Аппараты защиты в электрических сетях низкого напряжения

Москва
ИНФРА-М
2020

АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ 
В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 
НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В.П. ШЕХОВЦОВ

Рекомендовано Учебно-методическим советом Учебно-методического центра 
по профессиональному образованию Департамента образования города Москвы 
в качестве учебного пособия для студентов образовательных учреждений 
среднего профессионального образования

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 621.311(075.32) 
ББК 31.29-5я723
 
Ш54

Шеховцов В.П.
Ш54  
Аппараты защиты в электрических сетях низкого напряжения : учебное пособие / 
В.П. Шеховцов. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 160 с. — (Среднее профессиональное 
образование).

ISBN 978-5-16-016326-0 (print)
ISBN 978-5-16-108624-7 (online)
В учебном пособии изложены основные вопросы теории, а также предшествующего и настоящего состояния защиты в электрических сетях НН.
Новый материал трактуется в свете достижений «ЭлектроТехноЭкспо», четвертой международной специализированной выставки электротехнического оборудования и новых технологий в электроэнергетике.
Рассмотрены аппараты защиты торговых марок «ИЭК» и «Щит» нового поколения.
Для студентов учреждений среднего профессионального образования.

УДК 621.311(075.32) 
ББК 31.29-5я723

Р е ц е н з е н т ы:
Ю.В. Миланич, заместитель директора Института проблем мониторинга ГУ НПО 
«Тайфун»;
A.M. Особливцев, заместитель директора ОПТ по УПР;
A.M. Ануров, заместитель директора УМЦ по ДОМ

ISBN 978-5-16-016326-0 (print)
ISBN 978-5-16-108624-7 (online)
© Шеховцов В.П., 2013

 

Оглавление 

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................................4 

Глава 1. Режимы нейтрали сети....................................................................................................5 
1.1. Изолированная и заземленная нейтрали .....................................................................5 
1.2. Системы заземления в сетях до 1000 В.....................................................................11 
1.3. Эффективность защитных мероприятий...................................................................14 
1.4. Регулирование токов КЗ .............................................................................................19 

Глава 2. Защита систем электроснабжения ..............................................................................23 
2.1. Основные понятия.......................................................................................................23 
2.2. Защита плавкими предохранителями ........................................................................26 
2.3. Защита автоматическими выключателями................................................................32 
2.4. Выключатели автоматические серии ВА.  Основные понятия и определения ......37 

Глава 3. Модульные аппараты защиты в электрических сетях НН ........................................45 
3.1. Устройство защитное отключающее (УЗО)..............................................................46 
3.2. Автоматические выключатели ВА 47........................................................................65 
3.3. Дифференциальные автоматические выключатели т. АД .......................................71 
3.4. Автоматические выключатели т. ВА 88 «ИЭК».......................................................75 
3.5. Дополнительные устройства модульной серии........................................................82 

Глава 4. Автоматические выключатели для защиты  от сверхтоков бытового и 
аналогичного назначения............................................................................................89 

Глава 5. Вспомогательная аппаратура......................................................................................98 

Приложение А (справочное)  
«Технические данные выключателей»...........................................................................108 

Приложение Б (справочное)  
«Применение аппаратов защиты»...................................................................................139 

Приложение В  (справочное)  
«Перенапряжения и защита от них»...............................................................................152 

Заключение..................................................................................................................................158 

Литература...................................................................................................................................159 
 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Российская компания «Интерэлектрокомплект (ИЭК)» основана в мае 
1999 года. 
Основная продукция «ИЭК» – модульная низковольтная (до 1000 В) аппаратура. 
Первые массовые изделия – это автоматические выключатели двух серий 
(ВА 47-29, ВА 47-100), выключатели дифференциальные – УЗО (ВД 1-63) и 
автоматы дифференциальные (АД 12, АД 14). 
В настоящее время компания «ИЭК» одна из наиболее развивающихся в 
России динамично. Она производит низковольтную аппаратуру расширенного ассортимента для жилищно-коммунального строительства и промышленных предприятий под собственной маркой «ИЭК» и кабель-каналы 
«Элекор». 
Компания «ИЭК» сотрудничает с известными немецкими фирмами 
«SIEMENS», «REHAU» и «MENNEKES». 
Продукция компании «Интерэлектрокомплект» хорошо известна в России и ближнем зарубежье: Украине, Белоруссии, Молдавии, Казахстане, 
Монголии. 
Для производства изделий применяются высокотехнологичные поточные линии и роботизированные комплексы. Потребности рынка электротехнической продукции непрерывно изучаются, ассортимент расширяется, высокое качество обеспечивается. 
На всю продукцию впервые устанавливается гарантийный срок – 3 года 
и минимальный срок эксплуатации – 15 лет. 
Аппаратура торговой марки «ИЭК» установлена на многих объектах по 
всей стране. 
Наиболее близкой по своим показателям является продукция торговой 
марки «Щит», которая также представлена в пособии. 
Данное методическое пособие «Аппараты защиты в электрических сетях НН» имеет три основные цели: 
• ознакомить техников специальности 140613 с продукцией успешно 
развивающейся российской компании «ИЭК», 
• еще раз акцентировать внимание студентов ОПТ на основных положениях защиты в электрических сетях, 
• приблизить знания выпускников ОПТ к уровню современности и применять их в своей деятельности. 
 
В.П. Шеховцов. 
 

Глава 1 
Режимы нейтрали сети 

1.1. Изолированная и заземленная нейтрали 

Нейтраль сети, определенная ранее как совокупность соединенных между собой нейтральных точек и проводников, может быть изолирована от 
земли, соединена с землей через активные или реактивные сопротивления, 
глухо заземлена. 
а) На рисунке 1.1 представлена трехлинейная схема замещения трехфазной 
сети с изолированной от земли нейтралью. Все источники питания сети заменены одним эквивалентным, соединенным в звезду источником, все линии – 
одной эквивалентной линией, все приемники – одним эквивалентным приемником. С достаточно высокой достоверностью считается, что все фазы схемы 
замещения имеют одинаковые параметры (схема симметрична). Из параметров 
эквивалентной линии в данном случае имеют значение только емкости относительно земли, которые и изображены на рисунке 1.1. 
Векторная диаграмма напряжений относительно земли и зарядных токов сети приведена (рисунок 1.2, а). По сравнению с током нагрузки зарядный ток очень мал и в нормальных режимах работы заметного влияния на 
работу сети не оказывает. 

 

 
1 – эквивалентный источник питания сети, 
 
2 – эквивалентная линия, 
 
3 – эквивалентный электроприемник, подключенный к сети 
 
Iз – зарядный ток фазы до замыкания 
 
Iзз – ток замыкания на землю суммарный 
 
зI′  – зарядный ток фазы после замыкания 

Рисунок 1.1. Схема замещения сети с изолированной нейтралью:  
а — нормальный режим работы; б — режим 1-фазного замыкания на землю. 

Рисунок 1.2. Векторные диаграммы напряжения относительно земли и зарядных токов сети с изолированной нейтралью: 
а – нормальный режим работы; б – замыкание на землю в фазе L3 

При нарушении изоляции одной фазы в какой-либо точке сети может 
возникнуть однофазное замыкание на землю (рисунок 1.2, б). Напряжение 
этой фазы относительно земли становится тогда равным нулю, напряжение 
остальных фаз относительно земли – междуфазному напряжению, а зарядные токи этих двух фаз увеличиваются в 
3  раз. 
Ток Iзз по сравнению с нагрузочным током сети или ее отдельных линий 
относительно мал и может вызывать заметную перегрузку только при очень 
малых сечениях проводников поврежденной линии. Замыкание на землю 
практически не влияет на систему междуфазных напряжений и режимы работы приемников. Поэтому замыкание на землю в сетях с изолированной 
нейтралью считается не аварийным, а лишь анормальным режимом, при 
возникновении которого сеть и поврежденная линия могут оставаться 
включенными и в течение некоторого времени продолжать работу; питание 
потребителей не прерывается. Так как из всех видов нарушения изоляции 
однофазные замыкания на землю составляют обычно 75–85 %, то это обстоятельство существенно для обеспечения надежности питания потребителей. 
При отключенной нагрузке в сети присутствует зарядный ток емкостный, который приближенно может быть определен по формуле 

с
з
U
I
В,
3
=
 

где  
Iз – зарядный емкостный ток, А; 
 
Uс – напряжение сети, В; 
 
В – емкостная проводимость, См. 
Расчетная емкостная проводимость одной фазы сети равна 

n

0i i
i 1
В
B l ,

=
=∑
 

а)
б)

где  
В – емкостная проводимость сети, См; 
 
В0i – удельная емкостная проводимость линии i (на единицу длины), 
См/м; 
 
li – длина линии i, м; 
 
n – количество линий в сети, шт. 

Примечания. 
1. В сетях 6…35 кВ удельная емкостная проводимость В0 у кабельных линий 
при сечениях жил 10–300 мм2 находится в пределах 60…180 нСм/м; 
2. У воздушных линий со сталеалюминевыми проводами сечением 25…150 мм2 
и среднегеометрическим расстоянием между проводами 1…3 м удельная емкостная 
проводимость находится в пределах 2,7…3,6 нСм/м. 

При отсутствии данных о длине и емкостной проводимости каждой линии сети для расчета зарядного тока используют формулу 

Iз = Uном(Скlк + Свlв), 

где  
Iз – зарядный ток, А; 
 
Uном – номинальное напряжение сети, кВ; 
 
Ск – средний коэффициент емкостной проводимости кабельных линий, А/(км⋅кВ); 
 
lк – суммарная длина кабельных линий сети, км; 
 
Св – средний коэффициент емкостной проводимости воздушных линий, А/(км⋅кВ); 
 
lв – суммарная длина воздушных линий, км. 
При напряжении до 10 кВ формула принимает вид 

(
)
ном
з
к
в
U
I
 35l
l
.
1050
≅
+
 

В действующих сетях этот ток измеряется. 
Коэффициент замыкания на землю (Кзз) – это отношение напряжения 
неповрежденной фазы при 1-фазном замыкании на землю (
нп
U′ ) к напряжению до замыкания (Uнп). 
Учитывая сдвиг фазы между зарядными токами двух фаз, можно сделать заключение, что зз
зз
з
I
3I
3I
′
=
=
. 
Другим преимуществом рассматриваемого вида сетей является отсутствие устройств заземления нейтрали, что снижает стоимость сети. 
В сетях с изолированной нейтралью необходимо обратить внимание на 
следующие обстоятельства: 
1) повышение напряжения двух фаз относительно земли во время замыкания на землю третьей приводит к тому, что изоляцию всех фаз относительно земли необходимо рассчитывать не на фазное, а на междуфазное напряжение. Только при напряжениях до 35 кВ это не вызывает существенного удорожания сети; 

2) возможность образования в месте замыкания на землю перемежающейся электрической дуги обусловливает возникновение коммутационных 
перенапряжений с амплитудой (4…6)Uном. Эти перенапряжения могут нарушить работу некоторых приемников и привести к пробою изоляции в других местах и других фазах сети; 
3) тепловое действие дуги в месте замыкания на землю на изоляцию 
других фаз сети может привести к переходу замыкания на землю в двух- или 
трехфазное КЗ (в кабельных линиях и в других случаях близкого расположения фазных проводников друг к другу); 
4) возникновение в сети и в источниках питания при замыкании на землю системы токов обратной последовательности может привести к индуктированию в роторах синхронных генераторов токов двойной частоты и к существенному дополнительному нагреву роторов. 
Из-за приведенных выше нежелательных явлений токи замыкания на 
землю не должны превышать некоторых максимально допустимых значений, находящихся обычно в пределах 10…30 А (таблица 1.1). Время, за которое требуется отыскать и отключить возникающее в сети замыкание на 
землю, обычно принимает равным 2 ч. 

Таблица 1.1 – Допустимый ток замыкания на землю в сетях ВН с изолированной 
нейтралью напряжением до 35 кВ 

Применение стальных или 
железобетонных опор на 
воздушных линиях сети 

Напряжение сети, кВ 
Максимально допустимый 
ток замыкания на землю, А 

Не применяются 
3 и 6 
10 
15…20 
35 

30 
20 
15 
10 

Применяются 
3…35 
10 

 
В России с изолированной нейтралью работают следующие сети: 
1) трехфазные сети 6–35 кВ, в которых токи замыкания на землю не 
превышают допустимых значений; 
2) трехфазные трехпроводные сети до 1 кВ (например, сети 220 и 660 В); 
3) двухпроводные сети постоянного тока; 
4) все сети НН, в которых для обеспечения безопасности людей предусматривают защитные мероприятия, не связанные с применением заземлений (защитная изоляция, разделяющие трансформаторы и др.). 
 
б) Если в сетях 3–35 кВ ток замыкания на землю превышает допустимые значения, то нейтраль источника питания сети соединяют с землей через заземляющий реактор (рисунок 1.3). Через реактор при пренебрежении 
активными сопротивлениями реактора, источника и сети в случае замыкания на землю проходит ток 

Рисунок 1.3. Компенсация тока замыкания на землю при помощи заземляющего реактора: 
а – схема; б – векторная диаграмма токов 

(
)

с
p

p
и
с

E
I
,
i Х
Х
Х
=
+
+
 

где  
Ес – ЭДС той фазы источника, в которой произошло замыкание на 
землю (на рисунке 1.3 фаза L3);  
 
Xp – индуктивное сопротивление реактора;  
 
Xи – индуктивное сопротивление одной фазы источника;  
 
Xс – индуктивное сопротивление линий сети до места замыкания на 
землю. 
Из условия 

3а
3b
p
зз
I
I
I
I
0
+
+
+
=
 

на основании изложенного можно заключить, что 

Iзз=3Iз – Iр. 

 
 
В частном случае, когда сопротивление заземляющего реактора отрегулировано так, что 

Ip = 3Iз, 

ток в месте замыкания на землю может оказаться равным нулю (полностью 
скомпенсированным). 
Заземляющие реакторы в России выпускают на номинальные токи от 25 
до 400 А с пределами регулирования тока 1:0,5. Наряду с наиболее распространенным ручным ступенчатым регулированием применяют автоматическое ступенчатое или плавное регулирование сопротивления реактора по 
напряжению нейтрали (в режиме полной компенсации тока замыкания на 
землю реактор настроен на резонанс с емкостными проводимостями сети, и 
напряжение нейтрали относительно земли имеет максимальное значение). 

а) 
б)

Благодаря заземлению нейтрали сети через реактор: 
1) намного уменьшается ток замыкания на землю, в результате чего дуга 
в месте замыкания становится неустойчивой и быстро гаснет; 
2) после гашения дуги напряжение восстанавливается медленно, вследствие чего вероятность повторного зажигания дуги и возникновения коммутационных перенапряжений мала; 
3) при сохранении устойчивой дуги вероятность перехода замыкания на 
землю в многофазное КЗ из-за малого значения тока мала; 
4) токи обратной последовательности малы, и их действие на вращающиеся генераторы может оставаться несущественным. 
Коэффициент замыкания на землю от заземления нейтрали через реактор по сравнению с изолированной нейтралью не изменяется. 
 
в) При глухом заземлении нейтрали замыкание одной фазы на землю 
является однофазным КЗ (рисунок 1.4) и должно привести к срабатыванию 
защитных аппаратов, отключающих поврежденную линию от сети. Удорожание такой сети, вызванное применением заземляющих устройств и защиты от однофазных КЗ, компенсируется тем, что изоляцию фазных проводников рассчитывают на фазное напряжение (а не на междуфазное, как в 
предыдущих двух случаях). Это обстоятельство особенно существенно при 
напряжениях 110 кВ и выше. 
Чтобы частые отключения линий из-за замыканий на землю не нарушали надежности питания потребителей, на таких линиях применяется однофазное или трехфазное автоматическое повторное включение. 

 

Рисунок 1.4. Однофазное КЗ в сети с глухим заземлением нейтрали 
 
Сети ВН с глухим заземлением нейтрали относят к сетям с эффективно 
заземленной нейтралью, в которых коэффициент замыкания на землю  
kзз ≤ 1,4; при идеальном глухом заземлении kзз = 1. 
Для ограничения токов замыкания на землю вместо глухого заземления 
может применяться заземление нейтрали через токоограничивающее активное сопротивление. 
В России глухое заземление нейтрали применяется: 
1) в сетях 110 кВ и выше (в некоторых других странах также в сетях 
меньшего напряжения); 
2) в четырех- и пятипроводных сетях НН; 
3) в трехпроводных сетях постоянного тока. 

1.2. Системы заземления в сетях до 1000 В 

В сетях НН заземление нейтрали применяют тогда, когда выполняют 
защитное «зануление» или улучшают защитное «заземление» металлических корпусов ЭО. 
Согласно МЭК (международной электротехнической комиссии) и стандартов России различают пять типов сетей трехфазного переменного тока 
(рисунок 1.5). 
Для условного обозначения сетей применяют буквы французского алфавита: 
 
I (Isole) – «изоляция» 
 
Т (Terre) – «земля» 
 
N (Neutre) – «нейтраль» 
 
С (Combine) – «комбинирование, совмещение» 
 
S (Separe) – «раздельно» 
Для условного обозначения проводников применяют буквы английского 
алфавита: 
 
L (Line) – «живой» 
 
N (Neutral) – «нейтральный» 
 
M (Middle) – «средний» 
 
E (Earth) – «земля» 
 
P (Protection) – «защита» 
 
U – «потенциал» 
Если проводник выполняет несколько функций, условные обозначения 
комбинированные, например: 
– L1, L2, L3 – фазные проводники трехфазной сети, 
– PEN – защитный проводник источника до защитно-коммутационного 
аппарата, 
– РЕ – защитный проводник электроприемника (заземляющий) 
– PU – выравнивающий потенциал проводник. 
Трехпроводные сети (IT и TT) применяются при отсутствии однофазных электроприемников, требующих включения на фазное напряжение. Защитная мера от поражения электрическим током – это «заземление» корпусов ЭО. К ним относятся сети с напряжением 220 В и 660 В (подавляющее 
большинство). Сети типа ТТ, по сравнению с IT, отличаются большей эффективностью защиты. 
Четырехпроводные сети (TN–C) являются в настоящее время наиболее 
распространенными. Применение системы ЭСН ∼380/220 В позволяет питать как силовые, так и осветительные нагрузки. 
Совмещение рабочего и защитного нейтральных проводников обеспечивает наименьшую стоимость сети при достаточной эффективности защиты. Защитная мера от поражения электрическим током – это «зануление» корпусов ЭО. 
Внутренний заземляющий контур, как у трехпроводных сетей, не требуется.