Дифференциальный автоматический выключатель

Дифференциальный автоматический выключатель (Автоматический выключатель дифференциального тока или дифференциальный автомат) - это устройство защиты, объединяющее в одном корпусе функции автоматического выключателя и устройства защитного отключения (УЗО). Другими словами это устройства, при помощи которых можно защитить контролируемую цепь от токов перегрузки, токов короткого замыкания и от токов утечки, а также позволяющие защитить человека от возможного поражения электрическим током и предотвратить возможность возгорания в результате нарушения изоляции токоведущих частей электроустановки.

Конструкция дифференциального автомата представляет собой корпус, изготовленный из диэлектрического материала, в который помещены двухполюсный или четырехполюсный автоматический выключатель и включенный последовательно с ним модуль дифференциальной защиты.  Автоматический выключатель и модуль дифференциальной защиты – это две части, выполняющие две функции:

• рабочая часть;
• защитная часть.

Рабочая часть дифференциального автомата представляет собой автоматический выключатель, в котором имеется специальный механизм независимого расцепления и рейка сброса с помощью внешнего механического воздействия.
В различных типах дифференциальных автоматов устанавливаются четырехполюсные или двухполюсные автоматические выключатели.
Рабочая часть дифференциального автомата, как и обычный автоматический выключатель, оборудована двумя расцепителями, отвечающими за его отключение:

• электромагнитный расцепитель отключает линию электропитания в случае короткого замыкания;
• тепловой расцепитель срабатывает в случае возникновения перегрузки защищаемой группы.

Конструкция электромагнитного расцепителя представляет собой соленоид с подпружиненным сердечником, который связан с подвижным силовым контактом. Такой расцепитель обеспечивает отключение устройства при  возникновении в защищаемой цепи короткого замыкания, т.е. при возникновении токов, величина которых в тысячи раз превышает номинальное значение этого параметра. При коротком замыкании ток в цепи мгновенно возрастает, наводимое в катушке по закону электромагнитной индукции магнитное поле перемещает сердечник соленоида, который приводит в действие механизм расцепителя и размыкает силовые контакты дифференциального автомата (т.е. подвижный и неподвижный контакты). Линия размыкается, позволяя снять с аварийной цепи питание и защитить от возгорания и разрушения сам автомат, электропроводку и замкнувший электроприбор.
Время срабатывания этого вида защиты определяется время-токовыми характеристиками.
Тепловой расцепитель срабатывает в случае возникновения в защищаемой цепи токов перегрузки (небольшие, но действующие в течение продолжительного промежутка времени, превышения допустимого значения тока). В отличие от электромагнитного расцепителя, тепловой расцепитель не срабатывает на кратковременные броски тока. Конструкция теплового расцепителя представляет собой биметаллическую пластину, которая подключена последовательно с катушкой электромагнитного расцепителя. Биметаллическая пластина нагревается, когда в последовательной цепи протекает ток (при работающем автомате), что приводит к тому, что ее свободный конец смещается к рычагу механизма расцепления. При возникновении токов перегрузки и по истечении определенного времени пластина нагревается настолько, что изгибается и контактирует с рычагом. Далее задействуется механизм расцепления, который размыкает силовые контакты, после чего дифференциальный автомат отключается, размыкая защищаемую цепь. Время срабатывания этого вида защиты также определяется время-токовыми характеристиками.
При размыкании силовых контактов при протекании через них тока возникает электрическая дуга.  Для защиты силовых контактов диф.автомата от воздействия электрической дуги применяется дугогасительное устройство(дугогасительная камера). Мощность дуги, как правило, пропорциональна току в коммутируемой цепи. Электрическая дуга опасна тем, что она разрушает силовые контакты, повреждает пластмассовые детали корпуса.
Дугогасительное устройство устройств защиты представляет собой дугогасительную камеру с деионной решеткой из нескольких покрытых медью стальных параллельных пластин. Дугогасительное устройство устанавливается в каждом полюсе автомата и предназначается для локализации электрической дуги в ограниченном объеме. Могут быть предусмотрены также искрогасители, представляющие собой фибровые пластины.

Защитная часть дифференциального автомата - это модуль дифференциальной защиты. Он представляет собой дифференциальный трансформатор тока, через который проходят фазный и нулевой проводники, образуя первичную обмотку (силовая обмотка) и вторичную обмотку (обмотку управления). Первая обмотка образована фазным проводом, в ней протекает ток к нагрузке (к потребителю). Вторая обмотка образована нулевым проводом, в ней протекает обратный ток от нагрузки (от потребителя). При штатной работе диф.автомата токи направлены встречно и равны. При возникновении тока утечки баланс токов нарушается и в тороидальном сердечнике возникает разностный магнитный поток. Вследствие этого во вторичной обмотке управления возникает ток. Когда величина тока во вторичной обмотке достигает порогового значения, срабатывает механизм расцепления и, силовые контакты отключаются от питающей сети.
Обратите внимание, модуль дифференциальной защиты включается последовательно с автоматическим выключателем.
На корпусе устройства расположены: рычаг управления, входные и выходные клеммы, кнопка «тест» и иногда (в зависимости от производителя, марки и серии конкретного устройства) встроенные индикаторы, позволяющие определит причину срабатывания. Кроме того, на корпусе маркируются основные характеристики данного устройства такие как, марка, бренд, напряжение сети, номинальный ток, номинальный дифференциальный отключающий ток (чувствительность) и т.д.
Входные и выходные клеммы располагаются на корпусе устройства сверху и снизу соответственно. Входные клеммы используются для подключения фазного и нулевого провода от  источника питания. Выходные клеммы используются для подключения фазного и нулевого провода от  нагрузки. Клеммы, предназначенные для подключения нулевого провода, промаркированы на корпусе буквой «N».
Кнопка «тест» используется для проверки исправности модуля дифференциальной  защиты. При нажатии на эту кнопку, в устройстве создается искусственный ток утечки. Если дифференциальный автомат исправен, после нажатия на тестовую кнопку он отключится.

Сзади на корпусе располагается специальное крепление, позволяющее фиксировать устройство на DIN-рейку.
Дифференциальные автоматические выключатели можно классифицировать в зависимости от особенностей конструкции (конструктивному исполнению) на два типа:

• электромеханические (устройства, не зависящие от напряжения питания);
• электронные (устройства, нуждающиеся в дополнительном источнике питания, который получают от контролируемой цепи, либо от дополнительного источника питания).

В электромеханических устройствах защитного отключения источником энергии, необходимой для функционирования аппарата является сам сигнал - дифференциальный ток, на который оно реагирует. Электромеханические УЗО - более надежные устройства. Они продолжают выполнять защитные функции даже при обрыве проводников.
Электронные устройства защитного отключения менее надежны. Контролирующим устройством в электронных УЗО является не реле, а специальная электронная схема. При обрыве нулевого проводника в цепи до УЗО такое электронное устройство перестает функционировать, а фазный потенциал, опасный для жизни человека, будет по-прежнему поступать к потребителю. Также они подвержены воздействию электромагнитных полей, токовых импульсов и т.д.

Дифференциальные автоматические выключатели можно классифицировать по следующим параметрам:

• номинальный ток;
• время-токовая характеристика срабатывания;
• номинальный отключающий дифференциальный ток, mА;
• номинальное напряжение, В;
• тип модуля дифференциальной защиты;
• предельная коммутационная способность, А;
• класс токоограничения;
• количество полюсов;
• сечения присоединяемых проводников, мм2;
• степень защиты (IP);
• электрическая износостойкость, циклов В-О;
• механическая износостойкость, циклов В-О;
• монтажные характеристики;
• климатическое исполнение;
• диапазон рабочих температур;
• вес, объем;
• марка, производитель, серия.

Дифференциальные автоматы различаются по количеству полюсов на две группы:

• двухполюсные диф.автоматы;
• четырехполюсные диф.автоматы.

Двухполюсные устройства защитного отключения применяются в однофазных электросетях (220В). Такие аппараты обеспечивают подачу напряжения двух проводов – фазы и нуля (или нейтрали). На корпусе изделия или в его паспорте можно найти информацию о том, где находится клеммы подключения фазного проводника от источника питания (обозначается, как правило, «1»), подключения фазного проводника от нагрузки (обозначается, как правило, «2»), подключения нулевого провода (обозначается, как правило, «N»). Такие автоматы обеспечивают подачу напряжения и защиту от токов перегрузки и от токов короткого замыкания двух проводов – фазы и/или нуля.
Двухполюсные автоматические выключатели представляет собой два модуля. На корпусе каждого модуля расположены две винтовые клеммы (входная и выходная) для присоединения проводов со стороны питания и со стороны нагрузки. Обратите внимание, в зависимости от производителя, марки и серии конкретного устройства, двухполюсные дифференциальные автоматы могут занимать на DIN-рейке один модуль (компактные устройства), а также два и более модулей. Это связано с тем, что блок дифференциальной защиты в диф.автомате также занимает дополнительное место. 

Четырёхполюсные дифференциальные автоматические выключатели применяются в трехфазных электросетях (380В). Подключение четырехполюсного устройства к трехфазной сети с применением нейтрали обеспечивает подачу напряжения четырех проводов - фазы и нейтрали, а также защиту от воспламенения электропроводки при больших токах утечки. На корпусе изделия или в его паспорте можно найти информацию о том, где находится клеммы подключения фазных проводников и нейтрали от источника питания, а также их вывода от нагрузки. Три фазных провода обозначается «А», «В», «С» и ноль «N».
Четырехполюсные автоматические выключатели представляет собой четыре модуля. На корпусе каждого модуля расположены две винтовые клеммы (входная и выходная) для присоединения проводов со стороны питания и со стороны нагрузки. Такие автоматы обеспечивают подачу напряжения и защиту от токов перегрузки и от токов короткого замыкания четырех проводов - фазы и/или нуля. Различные модели четырехполюсных автоматов могут различаться в зависимости от номиналов, и времятоковых характеристик, которые определяют скорость отключения. Обратите внимание, в зависимости от производителя, марки и серии конкретного устройства, четырехполюсные дифференциальные автоматы будут занимать на DIN-рейке не менее четырех модулей. Это связано с тем, что блок дифференциальной защиты в диф.автомате также занимает дополнительное место. 

Еще одна важная характеристика – время-токовая характеристика срабатывания дифференциального автоматического выключателя. Это зависимость времени отключения защищаемой цепи, от силы протекающего через нее тока. Другими словами, именно эта характеристика определяет время срабатывания автоматического выключателя в случае возникновения токов короткого замыкания или токов перегрузки различной величины. Ток указывается как отношение к номинальному току [I/In], т.е. во сколько раз, протекающий через автомат ток, превышает номинальный для данного автоматического выключателя.
Обратите внимание, автоматы с одинаковым номинальным током будут отключаться по-разному в зависимости от их время-токовых характеристик. Время-токовая характеристика, как правило, приводится в виде графика и маркируется на корпусе соответствующей буквой.
Существует шесть типов время-токовых характеристик:

• тип А (2-3 значения номинального тока) применяются для защиты цепей с большой протяженностью электропроводки и для защиты полупроводниковых устройств. Используются как правило в квартирах и частных домах;
• тип B (3-5 значений номинального тока) применяются для защиты цепей с малым значением кратности пускового тока с преимущественно активной нагрузкой (лампы накаливания, обогреватели, печи, осветительные электросети общего назначения). Также часто используются в квартирах и частных домах, в сетях с большими нагрузками, где потребность в электроэнергии значительно увеличивается;
• тип С (5-10 значений номинального тока) применяются для защиты цепей установок с умеренными пусковыми токами - кондиционеры, холодильники, домашние и офисные розеточные группы, газоразрядные лампы с повышенным пусковым током. Используются в промышленных и офисных зданиях;
• тип D (10-20 значений номинального тока) применяются для защиты цепей, питающих электроустановки с высокими пусковыми токами (компрессоры, подъемные механизмы, насосы, станки). Устанавливаются, в основном, в производственных помещениях;
• тип K (8-12 значений номинального тока) применяются для защиты цепей с индуктивной нагрузкой;
• тип Z (2,5-3,5 значений номинального тока) применяются для защиты цепей с электронными приборами, чувствительными к сверхтокам.

Номинальный отключающий дифференциальный ток или "уставка" по току утечки (А) – один из основных параметров устройства защитного отключения. Номинальный отключающий дифференциальный ток – это ток утечки, который определяет применение устройства в данных условиях, устанавливаемых предприятием–изготовителем в зависимости от номинального рабочего напряжения сети при допустимых отклонениях от номинального напряжения и номинального режима работы УЗО, т.е. это есть значение дифференциального тока, которое вызывает отключение УЗО при заданных условиях эксплуатации. Стандартный ряд номинальных отключающих дифференциальных токов: 10; 30; 100; 300; 500; 1000 А.

Номинальный ток, А - это ток, который может проходить через устройство длительное время, не разрушая его конструкцию и защитных функций. Конструктивно каждый механизм УЗО рассчитан на определенную величину номинального тока. При его превышении возможно повреждение механизма. Параметр маркируется на передней панели. Стандартный ряд номинальных токов: 6; 16; 25; 40; 63; 80; 100; 125 А. Обратите внимание, номинальный ток УЗО желательно выбирать на ступень выше номинального тока автоматического выключателя, контролирующего данный участок цепи.

Номинальное напряжение, В - действующее значение напряжения, при котором УЗО полностью работоспособно, т.е. максимальное напряжение сети на которое рассчитано устройство.

Номинальная коммутационная способность – это действующее значение ожидаемого тока, который защитное устройство способно выключить, т.е. пропускать в течение времени размыкания и отключить при заданных условиях эксплуатации без нарушения своей работоспособности. 
Номинальная коммутационная способность должна не менее чем в 10 раз превышать значение номинального тока. Значение этого параметра зависит от конструкции механизма отключения и качества контактов. УЗО хорошего качества могут иметь более высокую коммутационную способность до 1000 -1500А. Устройства с высокой номинальной коммутационной способностью надежнее, и в случае аварийной ситуации, например, при коротком замыкании на землю, они гарантированно отключают электроустановки, опережая автоматы защиты.
Номинальная коммутационная способность маркируется на передней панели диф.автоматов над значением класса токоограничения в черном прямоугольнике.

Устройства защитного отключения классифицируют в зависимости от типа модуля дифференциальной защиты. Существует 3 основных типа (класса) модулей дифференциальной защиты УЗО. Первые два типа УЗО более распространены. Их чаще прочих используют в бытовых электрических сетях:

• Тип АС. Такой тип модуля дифференциальной защиты реагирует на дифференциальный синусоидальный переменный ток. Через энергопотребители без сложных схем управления протекает синусоидальный ток. Ток утечки имеет такую же форму (лампы накаливания, сушилки и т.д.). На передней панели устройства маркируется значком в виде синусоиды.
• Тип А. Такой тип модуля дифференциальной защиты реагирует на синусоидальный переменный ток и пульсирующий постоянный ток утечки. В современных бытовых приборах используются выпрямители, тиристорные регуляторы, которые при пробое изоляции могут создавать пульсирующие токи утечки постоянного тока (телевизор, компьютер, электроинструмент). На такие токи УЗО типа АС не реагирует. На передней панели устройства маркируются соответствующим значком.
• Следующие типы УЗО менее распространены. 
• Тип В. Такой тип модуля дифференциальной защиты применяют в специальных промышленных электроустановках со смешанным питанием — переменным, выпрямленным и постоянным токами. Он реагирует на переменный, пульсирующий, постоянный, сглаженный ток. Применяют в специальных электроустановках со смешанным питанием - переменным, выпрямленным и постоянным токами.
• Тип S. Такой тип модуля дифференциальной защиты используется в каскадных схемах в качестве головных противопожарных устройств, чтобы главное УЗО сработало в последнюю очередь. Селективность обеспечивается задержкой времени срабатывания УЗО. Задержка срабатывания составляет от 200 до 300 мс (0,2-03 с).
• Тип G.  Такой тип модуля дифференциальной защиты используется в каскадных схемах в качестве головных противопожарных устройств, чтобы главное УЗО сработало в последнюю очередь. Селективность обеспечивается задержкой времени срабатывания УЗО. Задержка срабатывания составляет от 60 до 80 мс (0,06-0,08 с).

Селективные УЗО типов В, S и G дольше обычных могут находиться под воздействием экстремальных токов, поэтому они обычно рассчитаны на большие токи короткого замыкания - до 15 кА. Предельное время отключения (т.е. время срабатывания) для селективных УЗО - это максимальный интервал времени с момента возникновения в цепи УЗО отключающего дифференциального тока до момента начала размыкания его контактов.

Степень защиты корпуса (IP).
Степень защиты корпусов от физических повреждений, атмосферных осадков, а также его износостойкость и водонепроницаемость обозначается IP (от англ. Ingress Protection Rating - степень защиты оболочки). После букв указываются цифры. Первая из них обозначает степень защиты от твердых фрагментов, вторая - от проникновения жидкостей. IP — это целая система классификации степеней защиты оболочки электрооборудования от проникновения твердых предметов и воды в соответствии с международным стандартом IEC 60529 и ГОСТ14254-96.
Перечислим основные данные классы: IPХ0 (защита отсутствует), IPХ1 (защита от вертикально падающих капель воды), IPХ2 (защита от диагонально падающих капель воды), IPХ3 (защита от мелких водяных брызг), IPХ4 (защита от большого количества водяных брызг, направленных со всех сторон), IPХ5 (защита от сильных струй воды, направленных со всех сторон), IPХ6 (защита даже при временном затоплении) и т.д.
Перечислим основные классы защиты корпусов светильников от попадания твердых инородных тел. IP0Х (защита отсутствует), IP1Х (защита от контакта с рукой человека и от твердых инородных тел диаметром более 50мм), IP2Х (защита от контакта с пальцами и от твердых инородных тел диаметром не менее 12мм), IP3Х (защита от повреждений инструментом, проводами и иными подобными инородными предметами диаметром более 2,5 мм), IP4Х (защита от повреждений инструментом, проводами и иными подобными инородными предметами диаметром более 1,0 мм), IP5Х (полная защита от любого внешнего контакта с инородными предметами и защита от повреждения оборудования вследствие пылевых отложений внутри корпуса светильника), IP6Х (полная защита от любого внешнего контакта с инородными предметами, а также защита от проникновения пыли) и т.д.
Ряд основных и наиболее часто встречающихся степеней защиты дифференциальных автоматических выключателей: IP00, IP10, IP11, IP12, IP20, IP21, IP22, IP23, IP30, IP31, IP32, IP33, IP34, IP40, IP41,  IP42,  IP43, IP44, IP54, IP55, IP65, IP66, IP67,  IP68. 
Степень защиты корпуса (IP) указывается на передней панели диф.автомата.
Обратите внимание, степень защиты корпуса IP20, как правило, не маркируется.
Климатическое исполнение – это стандартная система категорий, которая включает в себя условия эксплуатации, транспортировки и хранения технических изделий относительно макроклиматического районирования поверхности земного шара. Другими словами это система категорий, определяющая в каких условиях можно эксплуатировать, хранить и транспортировать то или иное электрическое изделие. Для приборов и технических изделий, произведенных в Российской Федерации, применяется ГОСТ 15150-69.
ОБОЗНАЧЕНИЕ КЛИМАТИЧЕСКОГО ИСПОЛНЕНИЯ ПО ГОСТ 15150-69 СОСТОИТ ИЗ БУКВЕННОЙ ЧАСТИ И ЦИФРОВОЙ ЧАСТИ.

БУКВЕННАЯ ЧАСТЬ МАРКИРОВКИ УКАЗЫВАЕТ НА климатическую зону:

• У — умеренный климат (+40/-45 оС);
• ХЛ — холодный климат (+40/-60 оС);
• УХЛ — умеренный и холодный климат (+40/-60 оС);
• Т — тропический климат (+40/+1 оС);
• М — морской умеренно-холодный климат (+40/-40 оС);
• О — общеклиматическое исполнение (кроме морского) (+50/-60 оС);
• ОМ — общеклиматическое морское исполнение (+45/-40 оС);
• В — все климатическое исполнение (+50/-60 оС).

Цифровая ЧАСТЬ МАРКИРОВКИ УКАЗЫВАЕТ НА категорию размещения изделия:

1. открытый воздух;
2. то же что и 1 только без попадания прямых солнечных лучей и без осадков;
3. в закрытом помещении без регулирования климатических условий;
4. в закрытом помещении с вентиляцией и отоплением;
5. в помещениях с высокой влажностью, без искусственного регулирования климатических условий.

Обратите внимание, допускается эксплуатация изделий в макроклиматических районах и, отличающихся от тех, для которых предназначены изделия, если климатические факторы в период эксплуатации не выходят за пределы номинальных значений, установленных для данных изделий. Например, изделия вида климатического исполнения УХЛ4 могут в летний сухой период эксплуатироваться в условиях УХЛ2.
Обратите внимание, изделия могут быть предназначены также для эксплуатации в нескольких макроклиматических районах; в этих случаях сочетания различных условий эксплуатации или хранения со сроками пребывания в этих условиях устанавливают в стандартах или технических условиях на изделия, климатические исполнения (категория климатического исполнения) обязательно указываются в сопроводительных документах на товар.

Диапазон рабочих температур дифференциальных автоматических выключателей составляет, как правило, от -5 до +35 градусов.  Обратите внимание, диапазон рабочих температур может не указываться на корпусе, только в паспорте изделия. 
Существуют устройства защиты, рассчитанные на работу при пониженной температуре окружающей среды до – 25 градусов. Эта характеристика маркируется на передней панели устройства, как правило, изображением снежинки, т.к. данные модели являются «морозоустойчивыми».

Класс токоограничения дифференциального автоматического выключателя -  это характеристика, которая обозначает время необходимое диф.автомату для отключения защищаемой линии в случае возникновения критических токов с момента начала размыкания силовых контактов автоматического выключателя до момента полного гашения электрической дуги в дугогасительной камере.
Существует три класса токоограничения: 1, 2, 3. Указывается в квадрате на передней панели;

• 1 класс: время гашения дуги автоматического выключателя этого класса токоограничения происходит за более чем 10 мс
• 2 класс: время гашения за 6-10 мс
• 3 класс: время гашения за 2,5 - 6 мс

Класс токоограничения маркируется на передней панели диф.автоматов под значением предельной коммутационной способности в черном квадрате.
Обратите внимание, автоматы с 1-м классом токоограничения не маркируются.