Принцип работы 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.

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».

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.

Что такое селективное УЗО

Селективное УЗО

УЗО селективного действия выделяется из ряда обычных увеличенным временем срабатывания. Такая реализация позволяет при каких-либо сбоях в электрической цепи с последовательно подключенными устройствами защиты выключать не всю проводку, а только определенный её сегмент.

Типы УЗО

УЗО ПЗВ-2001

Наиболее распространенные типы:

• Автоматический выключатель с остаточным током (RCCB). Механическое переключающее устройство, предназначенное для создания, переноса и устранения токов при стандартных нормах работы и для разрыва контактов, когда остаточный ток достигает определённого значения при указанных обстоятельствах. В зависимости от возраста этих устройств они будут соответствовать стандартам BS EN 61008 или BS 4293.Всемирный Британский стандарт BS 4293 был отменен 1 июля 2000 года, а его мораторий закончился в июле 2005 года, что означает, что производители продолжали выпускать устройства остаточного тока, соответствующие BS 4293, до 2005 года, при условии, что устройства будут выпускаться до июля 2000 года. В РФ с 12 января 2000 года действуют свои ГОСТы.

  http://docs.cntd.ru/document/1200102087http://vsegost.com/Catalog/27/27475.shtml

• Автоматический выключатель, включающий защиту от токов утечки (CBR) Автоматический выключатель, гарантирующий защиту от излишка нагрузки по току и включающий защиту от остаточного тока либо в виде интегральной схемы, либо в комбинации с аппаратом аварийного выключения, которое может быть установлено на заводе или в полевых условиях.
• Розетка с интегрированным прибором аварийной дезактивации (SRCD). Розетка для стационарной установки, включающая в себя встроенную чувствительную цепь, благодаря которой переключающие контакты в цепи автоматически размыкаются при заданном значении остаточного тока.
• Реле замыкания на землю. Устройство, включающее средства обнаружения тока замыкания на землю, сравнения его значения с рабочим значением тока замыкания на землю и подачи сигнала на соответствующее коммутационное устройство для размыкания защищенной цепи, когда ток замыкания на землю превышает это значение. Реле могут быть подключены напрямую или питаться от отдельного торроида. В настоящее время нет определенного стандарта для этого типа устройства.

Устройство защитного отключения типа УЗОШ 10.2.010

Простыми словами, УЗО работает так:

Представим человека, который обладает феноменальной реакцией. Он стоит возле электрощитка, и в руках у него вольтметр. Когда стрелка на нём превышает указанное значение, он выключает кнопку (размыкает сеть), чтобы ток не прошел дальше. Время, за которое он улавливает сигнал, называется «скорость срабатывания». Но на этом его работа не заканчивается: он должен будет замкнуть контакты обратно. Время повторного подключения называют «скорость возврата». Скорость тока в сети исчисляется тысячами циклов в секунду и, скорее всего, при наличии хорошего УЗО перебой даже не будет заметен.

Чем меньше по времени будут занимать эти две операции, тем дороже будет стоить УЗО, так как длительное отсутствие тока в сети исчерпает запас остаточного напряжения, и прибор выключится. Чтобы не допускать такой ситуации, производители пытаются сократить скорость срабатывания по максимуму.

Устройство остаточного тока – принцип действия

Маркировка УЗО

Устройства остаточного тока контролируют ток, протекающий в цепи, с помощью тороида, который представляет собой небольшой трансформатор тока, специально разработанный для обнаружения токов замыкания на землю.

Все проводники под напряжением будут проходить через эту катушку, токи, протекающие в проводниках под напряжением исправной цепи, будут уравновешены, и поэтому в торроиде ток не будет индуцироваться. Токоведущие проводники цепи включают в себя все фазные и нейтральные проводники. Когда в цепи присутствует замыкание на землю, ток будет течь к земле через ненормальный или непреднамеренный путь.

Существует два типа технологий, доступных в устройствах остаточного тока, электромагнитных и электронных, и оба предлагают очень надежную работу. В электромагнитных устройствах используется очень чувствительный торроид, который управляет реле отключения, когда обнаруживает очень малые остаточные токи.

Эти устройства обычно не требуют эталонного заземления и не подвержены временной потере питания, так как питание на отключение устройства напрямую зависит от тока повреждения. Электронным устройствам не нужен такой чувствительный торроид, поскольку электронные схемы внутри устройства усиливают сигнал для срабатывания реле отключения.

Однако эти устройства часто требуют контрольного заземляющего провода, чтобы гарантировать, что устройство продолжит работать в случае потери нейтрали питания. Питание для отключения устройства берется как от тока повреждения, так и от источника питания.

Эти устройства должны быть отключены при проведении испытаний сопротивления изоляции, чтобы предотвратить повреждение устройства и избежать неправильных результатов испытаний.

Разновидности УЗО

Диапазон RCCB, дополнительные блоки CBR CB и два модуля RCBO – это электромагнитные устройства, а в одном модуле RCBO и реле защиты от замыканий на землю используются электронные технологии. Дополнения CBR MCCB доступны в обеих технологиях.

• Ток, протекающий через торроид в исправной цепи: Ires = I1-I2 = 0
• Ток, протекающий через торроид в цепи с замыканием на землю: Ires = I1-I2 = Ic + Id

Этот ток замыкания на землю, известный как «остаточный ток» (Ires), рассматривается торроидом как дисбаланс. Когда величина этого остаточного тока достигает значения чувствительности IΔn устройства, оно срабатывает для размыкания контактов.

Виды УЗО

Устройство защитного отключения

Остаточный ток повреждения может принимать различные формы сигналов в зависимости от характеристик нагрузки. Следующие типы УЗО определены в МЭК 60755 для надлежащей защиты различных форм остаточного тока:

Тип AC

УЗО типа AC определяют остаточные синусоидальные переменные токи. УЗО типа AC подходят для общего использования и охватывают большинство применений на практике.

Тип А

В дополнение к характеристикам обнаружения УЗО типа AC, УЗО типа A обнаруживают пульсирующий остаточный ток постоянного тока. Такие колебания могут быть вызваны диодной или тиристорной цепью выпрямителя в электронных нагрузках. УЗО типа A специально предназначены для использования в однофазных электронных нагрузках класса 1.

Тип F

УЗО типа F – это новый тип УЗО, недавно представленный в МЭК 62423 и МЭК 60755. В дополнение к характеристикам обнаружения УЗО типа А, УЗО типа F специально разработаны для защиты цепей, где могут использоваться однофазные драйверы с регулируемой скоростью. В этих цепях форма волны остаточного тока может быть составной из нескольких частот, включая частоту двигателя, частоту переключения преобразователя и частоту линии. В целях повышения энергоэффективности использование преобразователей частоты при определенных нагрузках (стиральная машина, кондиционер и т. д.) расширяется, и тип F RCD будет охватывать эти новые области применения.

Тип F также обладает улучшенными характеристиками устойчивости к помехам (отсутствие срабатывания при импульсном токе). Они способны к отключению, даже если на синусоидальный или импульсный дифференциальный ток постоянного тока накладывается чистый постоянный ток 10 мА.

Тип B

УЗО типа B могут обнаруживать синусоидальный переменный ток, пульсирующий постоянный ток, составной многочастотный, а также плавный остаточный постоянный ток. Кроме того, условия отключения определяются с разными частотами – от 50 Гц до 1 кГц. В электрической распределительной сети переменного тока чистый остаточный постоянный ток может в основном генерироваться из трехфазных выпрямительных цепей, а также из некоторых конкретных однофазных выпрямителей.

УЗО типа AC

УЗО типа B предназначены для использования с нагрузками с трехфазным выпрямителем, такими как приводы с регулируемой скоростью, фотоэлектрическая система, станция зарядки электромобилей и медицинское оборудование.

На схеме – определение различных типов УЗО с их основным применением и формами сигналов. Следует отметить, что различные типы УЗО (AC, A, F и B) вложены друг в друга, как русские куклы: тип B, например, также соответствует требованиям типа F, типа A и типа AC.

Типы УЗО

Характеристики УЗО

Схема подключения УЗО

Номинальный ток

Указывает порог срабатывания устройства: 6, 10, 16, 25, 50, 63 и т. д. (ампер). Номинальный ток одинаков как для УЗО, так и для автоматов.

Быстродействие

Распределение УЗО

В маркировке дифавтоматов применяется индекс электрического действия, который маркирован буквой «B», «C» или «D». Она стоит перед показателем номинального напряжения, как у стандартных автоматов. Скорость действия является важной переменной характеристикой аварийного аппарата.

Ток отключения (утечки)

Обычно это число из набора: 10, 30, 100, 300 или 500 мА. Указывается данная характеристика треугольником (буквой «дельта»), которая стоит перед числом, характеризующим величину номинального тока утечки в миллиамперах, при котором активируется защита.

Номинальное напряжение

Важнейшим рабочим показателем автоматов и УЗО выступает номинал напряжения (220 вольт – для одной фазы или 380 вольт для трёх) – это обычное рабочее напряжение.

Как обеспечить качественную защиту

Несмотря на явную пользу УЗО, без автомата защиты обойтись не получится. УЗО не реагирует ни на сверхтоки (короткие замыкания), ни на перегрузку. Оно отслеживает только ток утечки. Так что для безопасности проводки необходим еще и автомат. Эту пару — автомат и УЗО — ставят на входе. Автомат обычно стоит до счетчика, защита от утечек — после.

Вместо пары — УЗО+автомат, можно использовать дифференциальный автомат. Это два устройства в одном корпусе. Дифавтомат отслеживает сразу и ток утечки, и короткое, и перегрузку. Его ставят, если есть необходимость в экономии места в щитке. Если такой необходимости нет, предпочитают ставить отдельные устройства. Проще определять повреждение, дешевле замена при выходе из строя.

Принцип работы УЗО

Состоит устройство защитного отключения из трансформатора, реле и отключающего механизма. Основной рабочий элемент УЗО — дифференциальный трансформатор с двумя первичными обмотками и одной вторичной. Именно он сравнивает токи. Первичные обмотки дифференциального трансформатора имеют абсолютно одинаковые параметры, но включены навстречу друг другу. Через одну обмотку проходит ток, который идет на нагрузку, через вторую — который возвращается с нагрузки.

При исправном состоянии линии, токи, протекающие через обе первичные обмотки, равны, но имеют противоположные знаки. В результате, создаваемые ими электромагнитные поля взаимоуничтожаются. В такой ситуации во вторичной обмотке нет наведенных токов, контакты замкнуты, питание есть.

Принцип работы УЗО можно понять по этой схеме

Как только на контролируемых линиях появляется утечка, в одной из первичных обмоток появляется перевес (на рисунке это обмотка под номером 2). Это приводит к тому, что на вторичной обмотке появляется потенциал. Когда он достигает порогового значения (ток отключения), срабатывает реле, отключая питание. Это и есть принцип работы УЗО.

В общем, УЗО — несложное устройство, но очень полезное, так как именно оно отвечает за безопасность. Для вашей безопасности и безопасности ваших детей, настоятельно рекомендуем установить в щит устройство защитного отключения.

Сколько УЗО нужно устанавливать?

Чтобы определить точное количество УЗО, требуемое для конкретного помещения, понадобится специалист, который сможет провести соответствующие расчеты. Например, в 1-комнатной квартире, вероятнее всего, хватит одного такого прибора, рассчитанного на ток утечки в 30 мА. А вот в квартире с четырьмя комнатами при наличии 15 групп розеток понадобится не менее пяти УЗО, а также по одному устройству на всю группу освещения, электроплиту и водонагреватель.

Исходят обычно из того, что одна группа электроприборов - одно устройство защитного отключения 30 мА плюс одно противопожарное УЗО 100 или 300 мА.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Чтобы контролировать электропроводку в целом, на входе в частный дом рекомендуется устанавливать одно общее УЗО с номинальным отключающим током 300 мА в дополнение к расчетным.