Проверка УЗО и Диф автоматов током утечки - расчет номиналов для проверки

07/02/2016 00:35

Пришла тут в голову мысли сделать приборчик для проверки УЗО и Диф автоматов на срабатывание по току утечки.

По большому счету "городить" для этой цели прибор смысла не имеет... но хочется сделать все по "феншую" :)

Ранее мы рассматривали способы проверки УЗО на работоспособность.

Ниже мы рассмотрим вариант расчета на проверку УЗО / ДИФ автомата по току утечки более точно.
Этот способ позволит нам узнать конкретное значение тока утечки при котором срабатывает конкретный проверяемый модуль УЗО / ДИФ автомат.

Проверка УЗО по току утечки - IΔ

Для этого используется сопротивление - резистор.
Один конец резистора подключается на выход фазного провода УЗО, а второй - ко входу нулевого провода.

Проверка УЗО и Диф автоматов током утечки - расчет номиналов для проверки

Для того, чтобы знать какой номинал сопротивления нужен для проверки того или иного УЗО используем закон Ома:

Сила тока = напряжениt делим на сопротивление:

I = U / R

I - сила тока
U - напряжение
R - сопротивление

Отсюда мы при необходимости можем также узнать напряжение и сопротивление:

R = U / I

U = I * R

Давайте рассчитаем необходимое сопротивление нагрузки для проверки УЗО / ДИФ автоматов на разные токи.
Как правило на дачах используются устройства на токи срабатывания в 10, 30, 100 и 300 mA.
Для этого используем нашу формулу: R (Ом)= U (Вольт) / I (Ампер)
Результат будет в Омах, которые мы переводим в килоомы произведя деление на 1000.

Как вариант можно вместо Ампер использовать текущие значения в миллиампер - mA, тогда полученное значение будет выводиться сразу в килоомах.
Я буду использовать именно этот вариант.

УЗО на 10 mA

R = 220В / 0,01А - результат будет в Ом
R = 22000 = 22кОм (22000 / 1000)

Как вариант вычисления о котором говорилось выше:
R = 220В / 10mA - результат будет в кОм
R = 22кОм
Для того, чтобы УЗО сработало от тока утечки в 10mA необходимо сопротивление нагрузки равное 22кОм.
Для других токов рассчитывает по такой же схеме:

УЗО на 30 mA
R = 220 / 30 = 7,3 кОм
Для того, чтобы УЗО сработало от тока утечки в 30mA необходимо сопротивление нагрузки равное 7,3кОм.

УЗО на 100 mA
R = 220 / 100 = 2,2 кОм
Для того, чтобы УЗО сработало от тока утечки в 100mA необходимо сопротивление нагрузки равное 2,2кОм.

УЗО на 300 mA
R = 220 / 300 = 733 Ом
Для того, чтобы УЗО сработало от тока утечки в 300mA необходимо сопротивление нагрузки равное 733Ом.

Это средние значения сопротивления нагрузки!!!
Не факт что при такой нагрузке УЗО или ДИФ автомат сработают...

Почему?

Потому что согласно ГОСТу УЗО должно срабатывать от 0,5IΔ до 1IΔ, а это значит, что УЗО / ДИФ автомат на ток срабатывания в 30mA может сработать в диапазоне от 0,5 * 30 до 30mA, т.е. от 15 до 30mA.
И это еще не все!
Есть допуск к этим значениям - +20% , -10%, а это значит, что проверяемое УЗО / ДИФ автомат на 30mA может сработать в диапазоне от 13,5mA до 36mA.

К сожалению это значит, что в зависимости от партии, настройки конкретное УЗО на наши 30mA может и не сработать от среднего сопротивления равное 7,3 кОм.

Давайте высчитаем крайние диапазоны по току срабатывания для каждого номинала нашего УЗО / ДИФ автомата:

Ток срабатывания 10mA (5 - 10mA)
Реальный диапазон срабатывания по току утечки от 4,5mA до 12mA

Ток срабатывания 30mA (15 - 30mA)
Реальный диапазон срабатывания по току утечки от 13,5mA до 36mA

Ток срабатывания 100mA (50 - 100mA)
Реальный диапазон срабатывания по току утечки от 45mA до 120mA

Ток срабатывания 300mA (150 - 300mA)
Реальный диапазон срабатывания по току утечки от 135mA до 360mA

А теперь рассчитаем нижнюю и верхнюю границу сопротивления (R) для каждого диапазона токов утечки.
Rmax = U / Imin
Rmin = U / Imax

Ток срабатывания 10mA (4,5mA - 12mA)
Rmax = 220 / 4,5 = 48,88 кОм
Rmin = 220 / 12 = 18,3 кОм - при таком сопротивлении нагрузки УЗО / ДИФ автомат на 10 mA должно гарантированно сработать

Ток срабатывания 30mA (13,5mA - 36mA)
Rmax = 220 / 13,5 = 16,29 кОм
Rmin = 220 / 36 = 6,1 кОм - при таком сопротивлении нагрузки УЗО / ДИФ автомат на 30 mA должно гарантированно сработать

Ток срабатывания 100mA (45mA - 120mA)
Rmax = 220 / 45 = 4,88 кОм
Rmin = 220 / 120 = 1,83 кОм - при таком сопротивлении нагрузки УЗО / ДИФ автомат на 100 mA должно гарантированно сработать

Ток срабатывания 300mA (135mA - 360mA)
Rmax = 220 / 135 = 1,62 кОм
Rmin = 220 / 360 = 0,611 кОм - при таком сопротивлении нагрузки УЗО / ДИФ автомат на 300 mA должно гарантированно сработать

Что далее?
А далее мы сделаем возможность плавной регулировки от нижнего, гарантированного срабатывания УЗО / ДИФ автомата до его второй крайней границы.
Как это сделать?

Смотрим на примере получившихся расчетов для УЗО на 10mA

10 mA (ток срабатывания 4,5mA - 12mA)

Верхняя граница сопротивления - Rmax = 48,88 кОм
Нижняя граница сопротивления - Rmin = 18,3 кОм

Таким образом мы можем взять ПОСТОЯННЫЙ резистор с наименьшим сопротивлением равный 18кОм и последовательно ему подключить резистор сопротивлением 48,8 - 18,3 = 30,5кОм
Это позволит нам плавно изменять величину сопротивления в пределах допустимых токов утечки УЗО / ДИФ автомата данного номаинала - 10mA.

Но и это еще не все...
Нам необходимо рассчитать мощность конкретного резистора который мы будем использовать.

Произведем расчеты...

Формула расчета:
1
Мощность выделяемая на каждом из резисторов рассчитывается по формуле: P = I²(A) * R(кОм) * 1000 в случае, если значение тока применяется в Амперах, а сопротивление в кОмах

2
Если вы в формуле применяете сопротивление в Омах, а ток в mA, то надо будет не умножать, а делить на 1000 и формула расчета будет такая:
P резистора = I²(mA) * R(Ом) / 1000

3
В случае же использования значения тока в А, а сопротивления в Омах, формула будет уже без какого либо дополнительного коэффициента: P резистора = I²(A) * R(Ом)

Я буду использовать формулу по первому варианту:
P постоянного резистора = Imax² * Rmin * 1000
P переменного резистора = Imin² * Rmax * 1000

Ранее у нас получилось два значения сопротивления - Rmin=18кОм и Rmax=30,5кОм
P постоянного резистора = (0,012*0,012) * 18 * 1000 = 2,59 Вт
P переменного резистора = (0,0045*0,0045) * 30,5 * 1000 = 0,617 Вт

Получается, что нам необходимо иметь:

- постоянный резистор номиналом 18кОм мощностью 3Вт
- переменный резистор номиналом 30,5кОм мощностью 1Вт

Используем ближайшее значение переменного резистора в большую сторону - 33кОм
Если не удалось найти нужного значения постоянного резистора, то либо составляем его их нескольких последовательно соединенных сопротивлений сумма сопротивлений которых даст нам нужное значение, либо используем один резистор чуть меньшего номинала.
Если разница номиналов отличается достаточно сильно, то необходимо заново рассчитать выделяемую на резисторах мощность.
Лучше всего брать большую мощность для запаса...

По данной методике рассчитываем постоянный и переменный резистор и их мощность для значений 30mA, 100mA и 300mA

30mA (ток срабатывания 13,5mA - 36mA)

Верхняя граница сопротивления - Rmax = 16,29 кОм
Нижняя граница сопротивления - Rmin = 6,1 кОм - значение постоянного сопротивления
Номинал переменного резистора: Rmax - Rmin = 16,29 - 6,1 = 10 кОм

P постоянного резистора = Imax² * Rmin * 1000
P переменного резистора = Imin² * Rmax * 1000

P постоянного резистора = (0,036*0,036) * 6,1 * 1000 = 7,9 Вт
P переменного резистора = (0,0135*0,0135) * 10 * 1000 = 1,8 Вт

Получается, что нам необходимо иметь:
- постоянный резистор номиналом 6,1кОм мощностью 8Вт
- переменный резистор номиналом 10кОм мощностью 2Вт

100mA (ток срабатывания 45mA - 120mA)

Верхняя граница сопротивления - Rmax = 4,88 кОм
Нижняя граница сопротивления - Rmin = 1,83 кОм - значение постоянного сопротивления
Номинал переменного резистора: Rmax - Rmin = 4,88 - 1,83 = 3 кОм

P постоянного резистора = Imax² * Rmin * 1000
P переменного резистора = Imin² * Rmax * 1000

P постоянного резистора = (0,12*0,12) * 1,83 * 1000 = 26 Вт
P переменного резистора = (0,045*0,045) * 3 * 1000 = 6 Вт

Получается, что нам необходимо иметь:
- постоянный резистор номиналом 1,83кОм мощностью 26Вт
- переменный резистор номиналом 3кОм мощностью 6Вт

300mA (ток срабатывания 135mA - 360mA)

Верхняя граница сопротивления - Rmax = 1,62 кОм
Нижняя граница сопротивления - Rmin = 0,611 кОм - значение постоянного сопротивления
Номинал переменного резистора: Rmax - Rmin = 1,62 - 0,611 = 1 кОм

P постоянного резистора = Imax² * Rmin * 1000
P переменного резистора = Imin² * Rmax * 1000

P постоянного резистора = (0,36*0,36) * 0,611 * 1000 = 79 Вт
P переменного резистора = (0,135*0,135) * 1 * 1000 = 18 Вт

Получается, что нам необходимо иметь:
- постоянный резистор номиналом 611Ом мощностью 79Вт
- переменный резистор номиналом 1кОм мощностью 18Вт

Как было сказано выше, номиналы резисторов выбираются как можно точнее к получившимся результатам.
Особенно это касается постоянных резисторов - их можно взять чуть меньшего номинала.
Переменные резисторы можно взять чуть большего номинала.

Сводная таблица данных:

Методика измерения УЗО / ДИФ автомата на срабатывание по току утечки

Получившиеся резисторы одной частью подключаются к фазному выходу УЗО, а вторая часть подключается в нулевому входу УЗО.
Переменный резистор устанавливается в максимальное свое значение.
Подается напряжение питания 220 вольт на вход УЗО и переменным резистором потихоньку уменьшаем значение его сопротивления до момента срабатывания УЗО / ДИФ автомата.

Отключаем УЗО от сети 220 вольт.
Измеряем получившееся общее сопротивление наших резисторов и вычисляем ток утечки при котором сработало наше УЗО:
I = U / R

Например мы проверяли три УЗО на 10mA.
Первое сработало при сопротивлении 38,8кОм - получается ток срабатывания 220 / 38,8 = 5,67mA
Второе сработало при сопротивлении 30кОм - получается ток срабатывания 220 / 30 = 7,3mA
Третье сработало при сопротивлении 35,1кОм - получается ток срабатывания 220 / 35,1 = 6,26mA

Поскольку УЗО на 10mA может срабатывать в пределах от 4,5 до 12mA то можно сказать, что проверенные УЗО срабатывают в данном диапазоне.

Для себя я решил сделать приборчик для проверки УЗО / ДИФ автоматов по току утечки комбинированный в котором будет использоваться два переменных резистора и несколько постоянных для того, чтобы сгруппировать проверяемые диапазоны токов утечки на:

10mA - 30mA
и
100mA - 300mA

Для этого я использовал расчеты приведенные ниже...

Расчет номиналов резисторов и их мощности для диапазона измерений тока утечки от 10 до 30 mA

10mA - 30mA (ток утечки от 4,5 mA до 36 mA)
R max - 4,5 mA - 48,8 кОм
R min - 36 mA - 6,1 кОм - гарантированное срабатывание УЗО для 30mA
R переменного резистора = 48,8 - 6,1 = 42,7 кОм

Р постоянного резистора = Imax²·R = (0,036)²·6,1·1000 = 7,9 Вт
Р регулируемого резистора = Imin²·R = (0,0045)²·42,7·1000 = 0,86 Вт

Итак для того чтобы осуществлять проверку УЗО / ДИФ автоматов номиналом 10 и 30 мА нам необходимо иметь:
- постоянный резистор 6,1 кОм мощностью 8-10 Вт
- переменный резистор 42,7 кОм мощностью 1 Вт

Расчет номиналов резисторов и их мощности для диапазона измерений тока утечки от 100 до 300 mA

100mA - 300mA (ток утечки от 45 mA - 360 mA)
R max - 45 mA - 4,8 кОм
R min - 360 mA - 0,61 кОм - гарантированное срабатывание УЗО для 300mA
R переменного резистора = 4,8 - 0,61 = 4,19 кОм

Р постоянного резистора = Imax²·R = (0,36)²·0,61·1000 = 79 Вт
Р переменного резистора = Imin²·R = (0,045)²·4,19·1000 = 8,48 Вт

Итак для того чтобы осуществлять проверку УЗО / ДИФ автоматов номиналом 100 и 300 мА нам необходимо иметь:
- постоянный резистор 611 Ом мощностью 79 Вт
- переменный резистор 4,19 кОм мощностью 8,48 Вт

О том, как я реализовал данную схему в едином приборчике можно посмотреть здесь.

Электрика

Дачник
0
13 211