Устройство защитного отключения схема. УЗО: принцип работы и зачем нужно его устанавливать

Без электроэнергии невозможно представить себе современную цивилизацию. Прогресс подарил людям множество электрических приборов, значительно облегчивших быт. Так, теперь во время уборки в комнатах не требуется махать веником, поднимая тучи пыли, а достаточно включить пылесос; чтобы закипятить чайник, не нужно раздувать самовар, а можно воспользоваться электроприбором; глажка одежды обходится без массивного утюга на углях и т. д.

Особенность современных приборов - высокая потребляемая мощность, что требует модернизации проводки, доставшейся жителям домов и квартир еще с советских времен. Каждый, кто решился на этот шаг, обязательно должен иметь хотя бы общее представление о том, что такое УЗО. Устройство защитного отключения, хотя и не является незаменимым, однако значительно повышает электробезопасность. Сегодня мы поговорим о том, для чего именно нужно защитное УЗО, а также простым языком поясним принцип его работы.

Электробезопасность

Обязательным элементом любой домашней электросети (дальше мы будем говорить именно об этом случае) является автоматический выключатель. Это устройство монтируется возле электросчетчика либо в специальном щитке, а называется оно вводным. Его задача проста: выполнять коммутацию, а также без участия человека прерывать подачу электроэнергии в случае резкого превышения номинального тока (электромагнитная защита) или при продолжительной нагрузке свыше допустимых норм (тепловая уставка). Правильно подобранный автоматический выключатель может предотвратить возгорание проводки и частично обезопасить человека от возможной электрической травмы. Однако защитные функции значительно расширяются, когда монтируется другое устройство - автомат УЗО. Точки установки могут совпадать с местами монтажа привычных выключателей.

Как работает «классическая» защита

Для того чтобы понять назначение устройства защитного отключения, представим простой пример из жизни. В домашней электросети установлен автоматический выключатель на вводе, подобранный согласно ПУЭ. В каком-либо работающем электроприборе происходит повреждение изоляции и короткое замыкание, в результате чего потребляемый ток возрастает до величины, определяемой особенностями проводки, а электромагнитный расцепитель во вводном выключателе это регистрирует и разрывает цепь. Казалось бы, зачем нужен еще какой-то автомат УЗО? Но представим, что из-за повреждения в утюге его металлические части оказались под опасным потенциалом. Человек, которому не повезет прикоснуться одновременно к такому устройству и чугунному радиатору отопления (ванне, раковине), получит удар током, текущим через тело на «землю».

Особенности автоматов

Лишь специалистам известно, что защита выключателя класса «С» сработает при 10-кратном превышении номинального значения; для «В» ситуация чуть лучше, и порог срабатывания будет вдвое меньшим; ну, а для класса «А» отключение произойдет при двукратном завышении номинала. Это достаточно высокие величины, и при определенном стечении обстоятельств у «везунчика» есть риск остаться у вышеупомянутого утюга навсегда. Если же учесть, что большинство квартир и домов "защищено" выключателями С-класса, то есть повод задуматься о собственной безопасности. Совершенно иной результат будет в том случае, если в цепи есть выключатель УЗО.

Дополнительная возможность

Представим ту же ситуацию, но автомат дополним устройством защитного отключения (УЗО). Человек прикасается к проводящей поверхности, и через тело начинает протекать ток, который уходит в «землю».

Его особенность в том, что, хотя счетчик и учитывает потребляемые ампер-часы, а в катушке расцепителя создается электромагнитное поле, обратно в сеть ничего не возвращается. Автомат УЗО как раз регистрирует это и разрывает цепь. В результате человек ощутит удар током (величина зависит от параметров устройства), но летального исхода не последует.

Тем людям, которые привыкли пользоваться электрическими бойлерами для подогрева воды, мы рекомендуем не только изучить, что такое УЗО, но и в самые кратчайшие сроки выполнить установку данного прибора. При этом важно понимать, что устройство защитного отключения хотя и делает эксплуатацию оборудования более безопасной, но панацеей от всех проблем не является. И не может заменить необходимость использования контура защитного заземления.

Что такое УЗО

Устройство защитного отключения представляет собой электромеханический прибор, предназначенный для повышения электробезопасности при использовании электрического оборудования. Возможны различные конструктивные исполнения, однако наибольшую известность получили решения для монтажа на DIN-планку, подобно современным однополюсным автоматам-понам. Пластиковый корпус, язычок отключения и кнопка для проверки работоспособности схемы - вот и все УЗО внешне. Головки прижимных болтов утоплены таким образом, что случайное прикосновение к ним практически невозможно. Установка УЗО может осуществляться двумя способами: во вводных щитках, при этом защищается вся домашняя электросеть, а также на каждую линию. Во втором случае защита более эффективна. При наличии средств рекомендуется совмещать эти два способа.

Физически подключение выполняется очень просто: на корпусе есть четыре болтовых зажима (для однофазной сети), к первым двум из которых подводятся вводные провода, а ко вторым прикручиваются отходящие линии. То есть установка УЗО производится в разрыв цепи. Единственный нюанс: контакты на подводе имеют обозначение для нуля и фазы, что во время монтажа должно соблюдаться для дальнейшей правильной работы. Простейший индикатор позволяет определить фазный провод за несколько секунд.

Функционирование

Изучая, что такое УЗО, нельзя оставить без внимания принцип его работы. Через все устройство проходят две линии (ноль и фаза), которые в любой момент могут быть разорваны электромагнитом отключения (та же система, что и расцепитель в привычных выключателях). Ток, протекающий по линиям, наводит ЭДС в катушке. Так как его величины в фазном и нулевом проводах равны, то в катушке потенциал есть, однако тока нет - он уравновешивается. Это в нормальном состоянии защищаемой схемы. Любая утечка из замкнутой цепи вызывает появление наведенного тока (десяток миллиампер) и срабатывание электромагнита отключения.

Рассматривая пример из жизни

Представим, что человек принимает ванну, вода для которой подогревается электрическим бойлером. Розетка для нагревателя защищена УЗО. По какой-либо причине в ТЭНе происходит пробой спирали на корпус. Из-за этого вся масса накопленной воды оказывается под опасным потенциалом, а через металлические части напряжение попадает в ванну. Если она не диэлектрическая и установлена на токопроводящем полу (чаще всего это именно так), то через цепь ТЭН - вода - ванна начинает течь ток на «землю». Человек, прикасаясь к металлическим предметам, так или иначе включается в цепочку, попадая под действие ЭДС.

Пока повреждения в ТЭНе не было, величины тока, протекающего по фазному и нулевому проводам через УЗО, были равны. То есть, говоря простым языком, сколько пришло, столько и ушло. Ведь цепь замкнута. Но как только возник пробой и образовался сторонний маршрут протекания тока, равенство перестало выполняться, и на бойлер стало выдаваться больше, чем возвращаться. Возникшее при этом в катушке УЗО магнитное поле задействует механизм отключения - и цепь разрывается. Все очень просто. Если бы защита выполнялась только электромагнитным расцепителем автоматического выключателя, то разрыв цепи произошел бы при превышении номинальной величины тока в 2-3 раза (для класса А) или даже в 10 раз (для С). Стоит ли говорить, что весь этот поток электронов мог прийтись на человека, если он держит в руках шланг душа и стоит босыми ногами на проводящем полу?

Также существует трехфазное УЗО. В этом устройстве через катушку проходит не два провода, а четыре: по одному на каждую фазу и нулевой. При этом не важно, сколько нагрузки приходится на каждую фазу, главное, чтобы суммарный приходящий ток был равен возвращающемуся.

Особенность

Ранее мы говорили о том, что УЗО не может являться заменой заземлению. Представим, что человек прикоснется одновременно к нулевому и фазному проводам. Через тело потечет ток, однако, поскольку утечки из цепи при этом не будет, УЗО не сработает. А вот при использовании цепи с заземлением на корпусах электроприборов опасный потенциал появиться не может, так как ток тут же уйдет по заземляющему проводу в землю, что зафиксирует автомат и прервет подачу питания.

Можно услышать мнение, в котором оспаривается необходимость установки устройств защитного отключения (далее УЗО). Чтобы опровергнуть или подтвердить его необходимо понимать функциональное назначение этих устройств, их принцип работы, конструктивные особенности и схему подключения. Также немаловажным фактором является правильное подключение, в зависимости от определенной задачи. Мы постараемся максимально широко ответить на все вопросы касательно данной темы.

Функциональное назначение

Согласно официальному определению данный тип устройств играет роль быстродействующего защитного выключателя, реагирующего на утечку тока. То есть он срабатывает в том случае, когда образуется цепь между фазой и «землей» (проводником РЕ).

Приведем классический пример, в ванной установлен электрический водонагреватель. Он работает беспроблемно гарантийный срок и даже более, потом наступает момент, когда корпус одного из нагревающих элементов дает трещину и происходит пробой фазы на воду.

Если в данном случае образуется цепь: фаза – человек – земля, тока нагрузки будет недостаточно для срабатывания электромагнитной защиты, она рассчитана на КЗ. Что касается тепловой защиты, то время ее срабатывания значительно дольше сопротивляемости человеческого организма деструктивному воздействию электротока. Результат можно не описывать, самое страшное то, что в многоквартирном доме такой бойлер может нести угрозу соседям.

В таких случаях представленный аппарат – единственно действенный способ обеспечить надежную защиту. Самое время рассмотреть его принципиальную схему, конструкцию и принцип действия.

Схема устройства

В первую очередь, представим принципиальную схему устройства, с указанием его основных элементов.


Обозначение:

  • А – Реле, управляющее контактной группой.
  • В – Дифференциальный ТТ (трансформатор тока).
  • С – Обмотка фазы на ДТТ.
  • D – Обмотка нуля на ДТТ.
  • Е – Контактная группа.
  • F – Нагрузочное сопротивление.
  • G – Кнопка, запускающая тестирование устройства.
  • 1 – Вход фазы.
  • 2 – Выход фазы.
  • N – Контакты нулевого провода.

Теперь объясним, как это работает.

Принцип работы

Допустим, от нашего защитного устройства запитан некий прибор с внутренним сопротивлением R n , при этом корпус подключенного устройства заземлен. В данном случае при штатном режиме работы, через обмотки I и II ДТТ будут протекать равные по значению, но разные по направлению токи.


Таким образом, суммарная величина i 0 и i 1 будет нулевой. Соответственно, вызываемые токами магнитные потоки в ДТТ, также будут встречными, поэтому их суммарная величина, также будет нулевой. С учетом перечисленных условий, во вторичной обмотке ДДТ ток образовываться не будет, поэтому реле, управляющее контактной группой, не инициируется. То есть, защитное устройство будет оставаться во включенном состоянии.

Теперь рассмотрим ситуацию, в которой произошел пробой на корпус подключенного оборудования.


В результате появления тока утечки (i у) на «землю» будет нарушен баланс токов, протекающих по первичным обмоткам I и II. Это приведет к тому, что величина магнитного потока также станет отличной от нуля, что вызовет образования тока (i 2) на вторичной обмотке ДТТ (III), к которой подключено реле, управляющее контактной группой. Оно сработает, и подключенное оборудование будет обесточено.

Кнопка тестирования на приборе имитирует утечку тока через резистор R t , что дает возможность убедиться в работоспособности прибора. Такую проверку необходимо проводить не реже одного раза в месяц.

Конструктивное исполнение

Ниже на рисунке представлено типовое защитное устройство со снятой верхней крышкой, что позволяет рассмотреть основные узлы конструкции.


Обозначения:

  • А – Механизм кнопки, запускающей тестирование устройства.
  • В – Контактные площадки для подключения входа фазы и нулевого провода.
  • С – Дифференциальный ТТ.
  • D – Электронная плата усилителя тока, поступающего со вторичной обмотки, до уровня, необходимого для срабатывания реле.
  • Е – Нижняя часть пластикового корпуса со стандартным креплением под DIN-рейку.
  • F – Дугогасительнаые камеры на размыкающейся группе контактов.
  • G – Контактные площадки для подключения выхода фазы и нулевого провода.
  • H – Механизм расцепителя (приводится в действие реле или вручную).

Перечень основных характеристик

Разобравшись с конструкцией приборов и их принципом работы, перейдем к основным параметрам. К числу таковых относятся:

  • Тип защищаемой электропроводки, она может быть однофазной или трехфазной. Данный параметр влияет на количество полюсов (2 или 4).
  • Величина номинального напряжения, для двухполюсных аппаратов это 220-240 Вольт, четырехполюсных – 380-400 Вольт.
  • Величина номинальной токовой нагрузки, этот параметр соответствует аналогичному у автоматических выключателей (далее АВ), но имеет несколько другое назначение (подробно будет рассказано ниже), измеряется в Амперах.
  • Номинальная величина дифференциального (отключающего) тока, типовые значения: 10, 30, 100 и 300 мА.
  • Вид отключающего тока, принятые обозначения:
  1. AC – Соответствует переменному току синусоидальной формы. Допускается как его медленное нарастание, так и внезапное проявление.
  2. А – К предыдущим характеристикам (AC) добавляется возможность отслеживать утечку выпрямленного пульсирующего тока.
  3. S – Обозначение селективных устройств, они отличаются относительно высокой задержкой срабатывания.
  4. G – Соответствует предыдущему типу (S), но с меньшей задержкой.

Теперь необходимо объяснить значение параметра номинального тока, поскольку с ним возникают некоторые вопросы. Это значение указывает на максимально допустимый ток для данного защитного электромеханического аппарата.

Подбирая этот параметр необходимо учесть, что он должен быть на одну ступень выше, чем у АВ на данной линии. Например, если АВ рассчитан на 25 А, то необходимо устанавливать защитные устройства с номинальным током – 32 А.

Обратим, внимание, на то, что данный тип устройств не предназначен для срабатывания от КЗ и перегрузки. Если произойдет подобная авария, то выгорит вся проводка и возникнет пожар, но аппарат так и останется включенным. Именно поэтому такие защитные устройства необходимо использовать совместно с АВ. Как вариант, можно устанавливать диффавтомат, по сути это тоже устройство защитного отключения, но снабженное механизмом защиты от КЗ и перегрузки.

Маркировка

Маркировка наносится на лицевую панель прибора, расскажем, что она обозначает на примере двухполюсного устройства.


Обозначения:

  • А – Аббревиатура или логотип производителя.
  • В – обозначение серии.
  • С – Величина номинального напряжения.
  • D – Параметр номинального тока.
  • Е – Значение отключающего тока.
  • F – Графическое обозначение типа отключающего тока, может быть продублировано литерами (в нашем случае изображена синусоида, что указывает на тип АС).
  • G – Графическое обозначение устройства на принципиальных схемах.
  • Н – Значение условного тока КЗ.
  • I – Схема устройства.
  • J – Минимальное значение рабочей температуры (в нашем случае: – 25°С).

Мы привели типовую маркировку, которая применяется в большинстве устройств данного класса.

Варианты подключения

Прежде, чем перейти к типовым схемам подключения, необходимо рассказать о нескольких общих правилах:

  1. Устройства данного типа должны быть в паре с АВ, как мы уже упоминали выше, это связано с тем, что защитных устройств не оборудовано защитой от КЗ.
  2. Величина номинального тока защитного устройства, она должна быть на ступень выше, чем у стоящего с ним в паре АВ.
  3. Нельзя путать входные и выходные контакты. То есть, на вход, помеченный, как правило, «1» должна подаваться фаза, на «N» – ноль. Соответственно, «2» – это выход фазы, а «N» – нуля.
  4. Ноль после аппарат не должен соединяться с нулем до него.

Теперь рассмотрим самую простую схему, в которой на каждую линию установлена защита от КЗ и тока утечки.


В данном случае все просто, на вход устанавливается АВ (А на рис. 7) с номинальным током 40 А. После него стоит общее устройство (В), его еще называют противопожарным. У данного устройства ток утечки должен быть не менее 100 мА, номинальный ток, как минимум – 50 А (см. пункт 2 общих правил, указанных выше). Далее идут две связки УЗО-АВ (С-Е и D-F). Параметр номинального тока у «С» и «D» – 16 A. Для «E» и «F» это параметр должен быть на ступень выше, в нашем случае – это 20 А. Что касается величины отключающего тока, то для влажных помещений этот показатель должен быть 10 мА, для остальных групп потребителей – 30 мА.

Такой вариант подключения самый простой и надежны, но при этом и более затратный. Для двух внутренних линий его еще можно использовать, но когда их число от 4-х и больше имеет смысл ставить одно устройство защиты на группу АВ. Пример такой схемы приведен нижне.


Как видите в данной схеме у нас установлено одно общее (противопожарное) защитное устройство и четыре групповых на освещение, кухню, розетки и ванную комнату. Такой вариант подключения позволяет существенно сократить затраты, по сравнению со схемой, где на каждую линию подключается связка УЗО-АВ. Помимо этого обеспечивается необходимый уровень защиты.

В заключение несколько слов о необходимости защитного заземления. Для нормального функционирования УЗО оно необходимо. В интернете можно найти схему включения без PE (собственно она ничем не отличается от обычной), но следует заметить, что сработка будет только в том случае, когда произойдет контакт с батарей, трубами холодной или горячей воды и т.д.

УЗО представляет собой отдельный тип защитных электроаппаратов наряду с автоматическими выключателями (АВ). Хотя их назначением является именно электрозащита, как и у АВ, но принципы работы у них отличаются.

Зачем нужны УЗО, если есть АВ?

С течением времени электроизоляция токоведущих частей электроприборов, включая ТЭНы, провода, шнуры питания и кабели, неизбежно стареет. И тогда с них через токопроводящие корпуса различных электроприборов в землю начинают протекать так называемые токи утечки, величиной от нескольких десятков микроампер до единиц миллиампер.

Обычные АВ на появление токов утечки никак не реагируют - ведь они составляют ничтожные доли от номинальных токов электропотребителей. Однако их появление (точнее, превышение токами некоторого допустимого предела) является сигналом тревоги. Это предупреждение о приближении аварийной ситуации, и для ее предотвращения нужен специальный защитный электроаппарат - УЗО.

Кроме того, как известно, неотпускающий (судорожный) ток, представляющий для человека (при определенном времени воздействия) смертельную опасность, равен всего 10 мА. Поэтому необходимость создания защитных устройств, реагирующих на токи утечки в этом диапазоне величин, ощущалась с самого начала широкого проникновения электричества в быт.

Пояснение работы устройства

Попробуем объяснить принцип работы УЗО при помощи гидравлической аналогии. Будем считать, что вода протекает по замкнутому контуру водяного отопления так же, как и электроток по проводам. Если где-то в отопительной трубе возникает дыра, то через нее идет утечка воды. Поэтому ее расход (аналог электротока) через два сечения труб, одно из которых на входе контура, а другое - на его выходе, будет разным. Точно так же и с токами утечки в электроприборе. Можно сравнить, сколько тока входит в электроприбор, и сколько выходит. В однофазный электроприбор ток входит по фазному проводу, а выходит по нулевому, поэтому достаточно сравнить токи в этих двух проводах. В этом и состоит принцип работы УЗО в однофазной сети. Если величины тока на входе и на выходе электроприбора не одинаковы, то оно за время порядка нескольких миллисекунд отключает его от сети. Такое малое время срабатывания необходимо потому, что превышение токами утечки величины тока срабатывания УЗО могло быть вызвано именно прикосновением человека к токопроводящему корпусу прибора.

Ток срабатывания

Но чтобы работа УЗО стала эффективной в бытовых условиях, понадобилось немало времени. Прежде всего, нужно было точно определиться с величиной тока утечки, который был бы безопасен для человека на время срабатывания устройства. Попытки проектировать УЗО на токи утечки менее 10 мА приводили к созданию больших, сложных и дорогих устройств, причем склонных к ложным срабатываниям от различных электромагнитных наводок.

К началу 80-х годов ХХ в. ток их срабатывания, на основании опытов с добровольцами, был выбран величиной в 30 мА, а также были созданы малогабаритные трансформаторы с ферритовыми кольцевыми сердечниками (их называют дифференциальными), ставшие датчиками токов утечки. В продажу поступили электромеханические дифференциальные УЗО-ДМ с током срабатывания от 20 до 30 мА, являющимися сегодня самыми популярными в быту. Обычно литеры ДМ опускают, и прибор называют просто УЗО.

Принцип работы УЗО и схема подключения

Токи, протекающие по фазному и нулевому проводникам в разных направлениях, возбуждают в кольцевом сердечнике трансформатора устройства два одинаковых по величине магнитных потока Ф1 и Ф2, однако векторы магнитной индукции, соответствующие этим потокам, направлены в сердечнике встречно и взаимно компенсируют друг друга. Поэтому суммарный магнитный поток в сердечнике равен нулю, как и ЭДС во вторичной обмотке трансформатора.

Если вследствие дефекта изоляции появляется ток утечки, близкий к току срабатывания, то Ф1 ≠ Ф2, в сердечнике возникает магнитный поток, наводящий в выходной обмотке ЭДС, способный создать ток, достаточный для срабатывания порогового элемента УЗО. Далее оттягивается защелка силовой контактной группы, и ее контакты размыкаются. Таков принцип работы УЗО всех типов.

Во всех типах таких устройств предусмотрена кнопка «Тест», при нажатии на которую искусственно создается ситуация утечки тока для проверки срабатывания устройства. Флажок или кнопка с самофиксацией служат для повторного включения УЗО после тестового срабатывания.

Разновидности УЗО

Известны электромеханические и электронные типы таких защитных аппаратов. Принцип работы УЗО и схема подключения обоих типов одинаковы, однако приборы первого типа не нуждаются в электропитании и обладают простой и надежной конструкцией. Для их срабатывания хватает тока утечки в защищаемом электроприборе.

Электронное УЗО нуждается в подаче на него напряжения питания, так как в нем пороговый элемент выполнен в виде электронной схемы, усиливающей малый ток в выходной обмотке его трансформатора и создающей импульс для исполнительного реле.

В связи с этим и сам трансформатор электронного УЗО меньших размеров, габаритов и мощности. Модуль порогового элемента с усилителем питается от контролируемой цепи, и если в цепи его питания произойдет обрыв проводника, то такое устройство потеряет работоспособность. Имеются и другие риски при работе электронных УЗО. Например, выход из строя его электронных компонентов при импульсных перенапряжениях в питающей сети.

Поскольку надежность электронных УЗО ниже, чем у электромеханических, то и стоимость их меньше.

Трехфазное УЗО

У трехфазного аппарата, в отличие от однофазного, четыре полюса вместо двух, поскольку нулевой проводник проходит через оба типа устройств. Принцип работы трехфазного УЗО такой же, как и у однофазного.

Сердечник его трансформатора охватывает четыре проводника - три фазных и один нулевой. Суммарный ток в трех фазных проводах (т. н. ток нулевой последовательности) всегда равен по величине току в нулевом проводе и противоположен ему по направлению (внутри УЗО). В этом случае сердечник трансформатора не намагничен, в его выходной обмотке тока нет. Если в защищаемом приборе появился ток утечки, то в сердечнике появляется переменный магнитный поток, наводящий ЭДС в выходной обмотке трансформатора. По ней начинает протекать ток, пропорциональный току утечки, и если ток утечки превышает ток срабатывания, то УЗО отключает электроприбор. Баланс токов в контрольном органе УЗО нарушается, и оно срабатывает.

Трехфазное УЗО без нулевого проводника

Для защиты от токов утечки асинхронных электродвигателей, обмотки которых соединены в треугольник или в звезду с невыведенной нейтралью, применяется подключение 4-полюсного УЗО с незанятой нулевой клеммой. При отсутствии токов утечки в фазах электродвигателя, сумма токов в фазных проводах очень мала и неспособна вызвать срабатывание защиты. Появление тока утечки из фазных проводов через корпус двигателя в землю вызывает циркуляцию через трансформатор УЗО тока нулевой последовательности, на который и реагирует электроаппарат. Общий принцип работы УЗО и в этом случае не изменяется.

Особенности применения одно- и трехфазных УЗО

Трехфазные 4-полюсные аппараты имеют довольно большие токи срабатывания, что позволяет применять их только для противопожарной защиты, как и АВ с тепловыми расцепителями. Защиту же групповых линий на розетки в комнатах, кухне и ванной, либо защиту отдельных линий питания мощных электроприборов (стиральных и посудомоечных машин, электроплит, электроводонагревателей) следует выполнять на 2-полюсных однофазных УЗО с установкой номиналов по токам утечки от 20 мА до 30 мА.

Для того чтобы работа УЗО в однофазной сети была безопасной, оно само должно быть защищено от перегрузки по току (при длительной непрерывной работе исправного электроприбора), установленным перед ним АВ с тепловым расцепителем.

Работа УЗО без заземления

Как известно, в старых домах советской постройки квартирные электропроводки не имели отдельного нулевого защитного проводника, подключаемого к контуру заземления. Предполагалось, что его функцию исполняет нулевой рабочий проводник (т. н. система электроснабжения TN-C с общими нулевыми рабочим и защитным проводниками). А поскольку во всех изданиях ПУЭ есть запрет на установку в защитных проводниках аппаратов защиты, то 2-полюсные УЗО, разрывающие одновременно и фазу и нуль, также попадают под запрет. Даже последняя 7-я актуальная редакция ПУЭ в п. 7.1.80 подтвердила недопустимость установки УЗО в сетях по системе TN-C. Дело в том, что были зафиксированы случаи поражения электротоком во время их срабатывания.

Причиной этого стала разновременность срабатывания контактов устройств, составляющая единицы милисекунд. Но если первым отключался контакт в нулевом проводе, то при пробое изоляции на корпус бытового электроприбора потребитель оказывался под полным фазным напряжением, так что этих нескольких милисекунд вполне хватало для смертельного поражения.

Для квартир без нулевых защитных проводников устанавливать общеквартирное УЗО недопустимо, но отдельные такие аппараты можно устанавливать в групповые розеточные линии с общим защитным проводником или в линии питания отдельных электроприборов, если защитные проводники розеточных групп или розеток по кратчайшему пути заведены на их входные нулевые клеммы.

В этом случае разрыв внутри УЗО нулевого рабочего провода раньше фазного не приводит к разрыву защитного проводника электроприбора, так как участок защитного проводника от входной нулевой клеммы через розетку и шнур питания электроприбора останутся неповрежденными.

Дорогие гости, рад Вас приветствовать на страницах сайта «Заметки электрика».

Сегодня разберем с Вами интересную статью на тему принцип работы УЗО.

Что же такое УЗО? Для чего оно необходимо?

Устройство защитного отключения (УЗО) предназначено для:

  • защиты людей от при появлении неисправности в электроустановке
  • отключения напряжения при случайном или ошибочном соприкосновении с токоведущими частями электроустановки во время утечки тока
  • защиты от воспламенения электропроводки при замыкании на землю (корпус)

На рынке электрических товаров появились альтернативы УЗО — это дифференциальные автоматы. Их особенность заключается в том, что они объединяют в себе и УЗО, и автоматический выключатель.

Дифференциальные автоматы занимают меньше места в , но зато по стоимости превышают в несколько раз. Но обо всех особенностях дифференциальных автоматов мы поговорим в следующих статьях. Чтобы не пропустить интересное — подписывайтесь на получение новостей.

В основе принципа работы УЗО лежит реакция датчика тока на изменяющуюся входную величину дифференциального тока в проводниках.

Датчик тока - это и есть обычный , который по конструкции выполнен в виде тороидального сердечника. Уставка по току срабатывания выставляется на магнитоэлектрическом реле, которое обладает очень высокой чувствительностью.

УЗО, выполненные с релейным контролирующим органом являются очень надежными и безотказными.

Но развитие электротехники не стоит на месте, поэтому не так давно появились электронные УЗО, в которых контролирующим органом является не реле, а специальная электронная схема.

Реле действует на исполнительный механизм, который в свою очередь размыкает электрическую цепь.

Исполнительный механизм состоит из:

  • контактной группы (выбирается на максимальный ток - смотрим по паспорту УЗО)
  • пружины (для размыкания электрической цепи в случае ненормального режима работы)

Чтобы самостоятельно проверить исправность УЗО необходимо нажать кнопку «Тест». При этом создается искусственная утечка по току, которой достаточно для срабатывания УЗО. Таким образом, можно самостоятельно производить проверки УЗО без привлечения специалистов . Проверку УЗО кнопкой «Тест» необходимо проводить ежемесячно. Для более тщательной проверки УЗО мы производим .

А теперь мы рассмотрим принцип работы УЗО более подробно.

Работа УЗО при нормальном состоянии сети

В нормальном состоянии электропроводки (без утечек) рабочий ток (I1=I2) протекает встречно-параллельно и наводит во вторичной обмотке трансформатора тока магнитные потоки (Ф1=Ф2) одинаковой величины, которые компенсируют друг друга. В этот момент реле не срабатывает, т. к. ток вторичной обмотки трансформатора тока близок к нулю.

Работа УЗО при утечке

При случайном или ошибочном соприкосновении с токоведущими частями электроустановки появляется ток утечки. В этот момент нарушается величина токов проходящих через трансформатор тока (I1 не равно I2), поэтому во вторичной цепи трансформатора тока появится ток (не баланс), которого будет достаточно для срабатывания реле. Реле приводит в работу пружинный механизм и происходит отключение УЗО.

Как выглядит УЗО изнутри смотрите на рисунке ниже.

Многие знают что для того чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию электропроводки требуется установить не только автоматы, но и УЗО. Но не все представляют зачем устанавливают, а так же как действует этот дополнительный прибор.

Устройство защитного отключения (УЗО) предназначено для проведения токов при штатных условиях эксплуатации и их отключения путем размыкания контактов при возникновении утечки токов, которые могут возникнуть по различным причинам:

  • При прикосновении человека или животных к токонесущим частям и протекании через них электрического тока такой величины, которая может привести к поражению.
  • При повреждении изоляции и утечке тока на заземленный корпус.
  • При контакте нулевого рабочего (N) проводника и защитного заземляющего (PE) проводников.
  • При смене нулевого рабочего (N) и нулевого защитного (PE) проводников.
  • При обрыве или обгорании нуля (N), которое сопровождается прикосновением человека или животных к фазному (L) проводнику и протекании тока через тело при контакте с землей.

При замыкании фазы на корпус электроустановки, если она, по каким-либо причинам не была заземлена, появляется опасность поражения током при прикосновении к элементам корпуса. Для защиты здоровья человека в подобных ситуациях было создано Устройство Защитного Отключения. При случайном прикосновении к проводам находящимся под напряжением, ток, протекающий через человека на землю, может достигать опасной величины, достаточной для трагического исхода.

Аппарат УЗО обесточит опасную электроустановку в момент возникновения тока утечки (через человека на землю или через заземленные части корпуса электроустановки) предотвратив тем самым удар электротоком или возможность возникновения пожара.

Очевидно, что УЗО сможет обезопасить человека и животных в большинстве ситуаций, которые приводят к поражению электрическим током, поэтому в развитых странах применение УЗО обязательно, а некоторые производители даже встраивают УЗО в электрические схемы своих приборов. Применение УЗО в России также рекомендовано Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) 7-го издания от 1999 года.

На чём основан принцип работы защитных устройств

Работа приборов УЗО электромеханического и электронного типа основана на измерении токов утечки. Чувствительным элементом, способным измерять токи утечки, в УЗО является дифференциальй трансформатор с тремя обмотками.

Такой трансформатор представляет из себя обычный трансформатор тока на торроидальном сердечнике изготовленном из ферромагнита. Две первые обмотки в этом трансформаторе образуются фазным и нулевым проводами, по которым ток течет к нагрузке и обратно. При нормальной работе эти токи равны и наводимые в сердечнике трансформатора магнитопотоки также окажутся равными, но направленными встречно, что вызовет их взаимную компенсацию.

Результатом сложения магнитных потоков будет величина, равная нулю. И, следовательно, в третьей обмотке (обмотке управления) ничего происходить не будет. Если же образовался пробой изоляции на корпус, или же человек коснулся токоведущих частей, то по фазному проводу потечет ток, который по величине будет больше тока в нулевом проводе.

Увеличение тока в фазном проводе вызовет увеличение магнитного потока образуемого в первой обмотке от фазного провода, и суммарный поток магнитной индукции при этом изменится и станет отличным от нуля. Возникший магнитный поток явится причиной наведения тока в управляющей обмотке подключенной к высокоточному исполнительному реле, и при достаточной силе тока в цепи управляющей обмотки произойдет срабатывание реле, что приведет в движение расцепитель силовых контактов защитного устройства.

Опасная электроустановка останется без электричества. Время срабатывания УЗО составляет доли секунды, за которые электрический ток не может нанести вреда человеку.

Чем отличаются электронные и электромеханические устройства?

Отличием в работе электронного и электромеханического узо является потребность первого в дополнительном источнике питания. Обусловлено это тем что сигнал, снимаемый с обмотки управления дифференциального трансформатора обладает малой мощностью. Для его усиления используется специальная электронная схема, увеличивающая величину сигнала во много раз и посылающая мощный электрический импульс на электромагнитную катушку токового расцепителя главных контактов устройства отключения.

Обычно электронная схема питается от защищаемой ею цепи. При этом, в случае обрыва нейтрального провода электронное узо останется без напряжения питания и не сможет защитить объект.

Отличия устройств предназначенных для трёхфазных цепей

В трехфазных электрических цепях также применяют специальные УЗО, предназначенные именно для трехфазных потребителей электрической энергии. Принцип работы этих устройств основан на сравнении разниц сумм токов по всем фазным проводникам (L1, L2, L3) с нулевым, которая при нормальных режимах должна быть нулевой. При возникновении утечки тока аналогично однофазному УЗО, происходит срабатывание расщепляющего устройства, предотвращающего поражение током или возникновения больших токов утечки.

Различие аппаратов только в конструкции. Если в 2х полюсном приборе находится один дифференциальный трансформатор, то в 4х полюсном их 3 – по одному на каждую фазу. Соответственно имеется 3 исполнительных элемента, каждый из которых подсоединен к механизму расцепителя силовых контактов устройства.

Срабатывание расцепителя происходит от любой фазы в которой узо обнаруживает протекание тока утечки независимо от состояния других.

Работа устройств защитного отключения электронного либо электромеханического типа основана на преобразовании маломощного электрического сигнала, снимаемого с обмотки управления чувствительного элемента, в механическое действие на механизм расцепления.

Видео о том, зачем устанавливать УЗО

Лёгкое для понимания объяснение того зачем устанавливают УЗО и какие они бывают.

Статьи по теме: