Защита чрез автоматично изключване: принципът и условието за изключване

„Дръпнах кабелите, сложих автоматите, готово — защитено е.” Това е капан, в който попадат и опитни електротехници. Автомат, който се задейства при повреда, но го прави за три секунди при контакт 230 V, е — на хартия — изключил. В действителност не е спазил нормата и е оставил някого с ръка върху корпус под напрежение прекалено дълго. Защитата чрез автоматично изключване не се преценява по това дали изключва, а по това колко бързо.

Къде се прилага: слоят „при повреда”

Става дума за втората половина на защитата срещу поражение от електрически ток (за първата — изолация и корпуси — писах отделно). Тук влиза моментът, в който изолацията е поддала и металният корпус на даден уред попада случайно под напрежение. Съгласно Art. 4.1.4.1.1 автоматичното изключване на захранването е най-използваната мярка за защита в инсталациите. Принципът, от Art. 4.1.4.1.2, е директен: при повреда с пренебрежим импеданс между линията и достъпна проводима част (или PE) дадено устройство трябва да изключи автоматично захранването в установения максимален срок.

Преведено на обекта: ако фазата докосне корпуса, токът на повредата се затваря през защитния проводник (PE) обратно към източника. Този ток трябва да е достатъчно голям, че да принуди защитата да изключи, преди напрежението на допир да стане опасно за този, който пипа уреда.

Следствие, което мнозина забравят: ако PE е прекъснат някъде по трасето, контурът на повредата вече не може да се затвори и защитата срещу свръхток може изобщо да не се задейства — корпусът остава под напрежение. Затова непрекъснатостта на защитния проводник не е прищявка, а условието целият този механизъм да работи.

Колко бързо: ориентирът от 50 V и Таблица 4.1

Защо максимални времена, а не просто „колкото може по-бързо”? Защото ориентирът на нормата е конвенционалното гранично напрежение на допир U_L = 50 V c.a. — стойността, въз основа на която са установени максималните времена за изключване (забележката в Таблица 4.1 го казва изрично). Не че всеки контакт под 50 V е „безопасен”, а че това е референтният праг на нормата. Оттук: колкото по-голямо е напрежението спрямо земя (U₀), толкова повече повредата избутва напрежението на допир нагоре, значи допустимото време намалява. Времената от Таблица 4.1 се прилагат за крайни токови кръгове, които не надвишават 32 A (Art. 4.1.4.1.3) — тоест точно контактите и осветлението в едно жилище.

Лентата, която ни засяга пряко, е 120<U₀≤230 V c.a. — битовата мрежа от 230 V спрямо земя: 0,4 s в TN, 0,2 s в TT. (Забележка 1 от таблицата: при c.c. 50–120 V изключването може да се изисква по причини, различни от поражението. Забележка 2: ако изключването го прави ДТЗ, се прилага Art. 4.1.5.2.) Таблицата дава и едно облекчение: в TT, ако изключването го прави защита срещу свръхток и изравняването на потенциалите обхваща всички чужди проводими части, може да се ползват времената за TN.

Защо един добър автомат може да НЕ те защити

Тук се затваря тезата от началото. За да се получи изключване в искания срок, не е достатъчно да сложиш прекъсвач — трябва импедансът на контура на повредата да е достатъчно малък, че токът на повредата да достигне прага на задействане. Art. 4.1.4.1.10 го дава във формула, за мрежите TN:

• Z_s — импеданс на контура на повредата: източникът + фазовият проводник до точката на повредата + защитният проводник от повредата обратно към източника (в омове).
• I_a — токът, който предизвиква автоматичното задействане в искания срок. Тук има честа заблуда: при MCB I_a не е номиналният ток (16 A, 20 A), а токът, при който той изключва в наложения срок — а той зависи от характеристиката. MCB с характеристика C се задейства бързо (в магнитната зона) едва при около 5–10× In.
• U₀ — номиналното напрежение между фаза и земя (във волтове).

С други думи: ако Z_s расте, токът на повредата спада — а ако спадне твърде много, един напълно изправен автомат вече не се задейства в искания срок. Електрически прекалено „дълъг” контур (тънък кабел, дълго трасе, подразмерен PE) е точно това.

Затова сечението на проводниците, изборът на защита и спазването на времената от Таблица 4.1 са един и същ въпрос, а не три отделни решения. „Сложих MCB 16 A” не казва нищо, ако контурът на повредата е твърде голям, че при повреда токът да достигне прага на бързото (магнитно) задействане в искания срок.

Една бележка, понеже нормата я казва пак в Art. 4.1.4.1.10: ако защитата е ДТЗ, I_a е остатъчният работен ток на задействане — много по-малък от прага на един MCB. Точно защото е малък, ДТЗ „минава” условието дори с контур с голям импеданс; самата му проверка обаче си има свои правила, които разглеждам отделно.

Когато не може навреме

Нормата не те оставя във въздуха, ако не успееш в срока. Art. 4.1.4.1.7: ако автоматичното изключване не може да се осъществи в приложимото време, трябва да се предвиди допълнителна защитна еквипотенциална връзка — не се отказваш от безопасността, добавяш мярка, която държи напрежението на допир ниско.

Къде влиза ElectroSchema

От защитата при повреда приложението проверява частта, която може да „види” от плана — наличието на дефектнотокова защита там, където нормата я изисква: V05 сигнализира контактите, а V18 — осветителните токови кръгове без ДТЗ ≤ 30 mA нагоре по веригата (Art. 4.1.5.2.1), а V07 изисква IP44 в баните. Условието Z_s·I_a ≤ U₀ обаче изисква реалния импеданс на контура (данни от обекта), затова остава проверка на проектирането и измерване при въвеждане в експлоатация — не нещо, изводимо само от чертежа. Точно затова си струва да се обмисли от самото начало: сечения и трасета, които държат Z_s малък, че времената от Таблица 4.1 да са реалистични, а не само отметнати в сметката.