Принцип действия и назначение УЗО в электрических сетях

Характеристики УЗО

При покупке УЗО следует ориентироваться на его рабочий ток, который должен перекрывать предельный ток нагрузки, и расчетный ток утечки, о котором говорилось выше. Рабочий ток может составлять 16, 25, 40, 63, 80 А (зависит от производителя).

УЗО должно быть защищено от перегрузки при помощи автомата. Например, номиналом 25 А должно быть защищено автоматом, имеющим ток срабатывания < 25 А, т. е. 16 А (собственно, выполняется условие селективности). Кстати, по поводу селективности. Сие понятие говорит о ступенчатости защиты. Т. е., например, у нас есть трансформаторная подстанция.

От нее уходит кабель, например на жилой дом. Перед выбросом кабеля из ТП установлены плавкие предохранители на 250 А (их задача – защитить низкую сторону трансформатора, контактор и т. п.).

Кабель заводится на ВРУ (вводно-распределительное устройство) жилого дома. Он заводится на рубильник, после которого опять стоят плавкие предохранители номиналом меньше предыдущих на ступень – 150 А (защищаем кабель), далее следуют автоматы вводные, разводные и т. д.

Номинал каждой последующей защиты меньше на ступень (или еще меньше – исходя из обеспечения защиты конкретного потребителя. НО НЕ БОЛЬШЕ!).

Собственно, такая “ступенька” и называется селективностью. Если мы ее нарушим и поставим аппарат защиты номиналом таким же или большим, чем предыдущий, то в критической ситуации защита срабатывает не перед объектом перегрузки или КЗ, а раньше (у вас в квартире короткое замыкание, а автомат на вводной сборке выбивает, в то время как на квартирном щитке все в порядке).

В основе действия защитного отключения, как электрозащитного средства, лежит принцип ограничения (за счет быстрого отключения) продолжительности протекания тока через тело человека при непреднамеренном прикосновении его к элементам электроустановки, находящимся под напряжением.

Рекомендуем к прочтению: Как выбрать УЗО.

УЗО — электрозащита и основа безопасности

Электричество представляет угрозу для человека в случае своего прямого воздействия на него. Поэтому существуют всевозможные приспособления, устройства и иные способы защиты, которые оберегают от контакта тела с током.

Но полностью же изолировать электрическую цепь невозможно, потому что встречаются разного рода соединения. Да и устаревание самих токопроводящих элементов неизбежно, что приводит к механическим повреждениям. Помимо этого пренебрежение техникой безопасности становится причиной поражения человека током.

Важной составляющей электрической цепи является заземление, представляющее собой искусственное соединение с землей. Контур заземления предотвращает удар током от электрооборудования, в случае пробоя напряжения на корпус

Случаи срабатывания

Защитное устройство электроснабжения обеспечивает безопасность для человека и необходимо в следующих случаях:

  1. При замыкании фазы на корпус электроприбора. Происходит замыкание по причине нагревания провода под воздействием тока. Подвержены замыканию водяные электронагреватели, стиральные машины, электрические плиты, всевозможные тепловые обогреватели и тому подобные приборы.
  2. При нарушении монтажа электропроводки. Ошибкой является замуровывание в стену проводов с имеющимися скрутками (соединениями). Когда стена намокает, то происходит утечка с фазы и возникает риск контакта человека с током.
  3. При нарушении токораспределения в электрическом щитке. Неправильный монтаж схемы может привести к потере эффективности работы устройства, что приведет к отключению устройства.
  4. При иных случаях, когда причину невозможно определить обычным осмотром электросоединений и состояния бытовых приборов. Такая ситуация может возникнуть при использовании газовой плиты с поджогом или стиральной машины у которой заливной шланг подключен к крану без изолирующего переходника. В результате имеет место утечка тока, и устройство защиты срабатывает.

Таким образом, установку необходимо доверять профессиональным мастерам, которые знают устройство УЗО: что это такое и какие существуют требования и нюансы монтажа.

Как устроено УЗО

Выделяют два вида приборов:

  • электромеханические;
  • электронные модели УЗО.

Электромеханические

Эти устройства состоят из нескольких частей:

  • трансформатор электрического тока нулевой последовательности. Он следит за утечками и передает энергию на вторичную обмотку трансформатора;
  • магнитоэлектрический элемент, исполняющий функции порогового;
  • реле, запускающееся при срабатывании магнитоэлектрической «защелки».

Все механические части должны быть весьма высокоточными, благодаря чему велика и стоимость. Но она компенсируется надежностью и возможностью работать без дополнительного питания, обнаруживая утечки при любом значении напряжения. Фактор независимости крайне важен: механическое УЗО выявит утечку и включит реле в 100 процентах случаев. У электронного этого процента меньше, поскольку при уровне общего напряжения ниже некоторого порога схема окажется неработоспособной. Поэтому именно электромеханические модели всемирно признаны эталоном и обязательны к использованию, особенно на критических объектах.

Электронные УЗО

Их стоимость иногда на порядок ниже классических. Но есть и указанный выше недостаток — не стопроцентная гарантия срабатывания. Устройство подобных систем защиты похоже на таковое у электромеханических. Но вместо чувствительного элемента установлен логический блок сравнения — стабилитрон, компаратор. Работоспособность прибора обеспечивает фильтр и выпрямитель.

Также требуется усилитель сигнала, поскольку входящий в состав трансформатор относится к понижающим. К сожалению, усилитель модулирует не только «полезную» нагрузку, но и помехи, что также снижает надежность. Но для защиты обычного жилого помещения электронного УЗО в немалом числе случаев бывает достаточно. Выбирать следует на основании деталей воплощаемого электромонтажного проекта.

Принцип работы трехфазного УЗО

В электрической сети трехфазные защитные устройства могут использоваться в двух вариантах. В первом случае при срабатывании обесточивается сразу вся квартира или частный дом. То есть любое повреждение приведет к срабатыванию прибора и отключению всей бытовой техники. В данном варианте УЗО располагается как можно ближе к распределительному щитку и электросчетчику.

Такая схема не всегда удобна для потребителей, поэтому часто используется другой вид подключения. В этом варианте на каждую линию устанавливается отдельное УЗО. В случае его отключения, другие линии будут функционировать в обычном режиме.

Подключение и принцип действия трехфазного УЗО осуществляется так же, как и однофазная аппаратура. Просто вместо одного фазного провода, здесь используется три, подключаемые в соответствующие клеммы. Существенным отличием трехфазных моделей является обязательное наличие заземления, для которого потребуется дополнительный провод. Они могут одновременно защитить потребителей, подключенных с помощью однофазного и трехфазного кабеля. Если заземление заранее спланировано для соединения с действующим заземляющим контуром дома, в этом случае электросчетчик рекомендуется устанавливать между автоматом и УЗО.

Установка заземляющей шины всегда выполняется отдельно от защитного устройства, независимо от числа подключаемых фаз. Перед монтажом трехфазного УЗО в цепь, нужно обязательно ознакомиться с инструкцией и схемой подключения. Перед началом работ электрическая сеть должна быть обесточена.

Трехфазный кабель заранее разделяется на отдельные жилы. После зачистки контактных концов, они вставляются в нужные клеммы – фазные и нулевую. После завершения монтажа проводится проверка работоспособности устройства с помощью кнопки ТЕСТ. Если цепь отключается, значит монтаж выполнен правильно.

Стандарты

Как упоминалось выше, требования к УЗО приведены в различных ГОСТах. Действие пакета относящейся к УЗО-Д документации охватывает используемые в защите от поражения током и негативных последствий утечки приборы переменного тока с напряжениями до 440 В и силой до 200 А. Среди этих документов:

  • ГОСТ Р 50807-95 — классифицирует, приводит характеристики УЗО и содержит проверочные мероприятия и методики;
  • ГОСТ Р 30331.3 — определяет правила применения.

Стандарты аналогичны международно принятым и несут всю необходимую информацию. Отметим, что ГОСТ Р 50807-95 относит к УЗО-Д только механические электрокоммутационные приборы/комплексы.

Принцип работы УЗО в однофазной сети

Основным принципом работы защитного устройства в однофазной сети является сравнение токов в фазном и нулевом проводах. При исправном состоянии цепи фазный ток проходит через нагрузку и возвращается к источнику питания по нулевому проводнику с такой же силой тока. Однако, в случае нарушения изоляции провода, происходит токовая утечка на металлический корпус. В данной ситуации ток фазы разделяется на две части: одна из них уходит в землю сквозь человеческое тело, а другая – возвращается в исходную точку по нулевому проводнику.

Сила тока в 0,01А уже представляет опасность для человека, а 0,1А – становится смертельной. Таким образом, ток отсечки УЗО будет составлять 0,03А, при котором напряжение сети отключается. То есть, ток не успевает достичь смертельно значения. Обычно корпус оборудования подключается к корпусу заземления, и при возникновение утечки тока происходит автоматическое отключение защитной аппаратуры. При выборе того или иного варианта для конкретной цепи, учитывается принцип работы УЗО и схема подключения к установленным потребителям

В однофазной сети УЗО работает с трехжильной проводкой, подключенной по системе TN-C-S, позволяющей выполнить заземление и защиту электрооборудования в соответствии с установленными правилами (рис. 1). Сетевые провода подключаются к верхним клеммам, обозначенным L и N, что соответствует фазе и нулю. От нижних клемм провода уходят к электрооборудованию.

Заземляющий проводник окрашивается в желто-зеленый цвет и напрямую соединяется с металлическими частями оборудования, минуя защитное устройство. Далее он уходит через электросчетчик к заземляющей шине распределительного щитка. В данном варианте работа УЗО обеспечивает защиту людей, но ему самому будет постоянно угрожать опасность в виде коротких замыканий и перегрузок.

Типы УЗО

Перед установкой УЗО в квартире, нужно правильно подобрать подходящее устройство.

Ток утечки может быть стандартным синусоидальным в 50 Гц, но может и пульсирующим или непрерывным постоянным. Вид тока зависит от того, где именно возникла неисправность.

  • УЗО АС. Срабатывает при утечке переменного тока, но бывает абсолютно неэффективным при возникновении пульсирующего или полного постоянного тока.
  • УЗО А. Работает с переменным и пульсирующим постоянным током. Эти УЗО чувствительнее, но и дороже.
  • УЗО В. Работает с переменным, пульсирующим постоянным и постоянным дифференциальным током утечки. Это самая сложная, всесторонняя и комплексная защита.

УЗО типа АС

Важно! Переменный ток утечки обычно возникает при нарушении изоляции проводов. Пульсирующий постоянный – при неисправности преобразователей напряжения, компьютеров, бытовой техники и электроники

Чаще всего системы типа В используются в промышленности. В квартирах применяются УЗО типа А и АС, разница которых в чувствительности и эффективности. Устройства типа А дают более качественную комплексную защиту, ведь почти все приборы дома оснащены импульсными блоками питания. Устройства типа АС дешевле и доступнее.

Но качественные системы справляются с редкими пульсирующими токами. К тому же, вероятность возникновения такой утечки ниже, чем в случае с переменным током. Поэтому если нет возможности установить УЗО А, не стоит пренебрегать устройствами АС.

Электромеханические и электронные УЗО

Устройства защитного отключения бывают электромеханическими или полностью электронными.

Электромеханические состоят из:

  • Трансформатора, который отслеживает ток утечки;
  • Чувствительного магнитоэлектрического элемента, который используется как порог и самостоятельно не возвращается в исходное состояние при срабатывании;
  • Реле, которое обеспечивает расцепление при срабатывании порога.

Такие устройства требуют высокой точности при реализации, поэтому и цены на действительно качественные модели выше, чем на электронные. Их основной плюс в том, что они срабатывают при обнаружении утечки, независимо от уровня напряжения в сети. Реле работает со стопроцентной вероятностью, и точно отключает энергию потребителю. Показатель электронных устройств хотя и высок, но не достигает 100%. На определенном уровне напряжения работоспособность электронной схемы падает.

Электромеханические УЗО – своего рода эталон во многих странах.

Щит с УЗО

Электронные устройства более доступны. Их много, в их цена может быть ниже в 5-10 раз. Основное конструктивное отличие в том, что вместо чувствительного магнитоэлектрического элемента используется альтернативный сравнительный. Например, компаратор. Но нужно понимать, что момент срабатывания реле в такой системе из-за ее конфигурации зависит не только от утечки, но и от сетевого напряжения.

Хотя электронные УЗО не дают такой точности, в большинстве бытовых случаев их достаточно

Поэтому если нет возможности обзавестись дорогим электромеханическим устройством, стоит обратить внимание на вариант попроще

Другая классификация устройств защитного отключения

УЗО отличаются конструкцией, принципом работы, типом тока, выдержкой времени и другими особенностями.

  • По принципу работу есть устройства защитного отключения со вспомогательным источником питания или без него;
  • По числу полюсов – одно- , двух- , трех- и четырехполюсные;
  • По способу монтажа УЗО и автоматов схемы, устройства бывают стационарными и мобильными, с гибкими проводами и удлинителями;
  • По типу защиты – со встроенной защитой от сверхтоков, перегрузки, коротких замыканий или без нее;
  • По возможности настройки значения отключающего тока – с регулируемым значением, с дискретной или плавной регулировкой, нерегулируемые.

Характеристики УЗО

Стандарт ГОСТ Р 50807-95 (2001) дает рекомендуемые или предпочтительные значения характеристик УЗО-Д, и производители, желающие сертифицировать свою продукцию в системе ГОСТ Р должны придерживаться этих значений, но также они вправе выпускать продукцию и с другими показателями (в этом случае они не получат сертификата соответствия ГОСТ Р 50807-95). Полный перечень характеристик имеется в этом же ГОСТе, здесь будут показаны только некоторые основные. Для важнейших характеристик стандарт предлагает следующие величины.

Таблица 1

НАИМЕНОВАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
Номинальное напряжение Un 100, 110, 120, 200, 220, 230, 240, 380, 400, 415, 440(В)
Номинальный ток In 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200 (А)
Номинальный отключающий дифф. ток In 0,006; 0,01; 0,03; 0,1; 0,3; 0,5; 1; 3; 5; 10; 20 (А)
номинальный неотключающий дифф. ток In 0,5 In
предельный неотключающий ток при нарушении симметрии фаз 6 In.

Время отключения УЗО определяется его конструкцией и зависит от значений номинального тока и номинального отключающего дифф. тока. В ГОСТ Р 50807-95 имеются соответствующие таблицы, в качестве ориентира покажем время отключения устройства с номинальным отключающим дифф. током 0,030 А. При непосредственном прикосновении, вызвавшим дифф. ток номинального значения устройство сработает за 0,5 с, при двойном превышении номинала за 0,2 с, при дифф. токе 0, 25 А (восьмикратное превышение) УЗО-Д отключится за 0,04 с.

Устройство защитного отключения узо

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

Устройство защиты узо реагирует на дифференциальный ток, наряду с устройствами защиты от сверхтока, относятся к дополнительным видам защиты человека от поражения электрическим током при косвенном прикосновении, обеспечиваемой путем автоматического отключения питания. Похожая статистика у предохранитель ПАР.

Статистические данные по электро травматизму, полученные за почти 30-летний период с начала широкого внедрения УЗО, подтверждают высокую эффективность данного электрозащитного средства – количество смертельных травм снизилось почти в 100 раз.

Когда использовать устройство защитного отключения?

От чего защищает УЗО – уже понятно. Но в каких случаях оно действительно пригодится на практике?

При повреждении изоляции проводов электроприборов

Например, если поврежденный провод касается стиральной машины, УЗО сразу отключит электричество.
При неосторожном обращении с проводкой. Если случайно повредить провод во время строительных или ремонтных работ, УЗО мгновенно реагирует на скачок и отключает напряжение

Человек, попавший под удар, не успевает серьезно пострадать.

Важно! Нужно понимать, что правильное подключение УЗО – не панацея от всех бед. Это простое устройство с простым принципом работы, поэтому его чувствительность и анализ так же просты

В некоторых случаях система просто не распознает, куда уходит ток: в электроприбор или в тело человека. Но, тем не менее, в быту такой защиты достаточно, чтобы в разы сократить риски.

Установка УЗО

Внимание! Установка УЗО нецелесообразна в случае со старой и ветхой проводкой. От устройства будет больше проблем, чем пользы, если оно начнет неожиданно срабатывать

В этой ситуации лучше обойтись вовсе без защитного устройства или устанавливать устройство локально, только в местах повышенной опасности.

В чем разница

  • Тип «АС» – обеспечивает защиту только от утечек переменного синусоидального тока.
  • Тип «А» – обеспечивает защиту от утечек как импульсного, так и переменного тока.

Со школьной скамьи мы знаем, что у нас в сети протекает переменный ток синусоидальной формы, а вся бытовая техника, как и остальные потребители, работают от этой сети. Получается, ставь тип «АС» и больше ни о чем не думай? Ну, разве что, заняться еще заземлением и молниезащитой. Но на самом деле картина несколько иная.

Какое УЗО лучшее: все ли может АС?

Предлагаем посмотреть, например, на современную «стиралку». Ее сетевой шнур включен в розетку с переменным синусоидальным напряжением 220 В, которое идет к импульсному блоку питания агрегата. Здесь полупроводниковые компоненты делают свою работу, и синусоида принимает другой вид – импульсные полупериоды. И если на этом этапе происходит утечка пульсирующего тока (не синусоидального), то защитное устройство типа «АС» может не среагировать на нее, и не обесточить поврежденную цепь.

Перед тем, как решить, какое УЗО поставить у себя в квартире, стоит учесть несколько моментов:

  • Любое устройство производитель тестирует. В случае с аппаратами типа «АС»: их проверяют только на срабатывание утечек синусоидального тока.
  • Производитель дает гарантию на безотказную работу своих устройств категории «АС» только в сетях, где присутствует синусоидальный ток.
  • Задача УЗО заключается в отключении неисправного участка при появлении тока утечки, равному току уставки. Причем произойти это должно за безопасный для человека временной промежуток.
  • Есть вероятность, что защита типа «АС» среагирует на утечку импульсного тока, но произойдет это с задержкой и от большего значения тока утечки, чем уставка. А это уже весьма опасно для жизни!

Практически любая современная техника оборудована импульсным блоком питания. Присутствие электроники, регулирующей режим работы, время или частоту оборотов мотора, говорит именно о таком оснащении. Как раз такие потребители и нуждаются в защите УЗО типа «А».

Исключения срабатывания

В некоторых случаях устройство защиты может не сработать. Не произойдет отключение, если человека ударит током, но не замкнется на землю. Причиной может стать обувь, которая не проводит электричество. Также не приведет к срабатыванию, если прикоснуться одновременно к проводу с фазой и нулю. Защитное устройство не может распознать в этих ситуациях наличие утечки тока.

УЗО работает от общего питания сети и при условии полной исправности. Если происходит обрыв нуля перед устройством защиты, а фаза под напряжением, то срабатывание не произойдет.

Также неисправности самого устройства могут стать причинами его неработоспособности. Поэтому для безупречной работы устройства защиты и своевременным отключением напряжения в случае опасности необходимо периодически проводить проверку. Для тестирования прибор оборудован специальной кнопкой для этого.

Особенности применения 

Каждое устройство защиты отключения напряжения в сети имеет свои характеристики, которые необходимо учитывать при выборе устройства. Перед установкой нужно рассчитать, какой именно прибор подходит под конкретную электрическую схему. Надо знать номинальную мощность нагрузки в сети, чтобы установленное устройство могло справиться с поставленной задачей защиты. Про устройство защиты, и какие характеристики имеет устройство, написано в инструкции к каждому прибору.

Читайте так же: Электропроводка в квартире своими руками, Как подключить проходной выключатель 

Типовые схемы подключения УЗО в однофазной сети

На схемах фазный проводник обозначается L, а ноль – N. Также обозначаются и соответствующие клеммы на корпусе УЗО. Для нормального функционирования устройства фазу и ноль необходимо подключать строго по маркировке. После ВД для защиты от тока короткого замыкания устанавливают автоматический выключатель требуемого типа и номинала.

По требованиям ПУЭ к розеткам должна подводиться отдельная заземляющая жила. Но на постсоветском пространстве еще работают схемы без заземления.

Схема подключения УЗО без применения заземления

В схемах без использования заземляющей шины может устанавливаться одно вводное УДТ или группа по линиям. Первый вариант подходит для небольшого числа потребителей, например, в маленькой квартире. Он представлен на схеме ниже.

Групповые ВД выбирают по току срабатывания в зависимости от условий влажности и запыленности в помещении, где расположены подключенные электроприборы.

Схема подключения УЗО с наличием заземления

Наличие заземления (желто-зеленый провод) обеспечивает большую безопасность при эксплуатации электрооборудования. В таких схемах при появлении утечки на металлические корпуса электрических приборов произойдет отключение линии от питающей сети.

В схемах с заземлением номиналы тока утечки нужно выбирать точно, так как ВД чувствительно к потерям на землю. Желательно использовать разбитие на группы, чтобы проще было определять поврежденные линии.

Схема подключения с общим вводным УЗО

Общее УДТ монтируется между вводным автоматическим выключателем и групповыми автоматами. Схема подходит для использования в квартирах или домах при хорошей электропроводке и небольшом числе потребителей.

Схема с одним вводным ВД позволяет сэкономить на устройствах защиты, более проста в практической реализации. Но при срабатывании УДТ отключится весь дом или квартира. Трудно будет определиться с локализацией проблемы, особенно при ложном срабатывании.

Схема подключения общего УЗО и однофазного счетчика

Подвод электроэнергии в дом и квартиру осуществляется через счетчик электроэнергии. На нем есть схема подключений:

  • с клеммы № 2 выходит фаза;
  • с вывода № 4 отходит нулевой проводник.

Нулевая жила после ВД подсоединяется к нейтральной шине в щитке (N). Отходящая фаза подключается к автоматам.

Схема совместного монтажа вводного и групповых УЗО, прибора учета электроэнергии

Этот вариант сборки щита – расширенная версия предшествующей схемы. Особенность ее состоит в том, что после вводного УДТ фазный провод подключается к автоматам. С них фаза поступает на отдельные УЗО по линиям. Рабочие нули присоединяются к нулевой шине.

Достоинство такой схемы заключается в том, что отключается только проблемная линия, а не весь дом: можно реализовать селективную защиту. Но из-за увеличения числа используемых устройств возрастают расходы на их покупку и монтаж. Также под защищаемое помещение нужно уметь подбирать подходящую по току утечки модель ВД.

Реализация схемы ниже позволяет сэкономить на вводном устройстве. В ней между вводным автоматом и групповыми УЗО нужно еще предусмотреть и счетчик.

Схема подключения с групповыми УЗО

Причины срабатывания УЗО

Срабатывание дифзащиты не всегда происходит из-за неисправностей электропроводки или попадания человека под высокое напряжение. Условно все причины отключения можно разделить на ложные и аварийные.

К ложным случаям можно отнести следующие ситуации:

  • Неисправность кнопки «ТЕСТ». Эта кнопка производит проверку работоспособности защиты. Для этого при её нажатии производится подключение резистора к одной из катушек внутри дифреле. При залипании контактов кнопки происходит аварийное отключение при подаче питания и отключенных отходящих проводах.
  • Неисправен механизм УЗО. При неисправности рычажного механизма отключение происходит независимо от наличия напряжения, при хлопке дверью или ударах по стене. Для проверки можно постучать ручкой отвёртки по корпусу устройства.
  • Неправильное подключение прибора. При использовании вместо нейтрального проводника заземляющего отключение происходит при включении любого из электроприборов, подключённых к устройству. Если все аппараты отключены, а лампы выключены, то аварийное срабатывание защиты отсутствует.

Кроме ложных отключений существуют аварийные ситуации, при которых срабатывание защиты необходимо. В этих случаях отключение может спасти жизнь людям или дом от пожара:

  • Попадание человека по высокое напряжение. При этом через тело начинает идти ток утечки и отключение УЗО прекращает его воздействие на организм.
  • Нарушение изоляции. Происходит из-за попадания в электроприбор или переходную коробку влаги или разрушения изоляции.
Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitter
Напишите комментарий