Навіщо потрібен ПЗВ у квартирі та будинку

Більшість користувачів помилково вважає, що встановлення стандартних автоматичних вимикачів у розподільчому щиті повністю вирішує всі питання безпеки житлової електромережі. Насправді звичайні автоматичні вимикачі розроблені виключно для захисту кабельних ліній. Їхня головна функція полягає у запобіганні плавленню ізоляції проводів під час тривалих перевантажень та відключенні живлення у разі виникнення струмів короткого замикання. Вони жодним чином не реагують на струм, який проходить через тіло людини або витікає через пошкоджену ізоляцію на будівельні конструкції.

Для захисту мешканців від ураження електричним струмом та для запобігання пожежам електротехнічні стандарти вимагають обов’язкового встановлення апаратури диференційного захисту. У цьому матеріалі детально розглядаються фізичні принципи роботи такого обладнання, точні інженерні критерії його вибору та правила інтеграції в існуючі схеми електропостачання.

Фізичний принцип дії диференційного захисту

Основою конструкції приладу, що відстежує витік струму, є високоточний тороїдальний трансформатор. Через його магнітопровід проходять фазний та нульовий провідники. У нормальному режимі експлуатації струм, який надходить до побутового приладу по фазному провіднику, повністю дорівнює струму, що повертається в мережу по нульовому провіднику. Відповідно до закону електромагнітної індукції, ці струми генерують усередині магнітопроводу магнітні потоки, які є рівними за модулем та протилежними за напрямком. Вони компенсують один одного, тому результуючий магнітний потік дорівнює нулю, і напруга на вторинній вимірювальній обмотці трансформатора відсутня.

У ситуації, коли відбувається пошкодження ізоляції або пробій на металевий корпус пральної машини чи бойлера, частина струму починає стікати на контур заземлення або через тіло людини на підлогу. Рівновага порушується, оскільки по фазному проводу приходить більше струму, ніж повертається по нульовому. Ця різниця генерує нескомпенсований магнітний потік, який наводить електрорушійну силу у вторинній обмотці. Як тільки значення цієї напруги досягає порогу спрацьовування електромагнітного реле, силові контакти пристрою розмикаються. Весь процес фіксації витоку та відключення живлення займає від 0,01 до 0,03 секунди.

Технічні обмеження автоматичних вимикачів у забезпеченні електробезпеки

Для розуміння необхідності встановлення додаткового захисту варто детально розглянути характеристики спрацьовування звичайних модульних автоматів. Вони оснащені тепловим та електромагнітним розчіплювачами. Тепловий розчіплювач складається з біметалевої пластини, яка згинається при нагріванні. Згідно зі стандартами, автоматичний вимикач номіналом 16 Ампер не відключиться протягом години, якщо струм у ланцюзі становитиме 18 Ампер. Електромагнітний розчіплювач ліквідує струми короткого замикання і спрацьовує при значеннях, що перевищують номінал у 5-10 разів (від 80 до 160 Ампер для найпоширенішої характеристики типу С).

Ці параметри роблять автоматичні вимикачі абсолютно неефективними для захисту біологічних організмів. Небезпечним для життя людини є струм, що перевищує 0,01 Ампера (10 міліампер). Якщо людина доторкнеться до струмоведучої частини, через її тіло пройде струм від 30 до 200 міліампер. Звичайний автоматичний вимикач на 16 Ампер розпізнає такий витік як нормальну роботу малопотужного споживача (наприклад, лампочки потужністю 15-40 Вт) і не розімкне електричний ланцюг, що призведе до тяжких електротравм.

Фізіологічний вплив змінного струму на організм людини

Вимоги до характеристик захисної апаратури базуються на медичних даних про вплив електричного струму на тканини людини. Електричний опір людського тіла залежить від багатьох факторів. Внутрішній опір тканин становить орієнтовно 300-500 Ом, тоді як сухий неушкоджений епідерміс забезпечує додатковий опір до 100 000 Ом. Однак у вологому середовищі ванної кімнати або у разі наявності мікропошкоджень шкіри загальний опір різко знижується до 1 000 Ом.

Розрахунки за законом Ома демонструють реальну небезпеку: при контакті з фазою під напругою 230 Вольт та опорі тіла 1 000 Ом через людину пройде струм 230 міліампер (0,23 Ампера). Фізіологічні наслідки такого впливу є наступними:

• Струм 10-15 мА — викликає інтенсивні судоми м’язів, через які людина не може самостійно розтиснути руку і звільнитися від контакту з проводом.
• Струм понад 50 мА — провокує тяжке порушення дихальної функції та параліч дихальних м’язів.
• Струм понад 100 мА — за умови дії довше ніж 0,5 секунди викликає фібриляцію шлуночків серця та неминучу його зупинку.

Апаратура диференційного захисту налаштовується на струми 10 мА або 30 мА і фізично розмикає ланцюг за 0,03 секунди. Це гарантує, що час впливу небезпечного струму буде занадто коротким для нанесення незворотної шкоди організму.

Зони підвищеного ризику та розрахунок порогу чутливості

У багатоквартирних будинках і приватних котеджах є приміщення, де ризик ураження струмом значно зростає через наявність води та заземлених металевих комунікацій. До таких зон належать ванні кімнати, кухні, сирі підвали, а також розетки для підключення садової техніки на вулиці. Вода погіршує діелектричні властивості ізоляції обладнання. Електричні бойлери, посудомийні та пральні машини постійно контактують з водою, що робить їх потенційними джерелами небезпеки у разі внутрішнього пробою нагрівального елемента.

Проєктуючи систему електропостачання, інженери застосовують диференційований підхід до вибору номіналів. Обираючи ПЗВ (пристрій захисного відключення) для санвузлів, необхідно дотримуватися вимог нормативних документів, які приписують встановлювати прилади з порогом спрацьовування 10 міліампер. Для розеточних груп у сухих кімнатах (спальні, вітальні) та ліній освітлення стандартом є пристрої на 30 міліампер. Використовувати загальний апарат на 10 мА для всього будинку не можна, оскільки велика кількість побутової техніки має природні фонові витоки струму, які сумарно перевищать 10 мА і призведуть до постійних хибних спрацьовувань системи без реальної аварії.

Класифікація обладнання за типом струму витоку

Для забезпечення коректної роботи системи безпеки необхідно враховувати специфіку блоків живлення, які використовуються у побутовій техніці. Різні прилади генерують різні форми струму витоку під час пошкодження ізоляції. За цією ознакою захисні апарати поділяються на кілька типів:

• Тип AC — фіксує лише змінний синусоїдальний струм витоку. Його використання обмежене лініями, до яких підключені виключно резистивні навантаження (класичні лампи розжарювання, бойлери без електронного управління, масляні радіатори).
• Тип A — реагує на змінний та пульсуючий постійний струм. Цей тип є обов’язковим для захисту ліній, що живлять електроніку з імпульсними блоками живлення (персональні комп’ютери, телевізори, пральні машини з інверторними двигунами, мікрохвильові печі, світлодіодне освітлення).
• Тип B — визначає змінний, пульсуючий та згладжений постійний струм. Використовується для підключення зарядних станцій електромобілів, частотних перетворювачів трифазних двигунів та сонячних інверторів.

Багато європейських стандартів електробезпеки вже заборонили монтаж пристроїв типу AC у нових житлових будівлях. Якщо імпульсний блок живлення комп’ютера дасть пульсуючий витік постійного струму, магнітне осердя апарата типу AC увійде в стан перенасичення. У результаті він втратить свою чутливість і не спрацює. Тому для надійного захисту житлових приміщень слід застосовувати виключно моделі типу A.

Для забезпечення безперебійної роботи системи живлення всі компоненти електрощита потрібно замовляти у перевірених дистриб’юторів, які надають повний пакет документації. Обираючи спеціалізований магазин electrica-shop.com.ua, замовники отримують доступ до асортименту оригінального сертифікованого обладнання. Офіційні постачальники підтримують заводську гарантію, дотримуються температурних режимів зберігання продукції та підтверджують відповідність заявлених характеристик результатами лабораторних тестів. Справжні прилади завжди мають значно більшу вагу порівняно з копіями, що пояснюється наявністю повноцінної мідної намотки всередині трансформатора та масивних дугогасних камер.

Правила розрахунку номінальних струмів для розподільчого щита

Під час проєктування електричного щита необхідно суворо дотримуватися правила координації номінального робочого струму диференційного апарата (In) з параметрами захисного автоматичного вимикача. Апарат диференційного захисту не містить теплових та електромагнітних розчіплювачів для захисту від надструмів. Його внутрішні механізми та контакти розраховані виключно на тривале проходження струму, який не перевищує вказаний на корпусі номінал (наприклад, 25А або 40А).

Автоматичний вимикач номіналом 16 Ампер пропускає струм 20 Ампер та вище протягом тривалого часу. Якщо в один ланцюг з ним встановити диференційний апарат зі струмом 16 Ампер, то під впливом струму 20 Ампер контакти останнього перегріються, що призведе до розплавлення пластикового корпусу. Тому інженерні норми вимагають встановлювати апарат диференційного захисту на один номінальний щабель вище за відповідний автоматичний вимикач. Для автомата на 16А монтується пристрій на 25А або 40А. Для загального ввідного автомата на 40А встановлюється апарат на 63А. Це виключає ризик термічного зносу контактних груп.

Особливості застосування у трифазних мережах змінного струму

Для електропостачання приватних будинків великої площі зазвичай використовується трифазне введення з напругою 380 Вольт. Для роботи в таких мережах випускаються чотириполюсні апарати диференційного захисту. Вони мають клеми для підключення трьох фазних провідників (L1, L2, L3) та одного загального нульового провідника (N).

Алгоритм їхньої роботи базується на тому ж фізичному принципі: векторна сума струмів у всіх чотирьох провідниках за нормальних умов дорівнює нулю. Якщо на одній з фаз відбувається пробій ізоляції на землю, цей баланс миттєво порушується. Прилад фіксує несиметрію і відключає живлення одразу всіх трьох фаз та нуля. Розподіляючи однофазні навантаження (освітлення, розетки) після такого чотириполюсного пристрою, необхідно враховувати сумарний фоновий струм витоку всіх побутових приладів у будинку. Щоб уникнути хибних спрацьовувань загального вводу, на практиці частіше застосовується схема, де на кожну з трьох фаз встановлюється окремий двополюсний апарат.