Тест всех отечественных УЗДП — модного сезона 2020-2021

Если вы читаете эту статью, значит вы или встали перед выбором — какое устройство защиты от дугового пробоя (УЗДП) покупать, или прочитали предыдущий пост и вами движет любопытство.

Важные объявления перед тем как начнём тесты:

1. Устройства «умные», и внутри них есть микроконтроллеры. А значит, качество их работы зависит от прошивки внутри микроконтроллера. Поэтому актуальность текста ограничена по времени — устройства дорабатываются, оставаясь внешне такими же! Я очень надеюсь, что производители будут указывать версию прошивки на корпусе, а внесённые изменения у себя на сайте.
2. Устройства по моей просьбе были присланы производителями, без каких-либо условий (вот она, супер сила блогера!), и за это хочу сказать им огромное спасибо. А вот такие производители как ABB, Siemens, schneider electric, Eaton мои письма попросту проигнорировали, поэтому их в тестах нет. (aborouhin, я попытался)
3. Также рекомендую ознакомиться с предыдущим постом о том, что такое УЗДП и как они работают.
4. Дополнительные сведения по тестам вынесены в видео, но основные итоги приведены здесь.

Для любителей видео я записал видеоверсию

Устройства, которые тестировались

Текущая ситуация такова, что у нас в стране разрабатываются и производятся устройства защиты от дугового пробоя. И мне удалось раздобыть по экземпляру каждого устройства. И ещё одно устройство, которое продаётся на российском рынке, но которое разработано совместно с китайскими инженерами и производится в Китае. Нахождение разработчиков в России это огромный плюс, который позволяет наладить прямой контакт и при необходимости продуктивно решать специфические проблемы, что практически невозможно, если разработчики находятся в другой стране и надёжно огорожены от контактов несколькими слоями менеджмента.

• IEK УЗДП63-1
  Устройство продаваемое под маркой IEK. Это конечно секрет Полишинеля, но для IEK устройства разрабатывает и производит компания Эколайт . Разработка и производство расположены в России. (На хабре есть представитель эколайта YUshakov )
• Исток УЗДП-С1-63А-1-2
  Устройство разрабатывает и производит компания Эколайт. Разработка и производство расположены в России.
• УЗМ-50МД
  Устройство производит компания Меандр , известная по различной электротехнической продукции. Разработка и производство расположены в России. Эта модель снимается с производства, вместо неё анонсирован выпуск в 2022 другой модели.
• УЗО-ЭЛТА-2Д
  Устройство разработало и выпускает АО «Электроавтомат» в небольшом городке Алатырь в Чувашии. Разработка и производство расположены в России.
• EKF AFDD-2-25C-pro
  Устройство продаёт компания EKF, но разработано устройство совместно с китайскими инженерами и производится в Китае.

Начнём со сравнения заявленных функций. Некоторые устройства представляют собой комбинацию из нескольких узлов, например, не только защита от дугового пробоя, но и защита от короткого замыкания, благодаря встроенному автоматическому выключателю.

Видно, что УЗО-ЭЛТА-2Д лидер. Оно защищает практически от всего: и от выхода напряжения за пределы нормы, и от токов короткого замыкания, и от токов утечки. А вот отсутствие защиты от повышенного напряжения у EKF AFDD-2-25C-pro вызывает вопросы, так как эта функция почти «бесплатна» для разработчика.

Для чего устанавливается защита от дуги?

Существует много факторов, которые могут привести к образованию дуги. И наибольшее их количество приходится именно на жилой сектор. Источником возникновения опасности может быть:

• поврежденный линейный кабель;
• порез кабельных линий внутри здания;
• защемление с пробитием изоляции кабелей дверями;
• некачественный монтаж электрических компонентов, часто можно встретить выпадающие розетки;
• повреждение кабельной линии грызунами;
• пробитие кабеля в стене при монтаже элементов отделки.

Установка автоматических выключателей Eaton AFDD+ гарантирует безопасность для проживающих и работников, если имеется опасные риски на территории предприятии каких-либо организаций.

Тест первый — ложное срабатывание.

Методика — ходим по мастерской и собираем все интересные электроприборы. Включаем их в цепь с УЗДП пять раз с паузой в 2 сек между включениями (ну или чуть больше). Данные заносим в таблицу:
(+) — нагрузка работает без проблем. (-) — ложное срабатывание УЗДП одиночное, повторно не воспроизвелось (Х) — тестирование невозможно, нагрузка слишком мощная и срабатывает автоматический выключатель по перегрузке, по току (!) — стабильное ложное срабатывание

Отдельный тест — «дебил с чайником», в роли дебила — я. Быстро включаем-выключаем выключатель чайника, как если бы ребёнок игрался с выключателем света. Искрение в выключателе минимально, благодаря пружине, но вот броски тока и просадку напряжения оно генерирует. На удивление, УЗМ-50МД единственный давал ложное срабатывание в таких условиях.

Генератор искр — это прибор (не серийный к счастью), дающий разряды длинной до 40 мм, с помощью которого демонстрируют детям разные физические опыты. Внутри хороший импульсный блок питания 230В -> 12В 65 Вт, нагружен через генератор на две катушки зажигания, которые и дают искровой разряд. Устройство в процессе работы генерирует много помех в сеть, что заметно на экране осциллографа.

Плавное включение клавишного выключателя — самый невоспроизводимый тест, но он скорее для определения, сможет ли ребёнок с шаловливыми ручками вызвать ложное срабатывание, нет ли излишней чувствительности обнаружения дугового пробоя. Все выключатели проектируются так, чтобы контакты включались и выключались резко, минимизируя горение дуги. Но если контакты окислившиеся, или внутрь выключателя попала пыль, то выключатель может искрить достаточно сильно.

Что показал тест:

1. Полное отсутствие ложных срабатываний, особенно на нагрузке вроде тиристорного регулятора без фильтров или лампе УФО-Б — это скорее показатель пониженной чувствительности, что подтвердилось в тесте на время срабатывания.
2. Электроинструмент с двигателями и сварочные аппараты — обычно не вызывают проблем. Удивительно было, что устройство ЭЛТА давало ложное срабатывание на запуск асинхронного мотора сверлильного станка, но в остальном срабатывание на электроинструмент скорее показатель аномальной работы самого электроинструмента и возможно серьёзного дефекта.
3. Советские электробритвы — адовы устройства, имея ток потребления меньше минимального тока обнаружения дуги (2,5А) создавали достаточно шума в сети для срабатывания УЗДП при их включении, что ещё раз подтверждает мои слова из предыдущего поста — если у вас есть старые устройства, то для решения проблем с ложными срабатываниями понадобится использование сетевого фильтра.

Добавлю в тему выключателей, так как у меня появилось наглядное фото. Так выглядит выключатель, накопивший в себе много пыли, из-за которой потрескивал, работал нестабильно, из-за чего потребовалась замена.

На такой дефект УЗДП сработает, так как происходит последовательный дуговой пробой. Если вовремя не принять мер, то появится сильный нагрев, с последующим расплавлением корпуса. Именно поэтому всё, что окружает электропроводку, не должно поддерживать горения:

Вставить/изменить ссылку

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.

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 , 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 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 2022 г. (данные о ценах ориентировочные, взяты из открытых источников)

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 2022 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 2022 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 обеспечивается обязательное 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

Тест второй. Определение чувствительности.

По ГОСТу минимальный ток обнаружения дугового пробоя — 2,5А. Для теста я собрал стенд, имеющий последовательную цепь из прерывателя (металлический электрод и угольный, которые можно раздвигать рукояткой с винтом), реостаты для выставления тока, контрольный амперметр. Нагрузка здесь единственная, поэтому для УЗДП это супер тепличные условия. В этом тесте время срабатывания не измерялось, проверялся лишь сам факт — срабатывает / не срабатывает.
Результат — все устройства обнаруживают последовательный дуговой пробой током 2,5А, что предписывает ГОСТ. Но УЗДП ИСТОК обладает чувствительностью гораздо лучше предписанной ГОСТом, и обнаруживался последовательный дуговой пробой током 1А.

Причины возникновения дугового пробоя

Дуговой пробой может возникать по многим причинам, наиболее часто в бытовых или рабочих условиях это происходит под действием таких факторов:

• В электрической системе есть передавленные кабели, получившие повреждения, скажем, при механическом давлении, попадании провода под тяжелый предмет и т.д.;
• Повреждение изоляции, как механическое, так и по причине естественного износа;
• Электрики категорически не рекомендуют использовать скрутку кабелей с различных материалов, а именно: алюминий-медь. Контакты окисляются и могут стать причиной пробоя;
• Нередко в складских помещениях или на производстве кабели повреждают грызуны;
• Плохое закрепление контакта или имеющиеся дефекты кабелей.

Как видно, любая из этих причин может случиться практически в любых условиях, поэтому лучшая защита – грамотная установка УЗДП EATON AFDD+!

Тест третий. Определение скорости срабатывания.

В прерыватель я установил угольный и вольфрамовый электрод. Реостатами выставлял ток, в итоге имитировался последовательный дуговой пробой с током 2,5А, 5А, 16А. На видео снимались как электроды в прерывателе, так и экран осциллографа, подключенного к датчику тока. Затем по видео, подсчётом кадров со свечением меж электродов, определялось время горения дуги, которая прерывалась отключением УЗДП или гасла самостоятельно. Значения времени занесены в табличку (я делал минимум 10 зажиганий).
Погрешность измерения как минимум 2 кадра (0,08сек), а также сложно определимая погрешность, когда частичка угольного электрода нагревается, светится, но при этом ещё не сгорела и дуга не зажглась, так что погрешность определения времени горения дуги в сторону завышения времени:

Я долго думал, какой бы параметр придумать для численной оценки, но решил просто изобразить визуально. Синие столбики — дуга при последовательном дуговом пробое погасла сама собой. Зелёные — дуга погасла из-за отключения УЗДП. Масштаб на графике 0-3 сек. Если столбик выше — над ним написано время горения в секундах, и там местами какие-то чудовищные значения в десятки секунд! Красный пунктир — предельное время по ГОСТ. Количество столбиков различно, так как я добивался зажигания минимум 10 дуговых пробоев, а далее развлекался с прерывателем, пока не надоест.

Что показал тест: только устройство IEK УЗДП63-1 и Исток УЗДП-С1-63А-1-2 работают надёжно, как автомат Калашникова и чётко рубят дугу в соответствии с ГОСТ. Устройство УЗМ-50МД – явный аутсайдер. Ему явно не хватает чувствительности и на токе 2,5а дуга горела без отключения десятками секунд. На больших токах тоже устройство долго «соображало» перед отключением. EKF и ЭЛТА показали промежуточный результат.

Тест четвёртый. Перекрёстные помехи.

УЗДП не должно реагировать на искрение устройств до своего входа. Но при наличии длинных линий — искрение будет вызывать просадки напряжения, которые в свою очередь приведут колебаниям тока в нагрузке, что уже УЗДП должен увидеть. Чтобы искрение у соседа не вызывало отключение УЗДП у вас, разработчики устройств принимают меры.
Для теста я собрал стенд, где длинные линии имитируются последовательно включёнными резисторами сопротивлением несколько Ом. До УЗДП включён электрочайник с прерывателем, а после УЗДП нагрузка в 1 кВт. Таким образом при последовательном дуговом пробое в цепи чайника напряжение на входе в УЗДП просаживалось с 223В до 180В.

Ни одно из УЗДП за время теста не дало ложного срабатывания из-за перекрёстной помехи.

Тест пятый. Болгарка с переломанным шнуром.

Очень вовремя, мне на верстак коллеги положили для ремонта УШМ, у которой переломило жилы провода у корпуса. При перегибе шнура цепь размыкалась и УШМ останавливалась. Если приноровиться, то можно ухватить УШМ так, что при включении она будет дёргаться от разгона, контакт нарушится она будет останавливаться, и так циклически. Я конечно же решил это опробовать на УЗДП, и вот результат:

• IEK УЗДП63-1 -сработало
• Исток УЗДП-С1-63А-1-2 — не сработало
• УЗО-ЭЛТА-2Д — сработало
• Меандр УЗМ-50МД — сработало
• EKF AFDD-2-25C-pro — не сработало.

На месте производителей я бы кидался тухлыми помидорами за столь невоспроизводимый тест, но он наиболее близок к «боевой» ситуации с переломанным кабелем и мне повезло, что такой кабель оказался под рукой. Тест примечателен также тем, что устройства ИСТОК и IEK внешне похожи, но в тесте показали себя по-разному, поэтому ещё раз подчёркиваю — характеристики устройства зависят от версии зашитого в него программного обеспечения очень сильно. И могут сработать как раз от такого кабеля с переломанными жилами или плохом контакте в розетке.

Разные подходы и имитатор искрения.

Устройства примечательны тем, что демонстрируют абсолютно разный подход к созданию. Устройства IEK и Исток фактически созданы с нуля именно для выполнения функции защиты от дугового пробоя. У устройства УЗМ-50МД функцию обнаружения дуги добавили в уже готовое и успешное реле защиты от повышенного/пониженного напряжения УЗМ-50М. Устройство от ЭЛТА — это нашлёпка на самостоятельно существующие автоматические выключатели, которые производит компания. При особом желании УЗДП можно отделить от автоматических выключателей и они продолжат работу. Устройство от EKF получили путём увеличения корпуса УЗДП ради добавления автоматического выключателя, и автоматический выключатель спрятан внутри общего корпуса.
В комплекте устройств от IEK/Исток есть имитатор искрения, которое позволяет убить сразу нескольких зайцев. Во-первых позволяет проверить работоспособность УЗДП. При включении имитатора в сеть УЗДП должно отключиться. Во-вторых имитатор позволяет определить, что дуговой пробой у конкретной розетки/переноски будет видим УЗДП, а не останется незамеченным из-за индуктивности длинной линии или злого фильтра помех в устройстве рядом. Устройства других производителей ничего похожего не имеют, и проверить их работоспособность будет затруднительно. Мне очень понравилась эта концепция, но расстроило отсутствие петельки/дырочки или иного крепления для имитатора, что не позволяет прицепить его на связку ключей от электрощитков.

Технически имитатор представляет собой устройство, в котором MOSFET ключ нагружен на пару резисторов и кратковременно создает броски тока величиной 2,5А (нижний предел обнаружения по ГОСТ). Имитатор искрения работает только с УЗДП IEK/Исток, устройства других производителей на него не срабатывают (и не обязаны). Осциллограмма работы имитатора ниже:

▍ Что лучше то, IEK или Исток?

Хоть это фактически устройства от одного производителя, есть небольшие отличия в поведении, но в пределах, дозволенных ГОСТ. Так что для потребителя нет никакой разницы. То, что идентичные устройства выпускаются под двумя торговыми марками — это чисто корпоративная история, когда молодая и амбициозная компания приходит к крупному игроку (IEK) и готова продавать свой продукт под чужой торговой маркой, ради налаженных каналов сбыта, маркетинга и других плюшек, но в обмен ей выкрутят руки в плане цены. Плюс, крупная компания, которая выпускает под своей торговой маркой сторонний продукт, обычно дотошно проверяет качество, ведь все шишки в случае чего полетят в них. Я не вижу для потребителя существенной разницы между этими двумя устройствами, вопрос лишь в том, что есть в наличии там, где вы обычно закупаетесь.

Что такое УЗДП

УЗДП – устройство защиты от дугового пробоя – специализированное устройство, предназначенное для автоматического предупреждения и предотвращения пожара от искрения/дугового пробоя в электрических сетях и электроустановках – самой распространенной причины «электрических» пожаров.

УЗДП является третьим этапом развития средств защиты электросетей после автоматических выключателей (АВ) и устройств защитного отключения (УЗО). УЗДП устанавливается в электрощит на стандартную DIN-рейку. В случае возникновения дугового пробоя в защищаемом участке электросети, устройство отключает данный участок от питающей сети.

Дальше рассмотрим более подробно, для чего необходим УЗДП и как он предотвращает пожары.

1. Неисправность электропроводки и оборудования – самая частая причина пожаров

Самая частая причина пожаров в зданиях ­­­– аварийный режим работы электросетей и оборудования, и доля «электрических» пожаров в общем количестве пожаров в России 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. Такая высокая доля объясняется общим ростом энерговооруженности жилых и общественных зданий при отставании темпов реконструкции электросетей, несвоевременным обслуживанием электроустановок, износом электрооборудования и электропроводки.

Под аварийным режимом следует понимать не только неисправность электрооборудования, но и нарушение целостности электрических сетей и электропроводки, неправильный монтаж и установку электрооборудования, перегрузку электрических цепей и т.п. Опасность «электрических» пожаров заключается в том, что места возгораний, как правило, скрыты или находятся в недоступных местах, и огонь успевает разгореться, прежде чем очаг возгорания будет обнаружен.

В наши дни, наверное, невозможно найти жилой дом, а тем более общественное здание, где бы не были установлены автоматические выключатели, предназначенные для защиты от короткого замыкания и перегрузки в сети. В большинстве зданий также установлены устройства защитного отключения (УЗО), реагирующие на утечку тока, основное назначение которых – защита человека от поражения электрическим током в случае нарушения изоляции.

Так почему количество «электрических» пожаров не уменьшается, если автоматы и УЗО установлены почти повсеместно, и каждый год устанавливаются еще миллионы новых?

1. Дуговой пробой – основной источник возгорания

В результате многочисленных исследований причин пожаров, проведенных в разные годы в России и за рубежом, выяснилось, что в самой частой причиной возгорания в «электрических» пожарах является дуговой пробой или искрение. Дуговой пробой (искрение) возникает, как правило, в результате какого-либо дефекта кабеля или нарушения контакта, повреждения изоляции, износа или внешнего повреждения проводки или оборудования, некачественно выполненных монтажных работ. Источником искрения также могут быть электроприборы, не соответствующие нормативным требованиям. Температура в зоне искрового разряда может достигать от 2500 до 7000 градусов Цельсия, поэтому дуговой пробой при достаточной силе тока в искровом промежутке легко может стать источником возгорания. Пожароопасным считается дуговой пробой, сила тока в котором больше 2,5 Ампер. Это совсем небольшой ток для современного жилого или общественного здания, такой ток будет в цепи с нагрузкой всего 550-600 Вт – это в 2 раза меньше самого обычного электрического чайника.

Часто можно услышать возражение, что неисправности возникают только в старых изношенных сетях, однако статистика говорит о том, что дуговой пробой возникает и в новых и только что отремонтированных электроустановках. Даже если электропроводка в отличном состоянии, никто не застрахован от покупки оборудования со скрытым дефектом, случайного повреждения элементов проводки.

Типовые проблемы в электросетях, которые чаще всего приводят к появлению дугового пробоя

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. В последовательном дуговом пробое, ток дуги, возникающей в месте нарушения контакта или дефекта проводника, идет также и через нагрузку. С точки зрения потребителя между этими видами пробоя нет особой разницы, и там, и там возникает дуга между элементами электропроводки, которая может стать причиной пожара, разница есть с точки зрения технических средств обнаружения пробоя и алгоритмов обработки сигналов.

Пожароопасность дугового пробоя в электропроводке обусловлена не только воздействием тепловыделения дуги и возможным разлетом искр на прилегающие конструкционные и строительные материалы, но и тем, что под действием этого тепловыделения происходит карбонизация изоляции проводов в месте, примыкающем к дефектному контакту. В результате материал изоляции теряет свои свойства и постепенно из диэлектрика становится проводником. При падении изолирующих свойств до некоторого предела, возникает неполное короткое замыкание – тип короткого замыкания, сила тока в котором достаточно велика для повреждения проводов и возникновения пожара, но недостаточна для мгновенного срабатывания автоматического выключателя.

Повышенная опасность последовательного дугового пробоя заключается в том, что последовательный пробой не приводит к увеличению тока, протекающего в аварийном участке цепи, и не приводит к появлению тока утечки на землю. Именно это делает невозможным обнаружение последовательного пробоя автоматическими выключателями и/или УЗО. Последовательный дуговой пробой возникает гораздо чаще параллельного, что также делает это явление очень пожароопасным.

Виды дугового пробоя: 1. Последовательный дуговой пробой, 2. параллельный дуговой пробой фаза-ноль, 3. параллельный дуговой пробой фаза-земля

1. Устройство защиты от дугового пробоя

Для обнаружения аварийного режима дугового пробоя в электросети и предотвращения пожаров по этой причине предназначены специализированные устройства защиты от дугового пробоя, принцип работы которых основан на анализе большого количества параметров работы защищаемого участка электроцепи: тока, напряжения, частоты, наличия высокочастотных помех, других характерных признаком искрения.

Применяются различные названия данного класса устройств: УЗИс – устройство защиты от искрения, УЗДП – устройство защиты от дугового пробоя. В иностранной документации применяются названия AFCI (Arc Fault Circuit Interrupter, США) и AFDD (Arc Fault Detection Device, Европа).

УЗДП не дублируют работу автоматических выключателей и/или УЗО и не заменяют их. АВ и УЗО в подавляющем большинстве случаев не могут выполнить роль УЗДП.

Реакция устройств защиты электрических цепей на виды дугового пробоя (искрения)

Исследования по борьбе с искрением в электросетях были начаты в 30-е годы XX века. Первые серийные устройства появились значительно позже и применялись первоначально в авиационной промышленности, где в них была самая острая необходимость, т.к. искрение на борту самолета может привести к авиакатастрофе. В середине 80-х годов страховые ассоциации и госорганы США, встревоженные неблагоприятной пожарной обстановкой в стране, заказали разработку подобных устройств для бытовых электросетей. И в конце XX века американская компания Square D, в настоящее время входящая в концерн Schneider Electric, представила первые серийные образцы для применения в жилых домах.

Основной проблемой первых моделей УЗДП были многочисленные ложные срабатывания. По мере развития научной базы и технологий с этой проблемой удалось справиться. Так, современные устройства не реагируют на работу коллекторных двигателей, однократное искрение при переключении контактных групп и другие случаи искрения, не являющиеся пожароопасными.

В Европе велись самостоятельные разработки УЗДП, т.к. дуговой пробой в сети с напряжением 220-230 В развивается иначе, чем в американских сетях на 110-120 В. Наибольший вклад внесла компания Siemens. Внедрение УЗДП в Европе началось в 2012 г., в 2013 г. принят международный стандарт IEC 62606:2013 General requirements for arc fault detection devices.

1. Применение УЗДП в мире

УЗДП стали впервые обязательны к применению в США начиная с 2001 года для спален и детских в жилых домах. Постепенно требования расширялись, и в настоящее время в США нормативный документ NEC 2020 (National Electrical Code) предписывает обязательную установку УЗДП на всех электрических цепях жилых построек, рассчитанных на токи 15 или 20 А во всех помещениях, за исключением ванных комнат, гаражей и цепей подключения уличных электропотребителей. УЗДП должны быть установлены как в новых постройках, так и во время любых работ по замене электрооборудования или электропроводки.

В Канаде требования по применению УЗДП аналогичны с небольшими изменениями.

В Германии в декабре 2022 года вступила в силу текущая редакция национального стандарта DIN VDE 0100-420:2016-02 Low voltage electrical installations – Part 4– 42: Protection for safety – Protection against thermal effects. Стандарт предписывает обязательную установку УЗИс/УЗДП во вновь возводимых зданиях и при ремонте электросетей в следующих помещениях:

— спальнях и комнатах отдыха в детских садах, пансионатах для престарелых и инвалидов; — спальнях и гостиных жилых квартир и апартаментов в многоквартирных домах; — помещениях, где хранятся или обрабатываются горючие вещества; — в зданиях, построенных с применением горючих материалов; — публичных зданиях с большим скоплением людей – аэропортах, железнодорожных станциях и вокзалах, музеях, торговых центрах и т.д.; — помещениях, где имеются невосполнимые культурные и материальные ценности.

Дополнительно установка УЗИс/УЗДП рекомендована в спальных помещениях во всех жилых зданиях, в больших холлах и атриумах, которые могут создать эффект дымохода и способствовать развитию пожара.

В Великобритании, в Австралии и Новой Зеландии рекомендации о применении УЗДП внесены в нормативные документы, но применение УЗДП не обязательно. Тем не менее страховые компании стимулируют установку УЗДП.

14 июня 2022 года в 24-этажном жилом здании Grenfell Tower в Лондоне, произошел масштабный пожар, в котором погибло 72 человека, возникший из-за неисправности электрооборудования. После этого пожара в Европе были инициировано широкое обсуждение изменений в пожарном законодательстве. В рамках этого обсуждения также предлагается системное внедрение УЗДП, и многие страны Европейского союза рассматривают введение обязательности применения УЗДП в обозримом будущем.

1. Практика и перспективы применения УЗДП в России

На российском рынке первые модели УЗДП появились в 2022 году. Сейчас, к 2022 году, уже несколько производителей серийно выпускают УЗДП, некоторые иностранные производители также анонсировали поставку своей продукции в нашу страну.

В настоящее время применение УЗДП в России не обязательно, а лишь рекомендовано. Это объясняется относительной новизной технологии, осторожностью регулирующих органов при широком внедрении технологии, требующей дополнительных затрат на закупку оборудования.

Сегодняшняя ситуация с внедрением УЗДП в России похожа на ситуацию 20-летней давности с внедрением УЗО, когда это было новое оборудование, и необходимость покупки и установки УЗО ставилась под сомнение профессионалами отрасли. Сегодня же невозможно себе представить жилое или общественное здание, в котором бы не было установлено УЗО.

В конце 2022 года утверждены изменения в СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа». В СП появилось приложение В, регламентирующее применение УЗДП. Рекомендуется применение УЗДП практически во всех типах помещений, за незначительными исключениями (Таблица В.1).

При выборе конкретной модели УЗДП необходимо в составе проектной документации предоставить документ о качестве, подтверждающий соответствие УЗДП требованиям ГОСТ IEC 62606-2016.

СП 256.1325800.2016 включен в перечень документов в области стандартизации, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

Скорее всего, введение обязательности применения УЗДП будет происходить по той же схеме, по которой происходило введение применения обязательности УЗО. Сначала УЗДП станут обязательными в общественных зданиях, отнесенных к категории чрезвычайно высоко пожарного риска: в детских садах, в домах престарелых, в больницах, в школах-интернатах и детских домах, в других зданиях, в которых постоянно находятся люди, и эвакуация из которых затруднена. Далее внедрение распространится на здания, где хранятся невосполнимые ценности: музеи, архивы и т. д. И уже далее, когда УЗДП станет таким же привычным, как сейчас УЗО, эти устройства будут устанавливаться повсеместно.

По утверждению пожарных, системное внедрение УЗДП существенно повысит пожаробезопасность электрических цепей, значительно снизит количество пожаров и связанных с этим трагических последствий.

Выводы:

Повторюсь, выводы актуальны ограниченное время после публикации
, производители непрерывно дорабатывают устройства, и они внешне могут остаться такими же, но работать совершенно иначе за счёт небольших изменений в схемотехнике или прошивке.

Только два устройства IEK УЗДП63-1 и Исток УЗДП-С1-63А-1-2ст

(которые фактически выпущены одним ) работают как следует. Это как раз тот случай, когда я приятно удивлён отечественным изделием — посылаю виртуальный респект разработчикам.

Устройство УЗО-ЭЛТА-2Д

я бы отнёс к подающим надежды. Пока оно определяет дуговой пробой неуверенно, и я уверен, производитель работает над доводкой устройства. Оно мне нравится универсальностью — практически устройство защиты «от всего» — поставил и спишь спокойно.

Устройство УЗМ-50МД

в части определения дугового пробоя получилось неудачное и показало результат хуже всех в тесте. Но производитель сообщил, что вместо УЗМ-50МД будет другая модель устройства — будет интересно посмотреть.

Устройство EKF AFDD-2-25C-pro

к сожалению работает неуверенно. По моим ощущениям не хватает чувствительности, а отсутствие защиты от повышенного напряжения резко понижает конкурентноспособность по сравнению с другими устройствами.

Было бы интересно сравнить ещё и работу устройств от западных производителей (ABB, Eaton, Siemens и другие), но как я говорил в начале — мои письма просто проигнорировали. А один из производителей так вообще не имеет e-mail для связи, только через довольно криво работающую web-форму. Так что наладить контакт с отечественным производителем оказалось гораздо проще, что говорит в пользу отечественного производства.

Пожелания производителям:
Считаю очень важным, что вынес в отдельный блок. Вы как производители отлично знаете, какие характеристики тока анализируются вашим устройством в поисках дугового пробоя. Поэтому вам будет несложно рассчитать подходящий фильтр для того, чтобы «спрятать» от устройства проблемную нагрузку, вызывающую ложное срабатывание. Было бы приятно видеть как фильтры от производителя, так и список рекомендуемых моделей от сторонних производителей. В таком случае потребитель имел бы инструмент для лечения ложных срабатываний. Например, от чрезмерно шумной дедушкиной электробритвы, а как показали тесты – ложные срабатывания не исключены.

Почему AFDD+ EATON?

EATON – ведущий мировой производитель электротехнического оборудования, которое активно применяется в самых разных сферах: промышленности, частном секторе, авиации, судостроении и других областях. Покупая УЗДП от бренда EATON, Вы получаете:

• Надежную защиту электрической сети от практически любых типичных неприятностей. Фирма проводит тщательные лабораторные испытания каждого наименования своей продукции, а уже потом выпускает его на мировой рынок;
• AFDD+ разрабатывается с учетом строгого европейского стандарта IEC 60364-4-42 от 2014 года, благодаря чему может устанавливаться в самых современных условиях эксплуатации без малейших опасений;
• Авторские разработки компании EATON выводят работу устройств AFDD+ на совершенно новый уровень – применение такой автоматики позволит чувствовать себя в безопасности, легко нейтрализовать типовые угрозы, которые могут возникнуть в частном доме, в рабочем помещении, офисном или торговом центре с большим количеством потенциальных источников неприятностей.

EATON – качество, проверенное временем. Компания успешно функционирует с 1911 года, регулярно пополняя свой ассортимент продуктами, которых требует современность. AFDD+ — одна из последних разработок из области энергетической безопасности, которая сейчас начинает активно применяться во всех странах мира.

Если Вы желаете защитить свой дом, рабочее место, производственный объект от пожаров, замыканий, порчи имущества и поломок дорогостоящего электрооборудования – обязательно обратите внимание на предлагаемые в нашем магазине модели УЗДП EATON AFDD+! При невысокой стоимости, данное устройство способно принести неоценимую помощь каждому покупателю!

Заказывайте лучшие варианты AFDD+ от легендарного бренда EATON и обезопасьте себя от любых возможных неприятностей с электричеством!

А теперь внимательно посмотрим на начинку устройств

▍ УЗМ 50 МД

Устройство построено на микроконтроллере PIC24F16KA101. Силовое реле заказное. На плате установлен мощный варистор от импульсных перенапряжений. Подробный разбор схемы устройства, полученной реверс-инжинирингом есть тут.

▍ IEK УЗДП

В правой половинке-модуле расположена печатная плата с электроникой, в левой половинке-модуле находится механизм расцепления и трансформатор тока (на фото не показано). Имеется мощный варистор от импульсных перенапряжений. Микроконтроллер NXP 822J.

Имитатор: на плате простая схема на дискретных элементах, генерирующая импульс каждый период сетевого напряжения. Импульс открывает силовой ключ и нагружает его на пару резисторов, что даёт ток в 2,5А на время порядка 80 мкс (см. осциллограмму выше). Индикации нет, плата залита пластиком.

▍ Исток

Практически то же самое, что и IEK УЗДП. В одном отсеке корпуса расцепитель и трансформатор тока, в другом – печатная плата. Микроконтроллер NXP 822J, на плате есть изменения: убраны атавизмы в виде контактов подстроечного сопротивления (функция задания напряжения отключения была на ранних моделях.)

Имитатор — внешне похож на имитатор от ИЭК, но устроен сложнее — на плате есть микроконтроллер NXP 822J, что позволяет реализовать более сложное поведение имитатора. Ключ и резисторы, создающие импульс тока величиной 2,5А те же самые.

▍ EKF

Печатная плата залита компаундом. В нижней части корпуса расположен автоматический выключатель, в верхней (вскрытой на фото) блок с электроникой и расцепителем. Трансформатор тока встроен в электронный блок, поэтому проводник проходит через отверстие в блоке. Видно, что в отличие от всех остальных УЗДП варистор от импульсных перенапряжений тут самый маленький (а значит меньше и рассеиваемая им мощность импульса), а учитывая тонкие провода подключения — защищает он только сам электронный блок.

Я расколупал компаунд и вот так выглядит печатная плата:

Справа в углу был электромагнитный экран. Маркировка на микроконтроллере спилена лазером, за что производителю отправляется немой укор и жирный дизлайк. Мелкие микросхемы рядом с трансформатором тока, имеют маркировку MS01-MS04, т.е. перемаркированы.

▍ Элта

Посмотреть на начинку этого УЗДП мне хотелось больше всего. Печатная плата расположена в нашлёпке сбоку. В нижней части расположены трансформатор тока для обнаружения дугового пробоя и дифференциальный трансформатор для обнаружения тока утечки (функция УЗО). Дистанционное отключение гальванически изолировано через оптопару. Вместо углового клеммника, на проволочках припаян прямой. Предвосхищая злые комментарии: это типичная история для опытных партий, и криминального я тут ничего не вижу.

Использован микроконтроллер STM32F103C8T6. Варистор от импульсных перенапряжений присутствует.

Больше, чем кириллица на платах, мне нравятся пасхалки, тут её роль играет контакт разработчика (RA4YBO это позывной. 73!73!73!)

А на этом тему УЗДП я наконец завершаю. Но нас ждут не менее интересный тест, ибо уже год (мне очень стыдно!) у меня лежит коробка с очень интересным продуктом — газогенерирующими термоактивируемыми наклейками…