Как устройство защиты проводки от искрения может спасти квартиру от пожара

Опасность искрения в выключателях, проводах и скрутках

С искрением и дуговым пробоем знаком практически каждый человек. Если в темное время суток нажать на клавишу выключателя света, то с некоторой вероятностью через пластиковый корпус получится разглядеть тусклую кратковременную зеленую вспышку. Подобный эффект в большей степени свойственен старым выключателям.

Явление носит вполне логичную природу. При включении света контакты выключателя приближаются. В некоторый момент времени они настолько близки, что между ними происходит пробой воздушного промежутка. Загорается очень маленькая и кратковременная дуга, которая и создает вспышку.

Данная ситуация безопасна, если говорить об исправном выключателе. Однако подобное часто происходит в распределительных коробках. Если провода слабо затянуты в скрутке или плохо прижаты под клеммником автомата, то они также будут искрить. При этом напряжение и ток в сети ведут себя самым непредсказуемым образом. Проблему усугубляет наличие в квартире емкостных и индуктивных потребителей.

Важно! Плохой контакт в скрутке, коробке или под клеммником автоматического выключателя приводит к искрению проводки. Оно, в свою очередь, создает непроизвольные скачки сетевого напряжения и тока. Данное явление способно вывести из строя дорогостоящие бытовые приборы. Особенно те, в которых содержатся электронные микросхемы, процессоры и цифровые платы.

Плохой контакт в скрутке

Черным по белому — читаем инструкцию

Отдельно стоит остановиться на инструкции, которая очень подробная. В ней даже указаны метрические размеры устройства, хотя мне это кажется лишней информацией: ну два же модуля, и так все понятно.

Перечислены обязательные в таких случаях адреса представительств компании, гарантийный срок эксплуатации (3 года), дата производства и так далее. И подробно расписано, от чего УЗДП защищает и как определить зону его функционирования.

Там очень интересный нюанс. Оказывается, если линия розеток собрана шлейфом и где-то посередине этого шлейфа подключен потребитель с импульсным источником питания (например, телевизор), то все розетки, расположенные дальше от УЗДП, уже не будут защищены. Или будут, но средство контроля не сможет это показать.

Потребители с импульсными источниками питания могут ослабить сигнал от дугового пробоя. На схеме часть розеток не входит в зону функционирования

Все дело в физике процесса. Устройство содержит электронный компонент, который анализирует характер синусоидального колебания тока в электрической сети. При искрении синусоида приобретает неправильную форму за счёт появления дополнительных гармоник. Автоматика фиксирует возникновение дугового пробоя и приводит в действие расцепитель, который разрывает электрическую цепь.

Потребители с импульсными источниками питания (компьютеры, телевизоры, цифровые приемники, импульсные трансформаторы для питания галогенных ламп и т. п.) ослабляют сигнал дугового пробоя. Чтобы этого избежать, рекомендуется подключить такую группу потребителей через стандартный сетевой удлинитель с длиной шнура 3-10 м.

Зона функционирования УЗДП расширена благодаря подключению потребителей через стандартный сетевой удлинитель

Внешний вид и строение прибора

Устройство защиты проводки от искрения обладает стандартной для любых модульных устройств конструкцией. УЗИс крепится в щит с помощью DIN-рейки. На передней панели устройства есть 4 винтовых контакта для подключения проводов:

• вход фаза (L in);
• вход ноль (N in);
• выход фаза (L out);
• выход ноль (N out).

На вход подается питающее напряжение 230 В. Например, от счетчика или вводного автомата. На выход подключается нагрузка. Например, розетки или сеть освещения.

Устройство защиты от искрения EcoEnergy УЗИс-С1-40

На корпусе устройства есть рычаг для включения и отключения. По его положению судят о состоянии прибора. Если рычаг указывает на 0 — выключено, если на 1 — включено. Также о состоянии защиты можно судить по индикаторному светодиоду (лампочке). Если он горит зеленым цветом, то все в порядке. Если горит или моргает красным — устройство защиты выключилось. Подробная расшифровка значений свечения лампочки имеется на корпусе аппарата.

Рядом с рычагом есть небольшой регулятор под отвертку (крутилка). Он позволяет выставить значение напряжения, при котором УЗИс автоматически отключится. То есть данный аппарат умеет защищать сеть не только от искрения, но и от перенапряжения.

Устройство защиты от искрения УЗИс-С1-40

Искрение проводки — наиболее частая причина возникновения пожаров. Искрение может возникать в местах соединения проводов (скрутки, ослабленные контакты, механическое повреждение провода) и не заметно до тех пор, пока нагрев проводов не приведёт к пожару. Устройство УЗИс-С1-40 способно детектировать искрение и отключать электричество. Кроме того это же устройство защищает электроприборы от повышенного напряжения в сети, которое может возникнуть например из-за обрыва или «отгорания» нулевого провода.

В комплекте — специальная вилка-эмулятор искрения для проверки работоспособности прибора, инструкция, наклейка с таблицей индикации состояния.

Устройство устанавливается в квартирном щитке после вводного УЗО или дифавтомата. Оно способно коммутировать ток до 40 ампер.

Механическая индикация показывает включение (красный) и отключение (зелёный) устройства. Двухцветный светодиод отображает состояние устройства. Регулятор позволяет установить уровень срабатывания защиты от повышенного напряжения от 260 до 290 вольт.

Для контроля работы защиты от искрения можно подключить к любой розетке, защищённой УЗИс, тестовую красную вилку. Устройство тут же отключит электричество и его индикатор загорится красным.

Для проверки защиты от реального искрения я воспользовался электрическим чайником и удлинителем, о котором писал год назад (в этом удлинителе провод просто прикручен к контактам и болтается).

Через несколько секунд искрения устройство сработало и отключило нагрузку.

Для проверки защиты от перенапряжения я использовал ЛАТР и точный мультиметр.

При напряжении 259 вольт (при установке порога 260 В) произошло отключение, причём после отключения индикатор показывает, остаётся ли напряжение опасно высоким (мигает красным) или понизилось (мигает зелёным).

Само устройство потребляет 0.33 Вт, то есть за год оно истратит всего 2.89 кВтч электроэнергии.

Свои эксперименты я снял на видео. Насколько мне известно, в США принят закон, обязывающий всех домовладельцев установить подобное устройство и после принятия этого закона количество пожаров снизилось вдвое.

УЗИс-С1-40 стоит 4500 рублей. Конечно это не дёшево, но ущерб от пожара или выхода из строя техники из-за повышения напряжения в сети может быть многократно больше, поэтому я считаю, что такое устройство, вместе с УЗО или дифавтоматом должно быть установлено в каждой квартире или частном доме.

upd.: Я написал производителю и получил ответ по поводу отличий от Меандр УЗДП:

«Да, конечно мы знаем про этот прибор и многократно испытывали разные его версии. (Их было несколько). Мы сделали весь набор испытательных стендов в соответствии со стандартом ГОСТ МЭК-62606-2016. Так вот Меандровский УЗДП ни разу не отработал в соответствии со стандартом. Кроме этого, он в принципе не соответствует стандарту, как пример: стандарт подразумевает наличие механизма свободного расцепления, т.е. механическое отключение, а там только электрическое, более того, у них в алгоритме заложена возможность самостоятельного повторного включения, а стандарт это категорически запрещает! По стандарту устройство должно срабатывать от 2,5А, у них в паспорте написано что устройство распознает искрение от 5А и т.д. Почитайте разные форумы, везде одно и тоже — постоянные ложные срабатывания…»

© 2021, Алексей Надёжин

Принцип работы УЗДП

Устройство защиты от дугового пробоя по принципу работы напоминает обыкновенное реле напряжения. Прибор непрерывно отслеживает форму, амплитуду и направление сетевого напряжения. За состоянием этих параметров следит контроллер УЗДП.

Если в сети возникает искрение, то отслеживаемые параметры резко изменяются. Контроллер фиксирует это событие и дает команду на отключение контактов реле. В тот же момент управляющий импульс приходит на механизм отключающего рычага и индикаторный светодиод состояния аппарата.

Важно! Ручной электроинструмент (дрели, шлифовальные машинки) является источником сетевых помех. Во время работы этих приборов в их щеточных узлах возникает нормальное штатное искрение, способное привести к ложным срабатываниям УЗИс. Подобный электроинструмент рекомендуется включать через удлинители с сетевыми фильтрами.

Внутреннее устройство УЗДП

Для разборки корпуса УЗДП потребовалось высверлить развальцованные стойки.

УЗДП разобрано, видна плата

Печатная плата – поближе:

Печатная плата УЗДП, со стороны деталей

Вверху справа видны площадки для потенциометра (переключателя пределов реле напряжения), который присутствует у Эколайта. Ниже – площадки для подключения программатора контроллера при производстве и двухцветный светодиод.

Нулевая шина проходит через всё устройство от входа до выхода, к ней приварен лепесток, к нему припаян синий проводок – для питания схемы.

На плате слева вверху и внизу видны пайки входной и выходной клемм. Чтобы посмотреть плату с обратной стороны, нужно их выпаять.

Отогнул варистор:

Плата поближе, вид на основные микросхемы

Надписи на плате – Ecolight, V1.6, РБНС758744.004.

Контроллер NXP:

Контроллер внутри УЗДП

Устройство довольно сложное, и собрать его обратно не представляется возможным:

Внутреннее устройство электромеханики УЗДП

Около входной клеммы на фазный провод надет трансформатор тока. Постоянно измеряя ток и напряжение, контроллер УЗДП следит за состоянием защищаемой цепи. Также виден электромагнит, который приводит в действие процесс отключения устройства, когда этого пожелает контроллер:

Электромагнит и трансформатор – устройства исполнения и измерения

Таким образом, с этой стороны на плату идут две пары проводов.

Катушка и соленоид поближе, с другого ракурса

Разобрал я и средство контроля:

Средство контроля УЗДП-СК в разобранном виде

Вот как выглядит имитатор дугового разряда:

Средство имитации искрения (дугового разряда)

Особенности УЗИс разных производителей

При обычном включении вилки в розетку или переключении клавиши выключателя также возникает искрение, особенно если напряжение подается на мощный потребитель электроэнергии. При этом устройство защиты должно оставаться во включенном состоянии.

Каждый производитель подобных устройств по-своему решает данную задачу. Поэтому аппараты от различных фирм способны заметно отличаться по алгоритму работы и внешнему виду. Наиболее популярные модели УЗДП приведены в таблице.

Устройство защиты от дугового пробоя УЗДП63-1 63А IEK

Как происходит пожар

Согласно статистике, главная причина пожара в быту – электропроводка. В новостях обычно причину возгорания называют просто – короткое замыкание. При этом журналисты вообще не понимают сущность этого термина. Имеется ввиду, что причина возгорания – неисправность электропроводки.

Но давайте разберёмся точнее, что может быть причиной несчастья. Я вижу три основные группы причин возгорания из-за электрики:

1. Перегрузка в результате превышения мощности или короткого замыкания. Возгорание может возникнуть, если неправильно выбрана пара “защитный автомат/провод”. Я к тому, что при правильном выборе номинала автомата и сечения провода (без экономии) возгорания не произойдёт. При перегрузке автомат сработает по тепловой защите, при коротком замыкании – по электромагнитной. Писал об этом не раз, например тут и тут.
2. Искрение электропроводки в результате плохого контакта или частичного обрыва электрической цепи (последовательный пробой). Тут никакой защитный автомат не поможет, даже правильно выбранный ABB, поскольку ток дуги будет меньше либо равным нормальному току в данной цепи.
3. Искрение в результате контакта там, где его не должно быть в результате повреждения изоляции или смещения частей электропроводки под напряжением (параллельный пробой). При параллельном пробое ток в цепи может быть больше нормального тока, но есть большая вероятность, что длительности и уровня тока пробоя не хватит для выключения автомата (неполное КЗ). А вот для воспламенения одежды около искрящей розетки – вполне хватит!

Вот наглядно, в картинках показаны причины возникновения последовательного и параллельного пробоя, приводящие к пожару:

Причины возгораний в электросетях. Кто первый напишет в комментарии, где на этой картинке орфографическая ошибка?

Так вот, устройств для предотвращения дугового пробоя (искрения) в природе не существует. Точнее, их всего два:

1. Человек со своими органами чувств,
2. Устройство защиты от дугового пробоя с обнаружением искрения (на основе анализа тока в нагрузке).

Надеяться на органы чувств не стоит, поэтому остается только вариант с электронным обнаружением искрения (УЗДП).

Вот итоговая табличка, кто на что способен:

Причины возгорания и устройства – кто на что реагирует

Коротко поясню –

• автоматический выключатель (защитный автомат) защищает цепь от превышения тока в цепи выше его номинала и от КЗ;
• УЗО (устройство защитного отключения) защищает человека от прямого прикосновения к токоведущим частям. Факт прикосновения определяется по повышенному току утечки, после этого цепь отключается;
• Дифавтомат (дифференциальный автомат) содержит в себе два предыдущих устройства – защитный автомат и УЗО.

Как видно, ни одно из перечисленных устройств не может защитить от искрения и в итоге от пожара. Это способно сделать только УЗДП.

Ниже я дам схему, которая включает все эти устройства, максимально защищая и человека, и электропроводку, и нагрузку от всех бед, включая пожар.

Характеристики для выбора устройства защиты

Устройства, защищающие проводку от искрения, проявились на рынке сравнительно недавно. Однако в их характеристиках нет ничего нового и вызывающего вопросы. Основные параметры этих устройств таковы:

1. Номинальное напряжение. Значение напряжения в сети, при котором аппарат защиты способен работать в штатном режиме.
2. Диапазон рабочих напряжения. У многих УЗИс есть встроенное реле напряжения. Для настройки порогов срабатывания используется регулятор.
3. Максимальный рабочий ток. От этого параметра зависит суммарная мощность потребителей, которых можно подключить через УЗИс. В бытовых условиях распространены устройства на 16, 25, 32 и 63 А.
4. Время повторного включения. Этот параметр имеется не у всех устройств искровой защиты. Он определяет, через какое время после срабатывания аппарат снова подаст в сеть напряжение.
5. Время отключения. Данная характеристика показывает, сколько времени нужно УЗИс на отключение после обнаружения искрения.

Обратите внимание! В странах СНГ УЗИс — это устройство малораспространенное. В документации от разных производителей оно фигурирует под отличающимися названиями. Например, УЗДП, AFCI, AFDD.

Что внутри

Комплект поставки не поразил воображение, но порадовал. Традиционная картонная коробка, в которых обычно и продаются подобные устройства.

В комплекте, помимо руководства по эксплуатации и самого устройства, есть тестовый блок, выполненный в форм-факторе вилки. Он служит для проверки работоспособности УЗДП и оценки зоны его функционирования.

Тестовый блок, выполненный в форм-факторе вилки

Кстати, в коробку производитель положил еще и наклейку с описанием индикации режимов работы УЗДП. Очень полезно на первых порах, так как мало того, что этих режимов много, еще и устройство новое, многим неизвестное.

Как сказано в руководстве по эксплуатации, УЗДП IEK® обеспечивает защиту не только от дугового пробоя, но и от импульсных перенапряжений (встроен варистор), и от напряжения в сети выше уровня 275+5 В. Каждое аварийное состояние сопровождается индикацией, которая остается даже после отключения аппарата (при наличии питания в сети).

Индикация придумана для того, чтобы с одного взгляда можно было распознать причину срабатывания УЗДП. Руководство по эксплуатации дает объяснение всех возможных вариантов срабатывания. Так, постоянный зеленый огонек свидетельствует о нормальной работе устройства. А постоянный красный сигнализирует о том, что линия была отключена из-за дугового пробоя. Подробнее см. в Таблице 1.

Таблица 1. Режимы индикации УЗДП IEK®

Чтобы не заглядывать в паспорт изделия каждый раз, когда светодиод на корпусе УЗДП будет о чем-то сигнализировать, производитель приложил наклейку с расшифровкой. Приклеил ее на дверцу электрощита изнутри — и шпаргалка всегда под рукой.

Схема подключения

Устройства защиты от искрения подключаются по простой схеме. Верхние L и N контакты предназначены для подключения входного питающего кабеля. Нижние — для выходного.

На фазном проводе перед УЗИс желательно установить автоматический выключатель. Его номинал не должен превышать рабочий ток УЗИс. В противном случае защита от искрения способна выйти из строя при КЗ.

Расширить пропускную мощность УЗДП при помощи контактора не получится. Весь ток должен протекать через устройство защиты. Иначе оно не сможет корректно регистрировать скачки тока и напряжения на потребителе.

Испытания на стенде

Я немного “погонял” УЗДП на лабораторном стенде.

Проверка работы УЗДП при помощи чайника

Проверка на автотрансформаторе (ЛАТР) показала, что УЗДП перестает функционировать при напряжении менее 100 В. При этом нагрузка остается включенной, но индикатор работы тухнет.

Выключение нагрузки происходит при напряжении 275 В, как и заявлено. При понижении напряжения включение происходит примерно при 270 В.

В испытаниях задействован чайник мощностью 1800 Вт, его ток – более 8 А.

Подключение нагрузки к УЗДП для испытания

Я вызывал искрение, двигая вилкой в незажатых клеммах. В результате – УЗДП выполнял чётко свою функцию, в зависимости от длительности искрения.

Реальное искрение и результат показан на видео:

Методика поиска искрящего места

Искрение — это предвестник пожара. Поэтому если устройство искровой защиты постоянно срабатывает, то нужно искать место нестабильного контакта. Внимание следует обратить на следующие узлы:

1. Распределительные коробки. Открыть, посмотреть, поискать запах гари. Если отключить в квартире напряжение, то скрутки допустимо прощупать на нагрев.
2. Розетки, удлинители, штепсельные вилки. Они также греются и дымят при нагреве.
3. Квартирный распределительный щит. Часто бывают расшатаны винты на клеммах автоматических выключателей. Вследствие этого возникает плохой контакт с проводами и искрение. Клеммники на автоматах следует периодически подтягивать, но без фанатизма.

Отдельно следует отметить основные признаки искрящих контактов:

• треск на месте искрения;
• запах гари;
• перегрев соединений;
• дым;
• моргающий свет;
• треск в динамиках акустических систем;
• свет, искры.

Принцип работы УЗДП основан на отслеживании состояния напряжения и тока в электропроводке. Контроль этих параметров позволяет на ранних этапах зафиксировать появление искр и дуги в скрутках и клеммниках и отключить электропитание квартиры. Как следствие, существенно снижается риск возгорания проводки или поломки дорогой бытовой электроники.

Устройство защиты от дуги более всего напоминает реле напряжения. Оба аппарата защиты имеют верхний и нижний предел рабочего напряжения. Однако УЗДП обладает более широким функционалом, то есть умеет срабатывать на искрение в скрутках и прочие ненадежные подгорающие контакты.

Что такое искрение и дуговой пробой?

Немного теории.

Искрение – это непредсказуемое скачкообразное изменение тока и напряжения с питающей линии. При этом ток и напряжение за счет реактивной составляющей в линии могут принимать значения, во много раз превышающие номинальные.

Если по научному, то искрение называют также дуговым пробоем. Дуговой пробой может быть двух видов:

1. Последовательный дуговой пробой. Это пробой в результате плохого контакта в одном из проводников питающей сети. При этом ни одно из перечисленных устройств не способно выявить эту проблему, кроме УЗИс.
2. Параллельный дуговой пробой. Это пробой между двумя полюсами электрической сети. В нашем случае – между фазой и нулем, или фазой и землей. И если при последовательном пробое усредненный ток в сети понижается, то при параллельном – повышается. Казалось бы, тут нам может помочь обычный автомат? Но не так всё просто. Защитный автомат имеет время-токовую характеристику, и ему нужно определенное время, чтобы отключиться при данном токе. Время до возгорания при таком пробое может быть очень коротким, а ток – недостаточным для моментального отключения, и произойдёт пожар. Это происходит в достаточно частых в практике случаях, когда от автомата с большим номинальным током отходят длинные тонкие провода, а пробой случается в них где-то ближе к нагрузке.

Виды дуговых пробоев показаны на рисунке:

Последовательный и параллельный дуговой пробой, приводящий к искрению и пожару

В обоих видах пробоя он сопровождается световыми, звуковыми и тепловыми эффектами. А это при определенных условиях легко приводит к возгоранию.

Кроме этого, возникает электромагнитная помеха, которая распространяется по электросетям и по электромагнитному полю, и дает сбои в работе различного слаботочного оборудования.

Как заранее защититься от таких неопределенных и неприятных ситуаций и вовремя предпринять меры?

Как раз об этом и идет речь в статье, это УЗИС (Устройство защиты от искрения). Его выпускают несколько производителей, и оно может также называться Устройство защиты от дуговых разрядов (УЗДР), Реле искровой защиты (РИЗ), или Устройство защиты от дугового пробоя (УЗДП).

Скачать

Ниже выкладываю для скачивания файлы по данному устройству, в том числе соответствующие ГОСТы.

• 1. Listovka_UZIs_new_C1_40.pdf. Устройство защиты от искрения УЗИс-С1 для автоматического отключения искрящей цепи. Листовка.
• 2. Prezent_UZIs_new_C1_40.pdf . Презентация Эколайт УЗИс.
• 3. Imitator_iskreniya.pdf. Описание имитатора искрения.
• 4. Metodicheskie_rekomendacii.pdf. Экспертное исследование после пожара контактных узлов электрооборудования в целях выявления признаков больших переходных сопротивлений.
• 5. UZIs_instrukciya.pdf. УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ИСКРЕНИЯ УЗИс-С1-40 ТУ 27.12.23-001-05342780-2017 Руководство по эксплуатации.
• 6. Vopros-otvet1.3.pdf. Вопрос-ответ от производителя УЗИС.
• 7. ГОСТ IEC 62606-2016.pdf. ГОСТ, на основе которого производится УЗИс.
• 8. Технологическая карта монтажа УЗИс.pdf. Подробное описание процесса и правил монтажа УЗИс
• 9. УЗИс Сертификат ТР ТС.pdf. Сертификат соответствия таможенного союза на УЗИс

Понравилось? Поставьте оценку, и почитайте другие статьи блога! (18 оценок, среднее: 4,94 из 5)