Что такое утечка тока и каковы причины её возникновения?
Опубликовано: 03.09.2018
В идеальной электрической цепи сопротивление изоляции стремится к бесконечности. К сожалению, на практике не все так однозначно. Какой бы качественной не была изоляция провода или других токоведущих элементов оборудования, это конечная величина, а, следовательно, даже при штатной работе происходит незначительная утечка тока. Ситуация в корне меняется, когда этот параметр превышает установленные нормы, чем это грозит и как определить утечку Вы узнаете прочитав статью.
Что такое утечка тока и чем она опасна
Эквивалентная схема 3-х фазной электросети с изолированной нейтралью
Начнем с терминологии. Точное определение этого явления описано в ГОСТ 61140 2012 и ГОСТ 30331.1 2013, далее дословно: «Электрический ток, протекающий в землю, открытые, сторонние проводящие части и защитные проводники при нормальных условиях». Для более детального описания явления приведем в качестве примера эквивалентную схему 3-х фазной электрической сети IT (изолированная нейтраль).
Масса кузова на двигатель, где искать?
Обозначения:
А, В, С – фазы сети. Ra, Rb, Rс – величина активного сопротивления между землей и каждой фазой. Са, Сb, Сс – параметры емкости линий относительно земли. Ua, Ub, Uc – напряжение каждой из фаз по отношению к земле. Ia, Ib, Ic – токи утечки.В приведенном примере активное сопротивление Ra, Rb, Rс не стремиться к бесконечности, а вполне измеряемая величина. Соответственно и токоведущих проводников емкость относительно земли (Са, Сb, Сс) будет какую-то величину больше нуля. Следовательно, в токоведущих частях с напряжениями Ua, Ub, Uc будут образовываться токи утечки Ia, Ib, Ic.
Как сделать так, чтобы стиральная машина не билась током
Пути таких токов напрямую зависят от того, какой тип заземления используется в системе. В приведенном примере с изолированной нейтралью (IT), утечка происходит через изоляцию проводов в токопроводящие элементы оборудования. Из них по проводникам, соединенным с ЗУ, уходит в зону растекания (локальную землю).
В системах с глухозаземленной нейтралью (TN) ток утечки по шине PEN течет до ЗУ на вводе электропитания.
Опасность утечки
Пока ток утечки соответствует принятым нормам, он не представляет серьезной опасности. Когда сопротивление изоляции снижается, например, при ее повреждении, ток утечки резко возрастает и может стать опасным для человека. На 1-й части рисунка 2 схематически изображен путь тока утечки (Iу) при касании человеком корпуса электроустановки, в которой повреждена изоляция корпуса Rи
Рисунок 2. Опасность утечки
При заземлении корпуса электроустановки (см. 2-ю часть рис.2) поражение электротоком при касании не происходит, поскольку утечка пойдет по пути наименьшего сопротивления. Но в этом случае в месте крепления защитного проводника (отмечено на рисунке красным кругом) может наблюдаться интенсивное выделение тепла, что провоцирует возникновение пожара.
Причины возникновения утечки тока
Из приведенной выше информации мы выяснили, что утечка происходит всегда, даже при штатной работе электрического оборудования. Опасность представляет превышение нормальных показателей. Давайте рассмотрим ситуации, когда превышаются допустимые нормы дифференциальных токов, чтобы установить причины возникновения неисправности.
С электроприбора в квартире или доме
Опасное напряжение может появиться на корпусе бытового электроприбора, например, накопительного нагревателя воды (бойлера) или стиральной машины. Как правило, причина этого нарушение целостности одного из ТЕНов или механическое повреждение изоляции. К чему приведет пробой на корпус, зависит от системы заземления жилого помещения. Рассмотрим варианты с трехпроводным подключением стиральной машины в системе TN-C-S и двухпроводное подключение при заземлении TN-C.
Рисунок 3. Пробой на корпус в системах: А) TN-C-S; В) TN-C
Как видно из рисунка в случае пробоя на заземленный корпус ток утечки будет на шину-PE, что приведет к срабатыванию электромагнитной или тепловой защиты автоматического выключателя, установленного на линию питания электроустановки.
При двухпроводном подключении утечка тока не вызовет срабатывание АВ и стиральная машина будет продолжать работать, пока не образуется дифференциальный ток. Это может произойти в случае одновременного касания корпуса электроустановки и заземленного элемента конструкции здания или труб водоснабжения. Ток утечки в этом случае пойдет от корпуса через тело человека на землю (см. В рис.3). Величины тока в образованной цепи будет недостаточно для срабатывания АВ, но УЗО или диффавтомат обнаружит утечку и произведет отключение оборудования.
В скрытой электропроводке в доме или квартире
Причины утечки в скрытых проводках напрямую связаны со снижением уровня изоляции токоведущих жил кабеля. Это может быть вызвано следующими причинами:
Превышение допустимого срока службы проводки . Это довольно распространенное явление в домах возведенных 30-40 лет назад и более давних постройках. Согласно нормативным документам (в частности ВСН 58 88) срок эксплуатации срытых электропроводок, выполненных кабелем с медными токоведущими жилами, не может превышать 40 лет. Для алюминиевых проводов установлен срок службы не более 30 лет. Нарушения режимов эксплуатации . Если проводка подвергалась перегрузке, то велика вероятность разрушения изоляции вследствие нагрева токоведущих жил. Механические повреждения изоляции провода . Они могут быть нанесены из-за не соблюдения технологии монтажных работ или впоследствии при сверлении стен.
Причины повреждения изоляции кабеля скрытой проводки
Не следует надеяться на постоянную величину сопротивления изоляции, при малейших подозрениях следует проверить этот показатель.
В автомобиле
Рассматриваемое нами явление нередко наблюдается и в электросети автомобиля. Причем вероятность утечки может не зависеть марки авто и его состояния. Результат потери тока во всех случаях приводит к одному итогу – разряду аккумулятора. Предлагаем рассмотреть наиболее вероятные причины утечки тока в электрической сети автотранспортного средства.
С аккумулятора
Основные функции АКБ заключаются в запуске мотора автомобиля и обеспечении питания внутренней сети, в тех случаях, когда генератор не справляется с этой задачей. Подзарядка аккумуляторной батареи производится в процессе работы двигателя, также вращающего генератор. У припаркованной машины с выключенным ДВС разряд АКБ происходит за счет питания подключенной электроники (например, сигнализации) и допустимого тока утечки.
Если недавно заряженный аккумулятор быстро разрядился, не спешите сваливать на него всю вину, вполне возможно, что произошло превышение допустимой величины утечки по следующим причинам:
Повреждение изоляции бортовой сети, КЗ в блоке предохранителей. Неправильно подключенная электроника и/или сигнализация потребляет ток сверх установленной нормы. Загрязнение или окисление клемм аккумулятора. Подключение дополнительных электрических приборов.
Плохой контакт клемм АКБ – одна из причин ее быстрого разряда
Как измерить заряд автомобильного аккумулятора и его утечку, было описано на нашем сайте.
Через генератор
Как показывает практика, довольно часто причина утечки через генератор связана с «пробитием» одного из диодов выпрямительного блока. На представленном ниже рисунке приведена упрощенная схема подключения АКБ к генератору, в котором «пробит» один из силовых диодов.
Путь тока утечки через поврежденный выпрямительный диод
Как производить поверку генератора, можно прочитать на нашем сайте.
Через сигнализацию
Практически все современные системы охраны для понижения потребления электричества с целью снижения разряда батареи переходят в режим «сна». Иногда может возникнуть сбой ПО или произойти другая неисправность, устранить которую довольно сложно. В результате сигнализация потребляет ток сверх допустимой нормы, что приводит к разряду АКБ. Особенно в этом замечена китайская продукция.
С диодов, транзисторов, конденсаторов
В данных радиоэлементах всегда присутствует незначительный уровень тока утечки, его показатели указываются в даташит к каждому компоненту. При выходе из строя транзистора, диода или конденсатора этот показатель может существенно увеличиться.
Последствия
Как мы уже говорили, протекание дифференциальных токов происходит даже при наличии изоляции должного уровня. Из-за их низкой величины не возникает деструктивных последствий. Ситуация в корне изменяется, когда утечка превышает допустимую норму. В таких случаях возможны следующие последствия:
Угроза поражения электротоком. Вероятность возникновения пожара. Протекание дифференциального тока в сети приводит к тому, что даже при отключенных потребителях электроэнергии по показаниям приборов учета будет наблюдаться расход электричества. Электрический ток, проходя через неизолированные токопроводящие конструкции, вызывает их ускоренную коррозию. Что можно наглядно наблюдать на клеммах аккумуляторных батарей. Утечка в бортовой сети автомашины может вызвать воспламенение проводки и практически всегда становится причиной разряда аккумуляторной батареи, что создает проблемы цепи зажигания.Перечисленных последствий вполне достаточно, чтобы осознать опасность дифференциального тока, поэтому поговорим о способах защиты и устранении утечки.
Средства защиты
Самый надежный способ защиты в рассматриваемой ситуации – установка на линию питания УЗО или диффавтомата. Эти устройства произведут разрыв цепи питания, как только произойдет утечка, останется только приступить к ее поиску и устранению.
Не менее эффективно действует подключение корпусов электрических приборов к шине заземления (PE) , если имеется такая возможность.
Найти подробную информацию по выбору и установке УЗО, АВ, диффавтоматов, а также получить сведения о заземлении электрооборудования, Вы сможете на нашем сайте.
Как проверить и найти ток утечки своими руками
Приведем несколько косвенных способов, позволяющих обнаружить утечку:
Если при отключении от сети всех постоянных потребителей электрической энергии, счетчик продолжить регистрировать расход электроэнергии, значит необходимо приступать к поиску и устранению неисправности. То есть, ищите утечку. При наличии бойлера вода, поступающая с кранов, вызывает ощущение прохождения электричества. Срабатывает защита УЗО или диффавтомата. В системе TN-C-S происходит отключение АВ. Быстро разряжается аккумулятор автомобиля.Теперь перейдем к более точным измерениям, для этого могут понадобиться следующие инструменты:
Простой или бесконтактный пробник напряжения. С их помощью можно определить наличие напряжения на корпусе бытовых приборов или смесителях, то есть, обнаружить утечку. Токоизмерительные клещи, вместо них можно использовать мультиметр с режимом амперметра. При помощи этих инструментов снимаются показания амперметра, что позволяет измерить дифференциальные токи. После проведения измерений показатели прибора (амперметра) сравниваются с допустимыми параметрами. Обратим внимание, что контакты амперметра могут быть не приспособлены для замера больших величин, в таких случаях токовые клещи более удобны. Авометр (необходим для проверки изоляции). Диапазон измерения выставляется в мегаомах, если сопротивление несколько сот кОм, то это говорит о недостаточной изоляции.И несколько видео по теме (пример того, как искать утечку тока в автомобиле):
Внимание! Измерение сопротивления должно проводиться при полном отключении источника питания, то есть нуля и фазы для переменно напряжения и плюса и минуса в системах постоянных токов. Рекомендуется перед проверкой изоляции провести замеры в режиме измерения постоянного или переменного напряжения (в зависимости от типа сети).
Советуем также почитать: