Устройство защитного отключения

Устройство защитного отключения (Часть 1). Виды и типы. Маркировка

Устройство защитного отключения и автоматы входят в группу электрических защитных аппаратов. С течением времени изоляция проводников стареет и приходит в негодность. Также она повреждается различными механическими способами. Ослабевают контактные соединения частей электрических устройств, находящихся под напряжением.

Под воздействием таких факторов возникают утечки тока, которые способны вызвать искрение, а значит, возникает пожарная опасность. А самым главным является то, что человек может случайно коснуться оголенного проводника, либо дети, находящиеся дома без родительского присмотра, могут вставить металлический предмет в розетку.

В такой ситуации электрический ток будет протекать через человеческое тело, что может привести к серьезным последствиям, так как значение тока при этом может возрасти до опасной величины. Для защиты от таких перечисленных случаев и предназначено устройство защитного отключения. А простые электрические автоматы не сработают на малую утечку тока. Они настроены на сработку тока короткого замыкания перегрузочные токи, составляющие несколько ампер.

Классификация

Устройства защитного отключения производятся нескольких видов, в зависимости от различных факторов. Рассмотрим основные виды УЗО.

По назначению делятся:
  • УЗО, не имеющие защиты от сверхтоков.

  • УЗО с защитой от сверхтоков с электромагнитным и тепловым расцепителем, выполняющее защиту от короткого замыкания и токовой перегрузки (рисунок 2 а).

Способы управления:
  • Не зависящее от напряжения.
  • Зависящее от напряжения (рисунок 2 б).

Устройства второго вида в свою очередь делятся на автоматически расцепляющие силовые контакты при отсутствии напряжения с задержкой времени, либо без задержки. При возникновении напряжения одни устройства снова автоматически замыкают контакты основной цепи, а другие устройства так и остаются в расцепленном состоянии.

Существует также два исполнения устройств второго вида. Первое при исчезновении напряжения защита не расцепляет контакты, однако сохраняет возможность разомкнуть цепь при появлении дифференциального тока. Второе, если нет напряжения, то защита не может выполнить отключение при появлении тока утечки.

Устройство защитного отключения, которое не имеет зависимости от напряжения, является электромеханическим. Для работы и выполнения функций защиты необходим сигнал в форме дифференциального тока. УЗО, имеющее зависимость от напряжения, является электронным. Для его функционирования необходима энергия, поступающая от защищаемой сети или от отдельного источника.

Электронные УЗО менее популярны, так как они не работают при обрыве нулевого проводника питания. При этом корпус устройства потребителя, подключенного через защиту, которая не размыкает свои контакты при пропадании напряжения, окажется под действием напряжения. Также, их использование ограничено из-за низкой надежности электронных деталей, хотя цена электронных УЗО ниже.

Методы установки:
  • Стационарные. Устанавливаются с тем расчетом, что их эксплуатация будет происходить всегда на одном месте.
  • Переносные. Подключаются с использованием гибкого шнура. Существует устройство защитного отключения в виде небольшого прибора, на корпусе которого встроена вилка, вставляемая в розетку, и имеющая контакт заземления, кнопку «Тест» с током 30 мА, с эксплуатационным током 16 А.
Количество полюсов:
  • Двухполюсные.
  • Четырехполюсные.
  • Трехполюсные (малораспространенные защиты, защищают от повышенных токов).
Условия регулировки тока отключения:
  • С одним значением тока отключения.
  • С несколькими настроенными значениями тока отключения.
Условия эксплуатации при наличии постоянного тока:
  • Защита, реагирующая на переменный, медленно увеличивающийся, или возникающий скачком ток.
  • Аналогичная первой, но кроме этого реагирующая на пульсирующий постоянный ток, который возникает скачком, либо медленно нарастает.
  • Защита, аналогичная второму типу, но кроме этого реагирующая на наличие постоянного тока.
Выдержка времени:
  • Общего использования (без задержки времени).
  • Селективная (с задержкой).

В разветвленных сетях снабжения электрической энергией используют устройство защитного отключения с разными величинами токов утечки и задержки времени сработки. В начале сети подключают селективную защиту с током 500 или 300 мА. Производятся также селективные устройства защитного отключения на 1500 мА и 1000 мА.

Для предотвращения от ложных срабатываний при коротких увеличениях тока утечки селективные устройства защиты настроены на время отключения от 130 до 500 мс. Устройство защиты с током утечки 30 мА защищают от удара электрическим током, а устройства с током 300 миллиампер создают защиту от пожара.

При неисправностях изоляции и прохождения дифференциального тока более 300 миллиампер сначала будет действовать защита нижнего уровня на 30 миллиампер. Селективная защита, настроенная на увеличенное время отключения, в таком случае работать не будет, и питание исправных потребителей останется неизменным.

Методы защиты от внешней среды:
  • Защищенное.
  • Незащищенное.
Способы установки:
  • Для монтажа на поверхности.
  • Утопленный монтаж.
  • Панельно-щитовая установка.
Маркировка УЗО

На корпусе устройства защиты наносится маркировка. Это создает определенные удобства для его выбора при приобретении в торговой сети для определенных условий работы. Основными свойствами устройств защиты (УЗО), требующими к себе внимания, являются:

  • Тип устройства.
  • Дифференциальный ток в миллиамперах (ток утечки).
  • Номинальный ток (ампер).

На корпусе прибора могут обозначаться величины номинальных токов крупным шрифтом, дифференциальный ток мелким шрифтом. Специальным значком обозначается тип устройства, как показано на рисунке.

Сбоку корпуса чаще всего изображена схема подключения. Это является удобным средством для начинающих электриков, или для самостоятельного подключения прибора к сети.

Маркировка позволяет сделать правильный подбор устройства, соответствующий вашим условиям работы УЗО.

По схеме, изображенной на корпусе, можно отличить электронное устройство защитного отключения от электромеханического:
  • У электронного УЗО между реле и трансформатором есть усилитель (в виде треугольника).
  • Электромеханическое устройство защитного отключения изображено с дифференциальным трансформатором (скругленный прямоугольник), соединенным непосредственно с поляризационным реле (квадрат на схеме).

Другим способом отличить эти виды приборов можно по следующему варианту. Для этого необходимо найти магнит. Им нужно провести вокруг корпуса УЗО. Сначала нужно провести по лицевой стороне, а далее по бокам. Эту процедуру необходимо производить при функционирующем устройстве. Если защита при этом сработает, то тип устройства защиты является электромеханическим, а если не сработает, то электронным.

Устройство УЗО и принцип действия

Рад приветствовать вас, уважаемые читатели сайта elektrik-sam.info.

В этой статье мы подробно рассмотрим устройство и принцип работы устройства защитного отключения УЗО, рассмотрим на примерах как работает УЗО.

УЗО относятся к электрическим аппаратам защиты, как и автоматические выключатели. Для чего же были придуманы эти интересные устройства, неужели установки автоматических выключателей недостаточно?

Со временем изоляция проводов стареет, так же она может быть повреждена, могут ослабнуть контактные соединения токоведущих частей приборов. В результате этих факторов появляются утечки тока, которые могут вызвать искрение и привести к возгоранию.

Также человек может случайно коснуться рукой за оголенный фазный провод, который находится под напряжением. Дети, оставшись без присмотра родителей, могут «изучать» электричество, вставляя в розетку металлический предмет. В этом случае человека ударит током, произойдет утечка тока через тело на землю, а это очень опасно, ведь величина тока в этом случае может достигать нескольких сотен миллиампер.

Обычные автоматические выключатели на такую «незначительную» для них утечку тока не отреагируют. Они срабатывают только на токи перегрузки и при коротком замыкании.

Например, у автомата номиналом 10А с время-токовой характеристикой срабатывания В, тепловой расцепитель начнет срабатывать при токе, превышающем номинальный на 13%, т.е. 11,3А, причем время срабатывания будет больше одного часа. А при токе, превышающем номинальный на 45%, т.е. 14,5А в течение одного часа. Электромагнитный расцепитель автоматического выключателя будет срабатывать при значениях тока от 30А.

Поэтому, чтобы защитить людей от поражения электрическим током и для предотвращения опасной утечки тока, которая может привести к пожару в результате повреждения изоляции электропроводки или бытовых приборов применяются устройства защитного отключения.

У автоматических выключателей основной параметр – номинальный ток.

Основной же параметр УЗО – это его чувствительность (номинальный отключающий дифференциальный ток, так называемая «уставка» по току утечки).

Для защиты человека в бытовых электросетях от поражения электрическим током используют УЗО чувствительностью 10 и 30 мА.

Для защиты от возможного возникновения пожара служат УЗО чувствительностью 100 или 300 мА.

Если проводка неразветвленная, с малым количеством групп, то может использоваться одно общее УЗО на 30 мА, как противопожарное, так и для защиты человека от поражения электрическим током.

Давайте рассмотрим устройство и принцип действия УЗО

Конструктивно УЗО собрано в корпусе из диэлектрического материала. Внутри содержит трансформатор тока, выполненный на тороидальном ферромагнитном сердечнике с тремя обмотками – две первичные и одна обмотка управления.

Две первичные токовые обмотки включены встречно. Первая обмотка образована фазным проводом, в ней протекает ток к нагрузке (к потребителю). Вторая обмотка образована нулевым проводом, в ней протекает обратный ток от нагрузки (от потребителя).

Как работает УЗО?

В обычном режиме, когда в цепи нет утечки, токи, протекающие в обоих обмотках равны по значению, но противоположно направленны. При протекании в обмотках, эти токи наводят в сердечнике трансформатора тока магнитные потоки. Наведенные магнитные потоки направлены встречно и компенсируют друг друга, поэтому суммарный магнитный ФΣ поток равен нулю.

Читайте также:  Какие огнетушители используют для тушения электропроводки?

Предположим, что произошел пробой изоляции на корпус электроприбора.

В этом случае токи в фазном и нулевом проводах будут различны. По фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки IL будет протекать еще дополнительный ток — ток утечки ID, который для трансформатора тока будет дифференциальным (т.е. разностным). Разные по значению токи в первичных обмотках (IL + ID в фазном проводнике и IN, равный по значению IL, в нулевом рабочем проводнике) будут наводить в сердечнике разные по значению магнитные потоки. Результирующий магнитный поток будет отличен от нуля. По закону электромагнитной индукции он будет наводить электрический ток в обмотке управления. Если этот ток достигнет значения, достаточного для срабатывания электромагнитного реле Р, то оно сработает, приводя в движение расцепитель, силовые контакты УЗО разомкнутся. В результате электроустановка, находящаяся под защитой УЗО обесточится.

Аналогично, если человек прикоснется к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприбора, на который произошел пробой изоляции, возникнет ток утечки, который потечет через тело человека на землю. В обмотке управления УЗО будет наводиться ток, который приведет к срабатыванию электромагнитного реле Р и цепь обесточится.

Для периодического контроля исправности УЗО предусмотрена кнопка «Тест». При нажатии на нее искусственно создается ток утечки. Если УЗО исправно, оно должно срабатывать при нажатии на эту кнопку.

По конструктивному исполнению УЗО бывают электромеханические (они не зависят от напряжения питания) и электронные (нуждаются в дополнительном источнике питания, который получают от контролируемой цепи, либо от дополнительного источника). В свою очередь, бывают электронные УЗО, которые отключают защищаемую цепь при исчезновении напряжения в питающей сети, и бывают не отключающие защищаемую цепь.

Как не подключая к электрической сети, определить тип УЗО смотрите в статье Как определить тип УЗО — электромеханическое или электронное?

Так же эти два типа УЗО различно ведут себя при аварийном режиме работы электросети, например, при достаточно часто встречающемся в наших домах обрыве нулевого провода.

Теперь вы знаете, как работает УЗО.

Подробно Устройство и принцип действия УЗО смотрите в видео


Полезные статьи по теме:

4. Технические способы защиты от поражения электрическим током

Назначение защитного отключения – обеспечение электробезопасности, что достигается за счет ограничения времени воздействия опасного тока на человека. Защита осуществляется специальным устройством защитного отключения (УЗО), которое, работая в дежурном режиме, постоянно контролирует условия поражения человека электрическим током.

Область применения: электроустановки в сетях с любым напряжением и любым режимом нейтрали.

Наибольшее распространение защитное отключение получило в электроустановках, используемых в сетях напряжением до 1 кВ с заземленной или изолированной нейтралью.

Принцип работы УЗО состоит в том, что оно постоянно контролирует входной сигнал и сравнивает его с наперед заданной величиной (устав-кой). Если входной сигнал превышает уставку, то устройство срабатывает и отключает защищенную электроустановку от сети. В качестве входных сигналов устройств защитного отключения используют различные параметры электрических сетей, которые несут в себе информацию об условиях поражения человека электрическим током.

Все УЗО по виду входного сигнала классифицируют на несколько типов (рис. 4.11).

Рис.4.11. Классификация УЗО по виду входного сигнала

Кроме того УЗО могут классифицироваться по другим критериям, например, по конструктивному исполнению.

Основными элементами любого устройства защитного отключения являются датчик, преобразователь и исполнительный орган.

Основными параметрами, по которым подбирается то или иное УЗО являются: номинальный ток нагрузки т.е. рабочий ток электроустановки, который протекает через нормально замкнутые контакты УЗО в дежурном режиме; номинальное напряжение; уставка; время срабатывания устройства.

Рассмотрим более подробно УЗО, реагирующее на потенциал корпуса относительно земли, предназначенное для обеспечения безопасности при возникновении на заземленном (или зануленном) корпусе электроустановки повышенного потенциала. Датчиком в этом устройстве (рис.4.12) служит реле Р, обмотка которого включена между корпусом электроустановки и вспомогательным заземлителем R в. Электроды вспомогательного заземлителя R в располагаются вне зоны растекания токов заземлителя R з .

Рис.4.12. Схема УЗО, реагирующего на потенциал корпуса

При замыкании на корпус защитное заземление R з снизит потенциал корпуса относительно земли до величины j з =I з R з. Если по каким-либо причинам окажется, что j з > j здоп , где j здоп – потенциал корпуса, при котором напряжение прикосновения не превышает допустимого, то срабатывает реле Р, которое своими контактами замкнет цепь питания катушки коммутационного аппарата и произойдет отключение поврежденной электроустановки от сети.

Фактически данный тип УЗО дублирует защитные свойства заземления или зануления и применяется в качестве дополнительной защиты, повышая надежность заземления или зануления.

Данный тип УЗО может применяться в сетях с любым режимом нейтрали, когда заземление или зануление неэффективно .

УЗО, реагирующее на дифференциальный (остаточный) ток, находят широкое применение во всех отраслях промышленности. Характерной их особенностью является многофункциональность. Такие УЗО могут осуществлять защиту человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении, при косвенном прикосновении, при несимметричном снижении изоляции проводов относительно земли в зоне защиты устройства, при замыканиях на землю и в других ситуациях.

Принцип действия УЗО дифференциального типа заключается в том, что оно постоянно контролирует дифференциальный ток и сравнивает его с уставкой. При превышении значения дифференциального тока уставки УЗО срабатывает и отключает аварийный потребитель электроэнергии от сети. Входным сигналом для трехфазных УЗО является ток нулевой последовательности. Входной сигнал УЗО функционально связан с током, протекающим через тело человека Ih.

Область применения УЗО дифференциального типа – сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ (система TN – S).

Схема включения УЗО, реагирующего на дифференциальный ток в сети с заземленной нейтралью типа TN – S представлена на рис 4.13.

Рис.4.13. Схема подключения к сети УЗО (система TN – S ), реагирующего на дифференциальный ток

Датчиком такого устройства является трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП), на выходных обмотках которого формируется сигнал, пропорциональный току через тело человека Ih . Преобразователь УЗО (П) сравнивает значение входного сигнала с уставкой, значение которой определяется допустимым током через человека, усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для управления исполнительным органом (ИО). Исполнительный орган, например, контактор, отключает электроустановку от сети в случае возникновения опасности поражения электрическим током в зоне защиты УЗО.

По условиям функционирования дифференциальные УЗО подразделяются на следующие типы: АС, А, В, S, G.

УЗО типа АС – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно, либо медленно возрастающий.

УЗО типа А – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный дифференциальный ток, возникающие внезапно, либо медленно возрастающие.

УЗО типа В – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи.

УЗО типа S – устройство защитного отключения, селективное (с выдержкой времени отключения).

УЗО типа G – то же, что и типа S ,но с меньшей выдержкой времени

Конструктивно дифференциальные УЗО разделяются на два типа:

Электромеханические УЗО, функционально не зависящие от напряжения питания. Источником энергии, необходимой для функционирования таких УЗО – выполнения защитных функций, включая операцию отключения, является сам входной сигнал – дифференциальный ток, на который оно реагирует.

  • Электронные УЗО, функционально зависящие от напряжения питания. Их механизм для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от внешнего источника.
    • Уставка (дифференциальный отключающий ток);
    • Время срабатывания;
    • Ток нагрузки;
    • Напряжение питания.

    В настоящее время отечественной промышленностью выпускается целый ряд УЗО различного назначения. Кроме того, широко используются УЗО известных зарубежных фирм, таких как Siemens, ABB, GE Power, ABL Sursum, Hager, AEG, Baco, Legrand, Merlin-Gerin, Circutor и др.

    Применение УЗО должно осуществляться в соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) (Седьмое издание).

    Принцип работы УЗО

    Аббревиатура УЗО создана от словосочетания «Устройство защитного отключения», которое определяет назначение прибора, заключающееся в снятии напряжения с подключенной к нему схемы при возникновении случайных пробоев изоляции и образовании через них токов утечек.

    Для работы УЗО используется принцип сравнения входящих в контролируемую часть схемы и выходящих из нее токов на основе дифференциального трансформатора, который переводит первичные величины каждого вектора в строго пропорциональные по углу и направлению вторичные для геометрического сложения.

    Метод сравнения можно представить обыкновенными весами или балансиром.

    Когда равновесие соблюдено, то все работает нормально, а при его нарушениях изменяется качественное состояние всей системы.

    У однофазной цепи сравниваются подходящий к измерительному органу вектор тока фазы и выходящий из нее — нуля. При нормальном режиме работы с надежной целой изоляцией они равны, уравновешивают друг друга. Когда возникает неисправность в схеме и появляется ток утечки, то баланс между рассматриваемыми векторами нарушается на его величину, которая замеряется одной из обмоток трансформатора и передается блоку логики.

    Сравнение токов в трехфазной цепи осуществляется по этому же принципу, только через дифференциальный трансформатор пропускаются токи всех трех фаз, а небаланс создается на основе их сравнения. В нормальном режиме работы токи трех фаз при геометрическом сложении сбалансированы, а при нарушениях изоляции любой фазы возникает ток утечки в ней. Его величина определяется суммированием векторов в трансформаторе.

    Упрощенно работу устройства защитного отключения можно по блокам представить структурной схемой.

    Небаланс токов из измерительного органа направляется на логическую часть, которая работает по принципу реле:

    2. или электронного.

    Важно понимать различие между ними. Электронные системы сейчас бурно развиваются и пользуются все большей популярностью по многим причинам. Они имеют широкий функционал, большие возможности, но требуют для работы логики и исполнительного органа электрическое питание, которое обеспечивает специальный блок, подключаемый к основной цепи. Если электричество отключится по различным причинам, то такое УЗО, как правило, не сработает. Исключение составляют редкие электронные модели, оснащенные этой функцией.

    Читайте также:  Простой искатель скрытой проводки

    Электромеханические реле использует механическую энергию взведенной пружины, которая напоминает по принципу работы обыкновенную мышеловку. Чтобы реле сработало достаточно минимального механического усилия на очуствленный исполнительный элемент.

    Как мышка дотрагивается до приманки подготовленной мышеловки, так и возникающий при небалансе в дифференциальном трансформаторе ток от утечки ведет к срабатыванию исполнительного элемента и отключению напряжения со схемы. Для этого в реле встроены силовые контакты в каждую фазу и контакт подготовки тестера.

    Любой тип реле обладает определенными преимуществами и недостатками. Электромеханические конструкции надежно работают на протяжении многих десятилетий и хорошо себя зарекомендовали. Они не требует наличия внешнего питания, а электронные модели — зависят от него полностью.

    В настоящее время считается общепризнанным, что наиболее эффективной мерой защиты от поражения электрическим током в электроустановках напряжением до 1000 В является устройство защитного отключения (УЗО) по току утечки.

    Не возражая против важности этой меры защиты, большинство специалистов на протяжении многих лет ведут споры относительно значений основных параметров УЗО — тока установки, времени срабатывания и надежности. Объясняется это тем, что параметры УЗО тесно связаны с его стоимостью и условиями эксплуатации.

    Действительно, чем ниже ток уставки и меньше время срабатывания, чем выше надежность УЗО, тем дороже его стоимость.

    Кроме того, чем ниже ток уставки и меньше время срабатывания УЗО, тем жестче требования к изоляции защищаемого участка, поскольку даже незначительное ухудшение ее в условиях эксплуатации может приводить к частым, а в ряде случаев и длительным, ложным отключениям электроустановки, делая тем самым невозможной ее нормальную эксплуатацию.

    С другой стороны, чем выше ток уставки УЗО и больше время его срабатывания, тем хуже его защитные свойства.

    Компоновка однофазного УЗО представлена на картинке ниже.

    В ней на входные клеммы подводится напряжение, а на выходные — подключается контролируемая схема.

    Трехфазное устройство защитного отключения изготовлено так же, но в нем контролируются токи всех фаз.

    На представленном рисунке показано четырехпроводное УЗО, хотя в продаже есть трехпроводные конструкции.

    Как проверить УЗО

    В любой модели конструкции встроена функция проверки работоспособности. Для этого используется блок «Тестер», представляющий собой разомкнутый контакт — кнопку с пружинным самовозвратом и токоограничивающий резистор R. Его величина подобрана для создания минимально достаточного тока, искусственно имитирующего утечку.

    При нажатии кнопки «Тест» подключенное в работу УЗО должно отключиться. Если этого не произошло, то его следует браковать, искать поломку и ремонтировать или заменять исправным. Ежемесячное тестирование устройства защитного отключения повышает надежность его эксплуатации.

    К слову, исправность электромеханических и отдельных электронных конструкций легко проверить в магазине до покупки. С этой целью достаточно при включенном реле кратковременно подать ток в цепь фазы или нуля от батарейки с любой полярностью подключения по варианту 1 и 2.

    Исправное УЗО с электромеханическим реле сработает, а электронные изделия в подавляющем большинстве случаев так не проверить. Им для работы логики нужно питание.

    Как подключить УЗО к нагрузке

    Устройства защитного отключения разрабатываются для использования в схемах электроснабжения по системе TN-S либо TN-C-S с подключением в электропроводке защитной нулевой шины РЕ, к которой подключаются корпуса всех электрических приборов.

    В этой ситуации при нарушении изоляции возникающий на корпусе потенциал сразу стекает через проводник РЕ на землю и орган сравнения вычисляет неисправность.

    В нормальном режиме электроснабжения УЗО не отключает нагрузку, поэтому все электроприборы работают оптимально. От тока каждой фазы в магнитопроводе трансформатора наводится свой магнитный поток Ф. Поскольку они равны по величине, но противоположно направлены, то взаимно уничтожают друг друга. Суммарный магнитный поток отсутствует и не может навести в обмотке реле ЭДС.

    При возникновении утечки опасный потенциал стекает на землю через защитную шину РЕ. В обмотке реле наводится ЭДС от возникшего небаланса магнитных потоков (токов в фазе и нуле).

    Устройство защитного отключения мгновенно вычисляет таким способом неисправность и в доли секунды обесточивает схему силовыми контактами.

    Особенности работы УЗО с электромеханическим реле

    Использование механической энергии взведенной пружины в отдельных случаях может быть выгоднее, чем применение специального блока для электрического питания логической схемы. Рассмотрим это на примере, когда ноль питающей сети оборван, а фаза поступает.

    В такой ситуации статические электронные реле не будут получать питание, а, следовательно, не смогут работать. В то же время в этой ситуации у трехфазной системы возникает перекос фаз и повышение напряжения.

    Если произойдет в ослабленном месте пробой изоляции, то потенциал появится на корпусе и будет уходить через РЕ-проводник.

    В УЗО с электромеханическим реле защиты отработают нормально от энергии взведенной пружины.

    Как работает УЗО в двухпроводной схеме

    Неоспоримые преимущества защит от токов утечек в электрооборудовании, выполненном по системе TN-S посредством использования УЗО, привели к их популярности и желанию отдельных владельцев квартир устанавливать УЗО в двухпроводке, не оборудованной РЕ-проводником.

    В этой ситуации корпус электроприбора изолирован от земли, не сообщается с ней. Если возникает пробой изоляции, то потенциал фазы появляется на корпусе, не стекает с него. Человек, имеющий контакт с землей и случайно прикоснувшийся к прибору, попадает под действие тока утечки точно так же, как и в ситуации без УЗО.

    Однако, в схеме без устройства защитного отключения ток может проходить через тело длительно. Когда же УЗО установлено, то оно почувствует неисправность и отключит напряжение за время уставки в течение долей секунды, чем снизит поражающее действие тока и степень получения электротравмы.

    Таким образом, защита облегчает спасение человека при попадании под напряжение в зданиях, оборудованных по схеме TN-C.

    Многие домашние мастера пытаются самостоятельно устанавливать УЗО в старых домах, ожидающих реконструкцию для перехода на систему TN-C-S. При этом в лучшем случае выполняют самодельный контур заземления или просто подключают корпуса электроприборов к водопроводной сети, батареям отопления, железным деталям фундамента.

    Такие подключения могут создать критические ситуации при возникающих неисправностях и причинить серьезный ущерб. Работы по созданию контура заземления должны выполняться качественно и контролироваться электрическими замерами. Поэтому их выполняют подготовленные специалисты.

    Большинство УЗО выполняется в стационарном исполнении для крепления на распространенную Din-рейку в электрощитке. Однако, в продаже можно встретить переносные конструкции, которые подключаются в обычную электророзетку, а от них дальше запитывается защищаемый прибор. Они стоят чуть дороже.

    Назначение УЗО

    Основное назначение УЗО является защита людей от поражения электрическим током при неисправности электрооборудования(оказавшиеся под напряжением в результате повреждения изоляции) в результате случайного или неосознанного контакта человека с токоведущими частями.

    Также предотвращение пожаров вызванных возгоранием электропроводки при протекании токов утечки.

    Принцип работы УЗО

    Принцип работы УЗО ? – этим вопросом задаются многие.

    Как известно из курса электротехники, электрический ток течет из сети по фазному проводу через нагрузку и возвращается обратно в сеть по нейтральному проводу. Это закономерность легла в основу работы УЗО.

    Принцип работы устройства защитного отключения основан на сравнивании величины тока на входе и выходе защищаемого объекта.

    При равенстве этих токов Iвх = Iвых УЗО не реагирует. Если Iвх > Iвых УЗО чувствует утечку и 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.

    Рассмотрим принцип работы УЗО более детально.

    Основным элементом конструкции устройства защитного отключения является дифференциальный трансформатор тока. Это тороидальный сердечник на который намотаны обмотки.

    При нормальной работе сети, электрический ток протекающий в фазном и нулевом проводе создает в этих обмотках переменные магнитные потоки, которые равны по величине, но противоположны по направлению. Результирующий магнитный поток в тороидальном сердечнике будет равен:

    Как видно из формулы магнитный поток в тороидальном сердечнике УЗО будет равен нулю, следовательно ЭДС в контрольной обмотке наводится не будет, ток в ней, соответственно тоже. Устройство защитного отключения в этом случае не работает и находится в спящем режиме.

    Теперь представим что человек коснулся электроприбора который в результате повреждения изоляции оказался под фазным напряжением. Теперь через УЗО кроме тока нагрузки будет протекает дополнительный ток — ток утечки.

    В этом случае, токи в фазном и нулевом проводе не будут равны. Результирующий магнитный поток также не будет равен нулю:

    Под воздействием результирующего магнитного потока в контрольной обмотке возбуждается ЭДС, под действием ЭДС в ней возникает ток. Ток возникший в контрольной обмотке приводит в действие магнитоэлектрическое реле которое отключает силовые контакты.

    Максимальный ток в контрольной обмотке появится тогда когда в одной из силовых обмоток тока не будет. То есть, это ситуация когда человек коснется фазного провода, например в розетке в этом случае ток в нулевом проводе протекать не будет.

    Несмотря на то, что ток утечки весьма невелик, УЗО оснащают магнитоэлектрические реле с высокой чувствительностью, пороговый элемент которого способен среагировать на ток утечки 10 мА.

    Читайте также:  Управление лампами через смартфон

    Ток утечки это один из основных параметров по которому выбирают УЗО. Существует шкала номинальных дифференциальных токов отключения 10 мА, 30 мА, 100 мА, 300 мА, 500 мА.

    Следует понимать, что устройство защитного отключения реагирует только на токи утечки и не работает при перегрузках и коротких замыканиях. Не сработает УЗО и в том случае, если человек одновременно возьмется за фазный и нулевой провод. Это происходит по тому, что человеческое тело в этом случае можно представить как нагрузку, через которую проходит электрический ток.

    Из-за этого вместо УЗО устанавливают дифференциальные автоматы, которые по своей конструкции объединяют одновременно УЗО и автоматический выключатель.

    Проверка работоспособности УЗО

    Для того чтобы осуществлять контроль исправности (работоспособности) УЗО, на его корпусе предусмотрена кнопка «Тест» , при нажатии на которую искусственно создается ток утечки (дифференциальный ток). Если устройство защитного отключения исправно, то при нажатии на кнопку «Тест» оно отключится.

    Специалисты рекомендуют производить такой контроль примерно один раз в месяц.

    Электромеханические и электронные УЗО

    В последние десятилетия ассортимент защитных электрических аппаратов дополнился устройствами защитного отключения (УЗО), дифференциальными автоматическими выключателями (дифавтоматами), устройствами защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Перечисленные аппараты защиты позволяют повысить безопасность эксплуатации электрических сетей. Этот материал посвящен УЗО. Точнее одной из разновидностей устройств защитного отключения — электромеханическому УЗО.

    На заметку! Часто УЗО называют устройствами дифференциального тока (УДТ). Это название связано с принципом действия защитных аппаратов. Об устройстве и принципе действия УДТ будет рассказано ниже.

    Назначение УЗО

    Большинство аппаратов токовой защиты (предохранители, автоматические выключатели и другое) защищают электропроводку и подключенные к ней электроприемники от токов перегрузки и короткого замыкания. Устройства защитного отключения выполняют другие функции. В зависимости от тока срабатывания они обеспечивают защиту людей от поражения электрическим током или предотвращают возникновения пожара.

    Каждый электрик знает, что переменный ток промышленной частоты, протекающий через тело человека, становится опасным для здоровья, если его величина превышает 0.01 ампера. Токи свыше 0.1 А опасны смертельно. Поэтому пороговый ток срабатывания (уставка) УЗО защищающего человека от удара током обычно выбирается из номиналов 10 мА или 30 мА. Первая уставка используется для сырых помещений, детских комнат и так далее. Уставка 30 мА применяется для обычных условий.

    Для предотвращения пожаров устанавливают аппараты, настроенные на дифференциальные токи, превышающие 300 мА.

    Принцип действия электромеханического УЗО

    Устройства защитного отключения реагируют на токи утечки, возникающие при нарушении изоляции электропроводки или в момент прикосновения человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением. Главной особенностью токов утечки является то, что они нарушают баланс (равенство) токов протекающих через фазные провода и нулевой провод.

    Для обнаружения утечки применяется дифференциальный трансформатор. Конструктивно он состоит из:

    • ферритового кольца служащего магнитопроводом (сердечником);
    • первичных обмоток, которыми являются фазные проводники и нулевой провод, пропущенные через сердечник;
    • вторичной (измерительной) обмотки.

    При отсутствии токов утечки суммарный магнитный поток, создаваемый в сердечнике трансформатора первичными обмотками, равен нулю. При этом во вторичной обмотке ЭДС отсутствует. В случае возникновения утечки, баланс токов нарушается и во вторичной обмотке начинает наводиться ЭДС. На выводах измерительной обмотки возникает разность потенциалов. Разность потенциалов тем выше, чем больше ток утечки.

    На заметку! Электрические защиты, основанные на сравнении токов, называются дифференциальными токовыми защитами.

    Напряжение, снятое с вторичной обмотки дифференциального измерительного трансформатора подается на пороговый орган (устройство сравнения). Пороговый орган вырабатывает сигнал отключения при достижении током утечки установленного значения.

    В качестве порогового органа в электромеханических отключающих устройствах применяется поляризованное реле. В электронном УЗО устройством сравнения выступает усилитель постоянного тока, выполненный на микросхеме операционного усилителя.

    Устройство электромеханического УДТ

    Электромеханические УЗО состоят из следующих основных деталей:

    • корпуса;
    • контактной системы состоящей из клемм, к которым подключаются питающие провода, подвижных и неподвижных контактов, которыми осуществляется коммутация;
    • измерительного трансформатора и выпрямителя;
    • поляризованного реле;
    • системы механического отключения (расцепителя);
    • системы гашения электрической дуги;
    • тестовой кнопки и резистора.

    Назначение некоторых элементов

    Поляризованное реле

    Исполнительным органом в электромеханических устройствах дифференциального тока является поляризованное реле. Поляризованное реле относится к классу бистабильных реле постоянного тока. Оно может находиться как в отключенном, так и во включенном состоянии в отсутствие напряжения на его обмотке. В УЗО на обмотку поляризованного реле поступает выпрямленное напряжение от измерительного трансформатора. При достижении порогового значения происходит переключение реле, которое механически связано с расцепителем. В результате происходит отключение УДТ.

    Кнопка «ТЕСТ»

    В отличие от автоматических выключателей и других аппаратов защиты, в УЗО имеется возможность выполнения проверки работоспособности устройства. Проверка выполняется нажатием кнопки «Тест». Эта кнопка вместе со специально подобранным резистором образует цепочку, которая имитирует возникновение тока утечки. Концы цепочки соединяются с нулевым и фазным проводом. Проводники цепочки не проходят через кольцевой сердечник дифференциального трансформатора. Поэтому при проведении теста нарушается баланс магнитных потоков в измерительной системе. Номинал резистора выбирают таким образом, чтобы ток искусственной утечки был равен номинальному току срабатывания дифференциальной защиты.

    Отличие электронного УЗО от электромеханического УДТ

    Электронные и электромеханические устройства защиты отличаются только типом порогового устройства. Как уже отмечалось выше, в электронных аппаратах защиты в качестве порогового устройства используется электронный усилитель, который вырабатывает сигнал отключения. Этот сигнал подается на обычное реле, которое воздействует на механический расцепитель. Электронные компоненты, в отличие от электромеханических реле, обходятся дешевле и имеют меньший технологический разброс. Поэтому электронное УЗО, как правило, стоит меньше электромеханического аппарата защиты.

    Люди, не сталкивавшиеся ранее с устройствами защитного отключения, часто задают вопрос: как отличить электромеханическое УЗО от электронного? Отличить устройства можно по маркировке, нанесенной на лицевую часть корпуса аппарата. У всех УЗО на корпусе можно увидеть символическое изображение дифференциального трансформатора. Он изображается в виде эллипса, охватывающего силовые проводники. От трансформатора прочерчивается символическая линия связи, идущая к устройству сравнения. Устройство сравнения изображается в виде прямоугольника или треугольника. Если нарисован треугольник, то это электронное УЗО. Если прямоугольник — это электромеханическое устройство.

    Важно! Если на одном или всех изображениях фазных проводников, соединенном с подвижным контактам, есть изгибы в виде дуги или прямоугольного выступа, то вы имеете дело с автоматическим выключателем. Эти изгибы обозначают электромагнитный и тепловой расцепитель соответственно. Если к «изгибам» добавляется измерительный трансформатор и устройство сравнения, то это дифавтомат.

    На заметку! У всех УЗО всегда четное число полюсов. Устройства, применяемые в однофазной сети, имеют два полюса — фазу и ноль. Трехфазные УДТ соответственно имеют 4 полюса. Нулевые клеммы всегда маркируются латинской буквой «N».

    Вечный спор об УЗО

    На форумах электриков не затихают споры на тему: какое устройство защиты лучше использовать, УЗО электронное или электромеханическое?

    В принципе функциональных различий между аппаратами с разными пороговыми устройствами нет. Оба типа устройств дифференциального тока с успехом выполняют свои функции. Но дотошные исследователи подметили одну особенность, которой обладает электронное УЗО. Для работы операционного усилителя нужно питание. Оно берется с входных клемм аппарата защиты. Поэтому, в случае обрыва нуля или фазы питающей электронную схему, устройство теряет работоспособность. Электромеханическое УЗО лишено этого недостатка, так как исполнительный орган питается от вторичной обмотки трансформатора. Поэтому при обрыве нулевого провода «электромеханика» все равно сработает в случае возникновения утечки фазы.

    Как правильно выбрать УЗО

    Вопрос применения электронных и электромеханических аппаратов мы рассмотрели выше. О выборе уставки для разных типов помещений рассказывали тоже. Есть еще один параметр, который следовать учитывать при выборе УДТ. Этот параметр — номинальный рабочий ток. То есть ток, который УЗО выдерживает неограниченное количество времени. При выборе рабочего «номинала» можно следовать простому правилу. Рабочий ток должен быть не ниже рабочего тока автомата, который защищает питающую линию от короткого замыкания и перегрузки.

    Как правильно подключать устройства защитного отключения

    При подключении устройств защиты от токов утечки необходимо соблюдать несколько базовых правил.

    Первое и самое важное. УЗО и дифавтоматы должны эксплуатироваться в сетях с глухозаземленной нейтралью с отдельным заземляющим проводом (трехпроводная или пяти проводная система). При этом корпуса всех электроприемников защищаемых устройствами от токов утеки должны быть надежно заземлены. Заземление может осуществляться через контакты розеток или отдельным проводом «под болт».

    Опасно! Никогда не используйте нулевой провод в качестве заземления. Только отдельная земля!

    Второе. Необходимо следить за правильностью подключения проводов. Ноль должен подключаться к клеммам, помеченным буквой «N», а фазы к фазным клеммам. Это правило, на первый взгляд неочевидное, связано с подключением тестовой кнопки и электронной схемы защиты.

    Третье. Нельзя соединять между собой одноименные проводники защищаемые разными УЗО. Такую ошибку часто совершают неопытные электрики, используя общий ноль для нескольких блоков розеток. Такое соединение при подключении нагрузки моментально приводит к срабатыванию защиты.

    Как быстро проверить УЗО не подключая к сети

    У каждого аппарата защиты от токов утечки есть тестовая кнопка. С ее помощью легко выполнять периодическую проверку УДТ во время эксплуатации. Для проверки большой партии отключающих устройств, не подключенных к сети, можно воспользоваться обычной пальчиковой батарейкой 1.5 В.

    Если ее подключить к одноименным полюсам, (например к клеммам 1-2) исправное устройство сработает мгновенно, так как импульс тока при подключении не будет уравновешен обратным током. УЗО с номинальным током дифференциального расцепителя 10 или 30 мА срабатывают даже от севшей батарейки.

    Видео по теме

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Загрузка ...
    Adblock
    detector