Электричество — одна из инженерных систем, которая обеспечивает наш комфорт. Но то же электричество несет в себе потенциальную угрозу, поэтому электросети должны быть максимально безопасными. Обеспечивают безопасность устройства автоматической защиты. Одно из них — УЗО. Что это за аппарат, от чего он защищает, в чем состоит принцип работы УЗО — обо всем этом и пойдет речь в статье.
УЗО — это устройство защитного отключения (альтернативное название — выключатель дифференциального тока, сокращенно ВДТ). Предназначено для отключения питания в случае возникновения аварийной ситуации, которая приводит к появлению тока утечки. Это возможно в двух случаях: при пробое изоляции на землю и при прикосновении человека к токоведущим частям.
Эта картинка поможет представить принцип работы УЗО. В качестве нагрузки выступает лампа накаливания. УЗО сравнивает ток до и после нагрузки. Если разница превышает заданное значение, то устройство срабатывает и размыкает цепь
Принцип его действия можно сравнить с весами с двумя чашами. Сравнивается ток в цепи до и после нагрузки. Как только одна из чаш перевешивает, значит ток нашел «левый» или обходной путь. Чаще всего обходной путь — через пробой изоляции на землю, или через тело человека тоже не землю. То есть, по этому пути часть тока «утекло». Отсюда и название — ток утечки . Ток ушел не по проложенным проводам, а это опасно. И появление тока утечки — сигнал к отключению питания. В УЗО срабатывает реле, разрывая контакт и обесточивая сеть. Это принцип работы УЗО описанный простыми словами — для лучшего понимания назначения и принципа действия.
Ток утечки возникает когда появляется пробой изоляции на корпус (провод перетерся, нагревательный элемент «пробило» и т.д.). Утечка — это когда вы прикоснулись к корпусу устройства, который находится под напряжением. Прикоснулись одной рукой и сами при этом стоите на токопроводящем полу без обуви или касаетесь еще какого-то заземленного предмета (батарей центрального отопления, например). Через ваше тело потечет ток, причем он «уйдет» через контур заземления, так как это путь с наименьшим сопротивлением. Это и будет тот самый «обходной» путь. В результате «вернувшийся» ток будет меньше и реле на УЗО сработает.
Но, обратите внимание! Прямое прикосновение сразу к фазе и нулю — не наш случай. В этом случае тело воспринимается как нагрузка, а не как утечка. А это штатная ситуация и защита не сработает. Поэтому работайте с электричеством одной рукой, в диэлектрической обуви. И никогда не прикасайтесь сразу к нулю и фазе.
Подключение УЗО в схему повышает безопасность. Особенно это актуально для влажных помещений, таких как санузел
Иногда защита реагирует на неочевидные вещи: соседи заземлились «не туда», плита с пьезорозжигом без заземления, стиральная машина или посудомойка подключены шлангом в металлической оплетке к металлическим же трубам. В общем, ситуаций, в которых образуется ток утечки, немало. Это все тоже токи утечки, но они — следствие ошибок или нарушений. И на них УЗО тоже реагирует. Если отключения происходят без видимых причин, их просто следует выявить. Это непросто, но оставлять без внимания «ложные» отключения не стоит. Причина может нести опасность.
На лицевой панели УЗО есть переключатель, при помощи которого можно вручную разрывать цепь или приводит устройство в рабочее состояние. На передней панели также есть кнопка «Тест», предназначенная для тестирования работоспособности устройства защиты. При ее нажатии подключается цепь содержащая резистор, которая эмитирует возникновение утечки. Если прибор исправен, он отключит питание — «рубильник» опустится вниз, размыкая контакт.
В верхней и нижней части устройства есть гнезда для подключения проводов. Вверху подключаются провода, подводящие питание, внизу — линии, которые идут к нагрузке или к нижестоящим устройствам. Через УЗО проходят и фазные провода, и ноль (нейтраль). То есть, при срабатывании, питание отключается полностью.
На корпусе имеются надписи, которые отражают основные параметры. Крепится УЗО на DIN-рейку, для этого есть специфической форы выступы на задней поверхности корпуса. Способы фиксации зависят от фирмы-производителя. Есть модели, которые просто навешиваются, есть с фиксацией при помощи прижимного клапана.
Несмотря на явную пользу УЗО, без автомата защиты обойтись не получится. УЗО не реагирует ни на сверхтоки (короткие замыкания), ни на перегрузку. Оно отслеживает только ток утечки. Так что для безопасности проводки необходим еще и автомат. Эту пару — автомат и УЗО — ставят на входе. Автомат обычно стоит до счетчика, защита от утечек — после.
Вместо пары — УЗО+автомат, можно использовать дифференциальный автомат. Это два устройства в одном корпусе. отслеживает сразу и ток утечки, и короткое, и перегрузку. Его ставят, если есть необходимость в экономии места в щитке. Если такой необходимости нет, предпочитают ставить отдельные устройства. Проще определять повреждение, дешевле замена при выходе из строя.
Состоит устройство защитного отключения из трансформатора, реле и отключающего механизма. Основной рабочий элемент УЗО — дифференциальный трансформатор с двумя первичными обмотками и одной вторичной. Именно он сравнивает токи. Первичные обмотки дифференциального трансформатора имеют абсолютно одинаковые параметры, но включены навстречу друг другу. Через одну обмотку проходит ток, который идет на нагрузку, через вторую — который возвращается с нагрузки.
При исправном состоянии линии, токи, протекающие через обе первичные обмотки, равны, но имеют противоположные знаки. В результате, создаваемые ими электромагнитные поля взаимоуничтожаются. В такой ситуации во вторичной обмотке нет наведенных токов, контакты замкнуты, питание есть.
Как только на контролируемых линиях появляется утечка, в одной из первичных обмоток появляется перевес (на рисунке это обмотка под номером 2). Это приводит к тому, что на вторичной обмотке появляется потенциал. Когда он достигает порогового значения (ток отключения), срабатывает реле, отключая питание. Это и есть принцип работы УЗО.
В общем, УЗО — несложное устройство, но очень полезное, так как именно оно отвечает за безопасность. Для вашей безопасности и безопасности ваших детей, настоятельно рекомендуем установить в щит устройство защитного отключения.
Несмотря на не слишком сложное устройство, параметров, по которым надо подбирать УЗО немало. Это:
Все эти параметры выбираются при составлении схемы, так как для выбора важно сечение провода, подключаемая нагрузка и еще много деталей. Так что для начала надо определиться с количеством и мощностью потребителей (лампочек, крупной и мелкой бытовой техники, нагревателей и т.д.).
Умные головы придумали как использовать принцип работы УЗО не только для защиты человека от поражения электротоком при повреждении изоляции. То же устройство можно использовать для предотвращения пожаров. Конструктивно они ничем не отличаются, просто рассчитаны на большие токи утечки.
Как работает УЗО в этом случае? Как известно, при протекании токов температура проводников повышается. При достаточной силе тока нагрев может быть настолько большим, что способен вызвать пожар. Если на вводе в дом поставить аппарат с током утечки 100 мА и выше, человека от поражения электротоком оно не спасет, а вот возникновение пожара очень даже может предотвратить. Как? Вполне может статься, что одно из устройств защиты окажется неисправным. Изоляция фазы будет испорчена, что рано или поздно приведет к пожару. Может оказаться так, что повреждение окажется на незащищенной части линий. Вот в этом случае противопожарное УЗО отключит питание. Это будет значить, что «утекать» стало слишком много и надо провести ревизию проводки: измерить изоляцию, проверить нагрев и т.д.
Ставится противопожарное защитное устройство после счетчика. Если говорить о параметрах, минимальный отключающий ток — 100 мА. Тип — лучше селективный, а вот время выдержки выбирайте сами. Селективность спасет от ложных срабатываний. Ниже, после противопожарного УЗО, ставят защиту на линии, выбирая отключающий ток утечки в зависимости от типа нагрузки.
Если следовать ГОСТу, то на линии освещения, расположенные в помещениях с нормальными условиями эксплуатации установка защитных устройств необязательна. То есть, на линии, которые ведут к освещению, «персональные» УЗО и автоматы можно не ставить.
Официального рейтинга производителей УЗО не существует, поэтому следует ориентироваться на отзывы практикующих электриков. Как правило, при сборке «навороченного» щита, специалисты рекомендуют использовать продукцию трех европейских фирм:
В каталогах вышеперечисленных производителей, чаще будут встречаться альтернативные названия устройств защиты дифференциального тока. УЗО — выключатель дифференциального тока (ВДТ). Дифавтомат — автоматический выключатель дифференциального тока (АВДТ).
Компания Schneider Electric («Шнейдер Электрик») разработала линийку устройств Easy9, относящихся к среднему ценовому сегменту.
Дифференциальный выключатель EASY 9 (УЗО) 2П 63А 30мА (артикул EZ9R34263). Устройства Easy9 относятся к среднему ценовому сегменту, но при этом отличаются качеством, надёжностью и удобством использования, свойственным аппаратуре верхнего ценового сегмента
Многих электриков не устраивает качество продукции таких компаний, как IEK, TDM, DEKraft, EKF.
Требование надежной защиты человека от поражающего воздействия тока всегда опережало возможности науки и техники по созданию защитных устройств, удовлетворяющих данную цель. Сегодня инновационные разработки в электротехнической отрасли в полной мере соответствуют всем критериям, предъявляемым к устройствам данного типа. Статья раскрывает вопрос о таком устройстве как УЗО: что это такое, его назначение, принцип действия, выбор и применение.
УЗО расшифровывается как «устройство защитного отключения»
Как только применение электрического тока вошло в нашу жизнь, сразу возникла необходимость в защите от его поражающего воздействия на здоровье человека. Прежде всего – это выполнение изоляции токопроводящих частей проводки и деталей приемников тока.
Но полная изоляция невозможна, так как в любой электрической схеме присутствуют технологические разрывы и контактные группы. Всегда есть вероятность нарушения (разрушения) изоляционного слоя токопроводящих элементов и их механического повреждения, и самое главное – статистическая регулярность в нарушении техники безопасности, инструкций и правил эксплуатации электрооборудования, как на производственном, так и бытовом уровне.
Одним из самых эффективных способов защиты от поражающего воздействия электрического тока является организация контура заземления. Контур заземления – это искусственное проводниковое соединение с «землей» (т.н. PE-проводник) нейтральных токопроводящих корпусов или частей электромеханизмов, имеющий сопротивление не выше 4 Ом. Перечисленные элементы электрооборудования могут оказаться под напряжением по причине замыкания на корпус фазного провода или тока молнии.
Главное назначение устройства контура заземления - это исключить возможность поражения электрическим током человека или животного в случае прикосновения к корпусу или части механизма электрооборудования, оказавшимся под напряжением по причине замыкания на них фазного электрического тока.
Обратите внимание! В сетях переменного тока с заземленной нейтралью и напряжением до 1 кВ (это формат жилищного электроснабжения) заземление в качестве основной защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении не применяется, так как оно не является эффективным.
Прохождение электрического тока через тело человека в случае удара в системе с заземлением (справа) и без заземления (слева)
Проблему максимально эффективной защиты от воздействия электричества на человека решили так называемые устройства дифференциального тока (УДТ) – это большой сегмент контрольно-защитных приборов различного назначения и конструктивных особенностей. Классификация сегмента УДТ довольно обширная: от способа управления, вида установки и числа полюсов, до возможности регулирования и задержки по времени отключающего дифференциального тока.
Рассмотрим, что такое УЗО. Расшифровка этой аббревиатуры – устройство защитного отключения. Требования по установке и применению УДТ приведены в дополненных изданиях ПУЭ – правила установки электрооборудования и в серии стандартов на электроустановки зданий МЭК 60364 и воздействие тока на человека и скот МЭК 60479-1.
Новатором в разработке УЗО была Германия. Первый действующий образец устройства защиты был сконструирован и изготовлен в тридцатых годах прошлого века. В качестве датчика тока утечки использовался минимальный из возможных по размеру трансформатор дифференциального тока, а контрольным элементом использовалось поляризованное магнитное реле с чувствительностью 100 миллиампер (mА) и быстродействием не более 0,1 секунды.
Порог фиксирования дифференциального тока у опытного образца был около 80 mА. Разработать контрольное реле с чувствительностью менее 80 mА в то время было невозможно из-за отсутствия материалов с нужными электромагнитными характеристиками. И только в середине двадцатого века было предложено новое конструктивное решение УЗО. В конструкции были учтены механизмы по устранению ложных срабатываний от разрядов во время грозы и весомо увеличена чувствительность по дифференциальному току до 30 mА.
Также претерпели изменения и габаритные размеры УЗО: от размера посылочного ящика до современного формата, способного быть установленным на DIN-рейку в современных электрических шкафах.
Технические эксперты в области электротехнических и электронных разработок уже делают прогнозы на будущее. Они твердо убеждены, что скоро такими системами как защита от поражения электрическим током будет заведовать искусственный интеллект.
Он будет способный выполнять не только измерительные и контрольные функции, но и осуществляя видео и аудио мониторинг данного ему объекта, принимать мгновенные решения по каких-либо случайным ситуациям и при необходимости оповещать службы спасения.
К числу наиболее востребованных из защитных УДТ, работающих в бытовых условиях, относятся устройства защитного отключения (УЗО). УЗО работает как защитник человека от поражения электрическим током и как превентивный механизм по предотвращению случайного возгорания кабелей проводки и подключаемых шнуров электроприборов.
Функциональная идея рассматриваемого устройства основана на законах электротехники, постулирующих равенство входящего и выходящего тока в замкнутых электрических цепях с активными нагрузками.
Это значит, что ток, протекающий через фазный провод, должен быть равен току, протекающему через нулевой провод – для цепей однофазного тока при двухпроводной разводке и что ток в нейтральном проводе должен быть равен сумме токов, которые протекают в фазах для трехфазной четырехпроводной цепи.
Когда в таком контуре из-за случайного прикосновения человека к неизолированным частям токопроводящих элементов цепи или при контакте оголенной части проводки (из-за повреждения) с другими токопроводящими предметами, образующими новую электрическую цепь, происходит так называемая утечка тока – равенство входящего и выходящего токов нарушается.
Это нарушение может быть зарегистрированным и использоваться как команда на отключение всей электрической цепи. На этом процессе и было сконструировано УЗО. А ток «утечки» в рамках электротехники стали называть дифференциальным током.
УЗО может регистрировать очень малые токи «утечки» и выполнять функции механизма выключателя. Чисто теоретически принцип работы УЗО выглядит так (где I вх – входной ток нулевого провода, I вых – выходной ток фазного провода):
Когда в сети электроснабжения установлено УЗО, это значит, что обеспечена защита от:
УЗО может срабатывать по причинам, не бросающимся в глаза с первого осмотра схемы присоединения бытовых приборов. Если вы используете газовую плиту с электрическим поджогом газа, или стиральная машинка подключена шлангом в металлическом корпусе к водопроводному крану, или когда соседи произвели заземление на систему водоснабжения или отопления, тогда в электрической цепи снова будет возникать утечка тока, из-за которой и будет срабатывать УЗО. В таких случаях требуется скрупулезный инженерный анализ.
Правила очень часто имеют исключения. Данный принцип не обошел и универсальные качества рассматриваемого устройства защитного отключения.
УЗО не среагирует, когда человек или животное попадет под напряжение, но тока замыкания на землю при этом не произойдет. Такой случай возможен при прикосновении одновременно к фазному и нулевому проводнику, находящимся под контролем УЗО, или при полной изоляции с полом. Защита УЗО в таких случаях полностью отсутствует. УЗО не может отличить электрический ток, проходящий через тело человека или животного от тока, протекающего в нагрузочном элементе. В таких случаях безопасность могут обеспечить меры по механической защите (полная изоляция, диэлектрические кожухи и др.) или полное обесточивание электроприбора перед его техническим осмотром.
УЗО, полностью зависимое от питающего напряжения подходящей к объекту сети, находится в рабочем состоянии только в случае полной исправности указанной сети. Ситуация может стать опасной, когда «выше» УЗО произойдет обрыв нулевого провода, а фазный провод останется под напряжением. Тогда в проводке фазный провод может стать фактором поражения электрическим током, а УЗО по причине собственной недееспособности будет не в состоянии отключить питание сети.
УЗО может «зависнуть» в состоянии ожидания, если произойдет заклинивание основного штока контактов в соленоиде или при выходе из строя вторичной обмотки контрольного устройства, и в нужный момент не сработать. С целью проверки рабочего состояния УЗО существует тестовый механизм. Если регулярно осуществлять тестовую проверку устройства (а для этого достаточно просто нажать кнопку «Т» – тест), риск от поломки УЗО будет иметь минимальную вероятность.
Основное применение в бытовых условиях УЗО получило при использовании в электрических группах ванных комнат, кухонь и розеточных группах большого числа подключаемых приборов и оборудования. Это не означает, что использовать УЗО на общей входящей сети не имеет смысла. Данная выборочная схема продиктована только оперативностью управления и маркетинговой целесообразностью, так как УЗО для небольших токов гораздо дешевле по цене устройств с большей мощностью.
Однако в некоторых случаях, если рассматривать общежития, клубы и т.п., будет надежней применение общего селективного УЗО по причине массового и одновременного пользования практически всеми элементами электрического оснащения. УЗО селективного типа отличается от обычного большим временем задержки отключающего дифференциального тока (т.е. временем срабатывания) и является одним из самых используемых устройств. При срабатывании обычного локального УЗО в каком-либо контуре, общее селективное УЗО не отключает всю проводку сразу, а позволяет прекратить электропитание только отдельной группы.
Например, если на дискотеке произойдет пробой изоляции аппаратуры и корпус (допустим – усилителя) окажется в контакте с фазным проводом, то в момент касания оператором усилителя, локальное УЗО срабатывает и отключает только группу усилительной аппаратуры, а селективное общее УЗО не отключит всего питания и такие группы как общий свет, туалеты и кафе будут работать в стандартном режиме.
Механизм подключения УЗО в действующую сеть аналогичен подключению автоматического выключателя с той лишь разницей, что когда на однофазном автомате требуется затяжка двух клемм, то на УЗО – четырех.
Если при касании человеком оголенного участка провода или корпуса оборудования, находящегося под фазным напряжением, мгновенно отключилось электричество – значит, сработало УЗО.
Важно! В системах переменного тока дополнительная защита посредством УЗО должна быть предусмотрена для розеточных групп с номинальным током до 20А (стиральные машины, печи и др.) и передвижного (переносного) оборудования и электроинструмента с номинальным током до 32А, которое используют вне помещения.
Физические процессы, протекающие в механизмах работы многих современных электромеханических или электронных устройств, могут быть нам совершенно не понятными. Не каждый человек имеет знания инженерно-технических дисциплин и, естественно, не в состоянии понимать и описывать физическую основу принципов работы того или иного прибора. Но принцип пользования (правила эксплуатации), построенный на элементах безопасности, дает возможность применения самых сложных изобретений в нашей повседневной жизни.
Статья по теме:
Критерии выбора светильников. Виды накладных осветительных приборов. Виды и цены встроенных моделей. Обзор светодиодных люстр.
Каждый прибор имеет технический паспорт, в котором доступным для понимания языком всегда описывается и назначение, и принцип работы и всегда, когда это требуется, в нем прописываются мероприятия по установке, подключению и правильной эксплуатации. В нашем случае осуществлена попытка описать принцип работы устройства защиты отключения (УЗО) наиболее доступным способом и дать читателю возможность самостоятельно принимать решения в выборе того или другого устройства в случае необходимости.
Для выполнения своей функции защиты, устройство состоит из минимизированного по размерам трансформатора дифференциального тока, контрольного «следящего» магнитоэлектрического реле, соленоида управления основной контактной группой и дополнительными элементами диагностики – кнопкой «Тест» и элементами механизмов срабатывания.
Физическая сторона работы следующая.
При включении УЗО (нажатие кнопки замыкания контактов) включается соленоид и удерживает шток контактной группы аналогично электромагниту. Так как в этот же момент приходят в контакт клеммы обмотки самого соленоида и клеммы питающих проводов. Но в схеме питания соленоида установлены транзитные контакты размыкания, которые управляются магнитоэлектрическим реле и реле дается функция самостоятельного отключения УЗО.
Выходящий и входящий ток сети, протекая в соответствующих обмотках трансформатора, за счет произведенной ЭДС (электродвижущая сила) создает в магнитопроводе (сердечнике) два равных, но разнонаправленных магнитных потока.
По причине полной компенсации магнитных потоков, в намотанной на сердечник вторичной обмотке, питающей контрольное реле, не возникает ЭДС и реле находится в пассивном состоянии.
В момент касания человеком или животным оголенной части фазного провода или корпуса какого-либо бытового прибора, на который произошел пробой фазы, через входящую обмотку трансформатора будет протекать дополнительный дифференциальный ток.
Нарушение равенства входящего и выходящего токов мгновенно создают некомпенсированный магнитный поток в сердечнике трансформатора. И как следствие, мгновенное появление ЭДС во вторичной обмотке, связанной с реле как источник его питания.
Реле, получив электропитание, сразу же срабатывает и отключает питание соленоида (транзитные клеммы размыкаются), удерживающего основные контакты в замкнутом положении.
Контакты размыкаются, соленоид обесточивается и отпускает подпружиненный шток контактной группы, и электроснабжение сети прерывается. Чем чувствительнее контрольное реле к малым значениям дифференциального тока, тем эффективней защитная функция УЗО.
Обратите внимание! Такие функции защиты как отключение электропитания при явлениях короткого замыкания и токовой перегрузки в УЗО не предусмотрены. На практике установка УЗО обычно предполагает совместное использование автоматического выключателя («автомата»), непосредственно рассчитанного на возможность короткого замыкания и токовую перегрузку.
Оба прибора имеют одну и ту же конструкцию крепления для установки в управляющих щитках учета и распределения электричества. Задача сводится только к правильному подключению к питающей сети и друг к другу:
Полезный совет! При подключении четырехполюсного. т.е. трехфазного УЗО в аналогичную сеть, необходимо строгое соответствие маркировки фазы с маркировкой клемм устройства. В противном случае тестовый режим не будет объективным.
Рынок УДТ (устройств дифференциального тока) очень разнообразен. Следует выделить из ряда конкурирующих с УЗО аналогов так называемый дифференциальный автомат, относящийся к классу автоматических выключателей, управляемых дифференциальным током – АВДТ.
Чтобы ответить в доступной форме на вопрос: дифавтомат, что это такое? – необходимо запомнить, что его основной особенностью является сочетание в себе главной функции УЗО и автоматического выключателя. Также разница УЗО и дифференциального автомата заключается в том, что самому УЗО требуется защита от коротких замыканий в сети и перегрузов по току (естественно, для этого и устанавливается в паре автоматический выключатель), а дифавтомат способен защитить сам себя.
Следует отметить выход на рынок новых моделей АВДТ – электронных и со вспомогательным источником питания. Они отличаются от электромеханических конструкций наличием электронной платы с усилителем дифференциального тока, что позволяет фиксировать утечки порядка 10 mА и срабатывают даже при обрыве нулевого провода входящей сети, когда фазный провод остается под напряжением. Обычное УЗО или АВДТ в такой ситуации при контакте человека с открытым фазным участком не сработает.
Еще одна новинка в линейке устройств дифференциального тока – это так называемое устройство защиты многофункциональное. Что такое УЗМ становится понятно из ознакомления с его предназначением. Это устройство служит для полного отключения оборудования при выходе параметров напряжения в сети за рабочие пределы (меньше 180В и больше 260В), а также для защиты работающего оборудования от «сжигающих» обмотки и электронные элементы приборов скачков напряжения. Эти скачки могут быть вызваны электромагнитными импульсами или замыканиями фазных проводов на нулевой в трехфазной сети.
Однозначного алгоритма, позволяющего отдать предпочтение тому или иному устройству, не существует. Причина в многовариативной особенности выбора. Рассмотрим основные факторы, которые влияют на выбор УЗО или АВДТ.
Есть ли возможность разместить то или иное устройство в главном щитке . На практике – габаритный суммарный размер УЗО и автоматического выключателя больше чем габаритный размер дифавтомата.
Какая цель преследуется при внесении изменений в электрическую схему . При необходимости индивидуальной защиты высокомощного оборудования (кухонная печь, бойлер, стиральная машина и др.) от возможного «удара» электрическим током, оптимально подходит дифференциальный автомат, четко следящий за током нагрузки.
В случае необходимости защиты от поражения электрическим током для какой-нибудь группы розеток или осветительной линии, в которых мощность может со временем быть увеличенной, целесообразно применить УЗО. УЗО имеет большой запас по мощности, а дифференциальный автомат в связи с перегрузом потребуется заменить более мощным.
Качественная оценка . Практикой доказано, что приборы, комбинирующие в себе множество функций различных устройств, очень часто уступают по качеству единичным устройствам. Это касается и такого мультифункционального устройства как дифференциальный автомат, который по качеству и сроку службы уступает УЗО и автоматическому выключателю.
Ситуация с поломкой . В ситуации, когда перестает работать УЗО или автоматический выключатель, требуется замена или того или другого устройства. Но когда не работает дифференциальный автомат, даже по причине несрабатывания по одной какой-то функции, приходится заменить его новым. В этом случае расходы гораздо больше.
Стабильность электроснабжения . При выходе из строя УЗО, достаточно установить перемычки между автоматическим выключателем и электро-питаемой сетью (обойти УЗО) и электроснабжение восстановлено. А вот при поломке дифавтомата потребуется или запасной дифавтомат или запасной автоматический выключатель. Так что скорое оперативное возобновление электроснабжения может быть под вопросом.
Полезный совет! При необходимости правильного выбора нужного устройства дифференциального тока (УЗО или АВДТ), необходимо использовать инженерный подход и экономическую оценку даже тогда, когда под рукой уже имеется тот или иной вид устройства.
Остался вопрос по внешнему отличию УЗО от АВДТ.
Маркировка титульной стороны устройства. Пример 1: «АВВ 16А 30 mА» – перед нами УЗО АВВ (компания производитель «АВВ») с номинальным током 16 ампер и нижним дифференциальным током 30 миллиампер. Пример 2: «CHNT C16 0,03А» – перед нами дифавтомат, производитель компания CHNT c номинальным током 16 ампер и характеристикой электромагнитного и теплового прерывателя класса «С» при дифференциальном токе 30 миллиампер.
Указанная электросхема на титульной стороне. Для УЗО на схеме обозначен дифференциальный трансформатор (овальная петля), контрольное реле (квадрат) с петлей на контуре овала и тестовый контур в виде штрихпунктирной линии. Для дифавтомата схема очень похожа на схему УЗО, только есть дополнительные фигуры в виде небольшой дуги и ступенчатой линии – это и есть обозначения, отличные от УЗО, электромагнитного и теплового прерывателя.
Большинство контрольно-управляющих устройств, устанавливаемых в сети электроснабжения, имеют небольшой перечень параметров, необходимых для правильного подбора их в электрическую схему.
Выбор УЗО производится по номинальному току нагрузки и порогу фиксации дифференциального тока утечки. Практика рекомендует значение не выше 30 мА. Установка УЗО в электрическую сеть производится на основании инженерного анализа существующих в сети элементов и возможностей монтажа. Схема подсоединения УЗО в сеть должна учитывать все возможные ошибки коммутации и исключить их. Только при правильном подключении в схему электроснабжения УЗО обеспечит максимальную эффективность по срабатыванию защитных механизмов устройства.
Зная принцип работы УЗО, при стандартной двухпроводной электросети, представленной только фазным и нулевым проводами, не имеющей заземляющего контура, можно и нужно устанавливать УЗО в соответствии с требованиями защиты. Правильность и схемы установки УЗО были рассмотрены ранее.
Ответ на вопрос, какое УЗО поставить в квартире, находится с калькулятором в руках. Надо просуммировать мощности единиц оборудования и техники, установленных в квартире, и сумму разделить на число 220. Таким образом, в грубом приближении мы рассчитываем номинальный ток, по которому и будет сделан выбор УЗО. Данный расчет основан на математической зависимости электрической мощности от напряжения сети (220В) и силы тока, возникающей при электропитании приборов нагрузки:
М = U х I ,
где М – мощность, U – напряжение, I – ток.
Пример: требуется выбрать УЗО для защиты группы электроприборов кухонного блока. На этой линии находится такая бытовая техника:
Суммируем потребляемые мощности: 2000 + 1200 + 700 + 800 = 5300 Вт. Производим вычисление тока по формуле: I = M/U = 5300/220 = 24,09А. Выбираем ближайший по номиналу УЗО с большим значением – 25А.
Для углубленного расчета токов в линиях разводки требуются знания основ высшей электротехники.
Кроме номинального тока нагрузки и порога чувствительности дифференциального тока, в некоторых случаях при выборе УЗО требуется обращать внимание на еще один критерий – категория тока утечки. Это в большинстве случаев касается переменного и импульсного тока в сети.
Схема подключения УЗО и автоматов на примере квартирного
Категория AC предполагает работу УЗО в среде переменного тока дифференциальной утечки. Данная категория является самой распространённой и может быть использована во всех видах сетей переменного тока. В каких случаях срабатывает УЗО – было рассмотрено выше.
Категория A имеет самый низкий порог чувствительности (около 10 мА) по дифференциальному току и способна фиксировать отдельную составляющую амплитуды тока (т.н. полуволну). УЗО с такой категорией тока утечки реагирует не только на переменную конфигурацию тока, но и на импульсную. Такие УЗО приобретают приоритетное применение, так как все больше бытовых приборов, особенно осветительных элементов, переводят на блоки питания импульсного тока.
Основной тенденцией европейского рынка является расширение сегмента импульсного оборудования. Это, естественно, приведет к росту количества применяемых УЗО импульсного тока. Но так как в бытовом применении еще долго будут оставаться приемники активного тока (полно переменного), УЗО категории АС будут занимать на рыночных полках довольно широкое пространство.
Возвращаясь к вопросу об отсутствии или наличии в электросети заземляющего контура, необходимо сделать акцент на том, что даже при наличии заземления еще в большей степени требуется организация защиты от поражения электрическим током за счет установки в сеть УЗО.
Основные принципы схемы подключения УЗО в однофазную сеть уже были рассмотрены ранее. Схема подключения УЗО с заземлением ничем не отличается от схемы без заземления.
Полезный совет! Если электросеть имеет контур заземления, необходимо проконтролировать и обеспечить правильную схему при подключении УЗО, когда ни один нулевой провод в электропроводке не должен быть сопряжен с проводом (клеммой) заземляющего контура.
Главными директивными положениями, вошедшими в ГОСТ 2.755-87 ЕСКД «Обозначения условные графические в электрических схемах устройства коммутационные и контактные соединения» и ГОСТ 2.710-81 ЕСКД «Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах», предписывается графическое и буквенное обозначение таких устройств как УЗО. Но никаких строгих предписаний на различное обозначение устройств дифференциального тока не предъявлено.
Как мы уже знаем, все устройства дифференциального тока представлены механизмом прерывателя и контрольного элемента – трансформатора дифференциального тока. Поэтому обозначение УЗО на схеме представлено двумя стандартными графическими обозначениями – прерывателя цепи и трансформатора, регистрирующего дифференциальный ток. Можно увидеть графическое обозначение УЗО на однолинейных схемах и других чертежах.
Данный тип устройства обычно называется четырёхполюсным и специфика его подключения в трехфазную сеть полностью аналогична подключению двухполюсного УЗО. На корпусе устройства указаны клеммы подсоединения фазовых проводов и нулевого провода. Также к устройству прилагается паспорт, в котором представлены стандартные схемы подключения четырехполюсного УЗО в трехфазную сеть.
У разных производителей иногда есть отличия в расположении нулевой клеммы на корпусе устройства – справа или слева, а подключение фазных проводов требует только соответствия по обозначению на входе и выходе.
Четырехполюсные трехфазные УЗО применяются для больших дифференциальных токов утечки и их основной целью является только защита от возгорания электропроводки. Чтобы организовать защиту людей от поражения электрическим током, необходимо на каждой отдельной группе оборудования установить двухполюсные однофазные УЗО с регулировкой по току утечки равной не более 30 мА.
Рыночный сегмент изделий УДТ представлен рядом иностранных брендовых компаний, а также отечественными производителями. На сегодняшний день предпочтение отдается торговым маркам из Италии, Польши, Германии и Испании, так как их продукция получила лучшую потребительскую оценку по критериям качества, надежности и соотношению цена-качество. Существующий рынок устройств дифференциального тока УДТ позволяет производить широкий выбор тех или иных типов приборов, предоставляя разнообразный ассортимент товара как по цене, так и по качеству.
В таблице приведены товары наиболее распространённых производителей УДТ и показаны предлагаемые ими рыночные цены:
| Наименование изделия | Торговая марка | Цена, руб. |
| УЗО IEK ВД1-63 однофазное 25А 30 mА | IEK, Китай | 442 |
| УЗО АВВ однофазное 25А 30 mА | АВВ, Италия | 536 |
| УЗО АВВ 40А 30 mА однофазное | АВВ, Италия | 740 |
| УЗО Legrand 403000 однофазное 25А 30 mА | Legrand, Польша | 1177 |
| УЗО Schneider 11450 однофазное 25А 30 mА | Schneider Electric, Испания | 1431 |
| УЗО IEK ВД1-63 трехфазное 63А 100 mА | IEK, Китай | 1491 |
| Автоматический выключатель IEK ВА47-29 25А | IEK, Китай | 92 |
| Автоматический выключатель Legrand 404028 25А | Legrand, Польша | 168 |
| Автоматический выключатель АВВ S801C 25А однополюсной | АВВ, Италия | 441 |
| АВДТ IEK 34, трехфазное С25 300 mА | IEK, Китай | 1335 |
Как видно из сравнительной таблицы, цена УЗО 25А 30 мА (наиболее востребованного на рынке) зависит от производителя. Так цена УЗО АВВ 25А 30 mА выше китайских аналогов, но ниже чем у таких производителей как Legrand или Schneider Electric. С учетом таких критериев как качество и стоимость, купить УЗО 25А 30 мА предпочтительнее компании АВВ, а необходимый автоматический выключатель можно купить китайского производства или компании Legrand.
Полезный совет! Приняв решение по установке УЗО в домашнюю сеть, но не имея опыта работы по электромонтажу аналогичных устройств, воспользуйтесь услугами квалифицированного электрика.
Подводя итоги данному экскурсу в мир устройств дифференциального тока, в частности – устройству защитного отключения (УЗО) сделаем акцент на рассмотренных важных моментах.
Одним из самых эффективных средств защиты человека и животных от поражающего воздействия электрического тока является установка в электроснабжающую сеть устройств защитного отключения – УЗО.
УЗО обладает функцией реагировать на дифференциальный ток утечки, появляющийся при контакте человека с оголенной частью проводки или корпусом какого-либо электротехнического оборудования. Оно может находиться под фазным напряжением из-за повреждения изоляции фазного провода и его контакта с корпусом. Также УЗО реагирует на утечку тока в местах повреждения изоляции проводки, когда это может привести к нагреву и возгоранию.
Однако УЗО не реагирует на явления короткого замыкания в цепи проводки и на превышение мощности в цепи по току. В связи с этим устанавливать устройство необходимо в паре с автоматическим выключателем («автоматом»), который реагирует на короткое замыкание и перегруз по мощности.
Самое важное – всегда соблюдайте правила техники безопасности и осторожность при работе с электроприборами и техникой. Как можно чаще производите визуальный осмотр открытых токоведущих элементов электроразводки и подключаемых элементов токоприемников.
Бытовые электроприборы работают с большими нагрузками и часто выходят из строя. Одной из неисправностей вполне может быть повреждение изоляции на сетевом шнуре. При этом появляется потенциал сети на корпусе прибора. Он остается в исправном состоянии и может работать, но уже представляет опасность для человека. При одновременном прикосновении к металлической части корпуса и водопроводной трубе или другой металлической конструкции, связанной с землей, происходит замыкание электрической цепи через тело, приводящее к удару током. Для предотвращения подобных явлений было создано устройство защитного отключения.
Подключение устройства защитного отключения
Принцип работы УЗО – это отключение нагрузки коммутационным механизмом при достижении током утечки заданной величины. Устройство является надежной защитой от поражения поверхностями, находящимися под напряжением, и от возникновения пожара при утечке тока через неисправную изоляцию. Проще говоря, механизм аппарата мгновенно отключает питающую сеть от потребителя, если возникает непредвиденная утечка тока в «землю».
Чтобы выбрать нужные устройства, надо знать их различия, классифицирующиеся по следующим признакам.
Главным параметром устройства является значение тока утечки. Отсчет идет от 30 мА. При большей величине тока устройство срабатывает для защиты от пожара, но для человека удар током представляет опасность. При меньших значениях болезненное воздействие остается, но опасности для жизни здорового человека нет. В жилых домах выбирают УЗО с током отключения не выше 30 мА, за исключением входного.
Различают электромеханические (УЗО-Д, УЗО-ДМ) и электронные устройства (УЗО-ДЕ). Последние – применяются преимущественно в качестве дополнительных: для повышения надежности защиты в помещениях с высокой влажностью. В них может содержаться устройство сравнения со встроенным источником питания вместо магнитоэлектрического элемента. При этом сигнал необходимо усиливать и преобразовывать, что существенно снижает надежность защиты. Аппараты ограничены по возможностям, но от большинства неприятностей выручают. Устройства с электронным разрывом цепи чаще применяют в связи с тем, что они дешевы, и быстрота срабатывания (0,005 с и менее) позволяет избежать удара током. Электромеханические УЗО более надежны, благодаря независимости от колебаний напряжения сети и отсутствия необходимости во внешнем питании.
Устройства бывают неселективные, реагирующие на неисправность быстрее, чем за 0,1 с, и селективные – с задержкой срабатывания от 0,005 с до 1 с. Она создается специально для того, чтобы системы защиты разных уровней успели сработать раньше. В этом случае поврежденный участок отключается, а все остальные продолжают работать. Селективные УЗО предназначены для защиты от пожара. После них обязательно надо устанавливать защитные устройства с безопасными порогами токов утечки на низших ступенях подключений.
В лечебных, детских и учебных учреждениях применяют сверхбыстродействующие электронные УЗО (менее 0,005 с), поскольку они защищают от ударов даже небольшого тока.
В однофазной сети УЗО имеет 2 полюса и применяется в квартирах. В трехфазной сети устанавливаются аппараты с четырьмя полюсами. Они могут защищать несколько однофазных сетей или приборы с трехфазным питанием.
Срабатывание защиты удобно рассмотреть на принципиальной схеме.
Принципиальная схема работы УЗО
Главный элемент – это трансформатор тока нулевой последовательности. Две обмотки в нем подключаются навстречу друг другу и связаны с нулевым и фазным проводами, а третья – к пусковому чувствительному реле, вместо которого может быть электронное устройство. Реле связано с исполнительным устройством управления, содержащим группу контактов и привод. Для проверки работоспособности УЗО в нем имеется тестовая кнопка.
При подключении нагрузки к выходу схемы в цепи появляется ток нагрузки. Магнитные потоки, появляющиеся в сердечнике трансформатора, взаимно гасят друг друга. В результате в исполнительной обмотке не будет наводиться ток, и поляризованное реле будет отключено.
Если происходит повреждение изоляции в контакте с металлическими частями электроустройства, на нем появляется напряжение. При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям через него в землю протекает ток утечки I D (дифференциальный ток). В результате через основные обмотки потекут разные токи: I D = I1 — I2. Они создадут разные магнитные потоки, в результате наложения которых друг на друга в исполнительной обмотке появится ток. Если его величина превысит заданный уровень, пусковое реле сработает и передаст сигнал на исполнительный механизм, отключающий силовую электрическую цепь от установки, где произошел пробой.
Контроль исправности УЗО производится путем нажатия кнопки тестирования. Резистор R подбирается по величине так, чтобы создаваемый искусственно ток утечки был равен паспортному значению. Таким образом, если при нажатии на кнопку устройство отключится, значит, оно исправно.
Устройство для трехфазной сети работает аналогичным образом, но через проем сердечника проходят четыре провода (3 фазных и 1 нулевой).
Схема работы трехфазного УЗО
При нормальной работе токи в нулевом и фазных проводах суммируются таким образом, что магнитные потоки в сердечнике взаимно гасят друг друга. Во вторичной обмотке трансформатора ток отсутствует. При появлении тока утечки через одну из фаз, равновесие нарушается и образующийся в результате ток во вторичной обмотке действует на управляющий элемент (У), отключающий потребителя (М) от сети.
Утечки могут происходить не только в фазных, но и в нулевых проводах. Защита реагирует на них одинаково, но с обнаружением повреждения изоляции на нейтрали может потребоваться демонтаж схемы. Чтобы этого не делать, применяют двух- и четырехполюсные выключатели, с помощью которых производится коммутация фазных и нулевых проводов.
УЗО является сложным и очень чувствительным прибором. Выбирать устройства на рынке следует у известных фирм, имеющих сертификаты установленной формы со ссылками на ГОСТы. Небольшие партии экспортных изделий могут оказаться подделкой. Параметры покупаемого прибора следует соотносить с характеристиками известных устройств, например, УЗО-2000.
Включение защиты по току утечки в распределительных щитах производится, если применяются системы TNS или TN-C-S. При этом к нулевой шине заземления PE подключаются корпуса всех электроприборов. При нарушении изоляции ток утечки стекает с корпуса прибора в землю через проводник PE, приводя к срабатыванию защиты.
При любом подключении УЗО учитываются следующие правила:
Схема предусматривает обязательное разделение нулевой шины (N) и земли (PE). Если поставить защиту на отдельные части, то так обеспечивается каскадное отключение в системе.
Схема подключения УЗО к однофазной сети
Схема является простой и одной из самых распространенных. Для УЗО важно не ошибиться, где располагается нейтраль (N), входящий (1) и исходящий (2) проводники. . Затем к его выходу можно снова подключать автоматы для отдельных линий.
В трехфазной схеме можно защищать также однофазных потребителей. Вводы шин «нуля» и «земли» совмещаются. Электросчетчик устанавливается между главным автоматом и УЗО.
Схема трехфазного подключения УЗО
Ток нагрузки УЗО должен быть защищен от перегрузок. Для этого его подбирают на ступень выше, чем у рядом стоящего автомата.
С точки зрения применения УЗО следует отличать рабочий нулевой провод N и защитный ноль земли PE. По первому ток течет в режиме нормальной работы, а по второму только тогда, когда происходит авария (утечка).
Часто встречается неправильное подключение, вызывающее постоянное срабатывание защиты. При этом только оно одно может вызвать сбой в работе целой группы.
Для квартиры выбирается двухполюсная установка УЗО. Также нужно определить значения электрического тока, которые ее характеризуют:
Для квартиры выбирается прибор с переменным током. При большом количестве техники возможны необоснованные срабатывания УЗО. Чтобы этого не происходило, увеличивают пороговое значение тока до максимально приемлемого и безопасного для человека (30 мА).
Устройство крепится в щитке на DIN-рейки или через специальные отверстия. Оно имеет маркировку фазного и нулевого проводов. Вход делается сверху, а выход – снизу.
Одноуровневая защита одним устройством на входе позволяет прекратить подачу электричества в квартиру полностью. Ее также устанавливают на отдельные устройства, например, на стиральную машину или электроплиту.
Если разместить УЗО на отдельных участках, схема получится громоздкой, но зато отключения будут автономными. Для отдельного прибора подключение производится перед автоматом.
Распространенные ошибки при подключении.
Частные домовладельцы применяют большое количество устройств, требующих наличия индивидуального УЗО. К ним относятся стиральная машина, электрический котел системы отопления, печь для сауны, станки, сварочный трансформатор и другое оборудование. Чем длиннее перечень, тем больше вероятность выхода из строя его элементов.
Для индивидуального дома подходит система ТТ с глухим нейтрали и подсоединением токопроводящих частей приборов к независимому заземлению. Оно чаще всего делается модульно-штыревым.
УЗО размещают в щите. Применяют четырехполюсные и двухполюсные устройства в зависимости от того, какие подключаются потребители: однофазные или трехфазные. Принцип каскадного включения остается, но схема получается сложней. Ввод делается трехфазным, а потребителей гораздо больше, чем в квартире. Общие правила подключения защиты те же, что и в квартире.
В частном доме часто применяют , совмещающие в себе функции УЗО автоматического выключателя. Его преимущества следующие:
Аналогично : с заземлением и без него, по селективному или неселективному способу. К ним также подключаются фаза и ноль цепи, который не допускается объединять с заземлением, поскольку токи в этих проводниках принципиально отличаются.
Дифференциальные автоматы в частном доме
Недостаток: при выходе из строя приходится снова покупать дифавтомат, что равноценно замене сразу двух устройств. Также не все умеют пользоваться таким сложным оборудованием и предпочитают обходиться одними автоматами. Но при этом подключение заземления к корпусам приборов без УЗО или дифавтоматов недопустимо. Обычные автоматы не обеспечивают скорости отключения сети, необходимой для безопасности человека.
Правила применения УЗО также актуальны для дифференциальных автоматов.
Данное видео подробно расскажет про схему подключения устройства защитного отключения.
Действие устройства защитного отключения основано на ограничении времени протекания электрического тока через тело человека (путем быстрого отключения) при случайном прикосновении к находящимся под напряжением частям электроустановок. Некоторые схемы его подключения предусматривают также отключение сети сразу при возникновении тока утечки через провод заземления.
При правильной установке и обслуживании УЗО обеспечивают безопасное пользование электроприборами в квартире и доме. Надежными являются электромеханические устройства , соответствующие требованиям ГОСТов.
УЗО необходимо в современном жилье, поскольку его стоимость неизмеримо ниже, чем у современной бытовой и электронной техники, которая может выйти из строя, но важнее всего является обеспечение электробезопасности.
УЗО в любой электрической цепи является очень важным элементом. Основное предназначение УЗО состоит в обеспечении защиты человека от поражения током при контакте с токоведущими частями. Помимо этого, УЗО, принцип работы которого будет рассмотрен в данной статье, предотвращает вероятность возникновения пожаров, которые могут быть спровоцированы возгоранием электропроводки.
В определенных ситуациях УЗО, принцип работы которого достаточно прост, прекращает подачу на защищаемую линию напряжения. Происходит это в случае, если человек прикасается к токоведущим частям электроустановок, и к элементам нетоковедущим, которые в результате пробоя изоляции оказались под напряжением. Еще одной причиной размыкания контактов является возникновение утечки тока на корпус электроустановки или землю.
Когда сдаются недорогие квартиры от застройщика , то вся электрика, в том числе УЗО и диффавтоматы, а также разводка и автоматы отключения, уже установлены. Если же вы строите свой дом или хотите установить УЗО в квартире своими руками, то вам стоит знать принцип действия этого устройства и правила его установки.
УЗО (принцип работы основан на определении входящих и исходящих токов на входе в систему) может реагировать на минимальные утечки и выполнять свою защитную функцию. Для измерения утечки, в прибор установлен такой чувствительный элемент, как дифференциальный трансформатор, обладающий тремя обмотками.
Принцип действия УЗО легко можно понять на конкретном примере. Если человек прикасается к токоведущим частям установки, или же возникает пробой изоляции на ее корпусе, величина тока, текущего по фазному проводу, превысит величину тока в нулевом проводе.
Суммарный (итоговый) поток магнитной индукции, при этом, обязательно изменится, будет отличаться от нуля и будет являться причиной наведения в управляющей обмотке тока. Реле, к которому обмотка подключена, сработает, и в движение будет приведен расцепитель контактов силовых защитного устройства.
В результате которого за доли секунды обесточивается опасная электроустановка, обеспечивает сохранность человеческого здоровья.
Схема УЗО указана на корпусе прибора и позволяет понять принцип его действия, правильно подключить устройство в схему защиты электрической цепи, избегая некорректной работы устройства или выхода его из строя.
Схема УЗО, по которой оно подключается в систему электроснабжения, зависит от различных параметров и факторов. В жилых помещениях, как правило, используется однофазный вариант электропроводки с номинальным напряжением 220 В.
Перед установкой нужно не только понять принцип работы УЗО в однофазной сети, но и ознакомиться с правилами безопасности.
Принцип работы УЗО и схема подключения подразумевают использование двух проводов проводки, подключаемых к входным клеммам, и двух проводов на выход прибора, подсоединяемых к соответствующим выходным клеммам. Устанавливать прибор нужно только при отключенном напряжении. Перед осуществлением установки, нужно убедиться, что в щитке для выбранного прибора достаточно места.
И схема подключения его достаточно просты. Существует несколько вариантов установки этого устройства, но принцип, в целом, остается неизменным.
Наиболее распространенным и доступным является вариант, при котором устройство стоит на входе в дом/квартиру. Недостаток этого варианта заключается в том, что при срабатывании прибора обесточивается все жилое помещение, а определять причину происходящего сложно.
Более дорогостоящим, однако, очень удобным является вариант подключения с установкой нескольких УЗО — в этом случае, каждое устройство будет отвечать за отдельную группу розеток или освещения.
УЗО представляет собой отдельный тип защитных электроаппаратов наряду с автоматическими выключателями (АВ). Хотя их назначением является именно электрозащита, как и у АВ, но принципы работы у них отличаются.
С течением времени электроизоляция токоведущих частей электроприборов, включая ТЭНы, провода, шнуры питания и кабели, неизбежно стареет. И тогда с них через токопроводящие корпуса различных электроприборов в землю начинают протекать так называемые токи утечки, величиной от нескольких десятков микроампер до единиц миллиампер.
Обычные АВ на появление токов утечки никак не реагируют - ведь они составляют ничтожные доли от номинальных токов электропотребителей. Однако их появление (точнее, превышение токами некоторого допустимого предела) является сигналом тревоги. Это предупреждение о приближении аварийной ситуации, и для ее предотвращения нужен специальный защитный электроаппарат - УЗО.
Кроме того, как известно, неотпускающий (судорожный) ток, представляющий для человека (при определенном времени воздействия) смертельную опасность, равен всего 10 мА. Поэтому необходимость создания защитных устройств, реагирующих на токи утечки в этом диапазоне величин, ощущалась с самого начала широкого проникновения электричества в быт.
Попробуем объяснить принцип работы УЗО при помощи гидравлической аналогии. Будем считать, что вода протекает по замкнутому контуру водяного отопления так же, как и электроток по проводам. Если где-то в отопительной трубе возникает дыра, то через нее идет утечка воды. Поэтому ее расход (аналог электротока) через два сечения труб, одно из которых на входе контура, а другое - на его выходе, будет разным. Точно так же и с токами утечки в электроприборе. Можно сравнить, сколько тока входит в электроприбор, и сколько выходит. В однофазный электроприбор ток входит по фазному проводу, а выходит по нулевому, поэтому достаточно сравнить токи в этих двух проводах. В этом и состоит принцип работы УЗО в однофазной сети. Если величины тока на входе и на выходе электроприбора не одинаковы, то оно за время порядка нескольких миллисекунд отключает его от сети. Такое малое время срабатывания необходимо потому, что превышение токами утечки величины тока срабатывания УЗО могло быть вызвано именно прикосновением человека к токопроводящему корпусу прибора.
Но чтобы работа УЗО стала эффективной в бытовых условиях, понадобилось немало времени. Прежде всего, нужно было точно определиться с величиной тока утечки, который был бы безопасен для человека на время срабатывания устройства. Попытки проектировать УЗО на токи утечки менее 10 мА приводили к созданию больших, сложных и дорогих устройств, причем склонных к ложным срабатываниям от различных электромагнитных наводок.
К началу 80-х годов ХХ в. ток их срабатывания, на основании опытов с добровольцами, был выбран величиной в 30 мА, а также были созданы малогабаритные трансформаторы с ферритовыми кольцевыми сердечниками (их называют дифференциальными), ставшие датчиками токов утечки. В продажу поступили электромеханические дифференциальные УЗО-ДМ с током срабатывания от 20 до 30 мА, являющимися сегодня самыми популярными в быту. Обычно литеры ДМ опускают, и прибор называют просто УЗО.
Токи, протекающие по фазному и нулевому проводникам в разных направлениях, возбуждают в кольцевом сердечнике трансформатора устройства два одинаковых по величине магнитных потока Ф1 и Ф2, однако векторы магнитной индукции, соответствующие этим потокам, направлены в сердечнике встречно и взаимно компенсируют друг друга. Поэтому суммарный магнитный поток в сердечнике равен нулю, как и ЭДС во вторичной обмотке трансформатора.
Если вследствие дефекта изоляции появляется ток утечки, близкий к току срабатывания, то Ф1 ≠ Ф2, в сердечнике возникает магнитный поток, наводящий в выходной обмотке ЭДС, способный создать ток, достаточный для срабатывания порогового элемента УЗО. Далее оттягивается защелка силовой контактной группы, и ее контакты размыкаются. Таков принцип работы УЗО всех типов.
Во всех типах таких устройств предусмотрена кнопка «Тест», при нажатии на которую искусственно создается ситуация утечки тока для проверки срабатывания устройства. Флажок или кнопка с самофиксацией служат для повторного включения УЗО после тестового срабатывания.
Известны электромеханические и электронные типы таких защитных аппаратов. Принцип работы УЗО и схема подключения обоих типов одинаковы, однако приборы первого типа не нуждаются в электропитании и обладают простой и надежной конструкцией. Для их срабатывания хватает тока утечки в защищаемом электроприборе.
Электронное УЗО нуждается в подаче на него напряжения питания, так как в нем пороговый элемент выполнен в виде электронной схемы, усиливающей малый ток в выходной обмотке его трансформатора и создающей импульс для исполнительного реле.
В связи с этим и сам трансформатор электронного УЗО меньших размеров, габаритов и мощности. Модуль порогового элемента с усилителем питается от контролируемой цепи, и если в цепи его питания произойдет обрыв проводника, то такое устройство потеряет работоспособность. Имеются и другие риски при работе электронных УЗО. Например, выход из строя его электронных компонентов при импульсных перенапряжениях в питающей сети.
Поскольку надежность электронных УЗО ниже, чем у электромеханических, то и стоимость их меньше.
У трехфазного аппарата, в отличие от однофазного, четыре полюса вместо двух, поскольку нулевой проводник проходит через оба типа устройств. Принцип работы трехфазного УЗО такой же, как и у однофазного.
Сердечник его трансформатора охватывает четыре проводника - три фазных и один нулевой. Суммарный ток в трех фазных проводах (т. н. ток нулевой последовательности) всегда равен по величине току в нулевом проводе и противоположен ему по направлению (внутри УЗО). В этом случае сердечник трансформатора не намагничен, в его выходной обмотке тока нет. Если в защищаемом приборе появился ток утечки, то в сердечнике появляется переменный магнитный поток, наводящий ЭДС в выходной обмотке трансформатора. По ней начинает протекать ток, пропорциональный току утечки, и если ток утечки превышает ток срабатывания, то УЗО отключает электроприбор. Баланс токов в контрольном органе УЗО нарушается, и оно срабатывает.
Для защиты от токов утечки асинхронных электродвигателей, обмотки которых соединены в треугольник или в звезду с невыведенной нейтралью, применяется подключение 4-полюсного УЗО с незанятой нулевой клеммой. При отсутствии токов утечки в фазах электродвигателя, сумма токов в фазных проводах очень мала и неспособна вызвать срабатывание защиты. Появление тока утечки из фазных проводов через корпус двигателя в землю вызывает циркуляцию через трансформатор УЗО тока нулевой последовательности, на который и реагирует электроаппарат. Общий принцип работы УЗО и в этом случае не изменяется.
Трехфазные 4-полюсные аппараты имеют довольно большие токи срабатывания, что позволяет применять их только для противопожарной защиты, как и АВ с тепловыми расцепителями. Защиту же групповых линий на розетки в комнатах, кухне и ванной, либо защиту отдельных линий питания мощных электроприборов (стиральных и посудомоечных машин, электроплит, электроводонагревателей) следует выполнять на 2-полюсных однофазных УЗО с установкой номиналов по токам утечки от 20 мА до 30 мА.
Для того чтобы работа УЗО в однофазной сети была безопасной, оно само должно быть защищено от перегрузки по току (при длительной непрерывной работе исправного электроприбора), установленным перед ним АВ с тепловым расцепителем.
Как известно, в старых домах советской постройки квартирные электропроводки не имели отдельного нулевого защитного проводника, подключаемого к контуру заземления. Предполагалось, что его функцию исполняет нулевой рабочий проводник (т. н. система электроснабжения TN-C с общими нулевыми рабочим и защитным проводниками). А поскольку во всех изданиях ПУЭ есть запрет на установку в защитных проводниках аппаратов защиты, то 2-полюсные УЗО, разрывающие одновременно и фазу и нуль, также попадают под запрет. Даже последняя 7-я актуальная редакция ПУЭ в п. 7.1.80 подтвердила недопустимость установки УЗО в сетях по системе TN-C. Дело в том, что были зафиксированы случаи поражения электротоком во время их срабатывания.
Причиной этого стала разновременность срабатывания контактов устройств, составляющая единицы милисекунд. Но если первым отключался контакт в нулевом проводе, то при пробое изоляции на корпус бытового электроприбора потребитель оказывался под полным фазным напряжением, так что этих нескольких милисекунд вполне хватало для смертельного поражения.
Для квартир без нулевых защитных проводников устанавливать общеквартирное УЗО недопустимо, но отдельные такие аппараты можно устанавливать в групповые розеточные линии с общим защитным проводником или в линии питания отдельных электроприборов, если защитные проводники розеточных групп или розеток по кратчайшему пути заведены на их входные нулевые клеммы.
В этом случае разрыв внутри УЗО нулевого рабочего провода раньше фазного не приводит к разрыву защитного проводника электроприбора, так как участок защитного проводника от входной нулевой клеммы через розетку и шнур питания электроприбора останутся неповрежденными.
