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?

2. 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

3. 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.

4. 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 2017 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 2017 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.

5. Практика и перспективы применения УЗДП в России

На российском рынке первые модели УЗДП появились в 2017 году. Сейчас, к 2021 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 2020 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.