Применение УЗДП становится обязательным для многих видов объектов в России
Алексей Васильев, индивидуальный предприниматель
В числе наиболее часто встречающихся причин пожаров — нарушение электрического контакта с возникновением дугового пробоя (именуемого в быту искрением). Предотвратить возгорание из-за данного явления, своевременно обесточив линию электропитания, может только устройство защиты от дугового пробоя (УЗДП). С 1 сентября 2021 г. в России применение УЗДП становится обязательным на некоторых видах объектов. В статье рассказывается о принципе действия таких устройств, особенностях их установки, а также о нормативных актах, предписывающих обязательное использование УЗДП на тех или иных объектах.
В числе наиболее часто встречающихся причин пожаров — нарушение электрического контакта с возникновением дугового пробоя (именуемого в быту искрением). Предотвратить возгорание из-за данного явления, своевременно обесточив линию электропитания, может только устройство защиты от дугового пробоя (УЗДП). С 1 сентября 2021 г. в России применение УЗДП становится обязательным на некоторых видах объектов. В статье рассказывается о принципе действия таких устройств, особенностях их установки, а также о нормативных актах, предписывающих обязательное использование УЗДП на тех или иных объектах.
Помимо защитных автоматов и устройств защитного отключения, в электрических щитах все чаще встречается еще один тип приборов, повышающих уровень безопасности. Речь идет об устройствах защиты от дугового пробоя (УЗДП), которые также в некоторых источниках именуются устройствами защиты от искрения (УЗИс).
Дело в том, что зачастую причиной пожара является нарушение электрического контакта (например, повреждение жилы провода) с возникновением дугового пробоя, который на бытовом уровне определяется как «искрение». Идея УЗДП, что называется, «носилась в воздухе», но только в 2000-х годах, благодаря успехам в развитии микропроцессорной техники, удалось создать надежно срабатывающие УЗДП, достаточно компактные, чтобы их можно было разместить в электрическом щите на стандартной DIN-рейке (рис. 1).
Исследования в США показали, что доля пожаров из-за дугового пробоя составляет 80% и выше в общем количестве пожаров, связанных с электрооборудованием [1]. России ситуация примерно такая же — до 80 % «электрических» пожаров возникает из-за дугового пробоя, возникающего в местах нарушения нормального контакта между элементами электросетей и электроустановок [2, 3].
Рис. 1. Современные УЗДП представляют собой компактные устройства, устанавливаемые на DIN-рейку
Следует отметить, что, хотя практически вся проводка в помещениях с постоянным нахождением людей нуждается в защите УЗДП, особенно важна такая защита именно скрытой электропроводки, например, для линий, подающих питание к потолочным светильникам. Состояние такой проводки сложно контролировать визуально. А, в случае возгорания в скрытой части проводки, его не так-то просто потушить подручными средствами.
Положительный опыт эксплуатации УЗДП, показавший их пользу, а также череда крупных пожаров из-за искрения привели к тому, что применение УЗДП на объектах, где критически важна безопасность, обязательны или рекомендованы национальными нормами в Великобритании, Словакии, Германии, Австрии, Канаде, Австрали и Новой Зеландии. В целом в мире действует IEC 60364-42:2014 Low-voltage electrical installation — Part 4-42: Protection for safety — Protection against thermal effects, который рекомендует применение УЗДП. Причем там, где применение УЗДП не является обязательным, а только рекомендовано, действуют экономические рычаги — страхование от пожара помещений при отсутствии защиты от искрения осуществляется по повышенным расценкам.
Теперь же и в нашей стране необходимость внедрения УЗДП официально признана на государственном уровне.
Дуговой пробой — характерные особенности, причины возникновения
Специалисты выделяют следующие характерные случаи возникновения дугового пробоя (искрения):
— повреждение изоляции токопроводящего кабеля элементами крепления без полного короткого замыкания;
— излом кабеля вследствие недопустимо малого угла изгиба;
— повреждение кабеля в местах постоянного давления либо регулярного изгиба (перемещаемые в пространстве электроприборы)
— повреждение или старение изоляции, вызванное воздействием климатических факторов, ультрафиолетового излучения, химических веществ и т.п.;
— повреждения, вызванные грызунами;
— потеря контактов из-за окисления проводов, ослабления прижима и т. п. факторов;
— неисправности в электрооборудовании либо его неправильная эксплуатация.
Различают два вида дугового пробоя: параллельный дуговой пробой, возникающий вследствие нарушения изоляции между фазным и нулевым проводниками или между фазным и проводником заземления, в этом случае ток дуги идет параллельно нагрузке отсюда название «параллельный» пробой (рис. 2). В последовательном дуговом пробое, ток дуги, возникающей в месте нарушения контакта или дефекта проводника, идет также и через нагрузку.
Рис. 2. Виды дугового пробоя: 1 — Последовательный дуговой пробой, 2 — параллельный дуговой пробой фаза-ноль, 3 — параллельный дуговой пробой фаза-земля
Что касается повреждения жилы провода, то совсем не обязательно, чтобы в результате его сразу возник разрыв.
Short circuit, burnt cable, on dark color background
Рис. 3. Провод может загореться в результате искрения, возникшего в месте повреждения жилы, сопровождавшегося уменьшением ее сечения
Достаточно, чтобы в месте повреждения сечение жилы значительно уменьшилось. Ток продолжает течь, но жила в месте повреждения нагревается, оставшаяся перемычка плавится, между двумя кусками жилы возникает искрение (рис. 3). По данным МЧС, примерно 23% пожаров связаны с электропроводкой (рис. 4).
Рис. 4. Распределение причин возникновения пожаров
Дуговой пробой может быть как самостоятельным аварийным режимом в электросети, так и сопровождать другие опасные режимы. Часто искрение обусловлено деградацией изоляции токопроводящих элементов в результате выделения тепла в местах дефектов контактных переходов электрических цепей (режим большого переходного сопротивления – БПС).
В целом, последовательный дуговой пробой можно считать более опасным и пожароопасным являением, т. к. такой вид пробоя не может быть распознан ни защитными автоматами, ни устройствами защитного отключения. Поэтому только УЗДП может спасти от пожара при последовательном дуговом пробое — см. табл. 1.
Таблица 1. Реакция устройств защиты электрических цепей на разные типы дугового пробоя.
Устройство защиты
Тип дугового пробоя (искрения)
Последовательный
Параллельный
фаза-нейтраль
Параллельный
фаза-земля
Автоматический выключатель
Не определяет в принципе
Может сработать слишком поздно (при ограниченном токе КЗ)
Может сработать слишком поздно (при ограниченном токе КЗ)
Устройство защитного отключения (выключатель дифферен-циального тока)
Не определяет в принципе
Не определяет в принципе
Может не чувствовать (при импульсном характере искрения)
УЗДП (УЗИс)
Отключает цепь
Отключает цепь
Отключает цепь
Принцип работы УЗДП
При возникновении дугового пробоя в линии электропитания значительно меняются ее параметры — напряжение, сила тока, появляются высокочастотные гармоники. УЗДП осуществляет мониторинг состояния линии и на основе полученных данных принимает решение о ее обесточивании. Конкретные алгоритмы у разных производителей различны и являются «ноу-хау» этих фирм.
Тем не менее, есть один параметр, который оценивают практически все УЗДП в силу принципа работы — спектр тока в нагрузке. Если вы возьмете радиоприемник, включите его в диапазоне АМ и поднесете его к месту искрения (опыт сугубо воображаемый, не повторяйте его на практике — при возникновении искрения сразу обесточивайте линию!), то услышите мощные шумы и потрескивания. Главная задача УЗДП — обнаружить такого рода сигналы в линии и отличить их, скажем, от помех, вызванных коммутацией. Для этого в качественных УЗДП, например, УЗДП-С1 Исток от компании «Экотех», применяется цифровая обработка сигналов.
Большой проблемой для УЗДП является наличие видов нагрузки, например, коллекторных электродвигателей, которые дают спектр как при искрении. Определенную проблему представляют также всевозможные импульсные блоки питания, в том числе и в осветительных приборах. Эта проблема решается экспериментальным путем — определяются виды нагрузки, при которых происходит ложное срабатывание, и дорабатывается алгоритм работы встроенного в УЗДП микропроцессора. Поэтому определенные преимущества имеют УЗДП, разработанные компаниями, которые давно занимаются данной проблематикой. Например, российская компания «Эколайт» занимается исследованиями в области УЗДП на протяжении 15 лет, что привело к созданию крупномасштабного производства УЗДП. Оператором проекта выступает АО «Экотех» — совместное предприятие «Эколайта» и одного из предприятий, входящих в Госкорпорацию «Ростех». Данные об имеющихся в свободной продаже в нашей стране УЗДП приведены в табл. 2.
Таблица 2. Основные характеристики УЗДП, имеющихся в свободной продаже в России по состоянию на июль 2021 г. (данные о ценах ориентировочные, взяты из открытых источников)
Производитель, страна
Наимено-
вание
Номинальный
ток, A
Размер на DIN-рейке (модулей)
Индикация причины срабатывания
Тестирование
(ручное/авт.)
Рознич—ная цена, руб.
Дополнительные функции/Примечание
Российские производители
Экотех
(Исток)
Россия
УЗДП-С1
16, 25, 32, 40, 63
2
Непрерывная
Авт. + ручн. (внешнее устройство)
6 000
1. Отключение по перенапряжению с порогом 270 В
2. Наличие независимого средства контроля зоны функционирования и работоспособности в комплекте
3. Неотключаемая индикация причины срабатывания
Эколайт
Россия
УЗИс-С1
16, 25, 32, 40, 63
2
Непрерывная
Авт. + ручн. (внешнее устройство)
5 200
1. Отключение по перенапряжению
с регулируемым значением 260, 270, 280, 290 В
2. Наличие независимого средства контроля зоны функционирования и работоспособности в комплекте
3. Неотключаемая индикация причины срабатывания
IEK
Россия
УЗДП63-1
16, 25, 32, 40, 63
2
Непрерывная
Авт. + ручн. (внешнее устройство)
4 587
1. Отключение по перенапряжению с порогом 280 В
2. Наличие независимого средства контроля зоны функционирования и работоспособности в комплекте
3. Неотключаемая индикация причины срабатывания
Меандр
Россия
УЗМ-50МД
63
2
Непрерывная
Нет
2 660
1. Реле контроля напряжения – отключение при напряжении в сети больше 270 В / меньше 155 В
Не соответствует ГОСТ IEC 62606-2016 (пп. 8.2.2 и 8.6.2.2):
– отсутствует механизм свободного расцепления, имеется автоматическое повторное включение;
– не соответствует стандарту по минимальному обнаруживаемому току искрения – 5 А вместо 2,5 А;
EKF
Россия
УЗДП PROxima
16, 20, 25, 32
2
После повторного включения
Авт. + ручн.
6 335
1. Интегрированный АВ, тип C
2. Нет индикации срабатывания встроенного АВ
3. Фактический производитель – компания из КНР
Зарубежные производители
Eaton
США
AFDD
10, 13, 15, 16, 20, 25, 32, 40
3
После повторного включения
Авт. + ручн.
10 657
1. Интегрированный АВ, тип B, C
2. Отключение при перенапряжении с порогом 270 В
3. Интегрированное УЗО, разность токов 0,01А, 0,03А
4. Есть модели с увеличенным временем отключения (селективность)
Schneider Electic
Франция
iDPN N ARC Acti9
6, 10, 16, 20, 25
2
Механическая
Авт. + ручн.
9 198
1. Интегрированный АВ, тип В, C
2. Отключение при напряжении больше 400В, время отключения 200мс
ABB
Швейцария
S-ARC1
6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40
2
После повторного включения
Авт. + ручн.
10 790
1. Интегрированный АВ, тип B, С
2. Отключение по перенапряжению с порогом 275 В
3. Интегрированное УЗО, разность токов 0,01А, 0,03А (с буквой D в названии), тогда номинальный ток до 20 А
Не соответствует ГОСТ IEC 62606-2016 (п. 8.17):
– при отрицательном результате автотестирования прибор мигает красно-зеленой индикацией, но не отключается, и должен быть проверен ручным тестом.
DS-ARC1
6, 10, 13, 16, 20
3
Особенности установки
УЗДП может быть выполнено в одном из следующих вариантов:
— отдельного устройства, включающего в себя блок обнаружения дугового пробоя и размыкающий механизм (расцепитель), оно может использоваться только совместно с внешним устройством защиты от превышения допустимой силы тока;
— комбинированного устройства, представляющего собой блок обнаружения дугового пробоя и устройство защиты от сверхтока (автоматический выключатель, с выключателем дифференциального тока или без него) в одном корпусе;
— составного устройства, состоящего из блока обнаружения дугового пробоя без размыкающего устройства, который механически присоединяется к устройству защиты от перегрузки по току (также с выключателем дифференциального тока или без него).
В зависимости от этого выбирается та или иная схема включения УЗДП. Применение УЗДП детально регламентируется СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа», приложение В.
Следует отметить, что УЗДП эффективно работает в пределах определенной дальности, указанной в прилагаемом руководстве по эксплуатации. Поэтому УЗДП устанавливается на каждую групповую линию, но для небольших помещений допускается устанавливать УЗДП только на вводной линии.
Возможность защиты конкретного потребителя, а также собственно работоспособность УЗДП определяются путем кратковременной установки в розетку специального имитатора искрения.
В некоторых случаях использования УЗДП недопустимо. Запрещено устанавливать их в групповых сетях питания систем противопожарной защиты, а также питать через УЗДП электроустановки медицинского назначения, поддерживающие жизнедеятельность больных.
Правовые основы применения УЗДП
ГОСТ Р 50571.4.42-2017, являющийся адаптацией уже упоминавшегося IEC 60364-4-42:2014, рекомендует применение УЗДП в качестве специальной защитной меры для предупреждения пожаров от дугового пробоя в электрических цепях конечных потребителей (п. 421.7):
-в помещениях с постоянным пребыванием людей в течение продолжительного времени;
-в помещениях с наличием пожароопасных обрабатываемых или складируемых материалов, то есть помещения класса ВЕ2. (например, склады, магазины по продаже материалов из древесины, магазины по продаже горючих материалов);
-в помещениях с использованием горючих строительных материалов, то есть помещения класса СА2 (например, деревянные здания);
-в помещениях с использованием конструкций, способствующих распространению огня, то есть помещения класса СВ2;
-в помещениях, в которых подвергается опасности невосполнимое имущество.
Однако применение данного стандарта носит добровольный характер.
Damaged electrical junction box became cause of electrical short circuit and caused the electric wiring to ignition of fire.
Рис. 5. Искрение в результате нарушения электрического контакта не может быть распознано обычным защитным автоматом, тем не менее, оно способно привести к пожару
Аварийный режим работы электросетей и оборудования – самая частая причина пожаров в зданиях и помещениях (рис. 5). Доля таких пожаров в общем количестве пожаров в последние годы только растет. Например, в 2020 году по этой причине произошло 63 % пожаров в зданиях образовательных организаций, 49 % пожаров в зданиях здравоохранения и социального обслуживания, 34 % в жилых зданиях. Поэтому именно для перечисленных видов объектов применение УЗДП было решено сделать обязательным.
С 1 сентября 2021 года в России вводится обязательное применение устройств УЗДП (УЗИС) в электроустановках вновь строящихся и реконструируемых зданий:
— дошкольных образовательных организаций, специализированных домов престарелых и инвалидов (неквартирных), больниц, спальных корпусов образовательных организаций с наличием интерната и детских организаций;
— многоквартирных жилых домов высотой более 75 метров и многоквартирных жилых домов любой этажности, в которых применяется электропроводка из алюминиевых сплавов;
— общеобразовательных организаций.
Правовой основой для этого является СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа» с изменениями №№ 1,2,3 и 4. Пункты 10.13, 12.2, 15.41, 15.44 и Приложение «В» за исключением позиций таблицы В.1 с классами функциональной пожарной опасности Ф1.2, Ф1.4, Ф2.1, Ф2.2, Ф3.1 — Ф3.7, Ф4.2, Ф4.3, Ф5.2, разделов В.4, В.5 включены в Перечень национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», утвержденный постановлением правительства РФ от 28.05.2021 г. № 815. Вступление в силу указанного технического регламента делает применение УЗДП для некоторых видов объектов обязательным.
Выводы
Введение в России обязательности использования УЗДП на некоторых видах объектов должно способствовать снижению количества пожаров, связанных с электричеством. При этом открываются новые перспективы перед российскими производителями УЗДП. Отечественные компании могут лучше учитывать специфику наших сетей электропитания и наиболее распространенные в стране типы электроприборов. Отметим и более доступные цены российских производителей по сравнению с зарубежными, а также возможность оперативной поставки больших партий, что особенно важно при массовом применении.
ЛИТЕРАТУРА
Kevin J. Lippert. Ground Fault Breakers and Arc Fault Circuit Interrupters (AFCI) 2008 Eaton Corporation.
2.Павлов Д.Д., Исследование и разработка интеллектуального устройства искробезопасности для систем автоматики: Диссертация к.т.н. 05.13.05, Владимир, 2015
Экспертное исследование после пожара контактных узлов электрооборудования в целях выявления признаков больших переходных сопротивлений. Методические рекомендации., Москва: ВНИИПО МЧС РФ, 2008
Сообщение Применение УЗДП становится обязательным для многих видов объектов в России появились сначала на Журнал Современная светотехника.
