SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Преодоление стереотипов. Оборудование «МЕАНДР» для защиты электросетей

В статье рассмотрены российские и международные стандарты, в которых сформулированы требования к устройствам защиты от дугового пробоя, и проблемы, с которыми сталкиваются отечественные разработчики из-за недостаточной проработанности нормативной базы. Представлено УЗМ‑51МД, щитовое устройство, разработанное специалистами компании «МЕАНДР», которое определяет возникновение дугового разряда и защищает объект от пожара.


Meandr_.png
ЗАО «МЕАНДР», г. Санкт-Петербург

В России накоплен огромный опыт по защите систем генерации распределения энергии. Построение любого участка энергосистемы строго регламентируется нормативными документами (ГОСТ, СНИП, ПУЭ и др.). Для приемки энергосистемы любого уровня (будь то крымский энергомост или квартирный щиток) требуется разрешение организации, отвечающей за соблюдение требований и норм, утвержденных в законодательном порядке. Только такой подход может обеспечить бесперебойную и безопасную эксплуатацию электросетей и электрооборудования.

К чему это вступление, состоящее из прописных истин?

Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 мая 2017 года (№ 413‑ст) с 1 июля 2018 года вводится в действие межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 62606-2016 в качестве национального стандарта Российской Федерации. Его полное название – ГОСТ IEC 62606-2016 «Устройства защиты бытового и аналогичного назначения при дуговом пробое. Общие требования». Аутентичный текст – International Standard IEC 62606, принятый Международной электротехнической комиссией в 2013 году (International Electrotechnical Commission 1.0 2013‑07). Настоящий стандарт распространяется на защитные устройства обнаружения дугового пробоя (УЗДП) бытового и аналогичного назначения, применяемые в цепях переменного тока.

За сухими строчками нормативного документа скрывается проблема общероссийского масштаба. Что это за проблема?

Автоматические выключатели, или АВ (ГОСТ Р 50345-99), и выключатели, управляемые дифференциальным током, или УЗО (ГОСТ Р МЭК 60755-2012), повсеместно устанавливаемые в распределительных щитах, признаны эффективными средствами защиты электропроводки и бытовых приборов путем обнаружения токов утечки на землю, токовых перегрузок сети и токов короткого замыкания. Однако эти устройства не в силах снизить риск возгораний, возникающих при последовательных дуговых разрядах. Во время возникновения последовательного дугового разряда отсутствует ток утечки на землю, и УЗО неспособно обнаружить такое замыкание. В свою очередь, полное сопротивление при дуговом разряде снижает ток потребления нагрузки ниже порога отключения АВ. Неконтролируемые локальные дуговые разряды, возникающие в местах подключения оборудования или нарушения целостности электропроводки, приводят к нагреву и возникновению пожаров.

Обратимся к зарубежному опыту применения устройств подобного типа. Прерыватели цепи дуговых замыканий (Arc Fault Circuit Interrupters, AFCI) начали выпускаться в США в конце 1990‑х годов и предназначались только для оборудования спален. За 20 лет эксплуатации требования Национального свода законов и стандартов США по электротехнике (National Electrical Code, NEC) существенно расширили сферу их применения, распространив ее на другие помещения. Соблюдение NEC обязательно на всей территории США и Канады. В настоящее время AFCI выпускаются американскими и европейскими компаниями: Cutler Hammer (Eaton, США), General Electric (США), Siemens (ФРГ), Schneider Electric (Франция). Устройства, разработанные для применения в американских сетях, предназначены для эксплуатации в сетях номинальным напряжением 120 В и с максимальным током нагрузки 15 и 20 А. Требования к устройствам AFCI в США определены стандартом UL 1699.


Ris_1.jpg

Рис. 1. Противопожарное устройство защиты от дугового пробоя с функцией защиты от скачков напряжения УЗМ‑51МД

С 2013 года на европейский рынок вышли Siemens c моделью 5SM6 на 16 А и Schneider Electric c моделью A9FDD225 на 25 А, предназначенными для европейского рынка и рассчитанными на напряжение 230 В. Устройства дуговой защиты обозначаются аббревиатурой AFDD (Arc-Fault Detectin Device). Изделия для европейского рынка должны соответствовать тому же самому стандарту IEC 62606 ’General requirements for arc fault detection devices’ («Общие требования к устройствам обнаружения дуговых дефектов»). Положения этого документа распространяются на AFDD, предназначенные для установки в сетях 230 и 120 В. Стандарт определяет требования к конструкции, параметрам, методам испытаний, испытательному оборудованию и т. д.

Работы в направлении защиты электропроводки от дуговых замыканий и предупреждения пожаров в России до настоящего времени проводились в рамках ОКР с практическим результатом в виде патентов на изобретение или полезную модель. Отсутствие узаконенных нормативных требований к устройствам защиты от дуговых замыканий ставит разработчиков и производителей защитного оборудования на уровень рационализаторов‑«самоделкиных», тем самым лоббируя интересы ведущих мировых компаний на российском рынке. Необходимость серийных надежных изделий для российского рынка продиктована статистикой пожаров и их последствий (по данным ФГБУ ВНИИПО МЧС России) [1].

В настоящее время в России проблемами защиты потребителей от дуговых замыканий в электропроводке занимаются ООО «НТК «ЭвриКор» (г. Москва), выпустившее изделие «Искра» [2], ЗАО «МЕАНДР» (г. Санкт-Петербург), разработавшее изделие УЗМ‑51МД [3], ООО «ЭКОЛАЙТ» (г. Москва), создавшее изделие УЗИс-С‑001 [4]. Ознакомиться с выпускаемой продукцией можно на сайтах данных компании, пройдя по ссылкам, указанным в конце статьи. Остановимся на изделии УЗМ‑51МД, производимом ЗАО «МЕАНДР», и проблемах, с которыми столкнулась компания при реализации проекта.

Устройство защиты от дуговых разрядов УЗМ-51МД было анонсировано компанией в 2015 году. Базовой конструкцией послужило устройство защиты многофункциональное УЗМ‑51М, выпускающееся на протяжении десяти лет в различных модификациях и имеющее положительные отзывы от широкого круга потребителей. Основная идея разработки состояла в том, чтобы дополнить популярное устройство защиты функцией детектирования дугового разряда, сохранив все свойства базового изделия. Проблема осложнялась тем, что современные потребительские электросети насыщены приборами, генерирующими в электропроводку высокочастотные колебания широкого спектра. К ним относятся высокочастотные преобразователи БП компьютеров, телевизоров, микроволновых печей, коллекторных двигателей электроинструментов, тиристорных диммеров управления освещением, энергосберегающие люминесцентные и светодиодные лампы, бесперебойные источники питания, инверторы солнечных батарей и пр. Детектирование дугового разряда в условиях такой электромагнитной обстановки потребовало особого подхода к конструкции датчика электромагнитного излучения и обработки выделенного сигнала средствами ПО. В соответствии с мировой практикой в устройствах обнаружения дуги как американских, так и европейских производителей предполагается срабатывание устройства при наличии высокочастотной токовой составляющей, характерной для дугового разряда, отличной от первой гармоники (50 или 60 Гц). Способы реализации этого принципа детектирования разнятся у различных производителей. Попытка компании «МЕАНДР» выделить ВЧ-составляющую посредством низкочастотного фильтра и на этом сделать вывод о наличии дугового разряда привела к тому, что установочная серия УЗМ-51МД была снята с производства по причине ложных срабатываний и несрабатывания при проявлении реального дугового разряда, а разработчики вернулись на этап отработки схемных решений и ПО. Справедливости ради следует отметить, что и другие российские производители не избежали подобных недостатков. Компания «ЭКОЛАЙТ» рекомендует проверять зону чувствительности контролируемой линии специальным приспособлением, прикладываемым к устройству, и регулировать чувствительность устройства УЗИс-С‑01 в зависимости от условий применения. Компания НТК «ЭвриКор» выпускает устройство «Искра», которое по сути является индикатором уровня пожарной опасности (от 1 до 5 уровня), в основе которого заложен принцип измерения переходного сопротивления. Естественно, о выполнении каких-либо норм, предписанных ГОСТ IEC 62606-2016, речи не идет.

Вернемся к обсуждению УЗМ‑51МД (рис. 1). Отфильтровать ВЧ-составляющую тока дугового разряда, наложенную на суммарный ток потребления нагрузки, недостаточно для достоверного определения проявления дуги. Необходимо было решить проблему электромагнитных помех штатных потребителей. При наличии подключенных регуляторов с фазовым управлением в ВЧ-сигнале присутствует периодическая составляющая спектра, в то время как дуговой разряд характеризуется случайным широкополосным спектром сигнала. Доработка ПО позволила отфильтровать помехи от работы тиристорных регуляторов. Время реакции устройства УЗМ‑51МД на проявление дуги, пожалуй, его главная характеристика. В контролируемой сети всегда присутствуют так называемые штатные дуговые разряды, будь то от выключателя освещения или от пускового реле холодильника. Пожароопасность дугового разряда в электропроводке заключается в его интенсивности и продолжительности его проявления. Устройство УЗМ‑51МД определяет ток дугового разряда, время его действия, энергию, выделяемую дугой, и при превышении некоторого безопасного порога производит отключение защищаемой линии. Отдельно хотелось бы остановиться на специальном алгоритме, предусмотренном для предотвращения последствий ложного срабатывания. Особенность, принципиально отличающая устройство защиты УЗМ‑51МД от всех аналогичных устройств, которые сейчас выпускаются в разных странах, это возможность повторного включения. На 100 % проблему защиты от ложных срабатываний пока не удалось решить никому. И только в этом приборе имеется возможность повторного включения. Через 30 секунд после отключения при обнаружения искрения УЗМ‑51МД предпринимает попытку включения. При повторном обнаружении искрения пауза увеличивается до 3 минут. Если при включении через 3 минуты тоже будет обнаружено искрение, УЗМ отключит электричество до ручного включения. Тем самым сводится к нулю вероятность размораживания холодильников, отключения системы отопления и прочих неприятных последствий ложного срабатывания. 

Помимо перечисленного, в УЗМ‑51МД предусмотрено отключение нагрузки в случае превышения номинального тока в 63 А. Это свойство устройства не заменяет, а дублирует функцию входного автоматического выключателя в случае перегрузки сети.

ЗАО «МЕАНДР» – компания с 25‑летним опытом работы на российском рынке электротехники. В номенклатуре серийно выпускающихся для российского рынка изделий компании, охватывающей практически все сферы электротехники, устройства защиты многофункциональные (УЗМ, товарный знак № 2016733295) занимают особое место. Ориентированность ЗАО «МЕАНДР» на отечественного производителя позволяет сломать стереотипное представление о том, что щитовая автоматика может быть только импортной.

Источники

  1. Пожары и пожарная безопасность в 2015 г.: статистический сборник. Статистика пожаров и их последствий. М.: ВНИИПО, 2016.
  2. Научно-техническая компания «ЭвриКор»: [сайт]. URL: http://www.evrikor.ru (дата обращения: 28.07.2017).
  3. Электротехническая компания «МЕАНДР»: [сайт]. URL: http://www.meandr.ru (дата обращения: 28.07.2017).
  4. Компания «ЭКОЛАЙТ»: [сайт]. URL: http://ecolight.ru (дата обращения: 28.07.2017)

.

Статья опубликована в журнале "ИСУП" № 4(70)_2017

Е.Н. Васин, главный конструктор,
ЗАО «МЕАНДР», г. Санкт-Петербург,
тел.: +7 (812) 410-1738,
e‑mail: info@meandr.ru,
сайт:meandr.ru