Защита и безопасность бытовых электросетей

Электроприборы давно вошли в повседневный обиход, и потребители иногда не воспринимают их как источник повышенной опасности. Поэтому большинство пользователей не особенно интересуются тем, как именно в их домашней сети реализована защита от поражения электрическим током, считают, что для этого достаточно автоматических выключателей, которые «сработают, если что». На самом деле для полноценной защиты бытовых электросетей необходим целый комплекс технических средств.

Автоматический выключатель: защита от перегрузок и короткого замыкания

Самое известное устройство из числа тех, что можно встретить в электрощитах, установленных в квартирах и индивидуальных домах. Современные автоматические выключатели имеют два типа защиты: тепловую (от перегрузки) и электромагнитную (от токов короткого замыкания). За них отвечают два разных модуля в конструкции выключателя.
Тепловой расцепитель обеспечивает защиту от перегрузки и срабатывает, если сила тока превышает номинальный ток выключателя.
В нормальном режиме работы ток протекает через биметаллическую пластину, составленную из сплавов с различными коэффициентами теплового расширения, и нагревает её. Чем выше сила тока, тем сильнее и быстрее изгибается пластина в сторону слоя с меньшим коэффициентом теплового
Если сила тока превышает номинальный ток выключателя в 1,13 раза и более, спустя некоторое время (от нескольких секунд до минут) изгиб пластины достигает величины, достаточной для приведения в действие механизма расцепления, и цепь размыкается, отключая защищаемую нагрузку.
Задержка во времени позволяет избежать отключения питания при непродолжительных повышениях тока в цепи, например, при включении электродвигателей некоторых электроприборов, которые имеют большие пусковые токи (холодильников, кондиционеров, пылесосов и др.).
Электромагнитный расцепитель в составе автоматического выключателя обеспечивает защиту от тока короткого замыкания. В соответствии с требованиями п.1.7.79 Правил устройства электроустановок, для бытовой сети с напряжением 220 В его наибольшее время срабатывания не должно превышать 0,4 секунды.
Электромагнитная защита срабатывает при токах короткого замыкания в нагрузке: для выключателей типа В при трехкратном превышении от номинального тока, для типа С – при пятикратном, для типа D – при десятикратном.
В городских квартирах наиболее распространены автоматические выключатели типа С, они служат хорошей защитой для электросетей, к которым подключаются самые распространенные бытовые электроприборы: холодильники, телевизоры, пылесосы и т.п. Выключатели типа D используются для подключения линий питания устройств с большими пусковыми токами, в 5-7 раз превышающими номинальные: насосов, котлов, гаражных ворот, вентиляционных установок и т.п.

Как выбрать необходимый номинал автоматического выключателя?

В идеальном случае у владельца квартиры или частного дома должен быть проект электроснабжения, в котором рассчитаны номиналы выключателей для всех линий. Эти номиналы, как и сечение проводов питающих линий, определяются параметрами используемых электроприборов. Например, каким бы проводом вы не подключили обычную бытовую розетку, максимально допустимый ток для нее – 16 А, что указано в маркировке.
Для питания бытовых розеток с заземляющим контактом обычно используют автоматические выключатели типа C номиналом не выше 16 А, для бытового освещения и розеток без заземления – номиналом не выше 10 А. На линию электроплиты устанавливают выключатель номиналом не выше 40 А. Общий выключатель на вводе в квартиру или дом по номиналу должен на одну ступень превосходить выключатель на самой нагруженной линии. То есть на вводе в квартиру с электроплитой (40 А) устанавливают общий выключатель номиналом 50 А.
«Выбор правильного номинала по току – ключевой фактор эффективности автоматического выключателя. Если устройство периодически срабатывает, заменять его на «более мощное» нельзя ни в коем случае: это может привести к поражению током или к пожару. Нужно искать и устранять причину срабатывания, то есть неисправность в электросети или в нагрузке», – говорит Александр Илиницкий, руководитель информационно-аналитического отдела технического департамента IEK GROUP, одного из ведущих производителей и поставщиков электротехники и светотехники.


Врезка
 
Опасные ситуации в бытовой электросети

Перегрузка
Проводка и электроприборы рассчитаны на определённый ток. Если ток больше допустимого, провода начинают греться, изоляция постепенно разрушается, оборудование выходит из строя. Негативные последствия – поломки, возгорания и т. п. – могут проявиться сразу или спустя длительное время, по мере разрушения токоведущих частей и изоляции. Её нарушение, помимо всего прочего, создаёт и опасность поражения человека током.
Типичная причина перегрузки – гирлянда удлинителей, включённых в единственную розетку и питающих большое число электроприборов. Перегрузка по току всего на 13 % уже считается опасной.

Короткое замыкание
Мгновенная многократная перегрузка, когда ток превышает допустимый в 3–10 раз и более. Сопровождается хлопком, электрическим разрядом (может даже возникнуть дуга), расплавлением металлических токоведущих частей и сгоранием изоляции. Часто ведёт к необратимой порче электроприборов, становится причиной пожаров, а находящийся рядом человек рискует получить ожог.

Утечка тока
В случае частичного или полного нарушения изоляции электроприборов возникает утечка тока, которая может стать серьезной угрозой здоровью и жизни людей.
«Часто причиной утечки является пробой на корпус: когда у электроприбора питающий провод вследствие какой-то внутренней поломки (например, при нарушении изоляции) начинает соприкасаться с металлическим кожухом. Если потребитель дотронется до находящегося под напряжением корпуса и одновременно до проводника с условно нулевым потенциалом, то его «ударит током». Причём нулевым проводником может оказаться что угодно: водопроводная труба, смеситель, сама вода, струящаяся из крана, радиатор отопления, пол или стена помещения, корпус другого электроприбора и т. д.», – объясняет Александр Илиницкий.

Прямой контакт с токоведущими частями или оголёнными проводами
Поражение током может произойти не только вследствие утечки или пробоя, но и в результате прикосновения одновременно к фазному и нейтральному проводникам. Как правило, это происходит вследствие грубого нарушения правил техники безопасности при проведении электромонтажных работ, но иногда и в результате повреждения изоляции при перегрузках и коротких замыканиях (см. выше), а также при работе с неисправными электроприборами.






Защита от токов утечки
Автоматические выключатели защищают электросеть и подключённое к ней оборудование, а также в ряде случаев могут предотвратить пожар. Однако, вопреки распространённому заблуждению, они не обеспечивают безопасность человека при возникновении тока утечки, а также не защитят от вызванного утечкой тока пожара.
Для этой цели применяются устройства защитного отключения (УЗО) и автоматические выключатели дифференциального тока (АВДТ).

Устройство защитного отключения
В отличие от однополюсного выключателя, который может устанавливаться только на фазный питающий провод, УЗО коммутирует оба проводника – и фазный, и нейтральный. В его конструкцию входит схема, сравнивающая между собой ток в фазном и нейтральном проводниках. Если токи равны – утечки нет. Как только появляется хотя бы небольшая разница, устройство мгновенно срабатывает и разрывает цепь (одновременно оба проводника).
В жилых домах и квартирах используются УЗО с номинальным дифференциальным током утечки 10мА или 30мА. Исключением является так называемое противопожарное УЗО, которое устанавливается на вводе в дом или квартиру. Его основная функция - защита от пожаров, вызванных токами утечки. Два главных критерия выбора этого оборудования – селективность устройства (возможность установить задержку отключения) и высокий параметр номинального тока утечки (100-300 мА).
Как правило, УЗО монтируют не на каждую линию, а на группу линий. В квартире с несложной разводкой, например, такое устройство может быть установлено на группе линий для санузла, а также на группе розеток кухни или на группе линий, питающих холодные помещения (балконы, лоджии, неотапливаемые кладовые и т. д.). Более подробно с этими нормами можно ознакомиться в действующей редакции правил устройства электроустановок (ПУЭ).

Автоматические выключатели дифференциального тока
Это устройство представляет собой решение «два в одном» – автоматический выключатель и УЗО в общем корпусе. Автоматические выключатели дифференциального тока применяются в тех случаях, когда линия требует индивидуальной защиты. Например, для подключения водонагревателей, котлов, насосных групп и т. д. (подробнее см. ПУЭ). АВДТ используют, чтобы упростить схему и сэкономить место в электрощите, то есть не устанавливать отдельное УЗО и выключатель перед ним.

Заземление
В современных зданиях бытовая электросеть, помимо фазного (L) и нейтрального (N) проводов, имеет ещё и третий – защитный, PE («земля», ⏚). Как и у нейтрального, у него условно нулевой потенциал относительно фазного. На защитный проводник «заземляются» металлические корпуса и шасси электроприборов. В случае пробоя на корпус ток сразу течёт в защитный проводник («уходит в землю»), поэтому поражения потребителя не происходит.

Заземление + УЗО = гарантированная защита
Бытует мнение, что заземление и УЗО дублируют друг друга, однако это ошибка. В некоторых случаях – скорее дополняют, поскольку максимально эффективны именно в тандеме.
Например, при наличии заземления и отсутствии УЗО пробой на корпус вызовет короткое замыкание. Выключатель при этом сработает, но уже при большом токе и за 0,4 секунды. А если пробой неполный (т. е. изоляция повреждена частично и контакт токоведущих частей с корпусом плохой), то может вовсе не отключиться. УЗО в паре с заземлением сработает мгновенно и при токе утечки всего в 30 мА.
УЗО без заземления тоже недостаточно эффективно. В этом случае пробой на корпус сам по себе не приведет к отключению нагрузки, пока кто-то не дотронется до электроприбора. То есть он может оставаться под напряжением сколь угодно долго – ничто не будет сигнализировать об аварии.
Иногда возникают ситуации, когда УЗО спасает от серьезных последствий. Например, если случилась авария в системе водоснабжения и фазный провод попал в зону протечки, то под напряжением может оказаться мокрая стена или токопроводящая поверхность, контактирующая с водой. Контакт с ней грозит человеку поражением электрическим током. Но УЗО в этом случае сработает и предотвратит несчастный случай.
Противоположная ситуация – пробой на стояк водоснабжения в многоквартирном доме (например, у соседей сверху или снизу). В этом случае под напряжением окажутся смесители и струя воды из крана, а ток может потечь через пользователя на заземленный корпус бытовой техники в его квартире (стиральной машины и т. п.). УЗО окажется бесполезным, поскольку утечки во внутриквартирной проводке нет. А вот заземление спасёт, но только при одном условии: если в санузле организован контур уравнивания потенциалов (КУП).

Заземление в санузлах и влажных помещениях: контур уравнивания потенциалов
Многие наверняка обращали внимание, что от стояков холодной и горячей воды, чугунных и стальных ванн и некоторых других предметов в санузле отходят провода, которые подключены к некой распределительной коробке. К сожалению, назначение этой конструкции неизвестно не только большинству собственников жилья, но и многим приглашенным для проведения ремонта специалистам. Зачастую провода просто демонтируют, «чтобы не мешали». И это вполне может стать причиной трагедии.
Контур уравнивания потенциалов необходим в каждом влажном помещении дома и при этом должен быть исправен. Он замыкает между собой:

• металлические трубы;
• металлические корпуса сантехнического и другого оборудования, а также осветительных приборов;
• заземляющие контакты всех розеток во влажном помещении;
• арматурный каркас здания;
• защитный проводник в электрощитке (к которому от КУП должна быть проложена заземляющая линия).

Защита от прямого контакта с токоведущими частями: почему нужно соблюдать технику безопасности

Последний тип опасных ситуаций в жилом доме – прямой контакт одновременно с фазным и нейтральным проводниками. Ни УЗО, ни заземление в этом случае не помогут, выключатель тоже может не сработать (поскольку тело человека, особенно в одежде и обуви, имеет довольно большое сопротивление) или сработать поздно.
Однако при наличии всех необходимых технических средств защиты в исправном состоянии вероятность случайного возникновения подобных ситуаций крайне мала. Как правило, они становятся результатом таких нарушений техники безопасности, как работа с неисправным электрооборудованием, его ремонт лицами без необходимой квалификации, эксплуатация электроприборов в разобранном состоянии, монтажные и ремонтные работы в электросети под напряжением, в том числе с использованием непригодного инструмента и без средств индивидуальной защиты. Соблюдение правил и предписаний почти наверняка спасет от несчастного случая.

Современные средства защиты бытовых электросетей обеспечивают безопасность человека практически в любой ситуации, если при монтаже и эксплуатации электрооборудования соблюдаются действующие нормы и правила техники безопасности.

Пресс-служба IEK GROUP