Принцип действия уза. Про электрические аппараты защиты для "чайников": устройство защитного отключения (УЗО)

УЗО с номинальным током 40 А

АВДТ с защитой от сверхтоков OptiDin VD63 с номинальным током до 63А

Устройство защитного отключения (сокр. УЗО ; более точное название: устройство защитного отключения, управляемое дифференциальным (остаточным) током , сокр. УЗО−Д ) или выключатель дифференциального тока (ВДТ ) или защитно-отключающее устройство (ЗОУ ) - механический коммутационный аппарат или совокупность элементов, которые при достижении (превышении) дифференциальным током заданного значения при определённых условиях эксплуатации должны вызвать размыкание контактов. Может состоять из различных отдельных элементов, предназначенных для обнаружения, измерения (сравнения с заданной величиной) дифференциального тока и замыкания и размыкания электрической цепи (разъединителя) .

Основная задача УЗО - защита человека от поражения электрическим током и от возникновения пожара , вызванного утечкой тока через изношенную изоляцию проводов и некачественные соединения.

Широкое применение также получили комбинированные устройства, совмещающие в себе УЗО и устройство защиты от сверхтока , такие устройства называются УЗО−Д со встроенной защитой от сверхтоков , либо просто диффавтомат . Часто диффавтоматы снабжаются специальной индикацией, позволяющей определить, по какой причине произошло срабатывание (от сверхтока или от дифференциального тока).

Назначение

УЗО предназначены для

• Защиты человека от поражения электрическим током при косвенном прикосновении (прикосновение человека к открытым проводящим нетоковедущим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением в случае повреждения изоляции), а также при непосредственном прикосновении (прикосновение человека к токоведущим частям электроустановки, находящимся под напряжением). Данную функцию обеспечивают УЗО соответствующей чувствительности (ток отсечки не более 30 мА).
• Предотвращения возгораний при возникновении токов утечки на корпус или на землю .

Цели и принцип работы

Принцип работы УЗО основан на измерении баланса токов между входящими в него токоведущими проводниками с помощью дифференциального трансформатора тока . Если баланс токов нарушен, то УЗО немедленно размыкает все входящие в него контактные группы, отключая таким образом неисправную нагрузку.

УЗО измеряет алгебраическую сумму токов, протекающих по контролируемым проводникам (двум для однофазного УЗО, четырём для трехфазного и т. д.): в нормальном состоянии ток, «втекающий» по одним проводникам, должен быть равен току, «вытекащему» по другим, то есть сумма токов, проходящих через УЗО равна нулю (точнее, сумма не должна превышать допустимое значение). Если же сумма превышает допустимое значение, то это означает, что часть тока проходит помимо УЗО, то есть контролируемая электрическая цепь неисправна - в ней имеет место утечка.

Обнаружение токов утечки при помощи УЗО является дополнительным защитным мероприятием, а не заменой защиты от сверхтоков при помощи предохранителей, так как УЗО никак не реагирует на неисправности, если они не сопровождаются утечкой тока (например, короткое замыкание между фазным и нулевым проводниками).

УЗО с отключающим дифференциальным током порядка 300 мА и более иногда применяются для защиты больших участков электрических сетей (например, в компьютерных центрах), где низкий порог привел бы к ложным срабатываниям. Такие низкочувствительные УЗО выполняют противопожарную функцию и не являются эффективной защитой от поражения электрическим током.

Пример

Внутреннее устройство УЗО, подключаемого в разрыв шнура питания

На фотографии показано внутреннее устройство одного из типов УЗО. Данное УЗО предназначено для установки в разрыв шнура питания, его номинальный ток 13 А, отключающий дифференциальный ток 30 мА. Данное устройство является:

• УЗО со вспомогательным источником питания;
• выполняющим автоматическое отключение при отказе вспомогательного источника.

Это означает, что УЗО может быть включено только при наличии питающего напряжения, при пропадании напряжения оно автоматически отключается (такое поведение повышает безопасность устройства).

Фазный и нулевой проводники от источника питания подключаются к контактам (1), нагрузка УЗО подключается к контактам (2). Проводник защитного заземления (PE-проводник) к УЗО никак не подключается.

При нажатии кнопки (3) контакты (4) (а также ещё один контакт, скрытый за узлом (5)) замыкаются, и УЗО пропускает ток. Соленоид (5) удерживает контакты в замкнутом состоянии после того, как кнопка отпущена.

Катушка (6) на тороидальном сердечнике является вторичной обмоткой дифференциального трансформатора тока, который окружает фазный и нулевой проводники. Проводники проходят сквозь тор, но не имеют электрического контакта с катушкой . В нормальном состоянии ток, текущий по фазному проводнику, точно равен току, текущему по нулевому проводнику, однако эти токи противоположны по направлению. Таким образом, токи взаимно компенсируют друг друга и в катушке дифференциального трансформатора тока ЭДС отсутствует.

Любая утечка тока из защищаемой цепи на заземленные проводники (например, прикосновение человека, стоящего на мокром полу, к фазному проводнику) приводит к нарушению баланса в трансформаторе тока: через фазный проводник «втекает больше тока», чем возвращается по нулевому (часть тока утекает через тело человека, то есть помимо трансформатора). Несбалансированный ток в первичной обмотке трансформатора тока приводит к появлению ЭДС во вторичной обмотке. Эта ЭДС сразу же регистрируется следящим устройством (7), которое отключает питание соленоида (5). Отключенный соленоид больше не удерживает контакты (4) в замкнутом состоянии, и они размыкаются под действием силы пружины, обесточивая неисправную нагрузку.

Устройство спроектировано таким образом, что отключение происходит за доли секунды, что значительно снижает тяжесть последствий от поражения электрическим током.

Кнопка проверки (8) позволяет проверить работоспособность устройства путем пропускания небольшого тока через оранжевый тестовый провод (9). Тестовый провод проходит через сердечник трансформатора тока, поэтому ток в тестовом проводе эквивалентен нарушению баланса токонесущих проводников, то есть УЗО должно отключиться при нажатии на кнопку проверки. Если УЗО не отключилось, значит оно неисправно и должно быть заменено.

Применение

В России применение УЗО стало обязательным с принятием 7-го издания Правил устройства электроустановок (ПУЭ). Как правило, в случае бытовой электропроводки одно или несколько УЗО устанавливаются на DIN-рейку в электрощите.

Многие производители бытовых устройств, которые могут быть использованы в сырых помещениях (например, фены), предусматривают для таких устройств встроенное УЗО. В ряде стран подобные встроенные УЗО являются обязательными.

Условия срабатывания УЗО:

• Прямое прикосновение человека к частям находящимся под напряжением и его контакте с «землей».

• Повреждение основной изоляции и контакте токоведущих частей с заземленным корпусом.

• Замена нулевого и заземляющего проводников.

• Замена фазного и нулевого проводников и прикосновении человека к частям оказавшимся под напряжением и одновременном его контакте с «землей».

• Обрыв нулевого проводника до (и после УЗО) и прикосновении человека к токоведущим или оказавшимся под напряжением частям и одновременном его контакте с «землей».

Проверка

Рекомендуется ежемесячно проверять работоспособность УЗО. Наиболее простой способ проверки - нажатие кнопки «тест », которая обычно расположена на корпусе УЗО (как правило, на кнопке «тест» нанесено изображение большой буквы «Т»). Тест кнопкой может производиться пользователем, то есть квалифицированный персонал для этого не требуется. Если УЗО исправно и подключено к электрической сети, то оно при нажатии кнопки «тест» должно сразу же сработать (то есть отключить нагрузку). Если после нажатия кнопки нагрузка осталась под напряжением, то УЗО неисправно и должно быть заменено.

Тест нажатием кнопки не является полной проверкой УЗО. Оно может срабатывать от кнопки, но не пройти полный лабораторный тест, включающий измерение отключающего дифференциального тока и времени срабатывания.

Кроме того, нажатием кнопки проверяется само УЗО, но не правильность его подключения. Поэтому более надежной проверкой является имитация утечки непосредственно в цепи, которая является нагрузкой УЗО. Такой тест желательно проделать хотя бы один раз для каждого УЗО после его установки. В отличие от нажатия кнопки, пробная утечка должна проводиться только квалифицированным персоналом.

Ограничения

УЗО может значительно улучшить безопасность электроустановок, но оно не может полностью исключить риск поражения электрическим током или пожара. УЗО не реагирует на аварийные ситуации, если они не сопровождаются утечкой из защищаемой цепи. В частности, УЗО не реагирует на короткие замыкания между фазами и нейтралью.

УЗО также не сработает, если человек оказался под напряжением, но утечки при этом не возникло, например, при прикосновении пальцем одновременно и к фазному, и к нулевому проводникам. Предусмотреть электрическую защиту от таких прикосновений невозможно, так как нельзя отличить протекание тока через тело человека от нормального протекания тока в нагрузке. В подобных случаях действенны только механические защитные меры (изоляция , непроводящие кожухи и т. п.), а также отключение электроустановки перед её обслуживанием.

Некоторые типы УЗО (УЗО−Д со вспомогательным источником питания , см. ) нуждаются в питании, которое они получают от защищаемой цепи. Поэтому потенциально опасной является ситуация, когда в защищаемой цепи выше УЗО нулевой проводник отключен, а фазный остается под напряжением . В этом случае УЗО будет неспособно отключить цепь, так как разность потенциалов в защищаемой цепи недостаточна для функционирования УЗО. Так называемые электромеханические УЗО не нуждаются в питании и поэтому свободны от указанного недостатка.

История

В начале 1970-х годов большинство УЗО выпускались в корпусах типа автоматических выключателей . С начала 1980-х годов, в США, большинство бытовых УЗО были уже встроенными в розетки . В России УЗО начали применяться гораздо позже - примерно с 1994-1995 годов. И до сих пор используются преимущественно УЗО для монтажа в электрощите на DIN-рейку , а встроенные УЗО пока широкого распространения не получили.

Классификация УЗО

По способу действия

• УЗО без вспомогательного источника питания
• УЗО−Д со вспомогательным источником питания:
  • выполняющие автоматическое отключение при отказе вспомогательного источника с выдержкой времени и без неё:
    • производящие автоматическое повторное включение при восстановлении работы вспомогательного источника
    • не производящие автоматическое повторное включение при восстановлении работы вспомогательного источника
  • не производящие автоматическое отключение при отказе вспомогательного источника:
    • способные произвести отключение при возникновении опасной ситуации после отказа вспомогательного источника
    • не способные произвести отключение при возникновении опасной ситуации после отказа вспомогательного источника

По способу установки

• стационарные с монтажом стационарной электропроводкой
• переносные с монтажом гибкими проводами с удлинителями

По числу полюсов

• однополюсные двухпроводные
• двухполюсные
• двухполюсные трехпроводные
• трехполюсные
• трехполюсные четырёхпроводные
• четырёхполюсные

По виду защиты от сверхтоков и перегрузок по току

• без встроенной защиты от сверхтоков
• со встроенной защитой от сверхтоков
• со встроенной защитой от перегрузки
• со встроенной защитой от коротких замыканий

По потере чувствительности в случае двойного заземления нулевого рабочего проводника

На стадии рассмотрения

По возможности регулирования отключающего дифференциального тока

• нерегулируемые
• регулируемые:
  • с дискретным регулированием
  • с плавным регулированием

По стойкости при импульсном напряжении

• допускающие возможность отключения при импульсном напряжении
• стойкие при импульсном напряжении

По условиям функционирования

• УЗО−Д типа АС - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно, либо медленно возрастающий;
• УЗО−Д типа А - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный сину­соидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный диффе­ренциальный ток, возникающие внезапно, либо медленно возрастающие;
• УЗО−Д типа В. УЗО реагирует на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи.
• УЗО−Д типа S - селективное (с выдержкой по времени отключения), это может быть необходимо там, где используется АВР.
• УЗО−Д типа G - то же что и S, но с меньшей выдержкой времени.

Применение УЗО типа А целесообразно в основанных случаях, напри­мер, в цепях, содержащих потребители с тиристорным управлением без разделительного трансформатора. УЗО типа В применяют в промышленных электроустановках со смешанным питанием - переменным, выпрямленным и постоянным токами.

Характеристики УЗО

Характеристики, общие для всех УЗО−Д

³=== Только для УЗО−Д без встроенной защиты от коротких замыканий ===

• Вид защиты от коротких замыканий
• Номинальный условный ток короткого замыкания I nc - указанное изготовителем действующее значение ожидаемого тока, который способно выдержать УЗО−Д, защищаемое устройством защиты от коротких замыканий, при заданных условиях эксплуатации без необратимых изменений, нарушающих его работоспособность
• Номинальный условный дифференциальный ток при коротком замыкании I Δc - указанное изготовителем значение ожидаемого дифференциального тока, которое способно выдержать УЗО−Д, защищаемое устройством защиты от коротких замыканий, при заданных условиях эксплуатации без необратимых изменений, нарушающих его работоспособность

См. также

Примечания

Ссылки

• ГОСТ Р 50807-95 (2003) Устройства защитные, управляемые дифференциальным (остаточным) током. Общие требования и методы испытаний (МЭК 755-83).
• СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий»
• HTML-версия учебно-справочного пособия «УЗО». Издательство «Энергосервис», 2003.

Представьте следующее - у Вас в ванной комнате установлена стиральная машина. Какой бы это не был известный бренд, поломке подвержены устройства любого производителя, и, допустим, происходит самое банальное - повреждается изоляция на сетевом шнуре и на корпусе машины оказывается потенциал сети. Причём это даже не поломка, машина продолжает работать, но уже становится источником повышенной опасности. Ведь если дотронутся одновременно и до корпуса машины и до водопроводной трубы, мы через себя замкнём электрическую цепь. И в большинстве случаев это закончится смертельным исходом.

Что бы избежать этих страшных последствий и были придуманы УЗО - устройства защитного отключения .

УЗО - это быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке - так звучит «официальное» определение. Говоря более понятным языком, устройство отключит потребителя от питающей сети, если произойдёт утечка тока на заземляющий проводник РЕ («землю»).

Давайте рассмотрим принцип работы УЗО. Для большей наглядности на рисунке показана его «внутренняя» принципиальная схема:

Основным узлом УЗО является дифференциальный трансформатор тока. По другому его называют трансформатор тока нулевой последовательности. Что бы нам было проще и не запутаться в терминах, назовём это узел просто трансформатор тока.

Как видно из рисунка, в данном случае он имеет три обмотки. Первичная и вторичная обмотки включены в фазный и нулевой провод соответственно, а третья обмотка - к пусковому органу, который выполняется на чувствительных реле или электронных компонентах.

Пусковой органсвязан с исполнительным управляющим устройством, который включает в себя силовую контактную группу с механизмом привода. Тестовая кнопка служит для проверки и контроля исправности УЗО. Сейчас представьте, что к выходу нашей схемы подключили нагрузку. Естественно, в цепи сразу возникнет ток, который будет протекать через обмотки I и II. Для дальнейшего рассмотрения принципа работы УЗО перейдём к более наглядной схеме:

В нормальном режиме, при отсутствии тока утечки, в цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока протекает рабочий ток нагрузки. Именно эти проводники образуют встречно включенные первичную и вторичную обмотки трансформатора тока. Данные токи будут равны по величине и противоположны по направлению: I1 = I2. Они наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но встречно направленные магнитные потоки Ф1 и Ф2. Получается, что результирующий магнитный поток равен нулю, ток в третьей (исполнительной) обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю и пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя и УЗО функционирует в нормальном режиме.

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроустройства, на который произошел пробой изоляции по фазной (первичной) обмотке трансформатора тока кроме тока нагрузки I1 протекает дополнительный ток - (на схеме обозначен IΔ), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным: I1-I2= IΔ).

Получается, что токи у нас неравны, следовательно, неравны и магнитные потоки, которые уже не компенсируют друг друга. Из-за этого в третьей обмотке возникает ток. Если этот ток превышает установленное значение, то срабатывает пусковой орган, воздействует на исполнительный механизм 3.

Исполнительный механизм, состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь, в результате чего установка отключается от сети. Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена кнопка тестирования 4. Она включена последовательно с резистором. Номинал резистора подобран таким образом, что бы разностный ток был равен паспортному току утечки срабатывания УЗО (о параметрах УЗО поговорим позже). Если при нажатии на эту кнопку УЗО срабатывает, значит, оно исправно. Как правило, это кнопка обозначается «TEST».

Трёхфазные устройства защитного отключения работают примерно по такому же принципу, как и однофазные. В трехфазных УЗО через окно сердечника проходят четыре провода - три фазных и нулевой. простейшего трехфазного УЗО приведена на рисунке:

Трёхфазное УЗО включает в себя выключатель 1, которым управляет элемент 2, получающий сигнал на отключение с вторичной обмотки 3 трансформатора тока 4, сквозь окно которого проходят нулевой рабочий провод N и фазные провода L1, L2 и L3 (5).

При равенстве нагрузки в нулевом и фазном (или в трех фазных) проводах их геометрическая сумма равна нулю (ток в фазном проводе однофазного УЗО течет в одном направлении, а ток в нулевом проводе точно такого же значения течет в противоположном направлении). Поэтому тока во вторичной обмотке трансформатора тока нет.

При утечке тока на заземленный корпус электроприемника, а также при случайном прикосновении стоящего на земле или на токопроводящем полу человека к фазному проводу электрической сети, равенство токов в первичной обмотке трансформатора тока нарушится, поскольку по фазному проводу, помимо тока нагрузки, будет проходить ток утечки, и в его вторичной обмотке появится ток - точно так, как и рассматриваемом выше описании работы однофазного УЗО. Протекающий во вторичной обмотке трансформатора ток воздействует на управляющий элемент 2, который через выключатель 1 отключает потребителя от питающей сети. Внешний вид трёхфазного УЗО показан на рисунке:

Рассмотрим практические схемы включения УЗО в распределительных щитах.
Схема включения УЗО при однофазном вводе . Здесь применена схема включения с разделённой нулевой (N) и «земляной» (РЕ) шинами. Как Вы видите на рисунке, УЗО (5) установлено после вводного автоматического выключателя, а после него установлены автоматические выключатели для защиты и коммутации отдельных шлейфов. Забегая вперёд, хочу отметить, что наличие связки автомат - УЗО обязательно, так как УЗО не обеспечивает токовую защиту, как тепловую, так и от коротких замыканий. Вместо этой «комбинации» - автомат - УЗО, можно использовать одно универсальное устройство. Впрочем, об этом немного позже.

Схема включения УЗО при трёхфазном вводе . В отличие от предыдущей схемы здесь обеспечивается защита как однофазных, так и трёхфазных потребителей. Кроме того, используется совмещение по вводу нулевой и «земляной» шин (PEN). Прибор учёта электроэнергии - электросчётчик - включен между вводным автоматом и УЗО. Как Вы помните из обзоров по схемам учёта, все коммутационные аппараты, которые установлены до прибора учёта в обязательном порядке подлежат пломбировке энергоснабжающей организацией. Следовательно, конструкция вводного автоматического выключателя должна предусматривать эту возможность.

До этого мы говорили только об электромеханических УЗО. Но если Вы помните, я упоминал о том, что иногда встречаются электронные устройства. В принципе, электронное УЗО строится по той же схеме, что и электромеханическое.

Вместо чувствительного магнитоэлектрического элемента используют устройство сравнения (например, самый распространенный пример - компаратор). Для такой схемы нужен свой встроенный блок питания - ведь нужно чем-то питать электронную схему.

Разностный ток имеет очень малую величину, следовательно, его нужно усиливать и преобразовывать в уровень напряжения, которое подается на . Всё это, конечно, понижает общую надёжность устройства, по сравнению с электромеханическим, здесь как раз тот случай - чем проще, тем лучше. Да и честно говоря, мне пока вообще не попадались сертифицированные электронные УЗО. Следовательно, сказать что-то хорошее или плохое про них я не могу. Поэтому, оставим в стороне электронные УЗО и остановимся на одном из главных моментов в рассмотрении электромеханических устройств защитного отключения - их параметров:

УЗО имеют следующие основные параметры:

тип сети - однофазная (трёхпроводная) или трехфазная (пятипроводная)

номинальное напряжение -220/230 - 380/400 В

номинальный току нагрузки - 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100 А

номинальный отключающий дифференциальный ток - 10, 30, 100, 300 мА

тип дифференциального тока - AC (переменный синусоидальный ток, возникший внезапно либо медленно нарастающий), A (как и AC, дополнительно - выпрямленный пульсирующий ток), B (переменный и постоянный), S (задержка времени срабатывания, селективное), G (как и селективное, только время задержки меньше).

Хочу отметить один важный момент, касающийся параметров УЗО. Многих вводит в заблуждение номинальный ток нагрузки, нанесённый на корпусе устройства, и его принимают за такой же параметр, как и в автоматическом выключателе. Однако этот параметр в УЗО характеризует только его «пропускную токовую способность», может этот выражение и не совсем корректное, но я его ввёл для доступности понятия термина «номинальный ток нагрузки УЗО».

Ток нагрузки УЗО ограничить не в состоянии и его необходимо защищать от токовых перегрузок и токов короткого замыкания автоматическими выключателями, которые как раз и обеспечивают защиту и от перегрузки по току, и от токов короткого замыкания. Ток нагрузки УЗО следует выбирать так, чтобы он был на ступень (номинального ряда токов) больше номинала тока автоматического выключателя защищаемой линии. То есть, если имеется нагрузка, защищенная автоматическим выключателем на ток 16 Ампер, то УЗО следует выбирать на ток нагрузки 25 Ампер.

Здесь возникает логичный вопрос - а почему бы не объединить в одном корпусе и автоматический выключатель и УЗО, особенно в случае, когда УЗО задействовано на защиту только одного силового шлейфа? Ведь в этом случае они всё равно работают «в паре». Этот момент был немного затронут в предыдущей статье. Что ж, вопрос вполне закономерный и такие устройства, конечно, существуют. Называются они дифференциальные автоматические выключатели или просто диффавтоматы.

На рисунке Вы как раз видите такое устройство. Здесь изображён трёхфазный дифференциальный автомат. Как и в трёхфазном УЗО, он имеет по четыре зажима - фазные и нулевой и кнопку «TEST». Если останавливается на его внутреннем устройстве, то что-то новое здесь сказать сложно. Это автоматический выключатель и УЗО в «одном флаконе».

Стоимость диффавтоматов довольно высокая. Например, трёхфазные модели известных зарубежных производителей имеют стоимость порядка 100 Евро. Относительно дорогое удовольствие. Однако связка АВ+УЗО будет иметь примерно сопоставимую стоимость, да и вместо четырёх стандартных 17,5 мм модулей на DIN-рейке(при трёхфазном варианте), займет восемь. Так что в некоторых случаях диффавтоматы всё же предпочтительнее, особенно если в распределительном щитке имеется проблема наличия свободного места.

Как проверить работоспособность УЗО или диффавтомата? Про кнопку «TEST» мы уже упоминали. Однако такая проверка является очень поверхностной и не всегда отражает реальную суть вещей. Поэтому для объективной проверки применяют тестовые схемы или специализированные приборы.

Дорогие гости, рад Вас приветствовать на страницах сайта «Заметки электрика».

Сегодня разберем с Вами интересную статью на тему принцип работы УЗО.

Что же такое УЗО? Для чего оно необходимо?

Устройство защитного отключения (УЗО) предназначено для:

• защиты людей от при появлении неисправности в электроустановке
• отключения напряжения при случайном или ошибочном соприкосновении с токоведущими частями электроустановки во время утечки тока
• защиты от воспламенения электропроводки при замыкании на землю (корпус)

На рынке электрических товаров появились альтернативы УЗО — это дифференциальные автоматы. Их особенность заключается в том, что они объединяют в себе и УЗО, и автоматический выключатель.

Дифференциальные автоматы занимают меньше места в , но зато по стоимости превышают в несколько раз. Но обо всех особенностях дифференциальных автоматов мы поговорим в следующих статьях. Чтобы не пропустить интересное — подписывайтесь на получение новостей.

В основе принципа работы УЗО лежит реакция датчика тока на изменяющуюся входную величину дифференциального тока в проводниках.

Датчик тока - это и есть обычный , который по конструкции выполнен в виде тороидального сердечника. Уставка по току срабатывания выставляется на магнитоэлектрическом реле, которое обладает очень высокой чувствительностью.

УЗО, выполненные с релейным контролирующим органом являются очень надежными и безотказными.

Но развитие электротехники не стоит на месте, поэтому не так давно появились электронные УЗО, в которых контролирующим органом является не реле, а специальная электронная схема.

Реле действует на исполнительный механизм, который в свою очередь размыкает электрическую цепь.

Исполнительный механизм состоит из:

• контактной группы (выбирается на максимальный ток - смотрим по паспорту УЗО)
• пружины (для размыкания электрической цепи в случае ненормального режима работы)

Чтобы самостоятельно проверить исправность УЗО необходимо нажать кнопку «Тест». При этом создается искусственная утечка по току, которой достаточно для срабатывания УЗО. Таким образом, можно самостоятельно производить проверки УЗО без привлечения специалистов . Проверку УЗО кнопкой «Тест» необходимо проводить ежемесячно. Для более тщательной проверки УЗО мы производим .

А теперь мы рассмотрим принцип работы УЗО более подробно.

Работа УЗО при нормальном состоянии сети

В нормальном состоянии электропроводки (без утечек) рабочий ток (I1=I2) протекает встречно-параллельно и наводит во вторичной обмотке трансформатора тока магнитные потоки (Ф1=Ф2) одинаковой величины, которые компенсируют друг друга. В этот момент реле не срабатывает, т. к. ток вторичной обмотки трансформатора тока близок к нулю.

Работа УЗО при утечке

При случайном или ошибочном соприкосновении с токоведущими частями электроустановки появляется ток утечки. В этот момент нарушается величина токов проходящих через трансформатор тока (I1 не равно I2), поэтому во вторичной цепи трансформатора тока появится ток (не баланс), которого будет достаточно для срабатывания реле. Реле приводит в работу пружинный механизм и происходит отключение УЗО.

Как выглядит УЗО изнутри смотрите на рисунке ниже.

Как работает УЗО:

Все УЗО относятся к категории электронной защитной аппаратуры. Тем не менее, по своему функциональному назначению, устройство защитного отключения значительно отличается от стандартных автоматических выключателей. В чем же их различие, и как работает УЗО в сравнении с автоматом?

Всем известно, что с течением времени, происходит старение изоляции проводов. Могут возникнуть ее повреждения, а контакты, соединяющие токоведущие части, постепенно ослабевают. Эти факторы, в конечном итоге, приводят к утечкам тока, из-за которых происходит искрение и дальнейшее возгорание. Нередко, таких аварийных фазных проводов, находящихся под напряжением, могут нечаянно коснуться люди. В этой ситуации, удар током представляет серьезную опасность.

Назначение УЗО

Устройства защитного отключения должны реагировать даже на незначительные кратковременные утечки тока. В этом и заключается их основное отличие от автоматических выключателей, срабатывающих только при перегрузках и коротких замыканиях. У автоматов очень высокая время-токовая характеристика срабатывания, тогда как УЗО срабатывает практически мгновенно, при наличии даже самого минимального тока утечки.

Основным предназначением УЗО является защита людей от возможных поражений электротоком, а также предотвращение опасных утечек тока.

Принципы работы УЗО

С технической точки зрения, любое УЗО является быстродействующим выключателем. В основе принципов работы устройства защитного отключения лежит реагирование датчика тока на изменяющийся , протекающий в проводниках. Именно по этим проводникам и происходит подача тока на электроустановку, которую защищает УЗО. На сердечник производится намотка дифференциального трансформатора, который и является датчиком тока.

Для определения порога срабатывания УЗО, имеющего определенное значение тока, применяется высокочувствительное магнитоэлектрическое реле. Надежность релейных конструкций считается достаточно высокой. Кроме релейных, в настоящее время стали появляться электронные конструкции устройств. Здесь пороговый элемент определяет специальная электронная схема.

Однако, обычные релейные устройства представляются более надежными. Приведение в действие исполнительного механизма как раз и осуществляется с помощью реле, в результате, происходит разрыв электрической цепи. Данный механизм состоит из двух основных элементов: контактной группы, рассчитанной на максимальный ток и пружинного привода, производящего разрыв цепи, при возникновении аварийной ситуации.

Чтобы проверить исправность устройства, внутри него существует специальная цепь, искусственно создающая утечку тока. Это приводит к срабатыванию прибора и дает возможность периодически проверять его исправность, не вызывая специалистов по проведению электроизмерений.

Непосредственная работа УЗО осуществляется по следующей схеме. Следует рассмотреть ситуацию, когда система электроснабжения работает нормально и токи утечки отсутствуют. Рабочий ток проходит через трансформатор и производит наведение магнитных потоков, направленных навстречу друг другу и одинаковых по величине. При их взаимодействии ток во вторичной обмотке трансформатора имеет нулевое значение, и срабатывания порогового элемента не происходит. Когда появляется утечка тока, то происходит нарушение баланса токов в первичной обмотке. Из-за этого, во вторичной обмотке появляется ток. Благодаря этому току, срабатывает пороговый элемент, а исполнительный механизм приводится в действие и обесточивает контролируемую цепь.

С технической точки зрения устройство защитного отключения состоит из пластмассового корпуса, устойчивого к возгоранию. На его задней части имеются специальные замки под установку на в электрическом щитке. Кроме уже рассмотренных элементов, внутри корпуса установлена дугогасительная камера, нейтрализующая электроразрядную дугу. Для подключения проводов используются зажимы.

Параметры срабатывания УЗО

Для правильного выбора уставки срабатывания устройства, следует помнить об опасности переменного тока для человека. Под его действием наступает фибрилляция сердца, когда сокращения равны частоте тока, то есть, 50 раз в секунду. Такое состояние вызывает ток, начиная со 100 миллиампер.

Поэтому, уставки, при которых срабатывает УЗО, выбираются с запасом на уровне 10 и 30 миллиампер. Самые низкие значения используются в помещениях с повышенной опасностью, например, в ванных комната. Наиболее высокие уставки составляют 300 мА. УЗО с такими уставками применяются в зданиях, защищая их от возгораний из-за поврежденной .

При выборе УЗО учитывается номинальный ток, требуемая чувствительность и количество полюсов, в соответствии с фазами питающей сети. Необходимо проверять степень термической устойчивости прибора, а также способность к включению и отключению, исходя из расчетных сетевых параметров.

Значение номинального тока для УЗО должно быть выше, чем у автомата. Меньший токовый номинал автомата позволит уберечь УЗО от повреждений при коротком замыкании в цепи.

Как подключить УЗО

Все клеммы на корпусе УЗО промаркированы соответствующими буквами. Клемма N предназначена для нулевого провода, а L - для фазного провода. Поэтому, должны подключаться к своим зажимам.

Также, необходимо учитывать положение входа и выхода и ни в коем случае не менять их местами. Вход расположен в верхней части устройства. К нему подключаются питающие провода, идущие через вводный автомат. Выход располагается в нижней части УЗО и к нему подключается нагрузка. Если перепутать положение входа и выхода, то возможны ложные срабатывания устройства защитного отключения или его полный отказ от работы.

Монтаж УЗО производится в вместе с обычными автоматическими выключателями.Таким образом, приборы, установленные вместе, обеспечивают защиту не только от коротких замыканий и перегрузок, но и от токов утечки. Одновременно, находится под защитой и само УЗО, которое подключается за вводным автоматом.

Подключение устройства защитного отключения в квартире или частном доме имеет свои особенности. Для квартир, где используется однофазная сеть, схема подключения УЗО собирается следующим образом, соблюдая определенную последовательность: вводный автомат=>прибор учета электроэнергии=>само УЗО с током утечки 30 мА=>вся электрическая сеть. Для потребителей с большой мощностью рекомендуется использовать собственные кабельные линии с подключением отдельных устройств защитного отключения.

В больших частных домах, схема подключения защитных устройств отличается от квартир, в силу своей специфики. Здесь все приборы подключаются следующим образом: вводный автомат=>прибор учета электроэнергии=>вводное УЗО с селективным действием (100-300 мА)=>автоматические выключатели для отдельных потребителей=>УЗО на 10-30 мА на отдельные группы потребителей.

УЗО ошибки при подключении

Правильное подключение защитных устройств является залогом надежной работы всей электрической сети.

Что делает УЗО? УЗО - это выключатель дифференциального тока. Он сравнивает ток, ушедший в квартиру, с током, который вернулся из квартиры. Если эти токи оказываются разными, УЗО отключает напряжение.

В каких случаях это свойство УЗО оказывается полезно? В случаях повреждения изоляции проводов в электроприборах. Например, внутри стиральной машинки повреждена изоляция на фазном проводе, в результате чего он коснулся корпуса. УЗО тут же отключит электричество, потому что ток, ушедший в квартиру по фазному проводу, не вернулся в УЗО (с корпуса машинки он по проводу «заземления» вернулся в щиток, минуя УЗО, и следовательно, входящий и исходящий токи через УЗО оказались различны).

При неосторожном обращении с электропроводкой. Вот классический пример. Мужчина сверлит стену, опираясь голой ногой на батарею, и попадает в фазный провод. Ток, пройдя по цепи «металлический корпус дрели - рука - грудная клетка - нога - батарея» вызывает паралич сердца и/или остановку дыхания. Но если есть УЗО, то оно сразу «почувствует», что часть тока не вернулась (та часть, которая прошла через человека и ушла в батарею). Напряжение будет отключено столь быстро, что беды не случится. Конечно, человека током дёрнет, но не более того.

При неосторожном обращении с электроприборами. Вот классический пример. Мужчина сидит на краю ванной, а в ванной - его жена, застрахованная на приличную сумму. И он случайно роняет ей в воду радиоприёмник, включённый в розетку... Думаю, принцип ясен - ток не вернулся в УЗО, а ушёл по трубам в землю и т.д. Отметим, что ситуация, когда часть тока не возвращается в УЗО, называется «утечка тока».

Когда УЗО не поможет

Увы, УЗО не так уж интеллектуально, чтобы различить, что именно включено в электрическую цепь - человек или лампочка. Если утечки тока нет - всё в порядке. Почему тогда считается, что УЗО значительно повышает безопасность? Да потому, что подавляющее большинство случаев поражения электрическим током так или иначе связано с утечкой тока - ситуацией, которую распознает УЗО. Вероятность возникновения опасных для жизни ситуаций (т.е. когда ток проходит через грудь) без утечки значительно ниже.

Сколько штук УЗО нужно иметь?

Для обеспечения безопасности от поражения током вполне достаточно одного на всю квартиру. Другое дело - вопрос удобства. Конечно, лучше, если в случае какой-либо проблемы с электропроводкой или электроприборами отключалась только соответствующая линия, а не обесточивалась вся квартира. Более чем одно УЗО, как правило, удаётся установить лишь в индивидуальный внутриквартирный щиток, специально для этого спроектированный. В «родном» щитке на лестничной площадке для этого обычно не хватает места.

Когда УЗО используется для какой-то одной линии и с него ток поступает непосредственно к потребителю, оно должно иметь встроенный ограничитель максимального тока. Если поставить простое УЗО, то в случае короткого замыкания оно может выйти из строя. Или при долговременной перегрузке по току будет постоянно греться и в конце концов также испортится (например, начнёт отключаться без особой на то причины). Такое устройство, т.е. УЗО и «автомат» в одном корпусе, стоит раза в 2 больше, чем простое УЗО. Например, фирменные аппараты стоят соответственно порядка 50 и 100 долларов за штуку.

Таким образом, если вы видите на простом УЗО надпись «40А», это не значит, что оно отключится при 60А, а значит, что при 60А оно через какое-то время перегорит.

В каких случаях установка УЗО нецелесообразна?

Например, в случае старой ветхой проводки. Свойство УЗО обнаруживать утечку тока может принести больше проблем, чем пользы, если оно начнёт непредсказуемо срабатывать. А при старой электропроводке это может начаться в любой момент (даже при первом включении УЗО). Поэтому в этой ситуации лучшим выбором, возможно, будет не устанавливать УЗО в цепь электроснабжения всей квартиры, а в местах с повышенной опасностью использовать розетки со встроенным УЗО.

УЗО разделяют на типы:

АС - реагирующие на дифференциальный синусоидальный переменный ток;
А - реагирующие на синусоидальный переменный и пульсирующий постоянный дифференциальные токи;
В - реагирующие на синусоидальный переменный, пульсирующий постоянный и постоянный дифференциальные токи.

Пункт 7.1.78 ПУЭ 7-го издания гласит: «В зданиях могут применяться УЗО типа «А», реагирующие как на переменные, так и на пульсирующие токи повреждений, или «АС», реагирующие только на переменные токи утечки. Источником пульсирующего тока являются, например, стиральные машины с регуляторами скорости, регулируемые источники света, телевизоры, видеомагнитофоны, персональные компьютеры и др.».

Во Временных указаниях по применению УЗО в электроустановках жилых зданий (И. п. от 29.04.97 № 42-6/9-ЭТ, п. 4.10) указано:

«В жилых зданиях, как правило, должны применяться УЗО типа «А», реагирующие не только на переменные, но и на пульсирующие токи повреждений. Использование УЗО типа «АС», реагирующих только на переменные токи утечки, допускается в обоснованных случаях».

Следует отметить, что в последние годы резко возросло количество электроприборов с бестрансформаторным питанием.

Практически все персональные компьютеры, телевизоры, видеомагнитофоны имеют импульсные блоки питания, все последние модели электроинструмента, стиральных, швейных машин, бытовых кухонных электроприборов снабжены тиристорными регуляторами без разделительного трансформатора. Широко применяются различные светильники - торшеры, бра с тиристорными светорегуляторами.

Это означает, что вероятность возникновения утечки пульсирующего постоянного тока, а соответственно и поражения человека значительно возросла, что и явилось основанием для внедрения в широкую практику УЗО типа А.
В европейских странах, в соответствии с требованиями электротехнических норм, последние несколько лет ведется повсеместная замена УЗО типа АС на тип А.
В нашей стране также началось широкое внедрение УЗО типа А. Опытные проектировщики при выполнении ответственных заказов закладывают в проекты только УЗО типа А.

В таблице приведены осциллограммы токов в цепях, содержащих различные управляемые и неуправляемые вентильные элементы, и отмечена возможность применения в этих цепях УЗО типов А или АС.

УЗО типа В распространено крайне мало, его применяют в специальных промышленных электроустановках со смешанным питанием - переменным, выпрямленным и постоянным токами.

Схемы подключения УЗО в электроустановках зданий

Согласно ГОСТу Р 50571.3-94 (п. 413.1.3.2) необходимым условием нормального функционирования УЗО в электроустановке здания является отсутствие в зоне действия УЗО любых соединений нулевого рабочего проводника N с заземленными элементами электроустановки и нулевым защитным проводником РЕ.

В распределительных щитах электроустановок с системой заземления TN-C-S в точках разделения PEN-проводника необходимо предусмотреть раздельные зажимы или шины нулевого рабочего N и нулевого защитного РЕ-проводников.

Поскольку повреждение и старение изоляции возможны и в фазных, и в нулевом рабочем проводниках, а УЗО реагирует на утечку на землю с любого из них, на отходящих линиях следует устанавливать двух- и четырехполюсные автоматические выключатели. Только в этом случае возможно методом поочередного включения линий найти неисправную цепь, в том числе цепь с утечкой с нулевого проводника без демонтажа вводно-распределительного устройства, а также возможно отключить неисправную цепь для обеспечения работы остальной части электроустановки.

В ГОСТе Р 50571.9-94 «Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Применение мер защиты от сверхтоков» содержатся указания по выполнению и защите нулевого рабочего и нулевого защитного проводников.

В пункте 473.3.2 «Защита нулевого рабочего проводника» регламентируется порядок выполнения защиты нулевого рабочего проводника от тока короткого замыкания.

Пункт 473.3.2.1. Системы TT и TN:

а) в случаях, когда сечение нулевого рабочего проводника по крайней мере равно или эквивалентно сечению фазных проводников, не требуется предусматривать устройства обнаружения тока короткого замыкания в этом проводнике или устройства его отключения;

б) в случаях, когда сечение нулевого рабочего проводника меньше сечения фазных проводников, должно быть предусмотрено обнаружение тока короткого замыкания в нулевом рабочем проводнике, соответствующего его сечению, с воздействием на отключение фазных проводников. При этом отключение нулевого рабочего проводника является обязательным.

Однако не требуется обнаружение тока короткого замыкания в нулевом рабочем проводнике, если одновременно выполняются следующие условия:

нулевой рабочий проводник защищен от короткого замыкания с помощью защитного устройства фазных проводников цепи;

максимально ожидаемый ток, который может протекать по нулевому рабочему проводнику в нормальном режиме, значительно меньше значения длительно допустимого тока этого проводника.

Примечание. Второе условие выполняется, если передаваемая мощность как можно более равномерно распределяется между рабочими фазами. Например, если сумма мощностей электроприемников, включенных между фазой и нулевым рабочим проводником (освещение, штепсельные розетки), намного меньше суммарной мощности рассматриваемой цепи. Сечение нулевого рабочего проводника должно быть не меньше 50 % сечения фазного проводника.

Пункт 473.3.2.2. Система IT.

Системы IT, как правило, не должны иметь нулевого рабочего проводника. Однако в случаях применения системы IT с нулевым рабочим проводником необходимо предусматривать устройства обнаружения сверхтока в нулевом проводнике каждой цепи с воздействием на отключение всех проводников соответствующей цепи, находящихся под напряжением, включая нулевой рабочий проводник.

Не требуется выполнение таких мер, если:

нулевой рабочий проводник надежно защищен от коротких замыканий с помощью устройства, установленного со стороны питания, например на вводе в установку, в соответствии с правилами, указанными в п. 434.3 ГОСТа 50571.5;

рассматриваемая цепь защищена с помощью устройства защитного отключения, реагирующего на дифференциальный остаточный ток с током уставки не более 0,15 максимально допустимого тока нулевого рабочего проводника.

Такое устройство должно отключать все находящиеся под напряжением проводники соответствующей цепи, в том числе нулевой рабочий проводник.

Если требуется отключение нулевого рабочего проводника, то он должен отключаться после отключения фазных проводников, а включаться одновременно с фазными проводниками или ранее.

В ГОСТе Р 50571.3-94 в п. 413 «Защита от косвенного прикосновения» сформулированы требования к выполнению защитного заземления в системе ТТ.

Пункт 413.1.4. Система ТТ.

Пункт 413.1.4.1. Все открытые проводящие части, защищенные одним защитным устройством, должны присоединяться защитным проводником к одному заземляющему устройству. Если несколько защитных устройств установлены последовательно, то это требование применяется отдельно к каждой группе открытых проводящих частей, защищаемой каждым устройством.

Нейтральная точка или, если таковой не существует, фаза питающего генератора или трансформатора должны быть заземлены.

Пункт 413.1.4.2. Должно выполняться следующее условие:

RАIa - 50 В, где: RА - суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника; Ia - ток срабатывания защитного устройства.

Если защитное устройство является устройством защитного отключения и реагирует на дифференциальный ток, то под Ia подразумевается уставка защитного устройства по дифференциальному току IDn.

Если защитное устройство - устройство защиты от сверхтока, то оно должно быть:

либо устройством с обратно зависимой времятоковой характеристикой и Ia - значение тока, обеспечивающее время срабатывания устройства не более 5 с;

либо устройством с отсечкой тока и тогда Ia - уставка по току отсечки.

На рис. 1-11 приведены примеры схем электроустановок зданий, отвечающих требованиям современных нормативных документов, с применением УЗО (для примера взят номенклатурный ряд АСТРО*УЗО).

По эффективности действия реальной альтернативы защитному отключению пока не существует, о чем однозначно свидетельствуют результаты научных исследований и успешная практика применения УЗО во всем мире.

В ближайшие годы УЗО будут являться основным и наиболее радикальным электрозащитным средством, а это означает, что нормативная база должна развиваться и совершенствоваться, чтобы отвечать требованиям времени.

Рис.1. Схема электроснабжения квартиры с системой TN-S. УЗО Ф-3211 защищает цепь освещения, розеточную цепь и электроплиту; УЗО Ф-1111 защищает розеточную цепь ванной комнаты, выделенную в отдельную линию.	Рис. 2. Схема электроснабжения квартиры при отсутствии защитного проводника PE в розеточной цепи и цепи освещения. Рекомендуемое временное решение для старого жилого фонда.
Рис. 3. Схема электроснабжения квартиры с электроплитой и рекомендуемыми сечениями медных проводников	Рис. 4. Схема электроснабжения квартиры с газовой плитой с рекомендуемыми сечениями медных проводников
Рис. 5. Схема электроснабжения здания с трехфазным вводом. Рекомендуется при отсутствии трехфазной нагрузки с целью обеспечения резервирования питания потребителей.	Рис. 6. Схема электроснабжения мастерской. Рекомендуется при смешанной (одно- и трехфазной) нагрузке применение двух- и четырехполюсных УЗО.
Рис. 7. Схема электроснабжения мобильного здания с системой TT. Использование данной схемы разрешается только при обязательной защите всех цепей устройствами защитного отключения.	Рис. 8. Пример электроснабжения двухкомнатной квартиры повышенной комфортности
Рис. 9. Схема электроснабжения коттеджа с системой TN-C-S (вариант 1). Рекомендуется при однофазном вводе, выполнена полная защита всех групповых цепей.	Рис. 10. Схема электроснабжения коттеджа с системой TN-C-S (вариант 2). Рекомендуется при трехфазном вводе, применены двух- и четырехполюсные УЗО.
Рис. 11. Схема электроснабжения коттеджа с системой TN-C-S (вариант 3). При большом количестве групповых цепей рекомендуется применение этажных распределительных щитов - РЩ1, РЩ2, РЩ3, а также применение защиты от грозовых перенапряжений - ОПН (например, АСТРО*ОПН-12/0,4).