Устройство защитного отключения (УЗО), управляемое дифференциальным током, – это коммутационный аппарат или совокупность элементов, которые в случае достижения (превышения) дифференциальным током заданного значения при определённых условиях эксплуатации должны вызвать размыкание контактов.
УЗО служит для защиты людей от поражения электрическим током и защиты электрической цепи от токов утечки.
В бытовой электросети утечки могут произойти при касании человека токопроводящих частей, находящихся под напряжением (например, в электроприборе, розетке), или металлических корпусов приборов, попавших под действие напряжения из-за повреждения. Также, они могут быть вызваны нарушением изоляции электропроводки, в том числе из-за некачественно выполненного монтажа. Относительно небольшие токи утечки могут привести к серьезным последствиям.
В первом случае это может вызвать удар человека электрическим током, во втором – привести к пожару. УЗО при возникновении утечки выше установленного для него предела, позволяет за доли секунды отключить опасный участок и предотвратить этим поражение человека электрическим током или избежать пожара.
Первые требования по обязательному применению УЗО для защиты от поражения электрическим током и обеспечению пожарной безопасности были введены в Республике Беларусь в 1999 году. При этом стоит отметить, что до настоящего времени многие граждане, а также электротехнический персонал в организациях зачастую не знают принцип действия УЗО, его конструктивную составляющую и требования по его установке.
Устройства защитного отключения классифицируются по следующим основным характеристикам, которые необходимо учитывать при их выборе для установки в электрическую сеть:
1) по назначению: без встроенной защиты от сверхтоков (выключатели дифференциального тока), со встроенной защитой от сверхтоков (дифференциальные автоматические выключатели);
2) по количеству полюсов – двухполюсные, трёхполюсные, четырехполюсные;
3) по способу управления – электромеханические (функционально не зависящие от напряжения питания), электронные (функционально зависящие от напряжения питания);
4) по способу монтажа - стационарного исполнения, переносные, адаптеры для установки в розетки;
5) по типу дифференциального тока в сети:
тип АС – реагирует на переменный синусоидальный дифференциальный ток, внезапно возникший или медленно возрастающий (самый распространенный вариант);
тип A – реагирует на переменный синусоидальный дифференциальный ток, и пульсирующий постоянный дифференциальный ток;
тип B – реагирует на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи (этот тип применяется в промышленных установках со смешанным питанием). Кроме того, УЗО типа В реагируют на токи утечки частотой до 100 кГц в соответствии с частотными характеристиками.
В жилых и общественных зданиях могут использоваться УЗО типа А и АС (источником пульсирующего тока могут быть стиральные машины с регуляторами скорости, регулируемые источники света, телевизоры, компьютеры и др.);
6) по выдержке времени срабатывания – без задержки срабатывания, типа «G» – с задержкой срабатывания; типа «S» – селективные УЗО с большим временем задержки. Используются в качестве защиты от возникновения возгораний проводки.
По сути, это те же самые УЗО типа А или типа АС, только с увеличенным временем срабатывания и большими токами короткого замыкания. На лицевой стороне корпуса УЗО наносится знак в зависимости от типа и рядом указывается буква S или G. За счет увеличенного времени срабатывания, селективное УЗО срабатывает в последнюю очередь. Буквы рядом с типом УЗО указывают на время задержки срабатывания:
S - указывает на время задержки срабатывания равное 200-300 мс;
G - указывает на время задержки срабатывания равное 60-80 мс;
7) по основным параметрам – номинальному току нагрузки (16А, 20А,25А, 32А, 40А, 63А, 80А, 100А) и номинальному отключающему дифференциальному току (10мА, 30мА, 100мА, 300 мА, 500 мА).
|
|
Рисунок 1 - Основные характеристики и элементы двухполюсного и четырёхполюсного УЗО
Рассмотрим устройство и принцип работы УЗО.
Основной элемент УЗО – дифференциальный трансформатор тока. Представляет он собой магнитопровод, выполненный из ферромагнитного материала, на который намотаны обмотки. Вторичная обмотка трансформатора, подключается к реле отключения, которое, в свою очередь, подключено к механизму отключения. Проводники электроцепи проходят в окно трансформатора тока и подключаются к выходным клеммам.
|
|
Рисунок 2 - Компоновочные схемы УЗО
При нормальном режиме работы УЗО в однофазной цепи, когда его подвижные контакты замкнуты, ток I1 определенной величины протекает по фазному проводу через магнитопровод дифференциального трансформатора к нагрузке, затем через нагрузку в сеть возвращается ток I2 по нулевому проводнику через магнитопровод дифференциального трансформатора, при этом величина тока I2 равна величине тока I1. Согласно закону электромагнитной индукции токи I1 и I2 проходя через магнитопровод дифференциального трансформатора создают в нем магнитные потоки Ф1 и Ф2 одинаковой величины, но так как направление тока I2 противоположно направлению тока I1, то и создаваемый им магнитный поток Ф2 так же противоположен магнитному потоку Ф1, т.е. магнитные потоки Ф1 и Ф2 направлены встречно по отношению друг к другу и соответственно, при равных значениях входящего и выходящего токов, уравновешивают друг друга, в результате чего суммарный магнитный поток в магнитопроводе равен нулю. Так как суммарный магнитный поток в магнитопроводе отсутствует, во вторичной обмотке дифференциального трансформатора не создается ЭДС и ток отсутствует.
|
Рисунок 3 - Схема нормального режима работы УЗО
Если произошел пробой изоляции в электрооборудовании или же просто в электропроводке и человек прикоснулся к поврежденному участку, то часть электрического тока начинает протекать через тело человека создавая непосредственную угрозу для его жизни и здоровья. В такой ситуации часть тока электрической цепи поступающая от фазного провода не будет возвращаться в сеть, а проходя через тело человека будет уходить в землю, следовательно ток I2 который будет возвращаться в сеть через магнитопровод трансформатора по нулевому проводу будет меньше тока I1 поступающего в сеть, соответственно и величина магнитного потока Ф1 станет больше величины магнитного потока Ф2, в результате чего в магнитопроводе трансформатора суммарный магнитный поток уже не будет равен нулю. Возникший суммарный магнитный поток приведёт к появлению ЭДС во вторичной обмотке и возникновению тока, за счёт которого, втянется подвижная часть электромагнитного реле, а именно этот механизм и отключит подвижные контакты УЗО, отключив электрическую сеть.
|
Рисунок 4 - Схема аварийного режима работы УЗО
Сравнение токов в трёхфазной цепи осуществляется по этому же принципу, только через дифференциальный трансформатор пропускаются токи всех трех фаз, а небаланс создается на основе их сравнения.
Для проверки работоспособности УЗО предусмотрена цепь, содержащая кнопку «ТЕСТ» и ограничительный резистор R. Нажатие данной кнопки искусственно создает в УЗО утечку тока, что должно привести к отключению УЗО. Рекомендуется осуществлять проверку работоспособности УЗО не реже одного раза в месяц.
Человек ощущает боль при воздействии тока величиной 3 – 5 мА. Ток со значением до 30 мА называется «неотпускающим» током, когда человек не может самостоятельно оторвать руку от токоведущей части. Электрический ток от 30 до 100 мА считается смертельно опасным, так как вызывает фибрилляцию (частые сокращения) сердца. УЗО позволяет разорвать электрическую цепь еще до того, как величина тока достигнет опасного для человека значения. Поэтому
номинальный отключающий дифференциальный ток, для защиты человека от поражения электрическим током, как правило, выбирается 30 мА. Для помещений с повышенной опасностью – 10 мА. УЗО со значением дифференциального тока 100 или 300 мА устанавливают на вводе для защиты от пожара.
Как было отмечено ранее, УЗО по способу управления делятся на электромеханические и электронные.
Электромеханические УЗО не требуют внешнего электропитания и включают в себя следующие элементы: трансформатор тока с двумя обмотками, чувствительный магнитоэлектрический элемент и высокоточное поляризованное реле.
Электронные УЗО требуют отдельного электропитания. Имеют примерно такое же строение, как электромеханические, но вместо магнитоэлектрического элемента используют сразу несколько устройств: компаратор, обеспечивающий сравнение токов, выпрямитель и усилитель сигнала, а поляризованное реле заменено обычным. Причиной меньшего распространения электронных УЗО является их неработоспособность при обрыве нулевого проводника в питающей сети, так как не будут получать питание электронные элементы управления. Так же, для электронного УЗО опасны скачки напряжения в сети, которые могут привести к выходу из строя электронной платы.
На корпусах УЗО указываются электрические схемы управления, согласно которым можно определить является оно электромеханическим или электронным.
|
Рисунок 5 - Схемы электромеханического и электронного УЗО
На электрических схемах электронных УЗО красным цветом выделены линии питания платы с электронными элементами управления.
|
|
|
Рисунок 6 - Выключатель дифференциальный с электромеханическим управлением (УЗО) |
Рисунок 7 - Автоматический выключатель дифференциального тока с электронным управлением (дифавтомат) |
Внутренне исполнение четырёхполюсного выключателя дифференциального с электромеханическим управлением выглядит следующим образом:
|
Рисунок 8 - Устройство ВД с электромеханическим управлением
Необходимо помнить, что эксплуатация УЗО допускается только при наличии включенного последовательно с ним автоматического выключателя для защиты электрической сети от токов перегрузки и короткого замыкания. При этом рекомендуется, чтобы номинальный ток УЗО был на ступень больше, чем ток срабатывания автоматического выключателя. В дифференциальном автоматическом выключателе конструктивно предусмотрена защита от сверхтоков.
Визуально отличить выключатель дифференциальный (УЗО) и дифференциальный автоматический выключатель (дифавтомат) можно следующим образом: по маркировке на корпусе, схеме устройства и внешнему виду. На корпусе могут указываться буквы ВД, ВДТ – выключатель дифференциальный, выключатель дифференциальный токовый (УЗО) или АД – автомат дифференциальный, АВДТ – автоматический выключатель дифференциального типа (дифавтомат). Также на корпусе УЗО указывается номинальный ток (например 16А), а на дифавтомате перед величиной номинального тока указывается латинская буква, определяющая тип характеристики срабатывания выключателя (например С40). При наличии на корпусе схемы у дифавтоматов имеются обозначения электромагнитного и теплового расцепителей.
Для защиты от поражения электрическим током УЗО, как правило, должны устанавливаться в отдельных групповых линиях, допускается присоединение к одному УЗО нескольких групповых линий через отдельные автоматические выключатели.
Необходимость установки УЗО для групповых линий определяется исходя из условий обеспечения безопасности в соответствии с требованиями действующих технических нормативных правовых актов (СН 4.04.01-2019, ТКП 339-2022 (33240), ГОСТ 30331.3). Отдельно хотелось бы отметить, что установка УЗО в жилых и общественных зданиях обязательна:
- для групповых линий, питающих штепсельные розетки;
- в линиях, питающих стационарно установленное оборудование и светильники в ванных и душевых помещениях;
- при подключении бытовой техники – стиральных и посудомоечных машин, электроплит и электроводоподогревателей;
- для питания установок распределительного электрообогрева поверхностей;
- при устройстве электропроводок в садовых домиках;
- в действующем жилищном фонде с двухпроводными групповыми сетями, не имеющими защитного PE- проводника (срабатывание УЗО при замыкании на корпус в данных сетях происходит только при появлении дифференциального тока, то есть при непосредственном прикосновении к корпусу электроприемника).
Рассмотрим основные ошибки при подключении УЗО, из-за которых происходит ложное срабатывание и отключение электрической сети:
- фазный проводник питающей сети подключается к нижней контактной клемме, а нулевой рабочий проводник к верхней (рис. 9);
- не соблюдена фазировка при подключении проводников питающей сети в соответствии с маркировкой на корпусе (рис. 10);
- подключение нулевого рабочего проводника N выполнено непосредственно к электроприемнику или к нулевой шине без подключения к УЗО (рис. 11);
- объединение нулевого рабочего проводника N и нулевого защитного проводника PE в зоне действия УЗО, случайное соединение нулевого рабочего проводника N с заземленными элементами и нулевым защитным проводником (рис. 12);
- объединение нулевых рабочих проводников N различных УЗО в зоне их действия (рис. 13).
|
|
Риснок 9 Рисунок 10
|
|
Риснок 11 Рисунок 12
|
Риснок 12 Рисунок 13
В заключении сказанного выше настоятельно рекомендуем для защиты от поражения электрическим током устанавливать в электрической сети устройства защитного отключения, при этом работы по выбору и монтажу должны выполнять квалифицированные специалисты.
