Система электроснабжения любого здания представляет собой систему коммуникаций между источниками электроэнергии и ее потребителями. Для нормальной и безопасной работы такой системы в ней должны быть предусмотрены распределительные и защитные устройства, которые позволяют оперативно направлять питание к потребителю, включать и выключать подачу электроэнергии, а также предохранять коммуникации и потребителей от критических и неоптимальных режимов работы, а пользователей — от опасности поражения электрическим током. Для обеспечения удобства монтажа, обслуживания и мониторинга защитных и распределительных устройств их, как правило, группируют локально в едином корпусе. Традиционно такие корпуса называются щитами.
Все устройства, которые устанавливаются в распределительные щиты, по морфологии можно разделить на корпусные и модульные. Корпусные изделия представляют собой устройства, форма и размеры которых определяются функциональной необходимостью и не являются стандартизированными для разных производителей. Такие устройства монтируются в щите, как правило, индивидуально на монтажную пластину. В числе таких приборов — автоматические выключатели на большие (более 125 А) токи, большинство счетчиков электроэнергии, рубильники. Примером корпусного устройства, с которым наверняка сталкивался в быту каждый потребитель, может служить российский вводной автомат АП50. Занимая много места, такие устройства вынуждают увеличивать размеры щита, поэтому, там, где это допустимо, вместо них целесообразно использовать модульные приборы.
Модульными приборами, которые устанавливаются в распределительные щиты, называются устройства, основные установочные размеры которых стандартизированы и, как правило, не меняются от производителя к производителю. Такие приборы устанавливаются в щитах на специальный металлический профиль, именуемый DIN-рейкой 35 мм, горизонтально в ряд. При этом они образуют как бы единое целое и могут быть закрыты единой закрывающей панелью, оставляющей доступ к элементам управления приборами. В общем случае щитовое оборудование предназначено для приема, распределения и учета электроэнергии, управления потребителями, защиты линий и потребителей электроэнергии при перегрузках и коротких замыканиях, пользователей от поражения электрическим током. Соответствующим образом могут быть классифицированы и устанавливаемые в щитах устройства.
Счетчики
Еще лет пятнадцать назад слово «электросчетчик» ассоциировалось с индукционным прибором черного цвета с круглым стеклышком, за которым с переменной скоростью (в зависимости от активности потребления) вращалось колесико с меткой. Сегодня же появление новых решений заметно оживило рынок устройств учета электроэнергии. Прежде чем рассматривать конкретные модели счетчиков, приведем некоторые параметры, по которым эти изделия могут классифицироваться.
Наиболее важным признаком, который должен определять выбор покупателя, является соответствие прибора питающей сети. Так, счетчики, работающие в трехфазной сети питания напряжением 380 В и однофазной напряжением 220 В, существенно различаются. Кроме того, счетчики могут быть одно- и двухтарифными. Последние позволяют дифференцированно учитывать потребление электроэнергии по основному и льготному (ночь, суббота, воскресенье) тарифам. Другими важными техническими характеристиками электросчетчиков являются класс точности, номинальный ток, максимальный ток, а также порог чувствительности. Традиционные индукционные счетчики являются, по существу, электродвигателями, где электроэнергия преобразуется во вращательное движение диска, скорость которого увеличивается при росте потребления и уменьшается при сокращении. Таким образом, учет потребления сводится к подсчету оборотов диска. Счетчики, устроенные подобным образом, имеют ряд серьезных недостатков. Это и низкая чувствительность, обусловленная инерционностью механической части, и легкость, с которой они поддаются внешним воздействиям, способным исказить их показания. К тому же, они создают серьезные затруднения автоматизации системы учета. Современные модели счетчиков являются электронными, то есть для учета электроэнергии не требуется преобразование электрической энергии. Такие устройства можно подразделить на счетчики с электромеханическим индикатором потребления (табло выглядит так же, как в индукционных моделях, но это единственное, что их объединяет) и с электронным (как правило, в виде жидкокристаллического индикатора).
Сегодня на российском рынке представлен целый ряд приборов учета потребления электроэнергии от разных производителей. Наиболее привычный вид имеют изделия крупнейшего в России производителя такой техники — Московского завода электроизмерительных приборов. Однотарифный электронный счетчик этого завода СОЭ-52 — вполне современное изделие с электромеханическим индикатором потребления электроэнергии, предназначенное для работы в однофазной сети напряжением 220 В, имеет класс точности 2 и способен корректно работать в широком диапазоне температур, нижняя граница которого (-40°С) позволяет использовать его в неотапливаемых строениях. Другим примером однотарифного счетчика с электромеханическим индикатором служит прибор ЦЭ6807БК-МШ, производимый Ставропольским заводом «Концерн Энергомера». Это устройство по своим параметрам сходно с вышеописанным СОЭ-52. Эти два прибора наиболее демократичны по цене и нетребовательны к качеству питающего напряжения. Кроме счетчиков с электромеханическим индикатором потребления, в Ставрополе производят и двухтарифные счетчики с жидкокристаллическим дисплеем ЦЭ6807БК-ЭШ и ЦЭ6807БК-ЭР. Последний допускает монтаж на DIN-рейку, что является дополнительным удобством при установке его в щит. Одним из наиболее популярных и современно выглядящих счетчиков сегодня является прибор, представляемый московской компанией «Инкотекс» — многотарифный однофазный прибор учета электроэнергии «Меркурий-200». Он сочетает оригинальный дизайн, высокие потребительские свойства и относительно невысокую цену. Предусмотрен монтаж устройства на DIN-рейку.
Следует оговориться, что счетчики, имеющие жидкокристаллическую индикацию учета, обладают более узким диапазоном рабочих температур, нежели приборы с электромеханическим приводом индикатора. Как правило, этот диапазон ограничен снизу (-20°С). Такое ограничение не означает, что при падении температуры ниже означенной отметки счетчик перестанет вести учет, однако считывание его показания с ЖК-индикатора может оказаться невозможным. Все перечисленные приборы заявляются как изделия российских производителей и стоят относительно недорого — от 500 до 1500 RUR, при этом счетчики с ЖК-дисплеем стоят несколько дороже. Несколько особняком в ряду устройств, предназначенных для учета потребления электроэнергии, стоит линейка, состоящая из одно-/трехфазных многотарифных счетчиков электроэнергии, которые ныне фигурируют на рынке под торговой маркой «Эльстер Метроника». Во второй половине 90-х гг. прошлого века эти устройства появились в России, неся на себе широко известный логотип АВВ. Продукция этого производителя зарекомендовала себя на отечественном рынке с самой лучшей стороны. Тех же похвальных отзывов заслуживают и счетчики российского подразделения компании «Эльстер», которой на сегодняшний день принадлежит данное производство. Помимо всех положительных родовых качеств, присущих электронным счетчикам с жидкокристаллической индикацией учета потребления электроэнергии, счетчики «Эльстер Метроника» отличаются миниатюрными размерами, которые позволяют монтировать их в щитах учета на DIN-рейку в ряду других модульных приборов, закрывая смонтированные устройства единой декоративной панелью. Эти приборы отличаются довольно высокой (более $200) стоимостью, что может послужить определенным препятствием для того, чтобы остановить свой выбор именно на них.
О защитной автоматике
Защиту линий и потребителей электроэнергии при перегрузках и коротких замыканиях, а также пользователей от поражения электрическим током обеспечивают устройства защитной автоматики. В распределительных щитах защитная автоматика представлена главным образом термомагнитными выключателями и устройствами защитного отключения (УЗО). Термомагнитные выключатели (автоматы) предназначены для защиты потребителей (электроприборов) и самой проводки от негативных последствий долговременной перегрузки и коротких замыканий. Не вдаваясь в подробности внутреннего устройства, их функционирование можно описать следующим образом. В случае короткого замыкания резко возрастает ток, протекающий через защитный автомат, что служит сигналом автомату на размыкание цепи. В результате минимизируется вредное для сети и потребителей воздействие высокого тока короткого замыкания. Значение тока, при котором происходит электромагнитное размыкание контактов автомата, определяет его так называемую характеристику — В, С, D. Наибольшее распространение в бытовых электросетях России получили автоматы с характеристикой С. Кроме защиты от КЗ, термомагнитный автомат обеспечивает защиту цепи от долговременных перегрузок. Дело в том, что при включении в сеть потребителей большей мощности, нежели та, на которую она рассчитана, происходит постепенный нагрев проводника по всей его длине. Одновременно нагревается температурный датчик внутри автомата (как правило, биметаллическая пластина). Достижение определенной температуры является сигналом автомату о необходимости разомкнуть цепь.
Следует помнить, что термомагнитный автомат не способен защитить пользователя (человека) от поражения электрическим током. Дело в том, что человеческое тело обладает весьма значительным электрическим сопротивлением, и даже в случае прямого контакта человека с токоведущим проводником ток в цепи с высокой вероятностью не увеличится до значений, которые вызовут срабатывание электромагнитного разъединителя автоматического выключателя. Для защиты людей от поражения электрическим током служат УЗО. Не рассматривая внутреннего устройства прибора и не утомляя читателей воспоминаниями о законе Кирхгофа, поясним функционирование этого прибора «на пальцах». УЗО «умеет» сравнивать токи, текущие в нулевом и фазном проводе цепи. Для переменного тока в однофазной сети питания с напряжением 220 В при отсутствии утечек они равны по значению, но противоположны по фазе. В ситуации, когда за токоведущий неизолированный проводник берется человек, возникает ток утечки через его тело (в случае, если человек имеет контакт с землей), и значения токов в нулевом и фазном проводниках становятся различны. Как только это различие превысит определенное значение (нормируемый ток утечки величиной 30 мА считается безопасным током утечки через человеческое тело), УЗО разорвет цепь питания. Следует помнить, что для того, чтобы соприкоснуться с неизолированным проводником, вовсе необязательно хвататься за оголенный провод. Достаточно контакта с незаземленным металлическим корпусом электроприбора с неисправной изоляцией, включенного в сеть. Естественно, УЗО не может различать причин возникновения тока утечки, поэтому вызвать его срабатывание может и пробой изоляции (в том числе «коротящий на землю» электроприбор — холодильник, стиральная машина). В этом случае правильно размещенное УЗО позволит локализовать неисправность, что значительно облегчит ее устранение. Практика показывает, что применение УЗО позволяет на порядки снизить количество поражений электрическим током с тяжелыми последствиями. Но обеспечить максимальную защиту от поражения электрическим током УЗО сможет только в том случае, если сеть имеет нулевой защитный проводник.
Выбирая конкретную модель УЗО, можно столкнуться с электромеханическими и электронными вариантами реализации этого устройства. Предпочтительнее остановить свой выбор на электромеханическом приборе, так как его характеристики в меньшей степени зависят от значения напряжения питания. На практике можно столкнуться с приборами, имеющими маркировку АС и А. Первая обозначает УЗО, предназначенное для работы на синусоидальных токах. Такое устройство обладает низкой чувствительностью к импульсной составляющей, которую создают мощные индуктивные потребители, поэтому стоит, если представится такая возможность, отдать предпочтение УЗО с маркировкой АС, которое адекватно работает и при пульсирующих токах, хотя такие устройства несколько дороже. Полезно знать, что УЗО, в свою очередь, не способно защитить линию и потребителей от короткого замыкания. Поэтому целесообразно ставить в паре УЗО и термомагнитный автомат или использовать дифференциальный автомат (дифавтомат) — прибор, совмещающий их функции в едином корпусе. Сегодня рынок модульных термомагнитных автоматов, дифавтоматов и УЗО достаточно велик. Дать его полный обзор не представляется возможным в рамках этой статьи, но укрупненно ситуация выглядит так.
К устройствам модульной защитной автоматики верхней ценовой группы относятся приборы таких марок, как ABB, Siemens, GE, АEG, Merlin Gerin, Legrand. Защитная автоматика этих производителей отвечает всем требованиям, которые могут быть предъявлены к такого рода продукции. Выбор конкретного брэнда — скорее дело личных предпочтений, чем каких-то реальных преимуществ продукции одного производителя перед другим. Совсем недавно на рынке появились бюджетные серии защитной автоматики Merlin Gerin и Legrand — соответственно «Домовой» и LR. Пока сложно сказать что- то определенное о качестве этих устройств. Хотя, зная репутацию марок Merlin Gerin и Legrand, можно предположить, что и эти новые серии будут отличаться традиционно высоким качеством. Розничная цена на термомагнитные автоматы этой группы колеблется в диапазоне 3-5 EUR за автомат. В группу бюджетных марок защитной автоматики можно включить как традиционную продукцию российских заводов, так и автоматику, производящуюся в Китае по заказу и под контролем российских фирм. Это, в частности, такая торговая марка, как «ЭКФ». В целом это вполне работоспособные изделия. Владелец этой торговой марки декларирует пятикратный контроль качества и пятилетнюю гарантию на свою продукцию. Разрыв в розничных ценах между приборами первой и второй групп весьма значителен и составляет 200-300% (то есть розничная цена бюджетных автоматов находится в пределах 28-45 RUR за полюс).
О других устройствах и изделиях
Разнообразие модульных устройств не исчерпывается вышеописанными. Зачастую необходимо использование других устройств, которые также реализуются в модульном виде. Это могут быть пускатели, реле, автоматы защиты от перенапряжения, а также таймеры. Для коммутации установленных в щите приборов используются шины, гребенки, клеммные коробки. Все крупные европейские производители предлагают широкий спектр приспособлений, позволяющих осуществить электрическое соединение устройств внутри щита между собой. Корпуса щитов объединяют внутри себя все устройства, которые могут обеспечить прием, распределение, учет электроэнергии, управление потребителями, защиту линий, потребителей и пользователей электроэнергии.
Классифицировать корпуса щитов можно по материалу изготовления (металлические либо пластиковые), а также по роду установки (внешняя либо внутренняя). Металлические щиты более прочны, позволяют обеспечить лучшую защиту от внешних воздействий, негорючи. Пластиковые щиты (одного производителя), как правило, дешевле, легче вписываются в интерьер, но горючи, подвержены механическим разрушениям, ограничены по размерам. Поэтому большие щиты обычно собирают в металлических корпусах, малые же, например, этажные — в пластиковых. Внешнюю или внутреннюю установку, то есть навесной или встраиваемый корпус щита, выбирают, исходя из местных условий. Встраиваемые шкафы не «съедают» внутреннего пространства помещений, но требуют углубления в стену, что не всегда возможно. Навесные шкафы легче монтируются, но занимают часть полезного пространства. Выбор типа установки щита может определяться также типом используемой проводки: при внешней электропроводке чаще применяют навесные щиты, при скрытой — встраиваемые.
Ведущими европейскими поставщиками щитов в России следует признать АВВ и Schneider Electric — компании, представляющие на российском рынке широчайший спектр типоразмеров и вариантов исполнения щитов. Заслуживает внимания и щитовая продукция Eldon, а также российские металлические щиты. При выборе производителя щита рекомендуется обратить внимание на полноту комплектации аксессуаров для монтажа приборов учета, защиты и управления (стойки, различные профили, монтажные пластины, накладные панели).
