Ток утечки чем опасен
Коварный ток утечки
Проектирование, монтаж и реконструкция систем электроснабжения зданий и сооружений подразумевают внедрение трехпроводной (в быту) или пятипроводной (в промышленности) схем подключения электрооборудования: к фазным и нулевому рабочему проводникам добавляется нулевой защитный проводник.
Любое нарушение последовательности по данным схемам приводит к неуправляемому растеканию токов по металлоконструкциям, трубопроводам систем водоснабжения и ОВК зданий, т.е. к возникновению токов утечки.
А ток утечки, как и блуждающий ток, приводит к коррозионному воздействию на эти системы.
Током утечки называют ток, обусловленный несовершенством изоляции, протекающий в землю или на сторонние проводящие части в электрически неповрежденной цепи.
Основными причинами возникновения тока утечки являются:
Величина тока утечки «на землю» зависит от величины сопротивления изоляции проводника, которая, в свою очередь, имеет ограниченное значение, и от напряжения сети. Через изоляцию из любой находящейся под напряжением токоведущей части оборудования постоянно протекает незначительная величина тока, безопасное значение которой регламентируется соответствующими актами и называется «нормой тока утечки». Существуют специальные устройства защиты от токов утечки «на землю» — устройства защитного отключения (УЗО). По закону равенства втекающих и вытекающих из узла токов, сумма тока утечки и тока нейтрали (вытекающие из узла) равна току фазы (втекающий в узел). Величина разницы токов (даже наименьшая), протекающих через УЗО в случае появления тока утечки, и будет равна значению тока утечки.
Стоит отметить, что при отсутствии заземления (не в смысле специального провода, а в смысле заземленных предметов или оборудования) применение УЗО не имеет смысла, так как возникновение тока утечки невозможно без наличия заземления. Основной задачей УЗО является отключение электропитания при превышении нормативного значения током утечки, появлении опасности для жизни людей, выхода из строя оборудования или возникновения пожара.
Поэтому помимо контроля и измерения тока утечки, важно также проверять и тестировать УЗО, для чего существуют специальные тестовые измерительные приборы, позволяющие проводить измерения без отключения УЗО. Измерительные приборы для тестирования УЗО помогают определить 2 основных рабочих параметра устройств — ток срабатывания и время срабатывания УЗО, исходя из которых делаются выводы о возможности дальнейшего применения этих устройств.
Это может быть связано с уменьшением сопротивления человека электричеству по разнообразным причинам (повышенная влажность, наличие соли на коже и т.п.). Но самым настораживающим является то, что присутствует этот ток в неповрежденной цепи. Поэтому измерять ток утечки необходимо! Для этого существуют специальные токоизмерительные клещи, способные определять малые токи, или так называемые клещи для измерения микротоков.
При использовании токоизмерительных клещей для измерения токов утечки не придется отключать электрооборудование от сети, что является преимуществом при проведении измерений на режимных объектах и больших промышленных предприятиях. Грамотный контроль, своевременное проведение измерений и выявление дефектов (нарушения изоляции, ухудшения соединения контактов проводников и т.п.) на ранних стадиях, т.е. до наступления аварий и устранения последствий, помогут не только обезопасить работу персонала, но и уберегут от внезапного выхода из строя технологического оборудования.
Источник: Gossen-Metrawatt
Ток утечки: что это такое, особенности, путь протекания, измерение
Ток утечки (leakage current) — это электрический ток, протекающий в землю, открытые, сторонние проводящие части и защитные проводники при нормальных условиях (определение согласно ГОСТ 30331.1-2013 [1]).
Проведя очень большой анализ существующей нормативной документации Харечко Ю.В. в своей книге [2] заключает следующее:
« Из представленного выше определения следует, что ток утечки имеет место в нормальных условиях оперирования, когда изоляция токоведущих частей низковольтной электроустановки, находящихся под напряжением, не имеет повреждений. Такие условия называют нормальными условиями. Ток утечки протекает из токоведущих частей в землю или сторонние проводящие части. При этом следует учитывать, что ток утечки электрооборудования класса I обычно протекает по следующему проводящему пути: из токоведущих частей в его открытые проводящие части и далее – в присоединенные к ним защитные проводники. »
Харечко Ю.В. также поясняет причину возникновения тока утечки [2]:
« Активное сопротивление изоляции токоведущих частей электрооборудования не может быть бесконечно большим, а их емкость относительно земли или связанных с землей проводящих частей не может быть равной нулю. Поэтому с любой токоведущей части, находящейся под напряжением, в землю, а также в проводящие части, электрически соединенные защитными проводниками с заземляющим устройством электроустановки здания и с заземленной токоведущей частью источника питания, постоянно протекает небольшой электрический ток, который в нормативной документации называют током утечки. То есть в нормальных условиях из токоведущих частей функционирующего электрооборудования всегда имеется утечка электрического тока в землю, открытые и сторонние проводящие части и защитные проводники. »
Устранить токи утечки можно лишь одним способом – отключив электроустановку здания.
Особенности
Харечко Ю.В. конкретизирует некоторые особенности, которые касаются понятия «ток утечки» [2]:
« Любое качественное электрооборудование имеет какие-то токи утечки, которые начинают протекать в проводниках электрических цепей при его включении. Если выполнять защиту от токов утечки, электрооборудование невозможно будет использовать, поскольку любое его включение будет инициировать срабатывание защитных устройств, которые будут отключать электрические цепи. В условиях повреждений, когда происходят замыкания на землю, протекают токи замыкания на землю. Защитные устройства обнаруживают токи замыкания на землю и отключают защищаемые ими электрические цепи или сигнализируют о появлении замыканий на землю. »
Харечко Ю.В. продолжает [2]:
« При прикосновении человека к находящейся под напряжением токоведущей части через его тело будет протекать ток замыкания на землю, а не ток утечки. Ток замыкания на землю возникает также при повреждении «изоляции относительно корпуса или земли». Дифференциальный ток представляет собой векторную сумму токов в проводниках главной цепи УДТ, т. е. он является расчетной величиной. В нормальных условиях его величина примерно равна значению тока утечки, а в условиях повреждения – сумме тока утечки и тока замыкания на землю. Причем при типах заземления системы TN-C, TN-S, TN-C-S и даже TT значение тока утечки ничтожно по сравнению с величиной тока замыкания на землю. »
« В трехфазных трехпроводных электрических цепях и сетях три тока утечки протекают по трем фазным проводникам. По трем фазным проводникам могут протекать три тока утечки, значения которых либо примерно равны между собой, либо существенно отличаются друг от друга. Более того, в защитном проводнике этих электрических цепей и сетей протекает ток утечки, который представляет собой векторную сумму трех токов утечки фазных проводников. »
В национальной нормативной документации термин «ток утечки» часто ошибочно используют вместо термина «ток замыкания на землю», который характеризует электрический ток, появляющийся в условиях единичного или множественных повреждений, и термина «номинальный отключающий дифференциальный ток», который определяет одну из характеристик устройства дифференциального тока. Имеются и другие неправильные варианты использования рассматриваемого термина.
Нижеследующий пример анализа ПУЭ 7, который касается ошибочного употребления понятия «ток утечки» провел Харечко Ю.В. Привожу цитаты данного анализа [2]:
« Например, в п. 6.1.16 ПУЭ указано: «Для питания светильников местного стационарного освещения с лампами накаливания должны применяться напряжения: в помещениях без повышенной опасности – не выше 220 В1 и в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных – не выше 50 В. В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных допускается напряжение до 220 В для светильников, в этом случае должно быть предусмотрено или защитное отключение линии при токе утечки до 30 мА …». Последнее из процитированных требований содержит серьезную ошибку. Буквальное его выполнение может привести к смертельному поражению электрическим током, поскольку оно предписывает выполнять защитное отключение только для светильников, имеющих ток утечки до 0,03 А. Если светильник имеет ток утечки более 0,03 А, который представляет реальную опасность для человека, то защитное отключение можно не выполнять!
В рассматриваемых требованиях термин «ток утечки» неправомерно использован вместо характеристики устройства дифференциального тока «номинальный отключающий дифференциальный ток». То есть требования п. 6.1.16 ПУЭ должны предусматривать защиту электрической цепи светильников посредством УДТ, имеющего номинальный отключающий дифференциальный ток до 0,03 А включительно, для обеспечения дополнительной защиты при прямом прикосновении, как было предусмотрено ранее действовавшим ГОСТ Р 50571.3–94, или для обеспечения дополнительной защиты, как предписано действующим ГОСТ Р 50571.3-2009. »
Путь протекания тока утечки
Харечко Ю.В. в своей книге [2] описывает пути протекания тока утечки следующим образом:
« Путь, по которому протекает ток утечки, зависит от типа заземления системы. В электроустановках зданий, соответствующих типам заземления системы TT и IT, токи утечки электрооборудования класса I через неповрежденную основную изоляцию протекают из токоведущих частей в их открытые проводящие части. Из открытых проводящих частей по защитным проводникам, главным заземляющим шинам, заземляющим проводникам и заземлителям токи утечки протекают в землю. »
« Если электроустановки зданий соответствуют типам заземления системы TN-S, TN-C и TN-C-S, то бόльшие части токов утечки протекают не в землю, а по защитному проводнику в системе TN-S и PEN-проводникам в системах TN-C и TN-C-S низковольтных распределительных электрических сетей протекают к заземленным токоведущим частям источников питания. Иными словами, токи утечки электрооборудования класса I протекают по тем же проводящим путям, по которым протекают токи защитного проводника (см. рис. 1 и 2 статьи «Ток защитного проводника»). »
« Токи утечки электрооборудования классов 0, II и III протекают по менее определенным проводящим путям, например, через оболочку электрооборудования в землю или сторонние проводящие части. Причем частью проводящего пути может быть тело человека, который держит в руках переносное электрооборудование или находится в электрическом контакте с доступными частями передвижного или стационарного электрооборудования. Токи утечки могут протекать через полы, стены и другие элементы здания, если по каким-то причинам (например, из-за повышенной влажности) их сопротивление резко уменьшилось, а также по иным нежелательным проводящим путям. »
Токи утечки всегда имеют место в электрических цепях при нормальном оперировании электроустановки здания (при нормальных условиях). Их значения в конечных электрических цепях мало зависят от типа заземления системы и редко превышают несколько десятков миллиампер (обычно не более 10 мА). Если в электроустановке здания применяют электрооборудование, имеющее повышенные токи утечки, то должны быть выполнены дополнительные электрозащитные мероприятия в соответствии с требованиями, например, подраздела 707.4 ГОСТ Р 50571.22-2000. При этом значения повышенных токов утечки измеряют десятками миллиампер. На это обстоятельство прямо указывает название п. 707.471.3.3 национального стандарта: «Дополнительные требования для оборудования обработки информации с током утечки выше 10 мА».
Предельные значения токов утечки
Если электрооборудование имеет ток утечки, не превышающий нормативное значение, его рассматривают в качестве кондиционного электрооборудования. В противном случае его следует рассматривать в качестве некондиционного электрооборудования, которое подлежит ремонту или утилизации. Рассмотрим максимально допустимые значения токов утечки, установленные нормативными документами для некоторых видов электрооборудования.
В разделе 13 «Ток утечки и электрическая прочность при рабочей температуре» стандарта ГОСТ IEC 60335-1-2015 [3] установлены следующие максимально допустимые значения тока утечки для основных видов бытового электрооборудования:
Для комбинированных приборов общий ток утечки может быть внутри ограничений, установленных для нагревательных приборов или для электромеханических приборов в зависимости от того, что больше, но не суммируя оба предела.
В некоторых стандартах комплекса ГОСТ IEC 60335 «Бытовые и аналогичные электрические приборы. Безопасность» для отдельных видов бытового электрооборудования установлены иные значения максимально допустимых токов утечки. Например, в ГОСТ IEC 60335-2-6-2016 [4], для стационарных электроплит, духовых шкафов, конфорочных панелей и аналогичных нагревательных приборов класса I максимально допустимое значение тока утечки установлено равным 10 мА.
В разделе 13 «Ток утечки» стандарта ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009 [5] установлены следующие максимально допустимые значения тока утечки для основных видов электрического инструмента:
Соответствие фактического тока утечки электрического инструмента максимально допустимому значению тока утечки в стандарте ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009 проверяют с помощью специального испытания, которое выполняют при напряжении питания, равном 1,06 номинального напряжения. До выполнения испытаний отсоединяют защитное сопротивление. Испытания на ток утечки выполняют с переменным током. Испытания инструмента, предназначенного только для постоянного тока, не проводят.
Технический отчет МЭК 62350 приводит следующие типичные примеры уровней тока утечки, которые может иметь распространенное электрооборудование: компьютеры – 1–2 мА; принтеры – 0,5–1мА; небольшое портативное электрооборудование – 0,5–0,75 мА; факсимильные аппараты – 0,5–1 мА; светокопировальные аппараты – 0,5–1,5 мА; фильтры – около 1 мА.
Измерение
Согласно требованиям стандарта ГОСТ IEC 60335-1-2015 [3] измерение токов утечки электрооборудования выполняют во время нормального оперирования прибора при самых неблагоприятных условиях его использования в течение промежутка времени, который может состоять из более чем одного цикла оперирования.
Во время испытаний бытового электрооборудования нагревательные приборы приводят в действие при 1,15 номинальной потребляемой мощности. Приборы с приводом от двигателя и комбинированные приборы питают напряжением, равным 1,06 номинального напряжения. Трехфазные приборы, которые в соответствии с инструкциями по монтажу являются также пригодными для однофазного питания, испытывают как однофазные приборы с тремя цепями, соединенными параллельно. До выполнения испытаний отсоединяют защитное сопротивление и фильтры подавления радиопомех.
Ток утечки измеряют посредством измерительного многополюсника, изображенного на рис. 4 стандарта ГОСТ Р МЭК 60990-2010 [6] (см. рис. 2 статьи «Ток прикосновения»), между любым полюсом источника питания и доступными металлическими частями, присоединенными к металлической фольге, имеющей площадь не менее 20 × 10 см, которая находится в контакте с доступными поверхностями из изоляционных материалов. Поэтому ток утечки, измеренный в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ IEC 60335-1-2015, равен току прикосновения, измеренному в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ Р МЭК 60990-2010.
Для однофазных приборов класса II применяют измерительную цепь, показанную на рис. 1 стандарта ГОСТ IEC 60335-1-2015 [3] (рис. 1 настоящей статьи), для приборов иных, чем класса II, – на рис. 2 (рис. 2). Ток утечки измеряют с многопозиционным переключателем, находящимся в каждой из позиций «a» и «b».
Для трехфазных приборов класса II применяют измерительную цепь, показанную на рис. 3 стандарта ГОСТ IEC 60335-1-2015 [3] (рис. 3), для приборов иных, чем класса II, – на рис. 4 (рис. 4). Ток утечки измеряют с выключателями «a», «b» и «c», находящимися в замкнутом положении. Затем измерения повторяют с каждым из выключателей «a», «b» и «c» разомкнутым по очереди, когда другие два выключателя остаются замкнутыми. Для приборов, предназначенных быть соединенными только звездой, нейтраль не присоединяют.
Рис. 1. Принципиальная схема для измерения тока утечки при температуре оперирования для однофазного присоединения приборов класса II (на основе рисунка 1 из ГОСТ IEC 60335-1-2015)
На рисунке показано:
Если электроприбор содержит в себе конденсаторы и обеспечен однополюсным выключателем, измерения повторяют с выключателем, находящимся в положении «Отключено». Если электроприбор содержит в себе устройство регулирования температуры, которое оперирует в течение испытания, ток утечки измеряют непосредственно до того, как устройство регулирования разомкнет цепь.
Рис. 2. Принципиальная схема для измерения тока утечки при температуре оперирования для однофазного присоединения приборов иных, чем класса II (на основе рисунка 2 из ГОСТ IEC 60335-1-2015)
Примечание. Для приборов класса 0I и приборов класса I C (измерительный многополюсник) может быть заменен амперметром с низким полным сопротивлением.
Рис. 3. Принципиальная схема для измерения тока утечки при температуре оперирования для трехфазного присоединения приборов класса II (на основе рисунка 3 из [2])
На рисунке 3 обозначено:
Примечание. Для приборов класса 0I и приборов класса I C (измерительный многополюсник) может быть заменен амперметром с низким полным сопротивлением.
Ток утечки измеряют посредством измерительного многополюсника, схема которого приведена на рис. 10 стандарта ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009 [5], между любым полюсом источника питания и доступными металлическими частями и металлической фольгой с площадью не менее 20 × 10 см, находящейся в контакте с доступными поверхностями из изоляционного материала, соединенными вместе. Поэтому ток утечки, измеренный в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009, равен току прикосновения, измеренному в соответствии с требованиями стандарта МЭК 60990.
Трехфазные инструменты, которые пригодны для однофазного питания, испытывают как однофазные инструменты с тремя секциями, соединенными параллельно. Для однофазных инструментов и трехфазных инструментов, испытываемых как однофазные инструменты, ток утечки измеряют с многопозиционным переключателем, показанным на рис. 3 ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009 (рис. 5), находящимся в каждой из позиций «1» и «2», и выключателем «S1», находящимся в положении «Включено».
На рисунке 5 показано:
Для трехфазных инструментов, непригодных для однофазного питания, ток утечки измеряют в соответствии с рис. 4 ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009 (рис. 6) с выключателями «a», «b» и «c», находящимися в положении «Включено». Для инструментов, предназначенных быть соединенными только звездой, нейтраль не присоединяют.
Если инструмент содержит в себе один или более конденсаторов и обеспечен однополюсным выключателем, измерения повторяют с выключателем, находящимся в положении «Отключено».
На рисунке 6 показано:
Чем опасны утечки тока?
Что же такое токи утечки? И, что самое важное, как они могут утекать? На самом деле, какой бы смешной не казалась тема, это очень важно. Вы скажете, ну ты ведь писал про устройства защитного отключения? И вы будете правы. Но есть несколько причин, по которым устройства защитного отключения — не панацея. Первое, и самое важное — они имеют в большинстве случаев бытовое применение, их достаточно редко используют в промышленных масштабах. Второе — это сильно не дешевые устройства, которых для офисного здания понадобиться на солидную сумму. Стоит сразу оговориться, мы не говорим про утечку тока дома, в разлитую в ванной комнате лужу. Домашняя ванна нас сегодня очень мало интересует. Сегодня речь пойдёт о токах утечки в промышленных масштабах. Мы с вами будем говорить про токи утечки в современных жилых и административных зданиях. По большей части, эта статья конечно же имеет отношение в офисным зданиям и заводам, ведь там у тока больше шансов сбежать в непонятном направлении. Ведь ток имеет свойство двигаться по любым металлам и совершенно не важно, что это — провод или стальная труба. Понятно, что в стальной обстановке току сложнее передвигаться, он встречает большое сопротивление и со временем теряется. Но до того, как он потеряется, он может серьёзно навредить человеку. Так что ни секунды не раздумывая переходим к обсуждению утечек электрического тока.
Давайте быть честными сами с собой — инженерные сети в нашей стране отставлять желать лучшего. В нашей электросети постоянно скачет напряжение, но это не самое страшное. Есть гораздо более глобальная проблема — их техническое состояние. И внешне они может быть и выглядят хорошо, и только что построены, но все не так радужно. Во-первых, с каждым днём растёт потребление электроэнергии. Кто-то постоянно покупает новые телевизоры, стиральные машины, кондиционеры и все такое прочее. Соответственно, с каждым днём растёт нагрузка на сеть, которая к сожалению преимущественно состоит из старых и достаточно изношенных участков. Теперь давайте, все таки обозначим проблему — токи утечки. Причин возникновения подобных утечек тока, не одна и не две. Сейчас рассмотрим самые популярные причины возникновения утечек. Самая основная — это человеческий фактор. Странно, не правда ли? Но это самая настоящая правда. Те кто живут в старых домах помнят, что их стены торчат два провода, ноль и фаза. В случае с трёхфазным электричеством, три фазных провода и один ноль. Но сейчас в домах, полным ходам идут капитальные ремонты и взамен старой двух проводной проводки приходят новая. Новая проводка состоит уже из трёх или пяти проводов, в зависимости от количества фаз.
В такую проводку, помимо фазных проводов и нуля, добавляется ещё и заземление. И тут возникает самая основная проблема в виде путаницы. Многие просто напросто путают куда какие провода подключать. В итоге подключают ноль вместо земли и наоборот. Или вообще, оба провода прикручивают к одной клеммной колодке. И вот, казалось бы, совершенно не очевидна проблема, а последствием становиться утечка тока. Есть и другие проблемы, из за которых возникают утечки тока — разрушение изоляции потребителей. Так же причиной могут стать выход из стоя изоляции нулевого проводника или разболтавшиеся контакты. В конечном итоге, мы получаем кучу липовых причин, из-за которых могут быть фатальные последствия.
Давайте теперь разбираться, что же делают токи утечки, и что в них плохого, ну или хорошего. Токи утечки оказывают негативное влияние не только на компьютеры, технику и инженерные системы, они вредны для человека. Токи утечки опасны тем, что создают магнитное поле. Такие поля сами по себе появляются вокруг мощных электродвигателей. Так же не исключено появление подобных магнитных полей вокруг трансформаторов. Но в промышленности, там где нет людей, это одно. А там где люди есть? Давным-давно доказано, что помимо техники токи утечки бегают почти по всем металлоконструкциям того или иного здания. Причина их «Беготни» заключена именно внутри этого дома. Как правило, это одна из вышеописанных причин, так что к ним возвращаться не будем. Инженерными конструкциями по которым блуждают токи утечки может быть совершенно все, что угодно от железных перекрытий до водопроводных труб. Важно понимать, что магнитное поле на этих конструкциях есть и при правильной, безошибочной схеме подключения. Просто при корректной работе систем заземления, это поле уже на расстоянии 15 см от труб совершенно не ощущается приборами. В тот момент, когда появляются токи утечки, магнитное поле вокруг инженерных систем резко возрастает. Оно рассеивается постепенно, по мере отдаления от места появления.
Всемирной организацией здравоохранения описано множество вариантов воздействия магнитного поля на человека. Поверьте, медицинские последствия для человека могут быть плачевными. При постоянном контакте с магнитными полями, параметры которых превышают допустимые пределы, у человека повышается риск заболевания раком, может изменяться поведение. Но даже это не самое страшное. Магнитное поле влияет непосредственно на мозг человека, что может привезти к потери памяти и другим проблемам, основанным на работе мозга. Так же у тех кто постоянно контактирует с магнитными полями, характеристики которых многократно превышают допустимые, наблюдается увеличение числа самоубийств. Есть нормы, которым должны подчиняться магнитные поля, генерируемые техникой. Не нужно переживать, эти нормы написаны профессиональными учеными, которые знают что делают. Плюс к этому, ученые при формировании норм опираются на многочисленные опыты, так что переживать не о чем.
Ради безопасности здания от электрических аварий, в каждом доме есть система уравнивания потенциалов. Она состоит почти из всех металлоконструкций в здании, это и трубы, и перекрытия, и арматура. А представьте, что вместо того, что бы уравнять потенциал и забрать в себя лишнюю энергию этого не сделают. Ведь в этом случае может произойти короткое замыкание и, например, пожар. Так же токи утечки, создавая магнитное поле мешают работе офисной техники. Токи утечки способны создавать помехи для мобильной связи. Так же утечки тока по инженерным системам и трубам, не в лучшую сторону сказываются на их долговечности. Доказано, что токи утечки приводят к ускоренной коррозии инженерных систем. Кому хочется менять водопроводные трубы в два раза чаше, лишь потому, что кто-то неправильно сделал электричество? А теперь самое страшное. В Москве, во время проведения капитальных ремонтов в 2015 году было зафиксировано более двухсот объектов, на которых были токи утечки.
Стоит задуматься о ом, где мы живем. Важно наконец-то начать набирать на работу грамотных электриков. Ну а если нет такой возможности и некоторые компании набирают неквалифицированный персонал, его нужно обучать. Ведь мало какая компания хочет нести убытки. А в случае ошибок при монтаже систем энергоснабжения они неизбежны. Не важно чем занимается компания. Она может заниматься управлением жилой недвижимостью, быть застройщиком или собственником офисного здания. Убытки никому не нужны. Не нужно испытывать судьбу. Просто надо все делать на совесть и все будет хорошо.