Устройство защитного отключения (УЗО) представляет класс аппаратуры, защищающей человека от опасного воздействия электротока и предотвращающей воспламенение электропроводки при пробое изоляции.
Принцип работы
Основу схемы устройства УЗО составляет дифференциальный токовый трансформатор. Он представляет собой тороидальный сердечник из ферромагнитного материала, на котором располагаются обмотки. Две из них токовые — выполнены фазным и нулевым проводами. Они содержат не более нескольких витков и рассчитаны на номинальный ток устройства. Намотаны эти обмотки в одном направлении таким образом, что при питании нагрузки в нормальном режиме создаваемые ими магнитные потоки в сердечнике уравновешиваются. Это объясняется тем, что при отсутствии цепей утечки токи в фазном и нулевом проводе равны между собой по величине и противоположны по направлению в любой момент времени.
Внешний вид (на примере ABB и IEK).
На фото: [ 1 ] — Двойные цилиндрические клеммы для обеспечения монтажа. [ 2 ] — Информация о характеристиках. [ 3 ] — Индикатор реального положения контактов (независимо от рычага): красный (замкнуты), зеленый (разомкнуты). [ 4 ] — Кнопка «Тест» для периодической проверки работоспособности (обычно раз в месяц).
Третья обмотка трансформатора тока является сигнальной, имеет большее количество витков и выполнена более тонким проводом. Она питает реле, воздействующее на механизм отключения УЗО. Ток в этой обмотке появляется только в случае возникновения токовой разности в фазном и нулевом проводе. При этом в сердечнике трансформатора возникает некий результирующий магнитный поток, который индуцирует ток в сигнальной обмотке.
Вся система сбалансирована таким образом, что исполнительное реле срабатывает при определённой токовой разности фазного и нулевого провода. Данная величина называется дифференциальным током устройства и является одной из его основных технических характеристик.
Разность токов фазы и нуля возникает только в случае образования обходной электрической цепи, когда часть тока фазы возвращается не по рабочему нулевому проводу. Данная разность токов равна так называемому току утечки, протекающему мимо рабочего нуля. Таким образом, срабатывание УЗО происходит в том случае, когда значение тока утечки достигает величины дифференциального тока срабатывания устройства.
Принципиальная электрическая схема
Две схемы: электромеханическое и электронное устройство.
Внутренняя схема может отличаться у разных моделей. Так, исполнительное реле может быть обычным электромагнитным, либо электронным.
Почему автомат не заменит УЗО?
Для того чтобы понять разницу между ролью автоматических выключателей, о которых мы уже писали, и УЗО, сравним принцип их работы.
Автоматический выключатель (ВА) представляет собой коммутационный аппарат, оснащённый токовыми защитами. Его отключение происходит при токовых параметрах, превышающих номинальное значение. То есть, автомат защищает проводку и электроприборы от коротких замыканий и перегрузок, сопровождающихся повышением потребляемого тока. Защитит ли он человека в случае попадания под напряжение?
Рассмотрим пример. Типовое значение номинального тока автоматических выключателей, питающих домашнюю осветительную проводку, составляет 16 ампер. Смертельным для человека считается значение протекающего через его тело тока 0,1 ампер (100 миллиампер) и выше. Эти величины несоизмеримы. Разумеется, значение тока, протекающего через тело человека, зависит от его сопротивления, это величина не постоянная и определяется многими факторами.
Таким образом вероятна ситуация когда человек попав под напряжение, подвергнется смертельному токовому воздействию, при этом автоматический выключатель никак не отреагирует. Главное предназначение автоматов – защита электрооборудования и проводки, защитить человека от поражения электричеством они не в состоянии и следовательно не могут являться альтернативой УЗО.
Особенности работы устройства при наличии защитного провода PE и без него
Поражение человека электротоком может произойти в результате прямого или косвенного прикосновения. СтабЭксперт.ру напоминает, что прямым называется прикосновение непосредственно к токоведущим частям оборудования или электроприбора, то есть, проще говоря, к фазному проводу. Косвенным считается прикосновение к электропроводящим частям, которые в нормальном режиме не должны находиться под напряжением. В частности это корпуса бытовых электроприборов – холодильников, стиральных машин и т.п. Это означает, что поражение электротоком при косвенном прикосновении может произойти только в случае повреждения изоляции и внутренних частей оборудования и появлении опасного напряжения на его корпусе.
В этой ситуации как раз и проявляется различие систем электроснабжения с защитным проводом и без него.
Электропроводка без защитного провода, такой вариант встречается в домах старой постройки. Однофазная разводка в этом случае выполняется только двумя проводами – фазным и рабочим нулевым. Мы об этом писали в теме заземления частного дома.
Электрические розетки в таких домах не имеют третьего защитного контакта.
Что бывает без УЗО?
Теперь представим, что произойдёт, если в такой квартире, к тому же не оборудованной УЗО в результате повреждения изоляции под фазным напряжением окажется корпус стиральной машины в сырой ванной комнате?
Правильно, ничего не произойдёт. Но только до поры до времени. А именно, пока кто-нибудь не прикоснётся одновременно к стиральной машине и, например, трубе водоснабжения. В этом случае человек оказывается под воздействием фазного напряжения, через его тело потечёт электроток и с большой долей вероятности он погибнет.
Вариант 1. Провод PE отсутствует
Теперь рассмотрим вариант, когда в этой же квартире установлено УЗО. В этом случае на пробой изоляции стиральной машины и появление фазного напряжения на её корпусе также никакой реакции не последует. УЗО может сработать только в том случае, если корпус стиральной машины случайно окажется соединённым с естественным заземлением (трубы отопления, водоснабжения, канализации). При этом возникнет некоторый ток утечки, на который и отреагирует устройство отключения. Но это частный случай, на такой исход рассчитывать нельзя. То есть корпус нашей машинки будет находиться под напряжением.
При касании человеком стиральной машины и трубы всё произойдёт, как и при отсутствии УЗО. Только в этом случае ток утечки, протекающий через тело человека, вызовет отключение устройства, которое сократит время воздействия этого тока на организм до долей секунды. А это значит, что при наличии устройства защитного отключения уровень безопасности выше, чем без него. Хотя сказать, что всё замечательно тоже нельзя, ведь человека всё же ударит током.
Вариант 2. Электропроводка с защитным PE-проводом
В этом случае однофазная разводка выполняется трёхпроводной. Кроме фазного и рабочего нулевого провода от щитка прокладывается третий, защитный провод PE, который заводится в розетки и соединяется с их защитным контактом. При подключении электроприборов к такой розетке их корпус оказывается соединённым с проводом PE. Это в корне меняет уровень защищённости людей и оборудования. При пробое изоляции электроприбора и появлении фазного напряжения на его корпусе в такой системе возникает короткое замыкание и срабатывает защита на питающем автоматическом выключателе. Таким образом, наличие фазного напряжения на корпусе электрооборудования здесь исключено даже при отсутствии УЗО.
В случае установки устройства защитного отключения при наличии защитного провода PE, создаются условия его гарантированного срабатывания не только при появлении фазы на корпусе. УЗО надёжно сработает при ослаблении изоляции, которое вызывает ток утечки, достигающий значения дифференциального тока устройства.
Резюмируя, можно отметить следующие результаты:
- установка устройства защитного отключения повышает уровень безопасности как в системах с защитным проводом PE, так и без него;
- наибольшая эффективность применения УЗО достигается при наличии защитного провода, в этом случае практически исключается возможность даже кратковременного воздействия опасного напряжения на человека;
- при наличии провода PE УЗО реагирует на начальную стадию ухудшения изоляции электроприбора, когда токовая утечка измеряется миллиамперами и отсутствуют условия для срабатывания автоматических выключателей.
Читайте еще: какие бывают устройства защиты от перенапряжения в сети?
Типы устройств
Классификация УЗО может осуществляться по нескольким характеристикам, среди которых:
- номинальное значение тока;
- установка дифференциального тока (токовой утечки);
- род дифференциального тока;
- величина выдержки времени;
- количество полюсов;
- конструктивное исполнение выходного реле.
Номинальный ток
Эта характеристика должна подбираться исходя из суммарной нагрузки электроприборов, подключенных к защитному устройству. Лучше обеспечить некоторый запас, то есть, выбрать УЗО, номинальный ток которого превышает суммарную нагрузку на 15 – 20%.
Ток утечки
Этот параметр имеет принципиальное значение, по нему все УЗО подразделяются на две группы.
К первой группе относятся приборы, предназначенные для защиты людей от поражения электрическим током. Поскольку, как уже было сказано, смертельно опасным считается величина тока 100 мА и выше, приборы данной группы имеют уставки по току утечки меньше этого значения:
- 6 мА — наиболее чувствительные приборы, соответствующие стандартам стран Европейского Союза и США. Использование их в сетях с ветхой проводкой приводит к неустойчивой работе и частым отключениям. В России практически не применяются;
- 10 мА — используются для подключения электроприборов в условиях повышенной опасности, например, во влажных помещениях (ванна, сауна, бассейн);
- 30 мА — устройства с подобной характеристикой наиболее распространены.
Вторая группа рассчитана на дифференциальные токи срабатывания 100 мА и более. УЗО этого типа предназначены для предотвращения возгорания электропроводки при нарушении изоляции.
Род тока
Поскольку в устройствах защитного отключения происходит трансформация токов, чувствительность УЗО не одинакова к токам различного рода. По этой причине существует несколько типов УЗО, предназначенных для работы в различных условиях:
- AC — устройства этого класса предназначены для работы с синусоидальным переменным током, имеют самое широкое распространение и наиболее доступны по ценам;
- A — рассчитаны на работу не только с синусоидальными токами, но и с пульсирующими;
- B — этот тип устройств обладает наиболее широким функционалом, работает со всеми родами тока, в том числе с постоянным.
В современных бытовых приборах уже не являются редкостью такие компоненты, как импульсные блоки питания, инверторы и частотные преобразователи. Характер тока утечки в этой связи может иметь не только синусоидальную форму. И, в зависит от того, какой из блоков электронной схемы бытового устройства потеряет изоляцию с корпусом, меняется и ситуация. В этом смысле наибольшую безопасность в бытовых условиях способны обеспечить приборы типа «A».
Пиктограммы, которые наносят на корпус для обозначения типа УЗО.
УЗО типа «AC» следует признать устаревающими, не в полной мере отвечающими особенностям современной бытовой техники.
Тип «B» применяется преимущественно в производственных электроустановках, где может иметь место поражение постоянным током.
Количество полюсов
Здесь всё достаточно просто. Для определения факта утечки необходим контроль фазного и нулевого провода. По этой причине в однофазной сети используются устройства с двумя полюсами для подключения фазы и нуля, в трёхфазной — с четырьмя полюсами для нуля и трёх фаз.
Установка и подключение
Для полноценной защиты людей от поражения током и проводки от возгорания вследствие нарушения изоляции, в жилом доме или квартире рекомендуется установка нескольких устройств защитного отключения. УЗО с наибольшим значением дифференциального тока должно быть установлено на вводном щитке питания, оно предназначается для защиты всей электропроводки в доме. Далее, на каждую группу потребителей, в зависимости от условий их работы устанавливаются свои устройства, обладающие большей чувствительностью по сравнению с головным УЗО. Наконец, для отдельных видов бытовой техники может устанавливаться персональное УЗО.
Видео о монтаже
По способу монтажа преобладают приборы модульного исполнения, предназначенные для установки на DIN рейку.
Селективность
Для того чтобы при потере изоляции одного из электроприборов не отключалось питание всего дома, защита должна активироваться селективно. Это означает что УЗО, установленные непосредственно у отдельных потребителей должны срабатывать раньше устройств, расположенных ближе к источнику питания.
Для этой цели выпускаются защитные устройства двух разновидностей — «S» и «G». Селективные УЗО типа «S» имеют время срабатывания 0,15 – 0,5 с. Тип «G» срабатывает в течение 0,06 – 0,08 с.
Далее:
- Что выбрать УЗО или дифавтомат? Плюсы и минусы.
- Что такое молниеприемник и токоотвод?
- Обзор инверторных стабилизаторов напряжения.
