Принцип работы узо и подключение по схеме. Устройство защитного отключения Устройства защитного отключения и принцип их действия

Принцип работы УЗО базируется на измерении показателей тока, которые регистрируются в проводниках в процессе его прохождения через трансформатор. Если сила тока на входе и на выходе равны – отключение не происходит. А если сила входящего тока выше исходящего – в цепи есть утечка тока и УЗО срабатывает.

То есть, токи протекающие по фазному и нейтральному проводу, должны быть равны (это касается однофазной двухпроводной сети, для трехфазной четырехпроводной сети ток в нейтрали равен сумме токов которые протекают в фазах). Если токи не равны – значит имеется утечка, на которую и реагирует УЗО.

Устройства делятся на несколько категорий, в зависимости от своего прямого назначения:

• Защита от удара током — соответствующие модели устанавливаются, как правило, в помещениях с высоким уровнем влажности. В обычных квартирах их можно найти в санузлах. Чаще всего, устройства устанавливаются на несколько цепей, поделенных на группы. На каждую потребительскую группу они не устанавливаются, что обусловлено высокой стоимостью подобной процедуры. Принцип действия УЗО — оперативное срабатывание, в условиях которого легко выяснить причину сбоя и быстро ее установить. Все, что для этого нужно сделать — активизировать выключатели в определенной очередности. В ряде случаев, имеет смысл устанавливать оборудование по отдельности, тем более, что устройство узо позволяет это сделать
• Противопожарные устройства — они характеризуются специфической отсечкой. Оборудование не обеспечивает защиту от удара током. Его назначение — защита от возгорания, которое обеспечивается в условиях короткого замыкания. Часто такое происходит по причине перегрузки или деформации проводки. УЗО деактивирует энергообеспечение всего дома, здания, что и предотвращает короткое замыкание. Такие модели устанавливаются в комплексе со счетчиками.

Принцип работы

Принцип работы УЗО и схема подключения обуславливается особенностями внутренней конструкции оборудования. В ней предусмотрено несколько катушек, одна из которых пропускает фазу, а другая — ноль. Под воздействием тока образуются поля, которые в нормальных условиях устраняют друг друга.

Если в одном из элементов регистрируется утрата баланса, что часто случается по причине деформации проводника, ток идет в землю. Сразу же после этого приводится в действие третий элемент, который оперативно деактивирует питание. Важно определить, работает ли УЗО без заземления или нет.

Устройство имеет несколько видов исполнения:

• Два полюса — модели, которые выбираются для сетей с одной фазой
• Четыре полюса — подходят для сети с тремя фазами.

Что выбрать — зависит от конструкционных особенностей сети, некоторых других факторов, специфики схем.

Проверка УЗО

Устройство должно работать исправно. Проверить это можно, используя несколько способов. Прежде всего, речь идет о кнопке «ТЕСТ». Это специальный блок, по сути, контакт. Если нажимается эта кнопка, то устройство, уже подключенное, сразу же деактивируется. В том случае, если этого, в силу каких-либо причин, не произошло, то от его применения лучше отказаться.

Что можно сделать с неисправным УЗО:

• Отремонтировать
• Заменить новым, полностью исправным.

Важно! Проверять УЗО рекомендуется регулярно, в идеале — каждый месяц. Это поможет контролировать его исправность, вовремя отслеживать появление разных дефектов. В целом, это одно из условий пожарной безопасности, и пренебрегать им не следует.

Особенности подключения

Принцип работы УЗО в однофазной сети обуславливает особенности его подключения. Важно отметить, что такие устройства предназначены для применения в специфических схемах:

• TN-C-S.

Обязательное условие — правильное подключение к проводке. Только в этом случае, в условиях деформации проводки, потенциал, который регистрируется на корпусе, начнет поступать на землю посредством проводника. Неисправность будет зафиксирована.

Важно! В условиях стандартного режима снабжения, устройство не будет деактивировать нагрузку, и бытовая техника будет функционировать нормально. От тока, который есть в любой из фаз, в проводе будет регистрироваться поток Ф. Значения являются одинаковыми, однако направление является разным. Таким образом, они деактивируют друг друга.

Как работает узо в условиях утечки? Потенциал, считающийся опасным, идет в землю, за что отвечает специальная шина. В конструкции реле фиксируются значения, вызванные дисбалансом. Качественное и исправное УЗО сразу же определить имеющиеся неисправности, более того — устройство мгновенно деактивирует схему посредством контактов.

Как работает узо с заземлением в условиях нулевого обрыва? Важно отметить, что в таких условиях реле статического типа от питания отключаются, соответственно, их функционирование приостанавливается. В случае с трехфазной системой, регистрируется перекос, вследствие чего напряжение начинает существенным образом увеличиваться. Если на слабом участке будет зарегистрирована деформация изоляции, то же произойдет уже в конструкции другого корпуса.

УЗО в схеме с двумя проводами

Выполняя свое основное назначение узо имеет и другие важные преимущества. Устройство защищает от повреждения оборудование, которое изготовлено в соответствии с TN-S. Именно этот фактор обуславливает рост популярности подобных устройств. Все чаще они устанавливаются в схемах с двумя проводами, в которых проводников типа PE может и не быть.

Что происходит в этом случае:

• Корпус техники имеет изоляцию, он никак не контактирует с землей
• В условиях деформации, фаза и ее потенциал регистрируются на корпусе, однако с него не уходит
• При контакте с техникой, человек подвергается смертельной опасности — удару током.

Важно! В рамках схемы, в которой отсутствуют УЗО, ток попадает в тело, однако проходит через него достаточно медленно. Устройство вовремя обнаружит факт неисправности, оперативно деактивирует напряжение — это произойдет в одно мгновение. Таким образом, риск поражения током будет сведен к минимуму.

Самостоятельная установка УЗО

Сегодня все чаще установка УЗО осуществляется силами людей, не имеющих достаточных знаний и опыта в сфере электрики. Это может быть опасно, особенно если речь идет о зданиях старой постройки, подготовленных под реконструкцию.

Именно в рамках реконструкции, как правило, осуществляется переход к применению TN-C-S. Все, что имеет смысл сделать в данном случае — это заземлительный контур. Другой вариант — подсоединения корпуса бытовой техники к сети водопровода, отопительным радиаторам, либо к тем элементам строительного фундамента, которые выполнены из металла.

Важно! Самостоятельное подключение может обусловить опасную ситуацию, если проводка неисправно. Это чревато ущербом. Все действия, связанные с обустройством контура, следует выполнять на высоком качественном уровне. Обязательное условие — замеры, необходимые для контроля. Это могут сделать исключительно специалисты с достаточным опытом.

Крепление УЗО

• Большая часть устройств, представленных сегодня в продаже:
• модели стационарного типа. Они удобным образом фиксируются на линейку, предусмотренную конструкцией щитка
• Модели переносного типа. Они подсоединяются к типовой розетке, и только в таком положении УЗО питают бытовую технику. Последние стоят несколько дороже, однако цена полностью оправдывается их высокими качественными характеристиками, надежностью и долговечностью.

С самых ранних лет детей предостерегают по поводу опасного воздействия электричества. Позже, на уроках физики они узнают, что смертельно опасной является сила тока больше 0,1А или 100мА. Но многие люди путают это понятие и напряжение.

Прежде, чем знакомиться с устройством прибора, способного защитить от губительного действия электричества, нужно освежить в памяти его основные концепции. Поток электрических зарядов, благодаря способности создавать тепловые, электромагнитные, электрохимические взаимодействия является энергоносителем, в корне определившим развитие человечества.

Но, при прохождении сквозь человеческое тело, эти взаимодействия пагубно влияют на строение клеток на молекулярном уровне, вызывая их гибель. Также парализованной становится нервная система, работающая по принципу обмена электрическими зарядами. Чем больше электронов проходит через проводник, тем большей является сила тока, тем больше его поражающее действие.

Визуализация электричества

Наглядно эту силу можно сравнить с объёмом двигающейся воды, тогда как напряжение с разницей уровней. Падающая с большого вертикального расстояния тонкая струя не окажет ощутимого воздействия на человеческое тело, в сравнении с метровой высоты потоком, сбивающим с ног.

Напряжение U создаёт электрический ток, прямо пропорциональный U, а его сила I, согласно закону Ома, обратно пропорциональна сопротивлению R источника питания, питающих проводов и самого проводника, которым является человеческое тело в момент поражения, I=U/R. Поскольку напряжение сети стандартно, её сопротивление очень мало, степень поражающего влияния электричества зависит от сопротивления организма, сухости кожи, наличия обуви.

Измерение утечки вызывающей поражение.
В идеальной двухпроводной системе токи в фазном и нулевом проводе равны: IL= IN. Если где-нибудь в цепи произойдёт контакт провода с землёй через плохую изоляцию, или человеческое тело, то IL= IN+IΔn, где IΔn — ток утечки, вызывающий поражение, или воспламенение кабеля. Соответственно IΔnравен разнице входного и выходного токов: IΔn= IL-IN.

Измерение данной разницы (англ. different) с помощью дифференциального трансформатора дало возможность создать устройство защитного отключения (сокращённо УЗО), которое размыкает цепь, отключая напряжение, если IΔn превышает опасное для здоровья значение, или пожароопасный ток больше 100мА.

Дифференциальный трансформатор тока имеет две первичные обмотки (катушки), включённые разнонаправлено, и вторичную обмотку, которая имеет подключение к исполнительному устройству отключающего механизма. Если в первичных катушках IL= IN, то магнитный поток в тороидальном сердечнике будет взаимно скомпенсированным ФL = ФN, соответственно на вторичной обмотке не будет наводится электродвижущая сила, не будет тока и его воздействия на электромагнитное реле выключателя.

Момент срабатывания устройства

В случае появления утечки IL> IN , что приводит к дисбалансу магнитных потоков, ФL > ФN, а их разница, благодаря электромагнитной индукции, будет воздействовать на вторичную катушку, в ней возникнет ток IΔ>0, отключающий защитный выключатель.

Таким образом, принцип работы УЗО состоит в срабатывания размыкающего механизма (расщепителя) при сопоставлении входных и выходных токов, если превышение их разницы выше установленного значения, которое называют уставкой. В виду того, что существуют потери тока, вызванные электромагнитным излучением, конденсаторным эффектом, статичным разрядом, а также, потому что изоляция не идеальна, уставка принимается выше нулевого значения и зависит от сферы применения устройств защиты.

Данный принцип измерения дифференциального тока справедлив и для трёхфазного напряжения. В данном случае применяются четверо первичных обмоток: три фазные и одна нулевая, и в идеальной системе сумма всех токов равна нулю. При утечке на одном из фазных проводов равновесие нарушается и возникает IΔ, вызывающий срабатывание защиты.

Номинальный отключающий ток (уставка)

Для кабелей электрических линий, согласно ПУЭ, принимается значение потерь 0,01мА на каждый метр провода, и для электроприборов применяется коэффициент 0,4 мА потерь на каждый Ампер нагрузки.

Поэтому для подключения с помощью коротких проводов сравнительно небольшой нагрузки применяют как можно меньшую уставку из ряда унифицированных значений отключающего номинального дифференциального тока IΔn, который указывают на корпусе УЗО: 10; 30; 100; 300;500 мА.

Например, для подключения бойлера, розеток, освещения в ванной, где вероятность поражения велика в виду высокой влажности воздуха и мокрых поверхностей, применяется IΔn=10мА. Также данная уставка подходит для кухни или электрификации подвала, гаража. Для всего дома нужно выбрать устройство защитного отключения с IΔn=30мА, во избежание ложных срабатываний из-за большого количества потребителей при значительной протяжённости сети.

Для обеспечения пожарной безопасности энергосетей большой протяжённости применяют значения уставки выше 100мА. Для разных групп потребителей возможно параллельное подключение нескольких УЗО с разным дифференциальным током отключения. Также распространена схема последовательного включения УЗО с различной уставкой для обеспечения селективной защиты.

Практическое использование

Чтобы принцип работы УЗО был более понятен, нужно рассмотреть варианты его практического использования. В случае, если используется двухпроводная система питания, если внутренняя схема электроприбора дала сбой и появилось опасное напряжение на его корпусе, при прикосновении к нему или оголённому проводу под напряжением, ток пойдёт через человеческое тело в землю, тем самым нарушая баланс токов в дифференциальном трансформаторе, из за чего возникший IΔ отключит питание.

Пострадавший при этом получит шок из-за краткосрочного действия тока, превышающего уставку, значение которого будет зависеть от суммы сопротивлений кожи, тканей организма, обуви, пола.

Влажность и площадь контакта тоже имеют существенное значение, поэтому травматизм и глубина шока зависят от условий в каждом конкретном случае, но степень поражения не является фатальной ввиду краткосрочности воздействия поражающего фактора, из-за высокого быстродействия УЗО.

При условии использования дополнительного третьего заземляющего проводника РЕ, при пробое изоляции внутри электроприбора, поражения вообще не случится, так как в этот момент при появлении тока утечки тут же сработает УЗО. Без его использования, поражения хоть и не произойдёт ввиду заземления корпуса, но токи утечки опасны своим тепловыделением, которое может привести к дальнейшему разрушению электроприбора и даже спровоцировать его возгорание, приводящее к пожару.

Считается, что при токе большем 100мА в точке пробоя изоляции выделяется достаточно тепла, чтобы нагреть контактирующие материалы до температуры их плавления и возгорания.

Поэтому УЗО, помимо защиты от смертельного электрического шока также с успехом применяется для обеспечения пожарной безопасности сети. Очевидно, что данную функцию выполняют УЗО с любой уставкой, но нужно помнить, что устройства защиты с IΔn>100мА применяются только для предотвращения пожаров при токах утечки в пробоях изоляции.

Важно

При контакте выходного нулевого провода УЗО с землёй, заземлением или входным нулём, будет ложное срабатывание защиты.
Поскольку УЗО не защищает от короткого замыкания и перегрузок по току, его надо устанавливать вместе с защитным автоматом.
Работоспособность УЗО следует периодически проверять с помощью кнопки «Тест».

Для многих уже не новость, что современная бытовая электрическая сеть обязательно должна иметь защиту УЗО. Тем, кто ещё ничего не знает о таких защитных элементах, скажем, что это – основа человеческой безопасности. Также устройство способствует предотвращению пожаров, вызванных возгоранием электрической проводки. Поэтому знакомство с этим элементом защиты и автоматики не будет лишним. Давайте поговорим подробно об устройстве, из чего оно конструктивно устроено и каков принцип действия УЗО?

Как возникает ток утечки?

Чуть ниже мы рассмотрим для чего необходимо УЗО, но сначала разберёмся, что такое токовая утечка? Вся работа устройства связана именно с этим понятием.

Если сказать простыми словами, то утечкой тока называют его протекание из фазного проводника в землю по пути, который для этого является нежелательным и совсем непредназначенным. Это может быть корпус электрического оборудования или бытового прибора, прутья металлической арматуры либо водопроводные трубы, сырые оштукатуренные стены.

Токовая утечка возникает при нарушениях изоляции, которые могут произойти по ряду причин:

• старение в результате длительного срока эксплуатации;
• механическое повреждение;

• термическое воздействие в случае, когда электрооборудование работает в режиме перегруза.

Опасность токовой утечки состоит в том, что при нарушении изоляции электрической проводки на описанных выше объектах (корпус прибора, водопроводная труба или оштукатуренная сырая стена) появится потенциал. Если человек к ним прикоснётся, то выступит в роли проводника, через который ток будет уходить в землю. Величина этого тока может быть таковой, что вызовет самые печальные последствия, вплоть до смерти.

На видео демонстрация действия УЗО

Как определить, есть ли в вашем доме токовая утечка? Первым признаком этого явления станет еле ощутимое воздействие электричества, то есть когда вы к чему-то прикасаетесь, вас как бы слегка бьёт током. Наиболее часто это опасное явление наблюдается в ванных комнатах. Для того чтобы гарантировать себе безопасность в собственной же квартире, её надо оборудовать защитными элементами.

Применяют для этой цели УЗО (расшифровываются как устройства защитного отключения) либо дифференциальные автоматы.

Что лежит в основе срабатывания УЗО?

Принцип работы УЗО основывается на методе измерений. На входе и выходе регистрируются показания протекающих через трансформатор токов.

Если входное токовое показание выше, чем на выходе, значит, в цепи где-то имеется токовая утечка и защитное устройство отключается. Если эти показания одинаковые, то срабатывания УЗО не происходит.

Поясним немного подробнее этот принцип для двухпроводной и четырёхпроводной системы. УЗО в однофазной сети не срабатывает, когда по проводникам фазы и нейтрали протекают одинаковой величины токи. Для трёхфазной сети необходимы одинаковые показания тока в нулевом проводе и суммы токов, проходящих по фазным жилам. В обоих вариантах сети, когда есть разница в токовых величинах, это свидетельствует об изоляционном пробое. Значит, через это место пройдёт токовая утечка, и устройство защитного отключения сработает.

УЗО после этого нельзя включать, пока не будет обнаружено место повреждения.

Давайте весь этот теоретический принцип работы УЗО переведём на практический пример. В домашнем распредщитке произведена установка устройства защитного отключения с двумя полюсами. К его верхним клеммам выполнено подключение вводного двухжильного кабеля (фазы и ноля). На нижние клеммы подсоединяются ноль с фазой, идущие к какой-то нагрузке, предположим, в розетку, питающую водонагревательный бойлер.

Защитное заземление корпуса бойлера выполняется проводом в обход УЗО.

Если в электросети нормальный режим, то перемещение электронов осуществляется по фазному проводу от вводного кабеля на ТЭН бойлера через УЗО. Обратно они двигаются на землю снова через УЗО, но уже по нейтральному проводу.

Проходящие через устройство токи имеют одинаковую величину, но направление у них противоположное (встречное).

Предположим ситуацию, когда на ТЭНе повредилась изоляция. Теперь ток через воду частично окажется на корпусе бойлера, а потом уйдёт в землю через провод защитного заземления. Остаток тока вернётся по нейтральному проводу через УЗО, только он уже будет меньше входящего ровно на показание токовой утечки. Эту разницу определяет УЗО, и если цифра будет выше уставки срабатывания, устройство сразу реагирует на разрыв цепи.

Такой же принцип действия и срабатывания УЗО, если человек прикоснётся к оголённому проводнику или корпусу бытового прибора, на котором появился потенциал. Токовая утечка в такой ситуации происходит через человеческое тело, устройство моментально обнаруживает это и прекращает подачу электричества путём отключения.

Серьёзных травм не последует, потому что УЗО реагирует почти моментально.

Конструктивное исполнение

Конструкция УЗО поможет нам разобраться, каким образом оно реагирует на токовую утечку. Основными рабочими узлами УЗО являются:

• Трансформатор дифференциального тока.
• Механизм, с помощью которого происходит разрыв электрической цепи.
• Электромагнитное реле.
• Проверочный узел.

К трансформатору выполнено подключение встречных обмоток – фазы и ноля. Когда сеть работает в нормальном режиме, то эти проводники в трансформаторном сердечнике способствуют наведению магнитных потоков, которые имеют встречное направление относительно друг друга. За счёт противоположной направленности магнитный поток в сумме равняется нулю.

Наглядно устройство и принцип действия УЗО на следующем видео:

Во вторичной трансформаторной обмотке выполнено подключение электромагнитного реле, при нормальных рабочих условиях оно находится в покое. Возникла токовая утечка, и картина сразу меняется. Теперь по фазному и нейтральному проводникам начинают проходить различные токовые величины. Соответственно и на трансформаторном сердечнике теперь не будет равных магнитных потоков (они будут разными и по величине, и по направлению).

Во вторичной обмотке появится ток и, когда его значение достигнет заданного, сработает электромагнитное реле. Его подключение выполнено в связке с расцепляющим механизмом, он мгновенно отреагирует и разорвёт цепь.

В качестве проверочного узла служит обычное сопротивление (какая-то нагрузка, подключение которой выполнено, минуя трансформатор). С помощью этого механизма имитируется токовая утечка и проверяется работоспособное состояние устройства. Каков принцип работы этой проверки?

Имеется специальная кнопка «ТЕСТ» на УЗО. Её главное назначение – подать ток с фазного провода на проверочное сопротивление и далее на нейтральный проводник, минуя трансформатор. За счёт сопротивления ток на входе и на выходе будет разный, и созданный небаланс запустит механизм отключения. Если при проверке УЗО не отключилось, значит, придётся отказаться от его установки.

Обратите внимание! Проверку УЗО необходимо проводить регулярно, идеальный вариант – один раз в месяц. Это является требованием пожарной безопасности и не стоит им пренебрегать.

У разных производителей УЗО внутреннее конструктивное исполнение может отличаться, но общий принцип работы остаётся неизменным.

Все устройства различаются по принципу срабатывания. Они бывают электронного и электромеханического типа. Электронные УЗО отличаются сложной схемой, им для работы необходимо дополнительное питание. Устройствам электромеханического типа внешнее напряжение не нужно.

Как обозначается УЗО на схеме?

Для подключаемых УЗО имеется по два общепринятых символа на схемах.

Несмотря на конструктивную сложность, обозначение устройства постарались сделать максимально простым. Лишнего ничего нет, только следующие элементы:

1. Трансформатор дифференциального тока, который схематически изображается как сплюснутое кольцо.
2. Полюса (два для однофазной сети, четыре для трёхфазной сети).
3. Выключатель, действующий на разрыв контактов.

При этом именно полюса имеют два вида обозначения:

• Иногда они рисуются ровными вертикальными линиями в зависимости от количества (две или четыре).
• В других случаях из соображения компактности рисуется одна вертикальная ровная линия, а количество полюсов наносится на неё в виде маленьких косых чёрточек.

Основные рабочие характеристики УЗО

Чтобы устройство сработало в нужный момент, необходимо его правильно выбрать согласно рабочим характеристикам и подключить.

• Основным параметром является значение номинального тока. Это максимальный ток, который выдерживает данное устройство при длительном эксплуатационном сроке, оставаясь в рабочем состоянии и сохраняя защитные характеристики. Вы найдёте эту цифру на лицевой панели устройства, она должна соответствовать одному из показаний в стандартном ряду – 6, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 80, 100 А. Этот параметр УЗО зависит от нагрузки защищаемой линии и сечения проводников.

Схема подключения УЗО предусматривает совместную установку этого устройства с автоматическими выключателями.

Это важно помнить, потому что УЗО защищает лишь от токовых утечек, а автомат среагирует на отключение цепи в режиме короткого замыкания и перегруза.

На видео показано, можно ли подключать УЗО, если в квартире нет заземления:

По номинальному току УЗО надо выбирать на порядок выше, чем установленный с ним в паре автомат.

• Следующий важный параметр – номинальный отключающий дифференциальный ток. Это и есть необходимое значение токовой утечки для отключения УЗО. У дифференциальных токов также существует стандартный ряд, величины в нём нормируются в миллиамперах – 6, 10, 30, 100, 300, 500 мА. Но на УЗО эту цифру обозначают в амперах – соответственно, 0,006, 0,01, 0,03, 0,1, 0,3, 0,5 А. Этот параметр вы тоже найдёте на корпусе устройства.

Чтобы защищать людей на УЗО надо выставлять уставку по току утечки 30 мА, потому что величины, которые выше, приведут к поражению, электротравме и даже летальному исходу. Так как наиболее опасной считается среда во влажных помещениях, то на защищающих их УЗО выбирают уставку 10 мА.

Надеемся, что поняв основное назначение УЗО и принцип его работы, вы не станете пренебрегать этим важным элементом защиты, и сделаете свою жизнь безопасной.

Можно услышать мнение, в котором оспаривается необходимость установки устройств защитного отключения (далее УЗО). Чтобы опровергнуть или подтвердить его необходимо понимать функциональное назначение этих устройств, их принцип работы, конструктивные особенности и схему подключения. Также немаловажным фактором является правильное подключение, в зависимости от определенной задачи. Мы постараемся максимально широко ответить на все вопросы касательно данной темы.

Функциональное назначение

Согласно официальному определению данный тип устройств играет роль быстродействующего защитного выключателя, реагирующего на утечку тока. То есть он срабатывает в том случае, когда образуется цепь между фазой и «землей» (проводником РЕ).

Приведем классический пример, в ванной установлен электрический водонагреватель. Он работает беспроблемно гарантийный срок и даже более, потом наступает момент, когда корпус одного из нагревающих элементов дает трещину и происходит пробой фазы на воду.

Если в данном случае образуется цепь: фаза – человек – земля, тока нагрузки будет недостаточно для срабатывания электромагнитной защиты, она рассчитана на КЗ. Что касается тепловой защиты, то время ее срабатывания значительно дольше сопротивляемости человеческого организма деструктивному воздействию электротока. Результат можно не описывать, самое страшное то, что в многоквартирном доме такой бойлер может нести угрозу соседям.

В таких случаях представленный аппарат – единственно действенный способ обеспечить надежную защиту. Самое время рассмотреть его принципиальную схему, конструкцию и принцип действия.

Схема устройства

В первую очередь, представим принципиальную схему устройства, с указанием его основных элементов.

Обозначение:

• А – Реле, управляющее контактной группой.
• В – Дифференциальный ТТ (трансформатор тока).
• С – Обмотка фазы на ДТТ.
• D – Обмотка нуля на ДТТ.
• Е – Контактная группа.
• F – Нагрузочное сопротивление.
• G – Кнопка, запускающая тестирование устройства.
• 1 – Вход фазы.
• 2 – Выход фазы.
• N – Контакты нулевого провода.

Теперь объясним, как это работает.

Принцип работы

Допустим, от нашего защитного устройства запитан некий прибор с внутренним сопротивлением R n , при этом корпус подключенного устройства заземлен. В данном случае при штатном режиме работы, через обмотки I и II ДТТ будут протекать равные по значению, но разные по направлению токи.

Таким образом, суммарная величина i 0 и i 1 будет нулевой. Соответственно, вызываемые токами магнитные потоки в ДТТ, также будут встречными, поэтому их суммарная величина, также будет нулевой. С учетом перечисленных условий, во вторичной обмотке ДДТ ток образовываться не будет, поэтому реле, управляющее контактной группой, не инициируется. То есть, защитное устройство будет оставаться во включенном состоянии.

Теперь рассмотрим ситуацию, в которой произошел пробой на корпус подключенного оборудования.

В результате появления тока утечки (i у) на «землю» будет нарушен баланс токов, протекающих по первичным обмоткам I и II. Это приведет к тому, что величина магнитного потока также станет отличной от нуля, что вызовет образования тока (i 2) на вторичной обмотке ДТТ (III), к которой подключено реле, управляющее контактной группой. Оно сработает, и подключенное оборудование будет обесточено.

Кнопка тестирования на приборе имитирует утечку тока через резистор R t , что дает возможность убедиться в работоспособности прибора. Такую проверку необходимо проводить не реже одного раза в месяц.

Конструктивное исполнение

Ниже на рисунке представлено типовое защитное устройство со снятой верхней крышкой, что позволяет рассмотреть основные узлы конструкции.

Обозначения:

• А – Механизм кнопки, запускающей тестирование устройства.
• В – Контактные площадки для подключения входа фазы и нулевого провода.
• С – Дифференциальный ТТ.
• D – Электронная плата усилителя тока, поступающего со вторичной обмотки, до уровня, необходимого для срабатывания реле.
• Е – Нижняя часть пластикового корпуса со стандартным креплением под DIN-рейку.
• F – Дугогасительнаые камеры на размыкающейся группе контактов.
• G – Контактные площадки для подключения выхода фазы и нулевого провода.
• H – Механизм расцепителя (приводится в действие реле или вручную).

Перечень основных характеристик

Разобравшись с конструкцией приборов и их принципом работы, перейдем к основным параметрам. К числу таковых относятся:

• Тип защищаемой электропроводки, она может быть однофазной или трехфазной. Данный параметр влияет на количество полюсов (2 или 4).
• Величина номинального напряжения, для двухполюсных аппаратов это 220-240 Вольт, четырехполюсных – 380-400 Вольт.
• Величина номинальной токовой нагрузки, этот параметр соответствует аналогичному у автоматических выключателей (далее АВ), но имеет несколько другое назначение (подробно будет рассказано ниже), измеряется в Амперах.
• Номинальная величина дифференциального (отключающего) тока, типовые значения: 10, 30, 100 и 300 мА.
• Вид отключающего тока, принятые обозначения:

1. AC – Соответствует переменному току синусоидальной формы. Допускается как его медленное нарастание, так и внезапное проявление.
2. А – К предыдущим характеристикам (AC) добавляется возможность отслеживать утечку выпрямленного пульсирующего тока.
3. S – Обозначение селективных устройств, они отличаются относительно высокой задержкой срабатывания.
4. G – Соответствует предыдущему типу (S), но с меньшей задержкой.

Теперь необходимо объяснить значение параметра номинального тока, поскольку с ним возникают некоторые вопросы. Это значение указывает на максимально допустимый ток для данного защитного электромеханического аппарата.

Подбирая этот параметр необходимо учесть, что он должен быть на одну ступень выше, чем у АВ на данной линии. Например, если АВ рассчитан на 25 А, то необходимо устанавливать защитные устройства с номинальным током – 32 А.

Обратим, внимание, на то, что данный тип устройств не предназначен для срабатывания от КЗ и перегрузки. Если произойдет подобная авария, то выгорит вся проводка и возникнет пожар, но аппарат так и останется включенным. Именно поэтому такие защитные устройства необходимо использовать совместно с АВ. Как вариант, можно устанавливать диффавтомат, по сути это тоже устройство защитного отключения, но снабженное механизмом защиты от КЗ и перегрузки.

Маркировка

Маркировка наносится на лицевую панель прибора, расскажем, что она обозначает на примере двухполюсного устройства.

Обозначения:

• А – Аббревиатура или логотип производителя.
• В – обозначение серии.
• С – Величина номинального напряжения.
• D – Параметр номинального тока.
• Е – Значение отключающего тока.
• F – Графическое обозначение типа отключающего тока, может быть продублировано литерами (в нашем случае изображена синусоида, что указывает на тип АС).
• G – Графическое обозначение устройства на принципиальных схемах.
• Н – Значение условного тока КЗ.
• I – Схема устройства.
• J – Минимальное значение рабочей температуры (в нашем случае: – 25°С).

Мы привели типовую маркировку, которая применяется в большинстве устройств данного класса.

Варианты подключения

Прежде, чем перейти к типовым схемам подключения, необходимо рассказать о нескольких общих правилах:

1. Устройства данного типа должны быть в паре с АВ, как мы уже упоминали выше, это связано с тем, что защитных устройств не оборудовано защитой от КЗ.
2. Величина номинального тока защитного устройства, она должна быть на ступень выше, чем у стоящего с ним в паре АВ.
3. Нельзя путать входные и выходные контакты. То есть, на вход, помеченный, как правило, «1» должна подаваться фаза, на «N» – ноль. Соответственно, «2» – это выход фазы, а «N» – нуля.
4. Ноль после аппарат не должен соединяться с нулем до него.

Теперь рассмотрим самую простую схему, в которой на каждую линию установлена защита от КЗ и тока утечки.

В данном случае все просто, на вход устанавливается АВ (А на рис. 7) с номинальным током 40 А. После него стоит общее устройство (В), его еще называют противопожарным. У данного устройства ток утечки должен быть не менее 100 мА, номинальный ток, как минимум – 50 А (см. пункт 2 общих правил, указанных выше). Далее идут две связки УЗО-АВ (С-Е и D-F). Параметр номинального тока у «С» и «D» – 16 A. Для «E» и «F» это параметр должен быть на ступень выше, в нашем случае – это 20 А. Что касается величины отключающего тока, то для влажных помещений этот показатель должен быть 10 мА, для остальных групп потребителей – 30 мА.

Такой вариант подключения самый простой и надежны, но при этом и более затратный. Для двух внутренних линий его еще можно использовать, но когда их число от 4-х и больше имеет смысл ставить одно устройство защиты на группу АВ. Пример такой схемы приведен нижне.

Как видите в данной схеме у нас установлено одно общее (противопожарное) защитное устройство и четыре групповых на освещение, кухню, розетки и ванную комнату. Такой вариант подключения позволяет существенно сократить затраты, по сравнению со схемой, где на каждую линию подключается связка УЗО-АВ. Помимо этого обеспечивается необходимый уровень защиты.

В заключение несколько слов о необходимости защитного заземления. Для нормального функционирования УЗО оно необходимо. В интернете можно найти схему включения без PE (собственно она ничем не отличается от обычной), но следует заметить, что сработка будет только в том случае, когда произойдет контакт с батарей, трубами холодной или горячей воды и т.д.

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.