Узм-3-63

Какие проблемы существуют в домашней сети и как защитить абонентские сети от расхождения параметров

превышение допустимого напряжения более, чем на 10 %;
снижение напряжения в сети (просад) более, чем на 10 %;
кратковременное скачкообразное повышение или снижение напряжения;
изменение частоты переменного тока;
искрение, дуга на контактах при включении мощного потребителя;
обрыв нуля, как следствие — перекос фазы;
короткое замыкание на линии или внутри электроприбора.

Часть этих проблем возникает по вине пользователя (содержание оборудования и линий в ненадлежащем состоянии), часть — по вине энергоснабжающей компании. Об этом расскажем подробнее.

Качество энергоснабжения зависит от целого ряда причин:

изношенность и соответствие проектной нагрузке линий электропередач;
техническое состояние (и собственно наличие) трансформаторных подстанций на каждой абонентской линии;
работоспособность автоматики для поддержания параметров электросети в норме;
распределение нагрузки между фазами;
законность подключения новых абонентов (бывают случаи превышения нормативов ТУ).

Приведем пример

Условие: трехфазный ввод в многоэтажный дом, общий нуль, фазы «A», «B» и «C» равномерно распределены между подъездами 1, 2 и 3. По какой угодно причине (коррозия, механическое повреждение и прочее) происходит обрыв нуля. В это время 1 подъезд нагружен максимально (бойлеры, электродуховки), 2 подъезд — средняя нагрузка (холодильники, освещение), 3 подъезд — минимальная (пара телевизоров и несколько компьютеров).

Что произойдет с каждой фазой?

Фаза «A» — 1 подъезд. Напряжение упадет до минимального значения, близко к нулю.
Фаза «B» — 2 подъезд. С большой долей вероятности, напряжение останется в пределах 220 В, хотя возможно плавающее изменение потенциала.
Фаза «C» — 3 подъезд. На линии с минимальной нагрузкой напряжение приближается к значению между фазами, то есть порядка 380 В.

Поскольку рабочий ток для каждого подключенного абонента (группы абонентов) не превысил установленного значения, автомат защиты по току не сработает. Электроприборы на линии «C» (3 подъезд) выйдут из строя, в самом тяжелом случае — банально сгорят. Часто такая ситуация приводит к пожару.

Как правило, мы не задумываемся, что схема подключения электроэнергии к нашему счетчику вовсе не однофазная. Это касается не только дачных поселков и небольших деревень. Любая абонентская сеть в городах, будь то Москва или районный центр на Дальнем Востоке, создается по единому принципу.

Можно установить индивидуальную трансформаторную подстанцию или мощный стабилизатор. Но стоимость такого оборудования может превысить потери при аварийной ситуации на линии 220 В. Какой выход? Установить устройство защиты УЗМ.

По надежности срабатывания и степени защиты — устройства аналогичные. Однако устройство защиты многофункциональное: например, УЗМ 51М, замыкает цепь самостоятельно, после восстановления параметров электропитания. А вот УЗИс надо включать вручную.

Назначение

Данные устройства выполняют сразу несколько функций:

Быстрое отключение оборудования и электроприборов в однофазных сетях в случаях выхода параметров напряжения за установленные граничные пределы. Точно так же защита срабатывает и при обрыве нулевого проводника.
Защита оборудования и других подключенных нагрузок на данном объекте от влияния скачков напряжения импульсного типа, произошедших в результате работы расположенных поблизости источников таких импульсов. В этом случае все приборы и электронная аппаратура оказываются надежно защищенными от разрушений и возможного возгорания.

Защитные устройства полностью контролируют состояние напряжения и предупреждают возможные причины, вызывающие срабатывание. После отключения в аварийном режиме устройство защиты УЗМ включается автоматически, когда сетевое напряжение приходит в норму. Такое включение происходит через определенное время задержки, настраиваемое пользователем.

Подобная защитная аппаратура может применяться при любых конфигурациях электрических сетей – TN-C, TN-S, TN-C-S, ТТ. Вместе с тем, ее использование вовсе не отменяет традиционные средства защиты – автоматы, УЗО и другие.

Кроме защиты, УЗМ-50Ц снижает пусковые токи при подключении нагрузок емкостного типа. В этом случае контакты реле замыкаются при нулевом значении сетевого напряжения, когда оно переходит через нулевой проводник.

Схема подключения

Наиболее часто подключение УЗМ-51М выполняется в однофазных сетях на 220 В. УЗМ устанавливаются непосредственно на входе в квартиру или частный дом. К верхним клеммам подключаются фаза и ноль, приходящие от наружной сети. Далее к нижним клеммам подключаются провода, уходящие к потребителям. Чтобы не было путаницы, сбоку наносится схема подключения, а на корпусе возле клемм имеется соответствующая маркировка. В любом случае следует быть внимательным, поскольку у разных производителей входные и выходные клеммы располагаются по-разному.

Монтаж УЗМ-51М может выполняться ко всей нагрузке или только к отдельным группам потребителей. Место установки определяется заранее, но вначале устанавливается вводный автомат, затем, электросчетчик, а уже после них – многофункциональное устройство УЗМ.

Для трехфазной сети существует своя схема подключения УЗМ. Если три фазы переходят в три однофазные линии, то на каждую из них потребуется отдельный прибор. При подключении к трехфазным потребителям, потребуется и специальное защитное устройство.

Как рассчитать энергию дуги

В соответствии с стандартом NFPA 70E 2020, разработанным американской Национальной ассоциацией противопожарной защиты (National Fire Protection Association, NFPA), граница вспышки дуги определяется как расстояние, на котором человек может получить ожог второй степени. (Ожоги второй степени обратимы и их можно вылечить).

«Границей вспышки дуги должно быть расстояние, на котором энергия падающего излучения равна 1,2 кал / см2 (5 Дж / см2)» (NFPA 70E 2018)

Таким образом при оценке риска опасность можно считать существенной если в результате возникновения дуги на человека может воздействовать энергия более 1,2 калорий на квадратный сантиметр.

В общем виде безопасными считаются сети с напряжением менее 50 В. Но нужно помнить, что они тоже могут давать искрение.

Вторым важным параметром для расчета энергии дуги является ток короткого замыкания (Iкз). В теории номинальные значения тока короткого замыкания должны быть указаны на оборудовании. Силу тока короткого замыкания можно получить у энергоснабжающей организации (по высокой стороне) или из проектной документации на электроустановку.

На практике, при реальной процедуре оценке рисков, быстро получить эти данные от энергослужбы предприятия очень затруднительно.

Одним из возможных способов решения этой проблемы является использование специальных приборов. Существует достаточно большая линейка измерителей тока короткого замыкания для бытовых и промышленных сетей. Проводить измерения должен сотрудник соответствующей квалификации.

Методологию для расчета потенциальных опасностей вспышки дуги предоставляет стандарт IEEE 1584-2018 «Руководство IEEE для выполнения расчетов опасности вспышки дуги».

В их исследовании был проведен ряд испытаний. В качестве примера, в таблице показаны данные, полученные для системы с напряжением 25 кВ:

Ток КЗ, кА	Разрыв дуги, мм	Падающая энергия, кал / см2
5	101,6	8,7
10	101,6	20,8
15	101,6	35,6
20	101,6	52,8

На основе тестовых данных комитет IEEE 1584 разработал эмпирические уравнения для расчета энергии вспышки дуги для систем переменного тока.

Однако надо понимать, что разные инженеры могут оценивать одну и ту же систему и получить совершенно разные результаты поскольку дуга является случайным динамическим процессом. К тому же дуги, инициированные на тестовых установках, вряд ли будут давать данные идентичные конкретному случаю.

Формулы стандарта IEEE 1584, получившиеся на основе измерений достаточно сложны. А поскольку у большинства специалистов по охране труда, формула с десятичными логарифмами инстинктивно вызывает отторжение, мы даже не будем здесь их приводить.

Как мы уже говорили, расчет энергии дуги зависит от многих составляющих, чья вариативность вносит существенную погрешность в измерения. Это и влажность воздуха, и наличие переходных процессов, и нелинейность тока КЗ во времени, и взаимное влияние элементов цепи и многое другое. Так что какой бы ни была точной формула, реальность легко внесет погрешность в 50, а то и более процентов.

По этой причине мы предлагаем при оценке риска для целей выбора уровня защиты СИЗ, пользоваться еще более упрощенными формулами:

Упрощённая эмпирическая формула для цепей разного напряжения:

Напряжение	Формула
До 480 В	Е =3 * I кз * t
От 480 В до 1000 В	Е =4 * I кз * t
Свыше 1000 В	Е =5 * I кз * t

Где

Е — Мощность дуги (кал/см2)

I кз — Сила тока короткого замыкания (кА)

t — Время срабатывания защиты (сек)

Время срабатывания защиты должно быть указано в технической документации, но в случае отсутствия данных можно принимать его 0,5 сек.

Назначение УЗМ-51МД

Сокращенное название УЗМ расшифровывается как устройство защитное многофункциональное, а символ «Д» в маркировке означает возможность защиты от искрения при возникновении электрической дуги.

Прибор выполняет стандартную защитную функцию во время скачков и перепадов напряжения в однофазных электрических сетях. Наличие варистора позволяет справляться с импульсными перенапряжениями, возникающими под влиянием мощного оборудования, расположенного поблизости. Таким образом, вся работа устройства состоит в защите электроприборов и оборудования, предотвращении возгорания, переходящего в пожар.

Основные свойства УЗМ являются следующие:

Защищает домашние и другие сети от негативных явлений, связанных с искрением и электрической дугой.
Может использоваться в сетях с любой конфигурацией, с различными схемами подключения, при наличии или отсутствии заземления.
Выполняет собственные задачи и не может служить заменой обычным защитным устройствам – автоматам, УЗО и другим.
Не реагирует на кратковременные провалы напряжения, продолжающиеся не более 0,5 секунды. В таких случаях нагрузка не отключается и остается в работе.
Защита от перенапряжений и провалов напряжения в двух уровнях с соответствующими задержками по времени.
Наличие варисторной защиты позволяет эффективно бороться с импульсными скачками напряжения.
Возможность настраивать задержку включения на требуемый промежуток времени.

Характеристики

Для того чтобы защитное устройство использовалось с максимальной эффективностью, необходимо знать его возможности и технические характеристики.

Технические параметры УЗМ-50М:

Максимальное значение напряжения, которое может быть ограничено при токовой помехе в 100 А, составляет 1,2 кВ.
Наибольшая энергия поглощения при одиночном импульсе 10/1000 мкс – 200 Дж.
Наивысший ток поглощения при одиночном и повторяющемся импульсе 8/20 мкс – 6000 А.
Импульсная защита срабатывает в течение 25 нс и менее.
При повышении напряжения порог отключения нагрузки составляет 265 В, при снижении напряжения – 170 В.
Ускоренное отключение, когда верхний порог превышает критическую отметку – 300 плюс-минус 15 В.
То же самое при критическом значении нижнего порога – 130 плюс-минус 10 В.

Прибор нормально работает при сетевом напряжении 230 В, с частотой 50 Гц. Максимальное питающее напряжение составляет 440 вольт. Устойчивость контактов к электрической эрозии находится в пределах 100 тысяч циклов. Собственное потребление электроэнергии не превышает 1,5 кВт, потребляемая мощность – не выше 1,5 Вт.

Защитное устройство УЗМ-50М обладает хорошими коммутирующими способностями. Номинальная величина нагрузочного тока – 63 А, при площади сечения подключенных медных проводников не ниже 16 мм2. Максимальный нагрузочный ток, выдерживаемый прибором в течение 30 минут, составляет 80 А. Номинальная мощность подключенной нагрузки – 14,5 кВт, ее максимальное значение – 18,4 кВт при работе в таком режиме не более 30 минут.

Ток короткого замыкания без вреда для защитного устройста – 3000 А. Значение и время действия перегрузочного тока, при которых контакты не подвержены свариванию, составляет 2000/10 А/мс. Маркировка прибора УЗМ-50М УХЛ4, означающая возможность работы в умеренных и холодных районах в температурном диапазоне от -10 до +35 градусов.

Схемы подключения устройства защиты УЗМ51М

Монтаж прибора стандартный: в общую линейку на рейки DIP 35 мм с помощью быстозажимных фиксаторов.

Никаких ограничений по взаимному размещению для УЗМ нет: ни температурных, ни монтажных.

Подключение в однофазную сеть осуществляется следующим образом:

фазная линия подводится к контактам «L» вход (IN) и выход (OUT);
фиксация производится с помощью трех типов отверток, с одинаковой степенью надежности;
нулевая линия «N» может подключаться тремя способами: одностороннее подключение к любому контакту «N»;
сквозное подключение с обеих сторон, как в обычном автомате защиты;
подключение с принудительным размыканием линии «N» на входе, для ручного отключения УЗМ по признаку «отсутствует нуль».

Подключение в трехфазную сеть (применяются три устройства):

фазные линии подводятся к контактам «L» вход (IN) и выход (OUT), как и при однофазном подключении;
нулевая линия «N» подключается односторонне, на входную сторону автоматов УЗМ.

Характеристики

Общие показатели будут примерно одинаковыми для всех разновидностей приборов

Самое главное, знать, для чего они нужны и на какие параметры обращать внимание при выборе устройства. Более подробно все характеристики отражены в технической документации. Наиболее значимыми среди них являются следующие:

Наиболее значимыми среди них являются следующие:

Возможность по ограничению напряжения при токовой помехе 100А не превышает 1,2 кВ.
Способность к поглощению максимальной энергии одиночного импульса 10/1000 мкс составляет 200 Дж.
Стандартная импульсная защита должна срабатывать в течение 25 нс и менее.
Пороги отключения нагрузки по превышению верхнего предела устанавливаются в диапазоне от 240 до 290 вольт.
То же самое при верхнем критическом пороге и ускоренном отключении нагрузки – 300 В плюс-минус 15 вольт.
Порог отключения при пониженном напряжении устанавливаются в пределах от 210 до 100 В.
Нижний критический порог и ускоренное отключение установлены показателем 80 В плюс-минус 10 вольт.
Показатели питания приборов в среднем составляют: номинальное напряжение – 230 В, частота – 50 Гц, максимальное напряжение – 440 В.
Электроэнергия, поступающая в работающие приборы для своих нужд, составляет 1,5 Вт*ч, мощность – 1,5 Вт.
Нагрузочный ток (номинальный) при условии использования медных проводов, площадью сечения не ниже 16 мм2 – 63 А.
Мощность нагрузки (номинальная) при напряжении 250 В – 14,5 кВт.
Максимальный нагрузочный ток, который может выдерживаться прибором в течение 30 минут – 80 А.
Максимальная мощность нагрузки в аналогичной ситуации – 20 кВт.
Величина максимально допустимого тока короткого замыкания – 4500 А.

Это были физические показатели, а основные технические параметры УЗМ будут следующие:

Задержка по времени первичного или повторного включения – 10 с или 6 минут.
Задержки ускоренного отключения: верхний критический порог – 20 мс, нижний критический порог – 100 мс.
Задержки отключения: при скачке напряжения, превышающем верхний порог – 0,2 с, при падении ниже нижнего порога – 10 с.
Рабочие температуры находятся в диапазоне: в исполнении УХЛ2 – от -40 до +55 градусов, в исполнении УХЛ4 – от -25 до +55 градусов.
Степень защищенности составляет: по корпусу – IP40, по клеммам – IP0.

Устройство для квартиры и дома предназначено для работы в круглосуточном режиме. Средние габариты – длина, ширина и высота составляют 83х35х67 мм, вес 160-170 грамм. Срок эксплуатации, определяемый производителем – ни ниже 10 лет.

Как проверить устройство защиты от искрения

Помимо самого модуля, в комплекте с ним идет устройство для тестирования и проверки. Так называемый имитатор искрения УЗИс-И-002.

Как он работает? При его включении в розетку происходит мгновенный выброс импульса тока. Он имеет очень крутой передний фронт.

В реальных сетях такого пика и близко нет. И если прибор действительно рабочий и на линии нет помех для глушения импульса, то УЗИс от этой «вилочки» должен 100% сработать.

При использовании моделей других производителей, некоторые потребители искусственно хотят проверить работоспособность подобных девайсов. Они рискуя здоровьем, сами создают искры, путем подключения фазы в разрыв через угольные щетки.

Либо вообще напрямую. Никогда так не делайте и не проводите таких экспериментов.

Для УЗИс от Эколайт, достаточно воткнуть тестер в розетку и прибор тут же должен выбить. С его помощью можно легко определить границы защищаемой цепи.

Когда проводка в большом доме слишком протяженная и разветвленная, то при искрении в самой дальней розетке, устройство защиты от дуги и искр может и не сработать. Почему такое возможно?

Потому что ток дуги, просто не достигнет своего минимального порога для срабатывания.

Согласно ГОСТ IEC 62606 минимально допустимый ток дуги для обнаружения и последующего отключения — 2,5А в дополнении к основному току нагрузки.

Чем этот дуговой ток больше, тем быстрее отключится реле. От самой нагрузки это не зависит.

Если у вас линия на холостом ходу и началось искрение, то для УЗИс от Эколайт достаточно тока примерно в 1,5А. Экспериментально установлено, что если ток дуги меньше определенной величины (I=2,5А), то никакого возгорания это за собой не повлечет.

А в УЗИС С1-40 такой порог занижен почти в полтора раза! Чего не скажешь про УЗМ 51МД. Там минимальный ток срабатывания целых 5А! Видимо для борьбы с ложными отключениями.

Однако ток такой величины, это прямое нарушений требований ГОСТ. Имейте это ввиду.

Работа УЗМ-50М, УЗМ-51М, УЗМ-16

При подаче напряжения питания включается зеленый светодиод. Если напряжение находится в допустимых пределах, нагрузка включается с задержкой 6 минут или 10 секунд, срабатывает исполнительное реле и загорается светодиод желтого цвета . Возможно ускоренное включение вручную до истечения шестиминутной задержки (если напряжение сети в допустимых пределах). Во время работы, если напряжение выходит за допустимые пределы, происходит автоматическое отключение нагрузки. При восстановлении напряжения в норму УЗМ автоматически включается с задержкой 6 минут или 10 секунд.
При повышении напряжения в сети свыше 270В УЗМ отключает реле с задержкой 0,2с, при повышении в сети более 300В происходит ускоренное отключение <20мс. В случае понижения сети менее 170В УЗМ отключает нагрузку с задержкой 10с, а при понижении напряжения менее 130В происходит ускоренное отключение <100мс.
В нормальном режиме работы (реле включено) при нажатии кнопки «ТЕСТ» устройство отключает нагрузку, что говорит о нормальном функционировании устройства.
Кнопка «ТЕСТ» ручного управления позволяет включить питание на нагрузку, не дожидаясь окончания времени задержки включения, или выключить, если требуется обесточить потребители.
При появлении в сети мощных импульсов напряжения встроенный варистор шунтирует их до безопасной для оборудования величины.

Информация:

фиксированная задержка времени включения (повторного включения) 6 минут выбрана для того чтобы защитить холодильники, кондиционеры и подобное оборудование т.к. на компрессоры (установленные в подобных изделиях) рекомендуется подавать напряжение с задержкой 5-6 минут с момента отключения напряжения;
в УЗМ-50,51 установлено мощное поляризованное реле (имеет два устойчивых состояния) которое не находится под постоянным напряжением, а напряжение на обмотку электромагнитного реле подается в момент переключения т.о. уменьшается потребление, внутренний нагрев и повышается надежность прибора.

Назначение

Устройство защиты УЗМ-3-63К используется в трехфазных электрических сетях. Он контролирует частоту тока, защищает оборудование от перепадов напряжения, нейтрализует импульсные сетевые помехи. Одной из функций устройства является предотвращение аварий из-за нарушенного порядка чередования фаз или обрыва любой из них. Каждое нарушение может снизить качество работы электроприборов или просто вывести их из строя. В подобных случаях защитное устройство либо нейтрализует все негативные воздействия, либо полностью отключает питание.

В качестве примера можно привести появление импульсных скачков напряжения в моменты включения или отключения потребителей с высокой мощностью. В первую очередь, это сварка, электродвигатели и прочие аналогичные агрегаты, оказывающие пагубное воздействие на электронные устройства, подключенные в ту же самую сеть. Нередко причиной импульсов становятся перепады на трансформаторных станциях. Каждая фаза УЗМ-3-63К оборудована полупроводниковой варисторной защитой, способной защитить оборудование и сохранить его работоспособность в случае импульсных перенапряжений величиной до 6,5 кА.

Основной характеристикой УЗМ является максимальная величина силы тока, при которой реле сохраняет возможность к дальнейшей коммутации контактов. Это значение одинаково для каждой фазы и составляет 63 А. Данный показатель считается очень высоким, поэтому защитное устройство может использоваться без магнитных пускателей и других вспомогательных средств коммутации. Прибор УЗМ-3-63К с показателями АС230В, АС400В и УХЛ4 применяется в производстве и в быту там, где требуется подключение трехфазных потребителей.

Схема подключения УЗМ-50Ц

Существуют разные варианты подключения прибора фирмы Меандр УЗМ-50Ц. В первом случае (рис. 1) на вводе фазный и нулевой проводники подключаются к верхним контактам. Снизу прибора также имеются контакты, от которых фаза и ноль уходят к нагрузке. Эта схема используется чаще всего, и при срабатывании происходит размыкание фазы. Другая схема (рис. 2) используется редко и отличается включением в работу нулевого провода.

Если устройство защиты УЗМ-50Ц устанавливается в трехфазной электрической сети, схемы подключения, рассмотренные выше, используются отдельно для каждой фазы. То есть для нормальной работы потребуется три защитных устройства.