении любого прибора рискуете остаться без света.
Чем привлекателен опыт зарубежных компаний
Иностранные производители AFDD свои модули создают конструкцией, совмещенной с другими токовыми защитами: УЗО, дифференциальными и автоматическим выключателями.
Их ставят на отдельные линии с учетом питания конкретных видов нагрузок и гарантированного отключения опасных коротких замыканий при аварийных ситуациях.
Грубая ошибка измерений или срабатывания защиты: что произойдет с проводкой
Рассмотрим 2 варианта неправильной работы AFDD и последствия от них при:
- излишнем срабатывании.
- повторной подаче напряжения на отключенную нагрузку.
Для первого случая еще раз направлю к видеоролику ABB, где хорошо показан момент отключения начала пожара. Он точно отстроен от возникновения дуг, сопровождаемых включением приборов, переходными процессами выдергивания вилки из розетки либо переключениями нагрузок.
Вариант автоматического повторного включения напряжения под отключенную неисправность ABB, Siemens, Hager, Eaton Corporation вообще не рассматривают.
Их принцип: раз защита сработала, то иди и разбирайся со своей проводкой, ищи неисправность и устраняй.
Что сделал Меандр?
А наш производитель пошел своим путем: коль защита отключила аварию, то надо усилить ее развитие. Через некоторое время (30 секунд) она снова подает напряжение на дефектное место: мол, пусть догорит.
Этот факт Меандр подтверждает в своем видео. Вернитесь немного вверх и посмотрите еще раз момент на 2.19.
Какие могут быть последствия неправильной работы?
Допустим, что защита встроена на вводе в квартиру многоэтажного дома и в ней никого нет на момент аварии. Значит, в сети остался подключенным только холодильник. Им и рискуем. Все остальное отключено.
Когда же УЗМ-51МД установлена на вводе частного дома с автоматикой отопления, то ошибочное отключение в мороз может привести, как минимум, к разморозке водяных магистралей.
Самостоятельно сравниваем риски и делаем выводы.
Жду ваших мнений и результатов экспериментов с подобными защитами. Возможно, что я сгустил краски насчет Меандра и Эколайта, а у вас нет претензий к их работе. Тогда поделитесь своим опытом в комментариях.
