Автомат, ПЗВ чи диференційний автомат? Відмінності, призначення та принцип дії

Електрика є невід’ємною складовою нашого повсякденного життя, а правильна організація електробезпеки – життєвонеобіхний захід. Впоратися з цим завданням допомагають різні апарати захисту. Сьогодні ми поговоримо про три з них і спробуємо розібратися у їх призначенні, будові, принципі дії та відмінностях, а також відповісти на питання чому саме ці пристрої необхідні у кожному домі і на кожному підприємстві.

Автоматичні вимикачі, пристрої захисного відключення та диференційні автомати – апарати добре відомі кожному електрику, проте багато споживачів плутають ці поняття та не розуміють відмінностей між ними. Однак для того, аби забезпечити надійний захист від ураження електричним струмом та вберегти своє житло від пожежі, а електроустаткування від поломок таки необхідно розібратися з цими поняттями.

Автоматичний вимикач

Автоматичний вимикач (автомат) – це комутаційний пристрій, що служить для захисту електромереж, кабелів, електроприладів та кінцевих споживачів від високої напруги і короткого замикання. Він забезпечує cтабільне надходження електричного струму в мережу при нормальних експлуатаційних умовах та його автоматичне вимкнення у разі виникнення аварійної ситуації. Механізм розчеплення контактів автоматичним вимикачем приводиться в дію одним з двох розчіплювачів: тепловим або електромагнітним.

Тепловий розчіплювач являє собою біметалеву пластину, виконану з двох видів металу з різними коефіцієнтами теплового розширення, яка нагрівається під дією струму, що по ній протікає. Товщина металу підібрана таким чином, що при номінальному струмі пластина не піддається тепловому розширенню, а під час протікання струму вищого за допустиме значення пластина починає згинатися доти, доки не розірве нерухомий і рухомий контакти. Час спрацювання залежить від величини струму, що протікає крізь автоматичний вимикач і може змінюватися від кількох секунд до години. При невеликих перевищеннях така затримка у часі не страшна, але якщо йдеться про коротке замикання, то реагувати необхідно швидко і призначений для цього електромагнітний розчіплювач.

Електромагнітний розчіплювач, на відміну від теплового, спрацьовує за мікросекунди. Він являє собою електромагнітну котушку оснащену соленоїдом з пружиною. У разі виникнення аварійної ситуації та значного перевищення струмом, що тече обмоткою соленоїда, заданого порогу, збільшується магнітний потік, який втягує соленоїд у котушку та розриває ланцюг. Розрив між контактами відбувається миттєво, але внаслідок цього може виникнути так звана електрична дуга, що нагріває контакти до високих температурних показників. Для її гасіння у прилад встановлюється дугогасна камера з металевих пластинок, а гази, що виникають під час горіння дуги виводяться через отвори в корпусі автомата. Залежно від чутливості миттєвого розчіплювача автоматичні вимикачі поділяються на типи B, C і D. Перші є найменш чутливими і використовуються для мереж де немає стрибків струму, другі – призначені для захисту електроустановок з невеликими пусковими струмами, а треті – застосовуються переважно у виробничих приміщеннях для електроустановок з великими пусковими струмами.

Загалом, існує велика кількість різновидів автоматичних вимикачів, що відрізняються родом струму (постійний і змінний), номінальним струмом, кількістю полюсів, наявністю струмообмеження та витримки часу розчіплювачем струму, видами розчіплювача, наявністю вільних контактів, габаритами, способом приєднання зовнішніх провідників, видом приводу тощо. Але зазвичай більшість моделей автоматів оснащені одночасно і електромагнітною котушкою для захисту від короткого замикання, і тепловим розчіплювачем для захисту від перевантажень електропроводки.

Завдяки цьому, автоматичні вимикачі надійно захищають електромережу від поломок і загоряння, а силові електроустановки та електроприлади від виходу з ладу. При цьому, слід пам’ятати, що звичайний автомат не захищає людину від ураження електричним струмом. Для цього існують інші прилади – диференційний вимикач та диференційний автомат.

Пристрій захисного відключення

Пристрій захисного відключення (ПЗВ) або диференційний вимикач – це швидкодіючий ефективний захисний вимикач призначений для автоматичного вимкнення живлення у разі наявності диференційного струму (струму витоку) в провідниках, які підводять електроенергію до електроустановки та захисту людей від ураження електричним струмом, а електричної проводки від загорання.

Для підключення системи ПЗВ використовуються два дроти: нуль та фаза. Пристрій зчитує струми, які через них проходять та контролює наявність різниці між цими струмами. Якщо номінал, що виходить через нуль дорівнює тому, що входить у фазу – все нормально і ПЗВ не зупиняє роботу мережі. Але якщо до пристрою надходить менше струму, ніж виходить з нульового провідника, це означає, що він десь витікає. У разі наявності незначної різниці величин струму фазного і нульового проводів, яка не впливає на безпеку людей ПЗВ також не блокує подачу живлення. А ось у випадку виникнення значної асиметрії вхідних та вихідних струмів в електромережі пристрій захисного відключення відключає подачу електроенергії.

Зазвичай ПЗВ налаштований на автоматичне спрацювання лише тоді, коли досягнуто певної різниці струмів. Це дозволяє уникнути непотрібних відключень та запобігати лише реально небезпечним ситуаціям.

За особливостями конструкції розрізняють електромеханічні та електричні ПЗВ. Перші не залежать від напруги живлення і спрацьовують навіть у тому випадку, коли відбувся обрив нульового дроту, а тому коштують дорожче. Другі при відсутності нейтралі не спрацьовують, а для виконання операції вимкнення потребують енергії від підконтрольної мережі або від зовнішнього джерела, вважаються менш надійними і застосовуються рідше.

За призначенням виділяють захисні ПЗВ зі струмом витоку 10 і 30 мА, призначені для захисту людей, та протипожежні ПЗВ зі струмом витоку 100 або 300 мА, що використовуються для захисту ввідного кабелю та лінії споживачів і не захищають людину від ураження струмом, а тому використовуються спільно з 30-міліамперовими установками.

Також ПЗВ розрізняють за чутливістю приладу до струму витоку (типу АС, А, В, S, G) та кількістю полюсів (2-полюсні для 1-фазних мереж 220 В та 4-полюсні для 3-фазних мереж 380 В).

ПЗВ зазвичай встановлюють для захисту місць найбільш небезпечних приєднань. Зокрема, електричних ланцюгів, що живлять приміщення з підвищеною вологістю (ванні кімнати, душові, сауни, басейни, кухні, підвали, гаражі тощо), розеткових мереж до яких підключаються побутові прилади та електроінструмент, а також пристроїв електроопалення та електроводонагрівання. Номінальний струм витоку захисного пристрою не повинен перевищувати 30 мА, а для особливо небезпечних місць (ванна кімната, душова, підвали) рекомендуються пристрої зі струмом витоку 10 мА. Час спрацювання автоматичного вимкнення усіх фаз аварійної ділянки електричного кола з моменту виникнення витоку струму становить близько 0,03-0,3 секунд (залежно від рівня струму витоку та типу ПЗВ). А найбільш популярні моделі захисного відключення спрацьовують приблизно за 0,1 секунди. За цей час людина може навіть не відчути удар струмом, а різні побутові пристрої не зіпсуються.

Сьогодні ПЗВ є обов’язковим складовим елементом будь-якої електроустановки промислового або соціально-побутового призначення. Ними в обов’язковому порядку обладнують усі ангари, гаражі та пересувні об’єкти (наприклад торгові фургони та павільйони громадського харчування). Витрати на встановлення ПЗВ значно менші можливих збитків: загибелі і травмування людей від ураження електричним струмом або пожеж, що можуть статися через несправності електропроводки або електрообладнання. Тому, враховуючи, що вартість ПЗВ не перевищує вартості звичайного побутового електроприладу, а можливі збитки обчислюються величезними сумами, потреба у якнайширшому застосуванні сучасних ПЗВ стає очевидною.

Як бачимо, ПЗВ забезпечують ефективний захист людини від можливого ураження електричним струмом внаслідок непрямого або прямого контакту з неізольованими струмопровідними елементами, а також попереджають виникнення пожеж внаслідок пошкодження ізоляції електропроводки. При цьому слід пам’ятати, що пристрої захисного відключення ніяк не захищають електричну мережу від перевантаження та коротких замикань і самі потребують захисту від цих факторів. А тому найчастіше встановлюються у зв’язці з автоматичним вимикачем, який і забезпечує ПЗВ необхідний захист.

Диференційний автомат

Диференційний автомат  або дифавтомат – це сучасний універсальний прилад, що фактично являє собою автоматичний вимикач і пристрій захисного відключення в одному корпусі. Його повна і правильна назва – диференційний автоматичний вимикач з вбудованим захистом від надструмів. Він спрацьовує як при перевантаженнях і коротких замиканнях, так і при наявності витоку струму, а тому є засобом комплексного захисту.

Дифавтомат оснащений диференційним трансформатором струму, що реагує на виток струму, тепловим розчіплювачем, який відповідає за відключення електромережі при перевантаженні і електромагнітним розчіплювачем, який миттєво відключає пристрій при виникненні коротких замикань, захищаючи тим самим і проводку, і сам прилад.

Дифавтомати класифікують за кількістю полюсів та типом мережі, номінальним значенням робочого струму та ступенем чутливості, струмом витоку і типом струму витоку, різновидом захисту, часом відключення, можливістю регулювання диференційного струму відключення та іншими параметрами. Власне, все сказане про автоматичні вимикачі та ПЗВ актуальне і для дифавтоматів, але давайте ці характеристики трохи деталізуємо.

За типом контрольованої електромережі диференційні автомати бувають однофазними з напругою 220 В і трьома клемами підключення та трифазними з напругою 380 В і чотирма клемами підключення.

За номінальним значенням робочого струму доступні прилади на 10А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А.

За параметром перевищення номінального струму після якого відбувається миттєве розмикання ланцюга розрізняють дифавтомати типів:

– В – струм спрацювання перевищує номінальний в 3-5 разів (підходять для ланцюгів освітлення та інших навантажень, де немає стрибків струму під час пуску);

– С – струм спрацювання перевищує номінальний в 5-10 разів (підходить для освітлення та розеток куди вмикаються побутові прилади);

– D – струм спрацювання перевищує номінальний в 10-20 разів (використовують для підключення свердловинних насосів, кондиціонерів, точильних верстатів та іншого потужного обладнання з електромоторами).

За струмом витоку, що викликає спрацювання захисту найбільш поширеними є прилади з чутливістю 10 мА та 30 мА. Останні використовуються частіше, оскільки більш чутливі пристрої можуть видавати помилкові спрацьовування при зношеній електропроводці і великій кількості підключених приладів. А дифавтомати з чутливістю 10 мА вважаються оптимальними для місць з підвищеною вологістю.

За типом витоку струму розрізняють дифавтомати:

типу АС – контролюють синусоїдальний змінний струм витоку;

типу А – реагують на синусоїдальний змінний і пульсовий постійний диференційний струм, що важливо для захисту цифрового електронного обладнання;

типу В – реагує на змінний, постійний а також випрямлений диференційний струм.

За часом спрацьовування дифавтомати бувають:

– миттєвої дії, що спрацьовують за соті частки секунди та відключають увесь ланцюг;

– селективного типу зі збільшеним часом спрацьовування та більшими аварійними струмами. Це дифавтомати типу S (з витримкою часу вимкнення 200-300 мс) та типу G (з витримкою часу 60-80 мс). Вони використовуються для захисту проводки від загорання (внаслідок пошкодження ізоляції), і, за рахунок подовженого часу відключення, спрацьовують в останню чергу. А основна перевага селективних пристроїв полягає у тому, що вони можуть розпізнавати місце витоку і знеструмлювати тільки проблемну частину електричного кола.

Ще один цікавий параметр – номінальна відключаюча здатність дифавтомату. Вона характеризує струм короткого замикання, який здатен витримати пристрій без порушення працездатності. Чим вище його значення, тим більша ймовірність того, що після усунення пошкодження в мережі дифавтомат залишиться працездатним. Нині найпоширенішими моделями є прилади 6000 А. Моделі 3000 А та 4500 А на сьогоднішній день майже не використовуються, а прилади 10000 А обирають для місць з близьким розташуванням до живильної підстанції.

За внутрішнім оснащенням розрізняють електромеханічні та електронні дифавтомати. Так само як ПЗВ, електромеханічні дифавтомати вважаються більш надійними і не вимагають для роботи зовнішнього живлення, а електронні пристрої мають більш стабільні параметри, але для нормальної роботи потребують стабільного живлення.

Отже, підсумовуючи усе вищезазначене, можна повторити, що дифавтомати поєднують у собі властивості ПЗВ і автоматичних вимикачів та призначені для захисту людини від удару електричним струмом, а систем і устаткування – від стрибків напруги та коротких замикань.

Встановлюють дифавтомати у розподільних електричних щитах в квартирах, офісах, приватних будинках, виробничих та комерційних приміщеннях тощо. З їх допомогою найчастіше захищають групові розеткові лінії у місцях з потужним навантаженням, підвищеною вологістю, ризиком перевантаження мережі та наявністю апаратури чутливої до параметрів мережі живлення. Особливо такий захист актуальний для електричних ланцюгів, що живлять ванні кімнати з бойлером і пральною машиною та кухні з електроплитою і посудомийкою. Також часто під окремий дифавтомат підключають потужні побутові прилади: водонагрівачі, електроплити або кондиціонери.

Задля економії коштів нерідко практикується установка одного дифавтомата на вводі в квартиру, будинок чи офіс. Втім, недоліком цієї схеми підключення є знеструмлення усіх ліній при неполадках лише в одній з них. Тому доцільнішим вважається підключення диференційних автоматів до розподільних ліній групової мережі, а не на вводі. У цьому випадку буде відключатися лише пошкоджена лінія, а інші лінії будуть продовжувати працювати. Установка дифавтоматів у групових лініях забезпечує високу надійність захисту і безперебійність електропостачання, але з фінансової точки зору є затратнішою.

Замість післямови

Підсумовуючи усе вищевикладене можемо зробити висновки, що звичайний автомат встановлюють для захисту мережі і електроустаткування від надструмів, пристрій захисного відключення – для захисту людини від ураження електричним струмом і приміщень від пожежі, а диференційний автомат слугує і для захисту від удару струмом, і для захисту від перевантажень мережі та короткого замикання. А тому рішення ПЗВ + автомат або дифавтомат з точки зору захисту є рівнозначними і чинні норми та правила не містять жорстких вимог щодо їх використання. Хоча безумовно існують параметри та критерії на які варто звернути увагу при виборі найбільш підходящого варіанту захисту і про них ми поговоримо у наступній публікації.