Дифференциальный автомат как работает

Дифавтомат или дифференциальный автоматический выключатель – это устройство которое комбинирует в себе два защитных коммутационных прибора – УЗО и автоматический выключатель. Их используют в электрощитах 220/380 Вольт в быту и на производстве. В этой статье мы рассмотрим, что такое дифавтомат, как он устроен и где применяется.

Предназначение

Дифавтоматы используют для защиты проводки от перегрузки, сверхтоков, короткого замыкания, а также для защиты человека от поражения электрическим током при утечках. Утечки могут возникать в результате пробоя на корпус электрических нагревателей (ТЭНов), например, в бойлерах – водонагревательных баках, электрических духовых шкафах, плитах, стиральных или посудомоечных машинах, а также в результате старения или при повреждении изоляции.

Все эти проблемы можно локализировать, установив устройство, которое сравнивает токи между фазой и нулем, а если через фазу протекает больше, например, на 30 мА, чем через ноль – значит где-то есть утечка и цепь разорвется. Оно называется УЗО (устройство защитного отключения).

Интересно:

Слово «дифференциальный», значит разницу между чем-либо или между какими-либо состояниями тела, схемы или системы. Синонимами этого слова будут: различный, неодинаковый. Поэтому устройство, сравнивающее токи в проводах, называют дифференциальным автоматом или дифзащитой.

Те же причины могут вызвать короткие замыкания. И если вы подключите на одну линию слишком много электроприборов – ваша проводка выйдет из строя от перегрева, поэтому её защищают автоматическими выключателями.

Дифференциальный автомат совмещает в себе УЗО и автоматический выключатель, поэтому он является универсальным защитным аппаратом.

Устройство и характеристики

Как уже было сказано дифавтомат состоит из УЗО и автоматического выключателя, это изображено на схеме, которую приводят на лицевой стороне таких устройств. Это помогает определить, что установлено в электрощите при его обслуживании. Ниже мы расскажем, как отличить УЗО, автомат и дифавтомат.

На рисунке подписаны составляющие функциональные узлы дифавтомата.

Электромагнитный расцепитель нужен для того чтобы мгновенно разорвать цепь при коротком замыкании, то есть, когда токи внезапно возрастают в десятки и тысячи раз свыше номинальных.

Тепловой расцепитель – работает медленнее. Это биметаллическая пластина, которая под действием повышенной нагрузки (больше номинальной на 10%, например) изгибается и также разрывает силовые контакты.

Дифференциальный трансформатор сравнивает токи между проводами (фазой и нулем), и, если есть утечка – силовые контакты размыкаются.

Кнопка тест просто замыкает через сопротивление фазу до дифтрансформатора на ноль – после него. Возникает большая разница токов и контакты разрываются. Нужна для безопасной проверки срабатывания дифференциальной части устройства.

Что внутри дифавтомата? Такой вопрос часто задают те, кто впервые столкнулся с этим видом коммутационных аппаратов.

Difference (англ.)- разница. Именно от этого слова произошло название «дифференциальный автомат», в этом случае имеется в виду разница между величинами входных токов в сети. Устройство, которое срабатывает в случае возникновения аварийной ситуации из-за несовпадения силы тока «туда и оттуда» и одновременно отключает фазу и ноль, называется дифференциальным автоматом.

Автоматический выключатель дифференциальный IEK АВДТ 32

Главным его предназначением и основным принципом работы является единовременное отслеживание возможного короткого замыкания (КЗ) и последующее отключение питания. Кроме этого, контролируется наличие токов утечки, в случае отклонения от нормы, производится обесточивание линии. Можно выделить несколько основных функций, выполняемых этим устройством:

1. Контроль значений токов, недопустимость КЗ и обесточивание линии при возникновении нештатной ситуации.
2. Отслеживание превышения максимально допустимых значений напряжения и отключение при возможной перегрузке (исключает возможность перегрева проводов и повреждение изоляции).
3. Проверка наличия токов утечки в связи с повреждением токоведущих или изоляционных составляющих.

Схема дифавтомата

Таким образом, дифференциальный автомат совмещает в себе два устройства и образует комплекс устройства защитного отключения (УЗО) и автомата защиты. Как и у всех универсальных устройств, у него есть свои сильные и слабые стороны.

Преимущества

• при условии правильного подключения, одним из главных преимуществ дифавтомата является безопасное для человека подключение к электрической сети;
• комплексное решение правильного совмещения УЗО и номинала по току;
• контроль и защита электрической сети от перепадов напряжения;
• компактное размещение;
• несложное подключение.

Недостатки

1. При отсутствии соответствующих флажков на определенных моделях дифавтоматов, отсутствует возможность определения причины срабатывания устройства, что делает устранение неисправности более сложным процессом.
2. Невозможность менять поломавшиеся составляющие дифференциального автомата по отдельности. К примеру, если выйдет из строя только УЗО или автомат, все равно придется менять все устройство. Таким образом, в случае поломки придется заплатить полную стоимость дифавтомата.
3. Ограниченность выбора. Не всегда нужная модель может оказаться в наличии, поэтому существует вероятность остаться без света на неопределенное время, необходимое для ее доставки.

Оптимальное применение дифавтомата

Для бытового размещения в простой сети с минимальным количеством подключенных электроприборов, рассчитанной на одного потребителя (например, на дачах) наиболее приемлемым вариантом будет установка дифавтомата вместо УЗО. Этим можно существенно улучшить защиту вашей сети от резких скачков напряжения.

Применение дифавтомата будет достаточно эффективным в случае, если сеть периодически подвержена воздействию влаги (баня, подвальные помещения, уличное освещение) и нуждается в мощном потреблении электроэнергии.

Если нет возможности поставить дифавтомат, можно заменить его связкой устройств УЗО+ двухполюсной автомат. По функционалу это практически то же самое, разница лишь в более сложном подключении.

Характеристики и выбор дифавтомата

Выбирая устройство, прежде всего надо определиться с выбором места его установки, и уже после этого подбирать дифференциальный автомат с техническими характеристиками, соответствующими вашим требованиям.

Кроме того, необходимо точно знать напряжение сети, в которой будет устанавливаться устройство. В зависимости от его величины (напряжения), существуют разные типы дифавтоматов. Различить их можно по надписям на корпусе устройства, рядом с отметкой о частоте тока( 50 Гц).

Номинал, равный сечению провода, следит за недопустимостью превышения током нагрузки допустимых показателей, а в случае отклонения от нормы, отключает питание.

Различаются дифавтоматы и по типу электромагнитного расцепителя, в зависимости от величины пускового тока они могут быть разной чувствительности:

B — предназначена для работы с превышениями норм от 3 до 5 раз. Этот вариант наиболее приемлем в случаях минимальной нагрузки на сеть, его часто устанавливают на дачах;

С — максимальная перегрузка колеблется в интервале от 5-10 раз. Оптимальное место установки – жилые квартиры и дома;

D — отключение происходит, если номинал превышен в 10-20 раз. В основном устанавливаются на предприятиях, фабриках или офисных помещениях, требующих больших энергозатрат.

Автоматический дифференциальный выключатель в разрезе

Еще один параметр, на который стоит обратить внимание при выборе такого устройства – это отключающий дифференциальный ток и его класс. Обычно для потребительских сетей используют дифавтоматы с номиналом тока утечки 10 мА (линия с единственным потребителем) или 30 мА (более распространенные устройства, применяемые для нескольких потребителей).

Немаловажной характеристикой защитного устройства является и его класс ограничения силы тока, а также номинальная отключающая способность. В случае резких перепадов напряжения или максимальной сетевой нагрузки, необходимо понимать, насколько быстро отреагирует защитное устройство на нештатную ситуацию. Именно это показывает класс токоограничения дифавтомата, в зависимости от класса (по нарастающей от 1 до 3), устройство отключает электропитание в случае аварии. Предпочтение отдается дифавтоматам 3 класса, как самым быстродействующим. К сожалению, стоимость такого устройства будет гораздо выше подобных дифавтоматов более низкого уровня.

Эксплуатационные условия

Основные модели дифференциальных автоматов довольно чувствительны к погодным условиям и предполагают эксплуатацию при температурах от -7°C до +30°С. В случаях, когда дифференциальный автомат будет расположен на улице, в неотапливаемом здании, а также в помещениях с резкой сменой температур или периодическим посещением, необходимо выбирать модели защитных устройств, устойчивые к минусовым температурам. На внешнем корпусе такого устройства производители ставят специальный значок в форме снежинки, обозначающий, что данный дифавтомат будет корректно работать даже при очень низких температурах (до -30°С). Цена таких устройств тоже будет значительно выше стоимости обыкновенных моделей.

Дифференциальный автомат IEK ВД1-63

Как подключить защитное устройство

В верхней части корпуса дифавтомата находятся юстировочные винты и контактные пластины для подсоединения фазы и нуля, идущих со счетчика. Снизу расположены контакты для подключения самой линии.

Подключить устройство непосредственно в электрическом шкафу тоже довольно просто. Единственный нюанс – по окончании сборки необходимо дополнительно, с максимальным усилием, закрепить контакты. Делается это потому, что обычно применяются медные провода, а, как известно, медь довольно мягкий металл.

Наиболее популярная схема подключения

Схема подключения дифавтомата на входе

Существует несколько способов подключения дифавтомата. Наиболее востребованной стала схема с установкой устройства сразу после счетчика – на входе. Преимущество такого подключения состоит в том, что в случае возникновения аварийной ситуации, отключение электропитания будет произведено по всем потребителям одновременно. Недостаток состоит в том, что из-за полного обесточивания становится довольно сложно определить, где именно случилась поломка. Эта проблема решается установкой после основного дифавтомата отдельных защитных устройств для каждой группы потребителей. В этом случае, существует возможность поочередного включения и определения причины поломки после срабатывания защиты.

При устройстве или реконструкции проводки часто рекомендуют использовать дифавтомат — дифференциальный автомат. Что это за устройство, какие функции выполняет, как его выбрать, где лучше поставить, как подключить… Обо всем дальше.

Что такое дифференциальный автомат и как он работает

Дифференциальный автомат — защитное устройство, при аварийной ситуации отключающее одновременно и фазу, и ноль. Причем отслеживается одновременно наличие короткого замыкания (КЗ) и отключение линии при этом состоянии, а также наличие токов утечки, также с отключением питания. Если быть точным, то функции этого устройства такие:

• отслеживание токов КЗ и отключение линии при возникновении ситуации;
• отключение при перегрузке (когда ток превышает максимальное значение, что приводит к перегреву проводов, возможному повреждению изоляции);
• наличие токов утечки (кто-то прикоснулся к токоведущим частям, возникла утечка за счет повреждения изоляции).

То есть, дифавтомат выполняет функции связки УЗО+автомат защиты. Фактически это два этих устройства в одном корпусе. Это и хорошо, и плохо.

Дифференциальный автомат выполняет функции УЗО и автомата, а места занимает меньше

Плюсы и минусы

Главный аргумент в пользу дифавтомата — ваша проводка и ваша безопасность под защитой (если все сделано правильно). Второй положительный момент в том, что выбрав подходящий номинал по току, нет необходимости думать о правильном подборе УЗО, так как он «встроен» внутрь. Еще один плюс — в шкафу они занимают меньше места, чем два устройства (если брать их одной фирмы, одной линейки). И еще: подключение в электрическом шкафу более простое — меньше шансов запутаться.

Теперь о недостатках. При сработке некоторых моделей, не оснащенных соответствующими флажками, определить что явилось причиной срабатывания — «КЗ» или утечка — невозможно. Это значительно усложняет поиск неисправности. Выход — ставить устройства с флажками. Второй минус — при выходе из строя только одной «части» дифавтомата, придется менять его полностью. А это значительно дороже, чем замена отдельно УЗО или автомата.

Еще такой момент: не во всех населенных пунктах имеется достаточный выбор этих устройств. Так что, при необходимости замены, возможно, придется сидеть без света дольше — ждать пока доставят нужный. Выход есть и тут — ставить дифференциальные автоматы в ключевых местах. Именно там, где они нужны.

Где лучше установить дифавтомат вместо УЗО

Если сеть простая и не планируется установка защитных автоматов на группы потребителей, вместо УЗО на входе лучше поставить дифавтомат. Такая простая сеть часто бывает на дачах — несколько розеток да ламп для освещения. После счетчика лучше установить дифференциальный автомат, а не УЗО. Это значительно повысит безопасность вашей сети.

Второй момент, где лучше установить дифференциальную защиту — на мощном потребителе, особенно если в процессе используется вода. Также поступают если линия идет в подвальное помещение, на уличное освещение, баню, другие отдельно стоящие строения.

На этих же позициях можно поставить УЗО+автомат. Это равноценная замена, но сложность схема при этом возрастет. Только учтите, что для того чтобы отключалась не только фаза, но и ноль, необходимо устанавливать двухполюсные автоматы.

С заземлением или без

Дифференциальные автоматы ставят в сетях с заземлением и без. В случае наличия заземления все работает идеально — при появлении проблем отключены фаза и ноль, а «земляной» провод является действующей защитой.

Заземление всегда ведется отдельным проводом

При использовании металлических электрических щитов крайне важно, чтобы из корпус был заземлен, так как всегда есть вероятность, что на нем появится потенциал. Если заземления нет, прикоснувшись к корпусу щита вы окажетесь под напряжением. Что будет дальше зависит от того, на чем и в чем вы стоите, за что держитесь и т.д. При наличии заземления потенциал «уйдет» по цепи наименьшего сопротивления, и все что вы почувствуете, в худшем случае, — некоторый «удар», а вообще, скорее ощущения на уровне «пощипывания». Именно по этой причине ПУЭ настаивает на наличии рабочего заземления, потому что даже грамотно составленная схема без него не полностью безопасна.

Параметры дифавтомата и выбор

Выбирать дифференциальный автомат надо по совокупности характеристик. Прежде всего необходимо определиться с напряжением. Есть устройства, которые предназначены для работы в сетях 220 В, есть — для трехфазных напряжением 380 В. Это прописывают на корпусе, рядом ставится частота тока — 50 Гц.

Дифавтоматы для трехфазных цепей (справа) легко отличить по размерам

Далее определяемся с номиналом. Он должен соответствовать сечению провода — должен отключать питание до того момента, как ток нагрузки превысит длительно допустимый. Выбор дифавтомата по этому параметру ничем не отличается от выбора автомата защиты (читать тут). Далее придется углубляться в технические характеристики.

Тип электромагнитного расцепителя

Многие устройства в момент включения потребляют намного больше тока, чем во время последующей работы. Эти токи называются пусковыми и иногда в десятки раз превышают «рабочие» значения. Чтобы питание не отключалось всякий раз при старте какого-нибудь мотора, например, устройство (а конкретно — электромагнитный расцепитель) разработано так, чтобы отключение происходило только если ток в разы превысит номинал автомата. Еще раз о том, что такое тип электромагнитного расцепителя: эта характеристика показывает, при каком превышении номинального тока сработает защита.

Тип электромагнитного расцепителя на корпусе

Так как оборудование бывает разным, пусковые токи — также разные, то и электромагнитные расцепители делают различной чувствительности. Обозначается чувствительность буквами:

• B — сработает при превышении тока в 3-5 раз;
• С — выдержит перегрузку в 5-10 раз;
• D — отключит питание если ток превысит номинал в 10-20 раз.

Выбор по этому параметру прост. Если сеть простая, стоит минимум техники (например, на даче), подойдет тип B, в большинстве городских домов и квартир целесообразно установить тип C, а на предприятиях с мощным оборудованием ставят диффавтоматы типа D.

Эта характеристика (буква) отображается прямо рядом с номинальным током. В некоторых случаях на корпусе она не пишется, но указывается в технических характеристиках.

Ток утечки (отключающий дифференциальный ток) и его класс

Как определяется наличие тока утечки? Сравнивается величина тока «туда и оттуда». Когда появляется разница (в английском difference — откуда и название) в этих величинах, дифференциальный автомат срабатывает. Ток утечки — это та величина, при которой происходит отключение. Для бытовых сетей применяют дифавтоматы двух номиналов:

• С током утечки 10 мА. Такие защитные устройства устанавливают на линии с одним-двумя потребителями.
• С дифференциальным током 30 мА. Эти устройства используются чаще, их ставят на линии с несколькими потребителями.

Где искать дифференциальный ток отключения

Так что выбор тут не такой сложный. На корпусе ток утечки прописывают рядом с напряжением сети, для которой предназначено устройство. Может указываться в амперах или милиамперах.

Класс дифференциальной защиты — это еще один параметр, по которому надо выбирать дифавтомат. Он показывает, на какие именно токи утечки реагирует устройство. Этот параметр обычно отображается графически, небольшой пиктограммой, но некоторые производители ставят буквенное обозначение. Какие бывают классы дифзащиты и для каких случаев они предназначены видно из таблицы.

Класс дифзащиты дифференциального автомата

В частных домах и квартирах используются устройства двух типов — AC и A. Более актуальный на сегодняшний день аппараты с классом A, так как большая часть техники сегодня имеет электронное управление. Даже некоторые люстры и светодиодная подсветка. Класс AC может устанавливаться на дачах, где электроники почти нет.

Номинальная отключающая способность и класс токоограничения

Так как дифференциальный автомат отключает питание при токах КЗ, его контактные пластины должны быть изготовлены с учетом того, что через них может проходить ток большого номинала. Делают эти пластины из различных сплавов, а различают их по способности выдержать определенный ток и остаться после отключения в работоспособном состоянии.

Выбирают их в зависимости от расположения относительно трансформаторной подстанции. Есть несколько стандартных номиналов:

• 3000 А и 4500 А — эти номиналы сейчас не актуальны, так как рассчитаны на очень «небольшие» перегрузки. Могут быть использованы в дальних деревнях или дачных поселках с электроснабжением по воздушке.
• 6000 А. Дифавтоматы с этой номинальной отключающей способностью ставят в домах и квартирах, находящихся на достаточно большом расстоянии от подстанции.
• 10000 А — понадобиться, если подстанция расположена недалеко.

Выбор тоже не самый сложный. Конечно, лучше брать более «устойчивые» к перегрузкам устройства. Тогда даже в случае короткого замыкания велика вероятность того, что переключатель останется в рабочем состоянии. Но цена их значительно выше.

Номинальная отключающая способность и класс токоограничения

Класс токоограничения дифференциального автомата показывает, насколько быстро при возникновении критических токов, линия будет отключена. Обозначается цифрами от 1 до 3, самый «медленный» — первый, самый «быстрый» — третий. Естественно, лучше, если при замыкании отключение произойдет быстрее — больше шансов уберечь проводку и аппаратуру от повреждений. Но дело снова-таки в цене. С повышением класса она тоже значительно повышается.

На изделии эти характеристики расположены рядом — отключающая способность в прямоугольнике, а под ней — класс токоограничения в маленьком квадратике.

Условия эксплуатации

Большая часть дифференциальных автоматов рассчитана на работу в отапливаемом помещении и могут эксплуатироваться при температуре от -5°C до +35°С. Если дифавтомат ставить надо на улице (в боксе) или, например, в бане периодического посещения, такие условия эксплуатации не подойдут, так как зимой температура будет опускаться ниже. Для таких случаев выпускают «морозоустойчивые» модели, которые выдерживают понижение температуры до -25°C.

Обозначение на дифференциальных автоматах, пригодных к эксплуатации при низких температурах

На корпусе это отображается наличием значка, напоминающего снежинку. Некоторые фирмы внутри проставляют самую низкую температуру, при которой оборудование сохраняет работоспособность. Других внешних признаков «морозоустойчивости» нет. Естественно, стоимость таких моделей выше (при аналогичных характеристиках).

Электронный или электромеханический

Внутреннее устройство дифференциального автомата может быть электромеханическим или электронным. Первые не требуют для работы наличия внешнего источника питания, то есть работоспособны всегда. Вторые — берут питание с подключенной фазы. При пропадании питания они неработоспособны. По этой причине считаются более надежными электромеханические.

Как проверить, какого типа устройство перед вами? Нужна обычная батарейка и два провода. Один провод подсоединяем к одному выходу батарейки, второй — к другому (можно просто примотать изолентой, но чтобы контакт был хороший). Переводим рубильник в положение «включено» и зачищенными концами проводов прикасаемся к контактным пластинам дифавтомата — сверху и снизу, создавая условия для срабатывания. Если переключатель сработал, перед вами электромеханическое устройство — оно работает без наличия постороннего источника питания.

Подключение дифференциального автомата

В подключении дифференциального автомата нет ничего необычного — вверху расположены контактные пластины и зажимные винты для подключения фазы и нуля, которые приходят со счетчика. В нижней части находятся контакты, к которым подключается линия, идущая на нагрузку.

Подключать дифавтомат несложно

Физическое подключение тоже обычное:

• концы проводников зачищают от изоляции на 0,8-1 см,
• ослабляют крепежный винт (пару оборотов против часовой стрелки);
• вставляют проводник;
• затягивают крепежный винт (усилие надо приложить солидное);
• проверяют надежность крепления, пару раз хорошо дернув за провод.

При разводке проводки обычно используют медные провода, а медь — металл мягкий. Потому, после сборки схемы не мешает еще раз «докрутить» контакты насколько это возможно.

Схема с дифавтоматом на входе

Одна из самых популярных схем подключения дифференциального автомата — с установкой его на входе — сразу после счетчика. При таком построении схемы получается, что все потребители находятся под защитой этого автомата — при возникновении неполадок, питание будет отключено.

Схема подключения дифавтомата на входе

Недостаток этой схемы в том, что в этом случае обесточивается все. И искать источник проблем непросто. Реально это сделать, если после дифавтомата на каждую группу потребителей или на отдельные мощные установки установлены собственные автоматы защиты. В этом случае их включают поочередно. Источник проблем находится в той группе, после включения которой срабатывает защита.

С дифавтоматами на «опасных» группах потребителей

О целесообразности такой схемы спорят часто — есть варианты добиться тех же результатов, но с меньшими затратами. Тем не менее, она рабочая, а ее недостаток — перерасход средств.

Схемы установки дифавтоматов на потребителей

Эта схема подключения дифференциального автомата обеспечивает отдельное отключение каждой группы потребителей. При срабатывании защиты вы точно знаете, где проблема. Никаких сложностей с выявлением. Но подобных результатов можно добиться меньшими средствами. Намного меньшими. В принципе, тот же уровень защиты будет при установке после счетчика двухполюсного УЗО (соответствующего номинала), а затем — по автомату на каждую линию. Проблема будет только в определении источника проблемы. Но его механизм известен — поочередно включать автоматы до срабатывания защиты.