Безопасность электроснабжения. Из прошлого в будущее

Ни для кого не секрет, что обеспечение безопасности электроустановок с момента начала использования электричества является важной и актуальной задачей.

Инженерам-энергетикам приходится обеспечивать защиту людей от поражения электрическим током, а также оборудования от коротких замыканий, перепадов напряжения и перегрузок сети. Раньше, около 15-20 лет назад, от всего вышеперечисленного защищали лишь автоматические выключатели и выключатели дифференциального тока (ВДТ). Сегодня же производители расширяют линейки своей продукции, повышая при этом безопасность. Рассмотрим, что принципиально изменилось в оборудовании для защиты электрических сетей за последние десятилетия.

Автомат
Впервые конструкцию автоматического выключателя описал Томас Эдисон в 1879 году. А устройство, похожее на современные аппараты, было запатентовано в 1924 году швейцарской компанией Brown, Boveri & Cie . Широкое распространение автоматические выключатели получили около 70 лет назад. Они пришли на замену предохранителям в керамическом корпусе, где защитой от перегрузки по току была плавкая вставка.
 
Первый автоматический выключатель представлял собой устройство, известное в России как обычная «пробка». В корпусе данного устройства были объединены электромагнитый и тепловой расцепители, и устанавливался аппарат в обычную резьбу под «пробку». С тех пор автоматический выключатель претерпел ряд эволюционных изменений: улучшилась точность срабатывания, снизились габариты устройства, появились автоматические выключатели модульного исполнения (компактные и более простые в монтаже).

«Самое важное отличие современных автоматических выключателей от их прародителей – возможность дополнения аппаратов различными аксессуарами, повышающими безопасность. Комбинируя их, защитный аппарат можно заставить действовать строго определённым образом. Например, отключать ветвь, при падении напряжения, или срабатывать по сигналу, переданному дистанционно», – считает Павел Томашёв, инженер по группе изделий компании АББ, лидера в производстве силового оборудования и технологий для электроэнергетики и автоматизации. Специалист приводит в пример автоматические выключатели S200 линейки System ProM Compact, которые могут оснащаться следующими дополнительными компонентами:

1. Вспомогательные/сигнальные контакты. Обеспечивают индикацию положения контактов автоматического выключателя либо сигнализируют о срабатывании защитного аппарата. «Данные аксессуары позволяют электрикам визуально определить, разорвана цепь или нет. Эта индикация избавляет специалистов от ошибок и значительно повышает безопасность работы с электроустановкой», – поясняет Илья Лёшин, начальник электротехнической лаборатории компании «Центроэлектромонтаж».

2. Расцепители минимального напряжения. Применяются для защиты нагрузки от резкого падения напряжения  (от 35 до 70% от номинального значения) путем отключения автоматического выключателя.

3. Расцепители максимального напряжения.  Отслеживают значение напряжения между фазным и нулевым проводами. Если величина достигает порогового значения, устройство инициирует расцепление автоматического выключателя. Таким образом, обеспечивается защита нагрузки от длительных перенапряжений.

4. Дистанционные расцепители. Используются для дистанционного отключения защитных аппаратов. Данные аксессуары незаменимы в случаях затруднённого доступа к электроустановке. Например, при пожаре вентиляцию можно отключить из диспетчерской.

Дифференциальная защита
Первый выключатель дифференциального тока был запатентован в 1928 году. Он применялся для защиты людей в случае прямых или косвенных (при повреждении изоляции) прикосновений к сети. Но первый действующий экземпляр ВДТ появился только в 1937 году. Конструкция состояла из дифференциального трансформатора и поляризованного реле и имела чувствительность 0,01 А и быстродействие 0,1 с. Примечательно, что испытание устройства проводилось на человеке. Эксперимент закончился благополучно, аппарат сработал чётко. Доброволец лишь испытал слабый удар током, правда, от участия в дальнейших опытах отказался.

Сегодня есть устройства, совмещающие функции ВДТ и автоматического выключателя – так называемые автоматические выключатели дифференциального тока (АВДТ). Споры о том, что же лучше, АВДТ или традиционная пара «автоматический выключатель + выключатель дифференциального тока», не прекращаются до сих пор. «Действующими нормативными документами не оговаривается, какое именно оборудование должно обеспечивать безопасность сети и персонала. Решение остаётся за инженером-проектировщиком, – рассказывает Павел Томашёв (АББ). – Используя в электроустановке АВДТ, при помощи одного устройства можно решить сразу несколько задач.

Так, новые автоматические выключатели дифференциального тока DS201 и DS202C защищают от утечек тока, перегрузок и коротких замыканий, за несколько десятков миллисекунд отключая электрооборудование от сети. Механическая индикация положения внутреннего контакта даёт точную информацию об АВДТ, предотвращая неправильную интерпретацию состояния устройства и системы. Зелёный цвет индикатора говорит о том, что контакты разомкнуты, красный – замкнуты. А синий флажок, который может появиться на рычаге управления, указывает, что произошло срабатывание по дифференциальному току».
 
Дополнительные преимущества от использования АВДТ:
• Увеличивает скорость монтажа. «Стандартная последовательность действий при подключении выключателя дифференциального тока: подвести фазный провод к автоматическому выключателю, перекинуть его на соответствующий вход ВДТ, нулевой контакт выключателя соединить с нулевым проводником. С подключением же АВДТ – «фаза на фазу, ноль на ноль» справится даже школьник», – говорит Илья Лёшин («Центроэлектромонтаж»).

• Автоматические выключатели дифференциального тока занимают в электрическом шкафу в 2 раза меньше места, нежели пара «автоматический выключатель и ВДТ». Экономия пространства даёт более широкие возможности для дальнейшего увеличения мощности электрической системы или её модернизации.

• При установке АВДТ полностью исключена проблема неверного подбора номиналов автоматического выключателя и выключателя дифференциального тока.
Так же, как и автоматические выключатели, АВДТ могут оснащаться дополнительными аксессуарами. Причём, в случае устройств АББ, аксессуары для автоматических выключателей и АВДТ общие.

Спасение от молнии
Уже несколько десятилетий для защиты от гроз используются разрядники, устанавливаемые на опоры линий электропередачи. Но эти устройства далеко не панацея, поскольку даже при отличном заземлении в системе произойдёт резкий скачок потенциала, губительный для чувствительного оборудования. Кроме того, внешняя молниезащита никак не может помешать импульсным перенапряжениям , источником которых является коммутация мощной техники.

Сегодня для борьбы со стихией применяется целый комплекс мероприятий: внешняя молниезащита (молниеприёмники, токоотводы, системы заземления) для защиты от прямых попаданий молнии и внутренняя – устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Последние бывают следующих типов:

Тип 1. Обеспечивают замыкание на землю импульсов тока высокого напряжения.
Предназначение. Используются для электроустановок, в которых существует опасность прямого  попадания молнии, например, соединённых с воздушными линиями электропередачи.
Установка. Монтируются на вводе в здание в распределительном щите.

Тип 2. Предназначены для безопасного замыкания на землю импульсов тока при удалённых ударах молнии или коммутационных перенапряжениях.
Предназначение. Не используются для защиты от прямого попадания молнии, как устройства типа 1, но в сравнении с ними обеспечивают меньший уровень защитного напряжения.
Установка. Монтируются на вводе электроустановок, для которых не существует опасности прямого попадания молнии. Может использоваться как вторая ступень защиты после устройств типа 1.

Тип 1+2. Достигается защита от импульсных перенапряжений при прямом ударе молнии. Обеспечивается низкий уровень защитного напряжения, необходимый для предохранения большей части электрического и электронного оборудования.
Предназначение. Идеально подходят для установки в гражданских сооружениях, особенно в частных домах и коттеджах.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений могут выполнять дополнительные функции. Например, УЗИП от АББ в исполнении TS снабжены контактом дистанционной сигнализации. Его срабатывание оповещает о необходимости замены картриджа фазных модулей.

Дополнительные устройства
Современный рынок электротехнических устройств предлагает разработки, которые не просто повышают безопасность электрических сетей, но и делают их эксплуатацию практически безаварийной.

1. Дифференциальное реле. Контролирует, какое значение тока утечки и в течение какого промежутка времени допустимо. При отклонении характеристик от нормы подаёт сигнал оператору или отключает питание.

2. Реле управления нагрузкой. Существуют простые модели, например, сигнализатор перегрузки RAL. Этот  аппарат при помощи звука предупреждает специалистов о необходимости уменьшения нагрузки на линии. И в случае, когда перегрузка не устранена, отключает участок цепи.

Более сложные разработки, в частности, аппарат LSS осуществляет постоянный контроль и анализ потребляемой мощности во всех линиях электрощита. В случае перегрузки реле отключает одну или две неосновные нагрузки, чтобы не допустить срабатывания главного автоматического выключателя.

3. Реле максимального тока. Устройство остаётся активированным до тех пор, пока значение контролируемого параметра (тока) меньше заданного порога срабатывания. При превышении порога срабатывает перекидной контакт, дающий возможность отключить нагрузку.

«Следить за состоянием электроустановки нужно постоянно, – считает Павел Томашёв (АББ). – Так, например, специально для контроля технических характеристик электроустановок низкого напряжения был разработан анализатор сети М2М. Аппарат измеряет напряжение, силу тока, частоту, мощность и коэффициент мощности, а также максимальные и минимальные значения перечисленных параметров. Это позволяет выявить аварийные ситуации в электроустановках ещё на стадии их возникновения. Информация может передаваться через цифровые выходы в диспетчерскую. Также за счёт гибко настраиваемого интерфейса нужные данные отображаются на лицевой панели анализатора сети».

Безопасность электрических сетей – это огромный комплекс мер, состоящий из несчётного количества частностей. Пренебрежение даже самой малой деталью делает уязвимой всю систему. Помните об этом. Ведь безопасности много не бывает.