Как работает УЗО:

Все УЗО относятся к категории электронной защитной аппаратуры. Тем не менее, по своему функциональному назначению, устройство защитного отключения значительно отличается от стандартных автоматических выключателей. В чем же их различие, и как работает УЗО в сравнении с автоматом?

Всем известно, что с течением времени, происходит старение изоляции проводов. Могут возникнуть ее повреждения, а контакты, соединяющие токоведущие части, постепенно ослабевают. Эти факторы, в конечном итоге, приводят к утечкам тока, из-за которых происходит искрение и дальнейшее возгорание. Нередко, таких аварийных фазных проводов, находящихся под напряжением, могут нечаянно коснуться люди. В этой ситуации, удар током представляет серьезную опасность.

Назначение УЗО

Устройства защитного отключения должны реагировать даже на незначительные кратковременные утечки тока. В этом и заключается их основное отличие от автоматических выключателей, срабатывающих только при перегрузках и коротких замыканиях. У автоматов очень высокая время-токовая характеристика срабатывания, тогда как УЗО срабатывает практически мгновенно, при наличии даже самого минимального тока утечки.

Основным предназначением УЗО является защита людей от возможных поражений электротоком, а также предотвращение опасных утечек тока.

Принципы работы УЗО

С технической точки зрения, любое УЗО является быстродействующим выключателем. В основе принципов работы устройства защитного отключения лежит реагирование датчика тока на изменяющийся , протекающий в проводниках. Именно по этим проводникам и происходит подача тока на электроустановку, которую защищает УЗО. На сердечник производится намотка дифференциального трансформатора, который и является датчиком тока.

Для определения порога срабатывания УЗО, имеющего определенное значение тока, применяется высокочувствительное магнитоэлектрическое реле. Надежность релейных конструкций считается достаточно высокой. Кроме релейных, в настоящее время стали появляться электронные конструкции устройств. Здесь пороговый элемент определяет специальная электронная схема.

Однако, обычные релейные устройства представляются более надежными. Приведение в действие исполнительного механизма как раз и осуществляется с помощью реле, в результате, происходит разрыв электрической цепи. Данный механизм состоит из двух основных элементов: контактной группы, рассчитанной на максимальный ток и пружинного привода, производящего разрыв цепи, при возникновении аварийной ситуации.

Чтобы проверить исправность устройства, внутри него существует специальная цепь, искусственно создающая утечку тока. Это приводит к срабатыванию прибора и дает возможность периодически проверять его исправность, не вызывая специалистов по проведению электроизмерений.

Непосредственная работа УЗО осуществляется по следующей схеме. Следует рассмотреть ситуацию, когда система электроснабжения работает нормально и токи утечки отсутствуют. Рабочий ток проходит через трансформатор и производит наведение магнитных потоков, направленных навстречу друг другу и одинаковых по величине. При их взаимодействии ток во вторичной обмотке трансформатора имеет нулевое значение, и срабатывания порогового элемента не происходит. Когда появляется утечка тока, то происходит нарушение баланса токов в первичной обмотке. Из-за этого, во вторичной обмотке появляется ток. Благодаря этому току, срабатывает пороговый элемент, а исполнительный механизм приводится в действие и обесточивает контролируемую цепь.

С технической точки зрения устройство защитного отключения состоит из пластмассового корпуса, устойчивого к возгоранию. На его задней части имеются специальные замки под установку на в электрическом щитке. Кроме уже рассмотренных элементов, внутри корпуса установлена дугогасительная камера, нейтрализующая электроразрядную дугу. Для подключения проводов используются зажимы.

Параметры срабатывания УЗО

Для правильного выбора уставки срабатывания устройства, следует помнить об опасности переменного тока для человека. Под его действием наступает фибрилляция сердца, когда сокращения равны частоте тока, то есть, 50 раз в секунду. Такое состояние вызывает ток, начиная со 100 миллиампер.

Поэтому, уставки, при которых срабатывает УЗО, выбираются с запасом на уровне 10 и 30 миллиампер. Самые низкие значения используются в помещениях с повышенной опасностью, например, в ванных комната. Наиболее высокие уставки составляют 300 мА. УЗО с такими уставками применяются в зданиях, защищая их от возгораний из-за поврежденной .

При выборе УЗО учитывается номинальный ток, требуемая чувствительность и количество полюсов, в соответствии с фазами питающей сети. Необходимо проверять степень термической устойчивости прибора, а также способность к включению и отключению, исходя из расчетных сетевых параметров.

Значение номинального тока для УЗО должно быть выше, чем у автомата. Меньший токовый номинал автомата позволит уберечь УЗО от повреждений при коротком замыкании в цепи.

Как подключить УЗО

Все клеммы на корпусе УЗО промаркированы соответствующими буквами. Клемма N предназначена для нулевого провода, а L - для фазного провода. Поэтому, должны подключаться к своим зажимам.

Также, необходимо учитывать положение входа и выхода и ни в коем случае не менять их местами. Вход расположен в верхней части устройства. К нему подключаются питающие провода, идущие через вводный автомат. Выход располагается в нижней части УЗО и к нему подключается нагрузка. Если перепутать положение входа и выхода, то возможны ложные срабатывания устройства защитного отключения или его полный отказ от работы.

Монтаж УЗО производится в вместе с обычными автоматическими выключателями.Таким образом, приборы, установленные вместе, обеспечивают защиту не только от коротких замыканий и перегрузок, но и от токов утечки. Одновременно, находится под защитой и само УЗО, которое подключается за вводным автоматом.

Подключение устройства защитного отключения в квартире или частном доме имеет свои особенности. Для квартир, где используется однофазная сеть, схема подключения УЗО собирается следующим образом, соблюдая определенную последовательность: вводный автомат=>прибор учета электроэнергии=>само УЗО с током утечки 30 мА=>вся электрическая сеть. Для потребителей с большой мощностью рекомендуется использовать собственные кабельные линии с подключением отдельных устройств защитного отключения.

В больших частных домах, схема подключения защитных устройств отличается от квартир, в силу своей специфики. Здесь все приборы подключаются следующим образом: вводный автомат=>прибор учета электроэнергии=>вводное УЗО с селективным действием (100-300 мА)=>автоматические выключатели для отдельных потребителей=>УЗО на 10-30 мА на отдельные группы потребителей.

УЗО ошибки при подключении

Правильное подключение защитных устройств является залогом надежной работы всей электрической сети.

Что делает УЗО? УЗО - это выключатель дифференциального тока. Он сравнивает ток, ушедший в квартиру, с током, который вернулся из квартиры. Если эти токи оказываются разными, УЗО отключает напряжение.

В каких случаях это свойство УЗО оказывается полезно? В случаях повреждения изоляции проводов в электроприборах. Например, внутри стиральной машинки повреждена изоляция на фазном проводе, в результате чего он коснулся корпуса. УЗО тут же отключит электричество, потому что ток, ушедший в квартиру по фазному проводу, не вернулся в УЗО (с корпуса машинки он по проводу «заземления» вернулся в щиток, минуя УЗО, и следовательно, входящий и исходящий токи через УЗО оказались различны).

При неосторожном обращении с электропроводкой. Вот классический пример. Мужчина сверлит стену, опираясь голой ногой на батарею, и попадает в фазный провод. Ток, пройдя по цепи «металлический корпус дрели - рука - грудная клетка - нога - батарея» вызывает паралич сердца и/или остановку дыхания. Но если есть УЗО, то оно сразу «почувствует», что часть тока не вернулась (та часть, которая прошла через человека и ушла в батарею). Напряжение будет отключено столь быстро, что беды не случится. Конечно, человека током дёрнет, но не более того.

При неосторожном обращении с электроприборами. Вот классический пример. Мужчина сидит на краю ванной, а в ванной - его жена, застрахованная на приличную сумму. И он случайно роняет ей в воду радиоприёмник, включённый в розетку... Думаю, принцип ясен - ток не вернулся в УЗО, а ушёл по трубам в землю и т.д. Отметим, что ситуация, когда часть тока не возвращается в УЗО, называется «утечка тока».

Когда УЗО не поможет

Увы, УЗО не так уж интеллектуально, чтобы различить, что именно включено в электрическую цепь - человек или лампочка. Если утечки тока нет - всё в порядке. Почему тогда считается, что УЗО значительно повышает безопасность? Да потому, что подавляющее большинство случаев поражения электрическим током так или иначе связано с утечкой тока - ситуацией, которую распознает УЗО. Вероятность возникновения опасных для жизни ситуаций (т.е. когда ток проходит через грудь) без утечки значительно ниже.

Сколько штук УЗО нужно иметь?

Для обеспечения безопасности от поражения током вполне достаточно одного на всю квартиру. Другое дело - вопрос удобства. Конечно, лучше, если в случае какой-либо проблемы с электропроводкой или электроприборами отключалась только соответствующая линия, а не обесточивалась вся квартира. Более чем одно УЗО, как правило, удаётся установить лишь в индивидуальный внутриквартирный щиток, специально для этого спроектированный. В «родном» щитке на лестничной площадке для этого обычно не хватает места.

Когда УЗО используется для какой-то одной линии и с него ток поступает непосредственно к потребителю, оно должно иметь встроенный ограничитель максимального тока. Если поставить простое УЗО, то в случае короткого замыкания оно может выйти из строя. Или при долговременной перегрузке по току будет постоянно греться и в конце концов также испортится (например, начнёт отключаться без особой на то причины). Такое устройство, т.е. УЗО и «автомат» в одном корпусе, стоит раза в 2 больше, чем простое УЗО. Например, фирменные аппараты стоят соответственно порядка 50 и 100 долларов за штуку.

Таким образом, если вы видите на простом УЗО надпись «40А», это не значит, что оно отключится при 60А, а значит, что при 60А оно через какое-то время перегорит.

В каких случаях установка УЗО нецелесообразна?

Например, в случае старой ветхой проводки. Свойство УЗО обнаруживать утечку тока может принести больше проблем, чем пользы, если оно начнёт непредсказуемо срабатывать. А при старой электропроводке это может начаться в любой момент (даже при первом включении УЗО). Поэтому в этой ситуации лучшим выбором, возможно, будет не устанавливать УЗО в цепь электроснабжения всей квартиры, а в местах с повышенной опасностью использовать розетки со встроенным УЗО.

УЗО разделяют на типы:

АС - реагирующие на дифференциальный синусоидальный переменный ток;
А - реагирующие на синусоидальный переменный и пульсирующий постоянный дифференциальные токи;
В - реагирующие на синусоидальный переменный, пульсирующий постоянный и постоянный дифференциальные токи.

Пункт 7.1.78 ПУЭ 7-го издания гласит: «В зданиях могут применяться УЗО типа «А», реагирующие как на переменные, так и на пульсирующие токи повреждений, или «АС», реагирующие только на переменные токи утечки. Источником пульсирующего тока являются, например, стиральные машины с регуляторами скорости, регулируемые источники света, телевизоры, видеомагнитофоны, персональные компьютеры и др.».

Во Временных указаниях по применению УЗО в электроустановках жилых зданий (И. п. от 29.04.97 № 42-6/9-ЭТ, п. 4.10) указано:

«В жилых зданиях, как правило, должны применяться УЗО типа «А», реагирующие не только на переменные, но и на пульсирующие токи повреждений. Использование УЗО типа «АС», реагирующих только на переменные токи утечки, допускается в обоснованных случаях».

Следует отметить, что в последние годы резко возросло количество электроприборов с бестрансформаторным питанием.

Практически все персональные компьютеры, телевизоры, видеомагнитофоны имеют импульсные блоки питания, все последние модели электроинструмента, стиральных, швейных машин, бытовых кухонных электроприборов снабжены тиристорными регуляторами без разделительного трансформатора. Широко применяются различные светильники - торшеры, бра с тиристорными светорегуляторами.

Это означает, что вероятность возникновения утечки пульсирующего постоянного тока, а соответственно и поражения человека значительно возросла, что и явилось основанием для внедрения в широкую практику УЗО типа А.
В европейских странах, в соответствии с требованиями электротехнических норм, последние несколько лет ведется повсеместная замена УЗО типа АС на тип А.
В нашей стране также началось широкое внедрение УЗО типа А. Опытные проектировщики при выполнении ответственных заказов закладывают в проекты только УЗО типа А.

В таблице приведены осциллограммы токов в цепях, содержащих различные управляемые и неуправляемые вентильные элементы, и отмечена возможность применения в этих цепях УЗО типов А или АС.

УЗО типа В распространено крайне мало, его применяют в специальных промышленных электроустановках со смешанным питанием - переменным, выпрямленным и постоянным токами.

Схемы подключения УЗО в электроустановках зданий

Согласно ГОСТу Р 50571.3-94 (п. 413.1.3.2) необходимым условием нормального функционирования УЗО в электроустановке здания является отсутствие в зоне действия УЗО любых соединений нулевого рабочего проводника N с заземленными элементами электроустановки и нулевым защитным проводником РЕ.

В распределительных щитах электроустановок с системой заземления TN-C-S в точках разделения PEN-проводника необходимо предусмотреть раздельные зажимы или шины нулевого рабочего N и нулевого защитного РЕ-проводников.

Поскольку повреждение и старение изоляции возможны и в фазных, и в нулевом рабочем проводниках, а УЗО реагирует на утечку на землю с любого из них, на отходящих линиях следует устанавливать двух- и четырехполюсные автоматические выключатели. Только в этом случае возможно методом поочередного включения линий найти неисправную цепь, в том числе цепь с утечкой с нулевого проводника без демонтажа вводно-распределительного устройства, а также возможно отключить неисправную цепь для обеспечения работы остальной части электроустановки.

В ГОСТе Р 50571.9-94 «Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Применение мер защиты от сверхтоков» содержатся указания по выполнению и защите нулевого рабочего и нулевого защитного проводников.

В пункте 473.3.2 «Защита нулевого рабочего проводника» регламентируется порядок выполнения защиты нулевого рабочего проводника от тока короткого замыкания.

Пункт 473.3.2.1. Системы TT и TN:

а) в случаях, когда сечение нулевого рабочего проводника по крайней мере равно или эквивалентно сечению фазных проводников, не требуется предусматривать устройства обнаружения тока короткого замыкания в этом проводнике или устройства его отключения;

б) в случаях, когда сечение нулевого рабочего проводника меньше сечения фазных проводников, должно быть предусмотрено обнаружение тока короткого замыкания в нулевом рабочем проводнике, соответствующего его сечению, с воздействием на отключение фазных проводников. При этом отключение нулевого рабочего проводника является обязательным.

Однако не требуется обнаружение тока короткого замыкания в нулевом рабочем проводнике, если одновременно выполняются следующие условия:

нулевой рабочий проводник защищен от короткого замыкания с помощью защитного устройства фазных проводников цепи;

максимально ожидаемый ток, который может протекать по нулевому рабочему проводнику в нормальном режиме, значительно меньше значения длительно допустимого тока этого проводника.

Примечание. Второе условие выполняется, если передаваемая мощность как можно более равномерно распределяется между рабочими фазами. Например, если сумма мощностей электроприемников, включенных между фазой и нулевым рабочим проводником (освещение, штепсельные розетки), намного меньше суммарной мощности рассматриваемой цепи. Сечение нулевого рабочего проводника должно быть не меньше 50 % сечения фазного проводника.

Пункт 473.3.2.2. Система IT.

Системы IT, как правило, не должны иметь нулевого рабочего проводника. Однако в случаях применения системы IT с нулевым рабочим проводником необходимо предусматривать устройства обнаружения сверхтока в нулевом проводнике каждой цепи с воздействием на отключение всех проводников соответствующей цепи, находящихся под напряжением, включая нулевой рабочий проводник.

Не требуется выполнение таких мер, если:

нулевой рабочий проводник надежно защищен от коротких замыканий с помощью устройства, установленного со стороны питания, например на вводе в установку, в соответствии с правилами, указанными в п. 434.3 ГОСТа 50571.5;

рассматриваемая цепь защищена с помощью устройства защитного отключения, реагирующего на дифференциальный остаточный ток с током уставки не более 0,15 максимально допустимого тока нулевого рабочего проводника.

Такое устройство должно отключать все находящиеся под напряжением проводники соответствующей цепи, в том числе нулевой рабочий проводник.

Если требуется отключение нулевого рабочего проводника, то он должен отключаться после отключения фазных проводников, а включаться одновременно с фазными проводниками или ранее.

В ГОСТе Р 50571.3-94 в п. 413 «Защита от косвенного прикосновения» сформулированы требования к выполнению защитного заземления в системе ТТ.

Пункт 413.1.4. Система ТТ.

Пункт 413.1.4.1. Все открытые проводящие части, защищенные одним защитным устройством, должны присоединяться защитным проводником к одному заземляющему устройству. Если несколько защитных устройств установлены последовательно, то это требование применяется отдельно к каждой группе открытых проводящих частей, защищаемой каждым устройством.

Нейтральная точка или, если таковой не существует, фаза питающего генератора или трансформатора должны быть заземлены.

Пункт 413.1.4.2. Должно выполняться следующее условие:

RАIa - 50 В, где: RА - суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника; Ia - ток срабатывания защитного устройства.

Если защитное устройство является устройством защитного отключения и реагирует на дифференциальный ток, то под Ia подразумевается уставка защитного устройства по дифференциальному току IDn.

Если защитное устройство - устройство защиты от сверхтока, то оно должно быть:

либо устройством с обратно зависимой времятоковой характеристикой и Ia - значение тока, обеспечивающее время срабатывания устройства не более 5 с;

либо устройством с отсечкой тока и тогда Ia - уставка по току отсечки.

На рис. 1-11 приведены примеры схем электроустановок зданий, отвечающих требованиям современных нормативных документов, с применением УЗО (для примера взят номенклатурный ряд АСТРО*УЗО).

По эффективности действия реальной альтернативы защитному отключению пока не существует, о чем однозначно свидетельствуют результаты научных исследований и успешная практика применения УЗО во всем мире.

В ближайшие годы УЗО будут являться основным и наиболее радикальным электрозащитным средством, а это означает, что нормативная база должна развиваться и совершенствоваться, чтобы отвечать требованиям времени.

Рис.1. Схема электроснабжения квартиры с системой TN-S. УЗО Ф-3211 защищает цепь освещения, розеточную цепь и электроплиту; УЗО Ф-1111 защищает розеточную цепь ванной комнаты, выделенную в отдельную линию.	Рис. 2. Схема электроснабжения квартиры при отсутствии защитного проводника PE в розеточной цепи и цепи освещения. Рекомендуемое временное решение для старого жилого фонда.
Рис. 3. Схема электроснабжения квартиры с электроплитой и рекомендуемыми сечениями медных проводников	Рис. 4. Схема электроснабжения квартиры с газовой плитой с рекомендуемыми сечениями медных проводников
Рис. 5. Схема электроснабжения здания с трехфазным вводом. Рекомендуется при отсутствии трехфазной нагрузки с целью обеспечения резервирования питания потребителей.	Рис. 6. Схема электроснабжения мастерской. Рекомендуется при смешанной (одно- и трехфазной) нагрузке применение двух- и четырехполюсных УЗО.
Рис. 7. Схема электроснабжения мобильного здания с системой TT. Использование данной схемы разрешается только при обязательной защите всех цепей устройствами защитного отключения.	Рис. 8. Пример электроснабжения двухкомнатной квартиры повышенной комфортности
Рис. 9. Схема электроснабжения коттеджа с системой TN-C-S (вариант 1). Рекомендуется при однофазном вводе, выполнена полная защита всех групповых цепей.	Рис. 10. Схема электроснабжения коттеджа с системой TN-C-S (вариант 2). Рекомендуется при трехфазном вводе, применены двух- и четырехполюсные УЗО.
Рис. 11. Схема электроснабжения коттеджа с системой TN-C-S (вариант 3). При большом количестве групповых цепей рекомендуется применение этажных распределительных щитов - РЩ1, РЩ2, РЩ3, а также применение защиты от грозовых перенапряжений - ОПН (например, АСТРО*ОПН-12/0,4).

Вступление

Для защиты людей и животных разработаны специальные электротехнические устройства. Называются они устройство защитного отключения, сокращенно УЗО. УЗО защищает от поражения электрическим током, при касании оборудования оказавшегося под напряжением. Защита происходит как при прямом, так и при косвенном касании оборудования, находящегося под напряжением. Кроме этой задачи УЗО используется для контролирования состояния изоляции электропроводки. Это обеспечивает дополнительную защиту помещения от пажара. Разберем функции устройства защитного отключения (УЗО) подробнее.

Функции УЗО

УЗО защищает человека и животных от поражения током при прикосновении к корпусам электроприборов, оказавшихся под напряжением.

Токопроводящие корпуса и отдельные элементы оборудования и приборов могут оказаться под напряжением. Это безусловно аварийная ситуация и возникнуть она может в двух случаях.

1. Если на корпус прибора замкнулся фазный провод электропроводки, то при условии заземления корпуса, происходит так называемое короткое замыкание. Для отключения сети, при коротком замыкании, предназначены автоматы защиты. Но корпус может быть не заземлен или сопротивление цепи замыкания очень велико и автоматы защиты не сработают. Решит задачу защиты, в этом случае, установка УЗО в электроцепь.
2. Или касание фазного провода корпуса оборудования не полное. Тоесть изоляция на токоведущих проводах может лишь повредится, и тогда появятся, так называемые токи утечки. Ток утечки может не только неприятно «кусаться», но быть смертельно опасным, особенно во влажных помещениях. Защитит от токов утечки правильно подобранное и установленное УЗО.

Выводы

Основные функции УЗО две:

• Обнаруживать ток утечки и автоматически отключать электрическую цепь. Время отключения цепи УЗО 200 миллисекунд (1 миллисекунда =0,001 секунды).
• Защищать не только от косвенного, но и от прямого прикосновения. Прямое прикосновение это касание человеком или зверем к токоведущим частям приборов находящихся под напряжением.

Дополнительная функция УЗО

УЗО установленное на входе электропитания в дом, обеспечивает дополнительную пожаробезопасность помещения. В некоторых странах установка УЗО с чувствительностью в 500 mAобязательно. У нас (в РФ) установка УЗО на 300 mAна вводе в дом, для защиты от пожара носит рекомендательный характер.

Разберем, как УЗО контролирует токи утечки и как вообще оно срабатывает.

Принцип действия устройства защитного отключения (УЗО)

Рассмотрим принцип действия УЗО, на объяснении принципа действия реле тока повреждения (Схема 1,Схема 2)

В корпусе УЗО есть магнитная цепь, выполненная из кругового сердечника. Вокруг сердечника протекают ток ВХОДА потребителя (I1) и ток ВЫХОДА потребителя(I2).В нормальном режиме работы эти токи равны и система находится в равновесии.

Схема 1.

class="eliadunit">

При возникновении тока утечки со стороны потребителя(Id),равновесие токов нарушается и по измерительной обмотке сердечника УЗО начинает течь ток пропорциональный току утечки. Реле в УЗО срабатывает, потому что реле запитано от этой измерительной обмотки. «Реле срабатывает» это значит, что цепь размыкается, и ток на поврежденный потребитель не поступает и как следствие УЗО защищает человека от тока утечки.

Разность токов называется дифференциальным током, поэтому говорят, что УЗО реагирует на дифференциальные токи в цепи.

А автомат защиты, совмещенный с УЗО, называют дифференциальный автомат защиты. Тоесть он срабатывает и на ток короткого замыкания и на дифференциальный ток, возникающий при утечки тока.

Схема 2:Принцип работы устройства защитного отключения (УЗО) на схеме с системой питания TN-S.

Схема 2.

Условные обозначения:

• I 1 - ток на ВХОДЕ потребителя
• I2 - ток на ВЫХОДЕ потребителя
• Id - ток утечки
• Ic - ток через тело при касании корпуса находящегося под напряжением
• RA - сопротивление заземления

Читайте и смотрите наглядную схему работы УЗО в ситеме TN-S . Формат схемы 750×1120 точек.Статья с формулами и таблицами.

Для многих уже не новость, что современная бытовая электрическая сеть обязательно должна иметь защиту УЗО. Тем, кто ещё ничего не знает о таких защитных элементах, скажем, что это – основа человеческой безопасности. Также устройство способствует предотвращению пожаров, вызванных возгоранием электрической проводки. Поэтому знакомство с этим элементом защиты и автоматики не будет лишним. Давайте поговорим подробно об устройстве, из чего оно конструктивно устроено и каков принцип действия УЗО?

Как возникает ток утечки?

Чуть ниже мы рассмотрим для чего необходимо УЗО, но сначала разберёмся, что такое токовая утечка? Вся работа устройства связана именно с этим понятием.

Если сказать простыми словами, то утечкой тока называют его протекание из фазного проводника в землю по пути, который для этого является нежелательным и совсем непредназначенным. Это может быть корпус электрического оборудования или бытового прибора, прутья металлической арматуры либо водопроводные трубы, сырые оштукатуренные стены.

Токовая утечка возникает при нарушениях изоляции, которые могут произойти по ряду причин:

• старение в результате длительного срока эксплуатации;
• механическое повреждение;

• термическое воздействие в случае, когда электрооборудование работает в режиме перегруза.

Опасность токовой утечки состоит в том, что при нарушении изоляции электрической проводки на описанных выше объектах (корпус прибора, водопроводная труба или оштукатуренная сырая стена) появится потенциал. Если человек к ним прикоснётся, то выступит в роли проводника, через который ток будет уходить в землю. Величина этого тока может быть таковой, что вызовет самые печальные последствия, вплоть до смерти.

На видео демонстрация действия УЗО

Как определить, есть ли в вашем доме токовая утечка? Первым признаком этого явления станет еле ощутимое воздействие электричества, то есть когда вы к чему-то прикасаетесь, вас как бы слегка бьёт током. Наиболее часто это опасное явление наблюдается в ванных комнатах. Для того чтобы гарантировать себе безопасность в собственной же квартире, её надо оборудовать защитными элементами.

Применяют для этой цели УЗО (расшифровываются как устройства защитного отключения) либо дифференциальные автоматы.

Что лежит в основе срабатывания УЗО?

Принцип работы УЗО основывается на методе измерений. На входе и выходе регистрируются показания протекающих через трансформатор токов.

Если входное токовое показание выше, чем на выходе, значит, в цепи где-то имеется токовая утечка и защитное устройство отключается. Если эти показания одинаковые, то срабатывания УЗО не происходит.

Поясним немного подробнее этот принцип для двухпроводной и четырёхпроводной системы. УЗО в однофазной сети не срабатывает, когда по проводникам фазы и нейтрали протекают одинаковой величины токи. Для трёхфазной сети необходимы одинаковые показания тока в нулевом проводе и суммы токов, проходящих по фазным жилам. В обоих вариантах сети, когда есть разница в токовых величинах, это свидетельствует об изоляционном пробое. Значит, через это место пройдёт токовая утечка, и устройство защитного отключения сработает.

УЗО после этого нельзя включать, пока не будет обнаружено место повреждения.

Давайте весь этот теоретический принцип работы УЗО переведём на практический пример. В домашнем распредщитке произведена установка устройства защитного отключения с двумя полюсами. К его верхним клеммам выполнено подключение вводного двухжильного кабеля (фазы и ноля). На нижние клеммы подсоединяются ноль с фазой, идущие к какой-то нагрузке, предположим, в розетку, питающую водонагревательный бойлер.

Защитное заземление корпуса бойлера выполняется проводом в обход УЗО.

Если в электросети нормальный режим, то перемещение электронов осуществляется по фазному проводу от вводного кабеля на ТЭН бойлера через УЗО. Обратно они двигаются на землю снова через УЗО, но уже по нейтральному проводу.

Проходящие через устройство токи имеют одинаковую величину, но направление у них противоположное (встречное).

Предположим ситуацию, когда на ТЭНе повредилась изоляция. Теперь ток через воду частично окажется на корпусе бойлера, а потом уйдёт в землю через провод защитного заземления. Остаток тока вернётся по нейтральному проводу через УЗО, только он уже будет меньше входящего ровно на показание токовой утечки. Эту разницу определяет УЗО, и если цифра будет выше уставки срабатывания, устройство сразу реагирует на разрыв цепи.

Такой же принцип действия и срабатывания УЗО, если человек прикоснётся к оголённому проводнику или корпусу бытового прибора, на котором появился потенциал. Токовая утечка в такой ситуации происходит через человеческое тело, устройство моментально обнаруживает это и прекращает подачу электричества путём отключения.

Серьёзных травм не последует, потому что УЗО реагирует почти моментально.

Конструктивное исполнение

Конструкция УЗО поможет нам разобраться, каким образом оно реагирует на токовую утечку. Основными рабочими узлами УЗО являются:

• Трансформатор дифференциального тока.
• Механизм, с помощью которого происходит разрыв электрической цепи.
• Электромагнитное реле.
• Проверочный узел.

К трансформатору выполнено подключение встречных обмоток – фазы и ноля. Когда сеть работает в нормальном режиме, то эти проводники в трансформаторном сердечнике способствуют наведению магнитных потоков, которые имеют встречное направление относительно друг друга. За счёт противоположной направленности магнитный поток в сумме равняется нулю.

Наглядно устройство и принцип действия УЗО на следующем видео:

Во вторичной трансформаторной обмотке выполнено подключение электромагнитного реле, при нормальных рабочих условиях оно находится в покое. Возникла токовая утечка, и картина сразу меняется. Теперь по фазному и нейтральному проводникам начинают проходить различные токовые величины. Соответственно и на трансформаторном сердечнике теперь не будет равных магнитных потоков (они будут разными и по величине, и по направлению).

Во вторичной обмотке появится ток и, когда его значение достигнет заданного, сработает электромагнитное реле. Его подключение выполнено в связке с расцепляющим механизмом, он мгновенно отреагирует и разорвёт цепь.

В качестве проверочного узла служит обычное сопротивление (какая-то нагрузка, подключение которой выполнено, минуя трансформатор). С помощью этого механизма имитируется токовая утечка и проверяется работоспособное состояние устройства. Каков принцип работы этой проверки?

Имеется специальная кнопка «ТЕСТ» на УЗО. Её главное назначение – подать ток с фазного провода на проверочное сопротивление и далее на нейтральный проводник, минуя трансформатор. За счёт сопротивления ток на входе и на выходе будет разный, и созданный небаланс запустит механизм отключения. Если при проверке УЗО не отключилось, значит, придётся отказаться от его установки.

Обратите внимание! Проверку УЗО необходимо проводить регулярно, идеальный вариант – один раз в месяц. Это является требованием пожарной безопасности и не стоит им пренебрегать.

У разных производителей УЗО внутреннее конструктивное исполнение может отличаться, но общий принцип работы остаётся неизменным.

Все устройства различаются по принципу срабатывания. Они бывают электронного и электромеханического типа. Электронные УЗО отличаются сложной схемой, им для работы необходимо дополнительное питание. Устройствам электромеханического типа внешнее напряжение не нужно.

Как обозначается УЗО на схеме?

Для подключаемых УЗО имеется по два общепринятых символа на схемах.

Несмотря на конструктивную сложность, обозначение устройства постарались сделать максимально простым. Лишнего ничего нет, только следующие элементы:

1. Трансформатор дифференциального тока, который схематически изображается как сплюснутое кольцо.
2. Полюса (два для однофазной сети, четыре для трёхфазной сети).
3. Выключатель, действующий на разрыв контактов.

При этом именно полюса имеют два вида обозначения:

• Иногда они рисуются ровными вертикальными линиями в зависимости от количества (две или четыре).
• В других случаях из соображения компактности рисуется одна вертикальная ровная линия, а количество полюсов наносится на неё в виде маленьких косых чёрточек.

Основные рабочие характеристики УЗО

Чтобы устройство сработало в нужный момент, необходимо его правильно выбрать согласно рабочим характеристикам и подключить.

• Основным параметром является значение номинального тока. Это максимальный ток, который выдерживает данное устройство при длительном эксплуатационном сроке, оставаясь в рабочем состоянии и сохраняя защитные характеристики. Вы найдёте эту цифру на лицевой панели устройства, она должна соответствовать одному из показаний в стандартном ряду – 6, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 80, 100 А. Этот параметр УЗО зависит от нагрузки защищаемой линии и сечения проводников.

Схема подключения УЗО предусматривает совместную установку этого устройства с автоматическими выключателями.

Это важно помнить, потому что УЗО защищает лишь от токовых утечек, а автомат среагирует на отключение цепи в режиме короткого замыкания и перегруза.

На видео показано, можно ли подключать УЗО, если в квартире нет заземления:

По номинальному току УЗО надо выбирать на порядок выше, чем установленный с ним в паре автомат.

• Следующий важный параметр – номинальный отключающий дифференциальный ток. Это и есть необходимое значение токовой утечки для отключения УЗО. У дифференциальных токов также существует стандартный ряд, величины в нём нормируются в миллиамперах – 6, 10, 30, 100, 300, 500 мА. Но на УЗО эту цифру обозначают в амперах – соответственно, 0,006, 0,01, 0,03, 0,1, 0,3, 0,5 А. Этот параметр вы тоже найдёте на корпусе устройства.

Чтобы защищать людей на УЗО надо выставлять уставку по току утечки 30 мА, потому что величины, которые выше, приведут к поражению, электротравме и даже летальному исходу. Так как наиболее опасной считается среда во влажных помещениях, то на защищающих их УЗО выбирают уставку 10 мА.

Надеемся, что поняв основное назначение УЗО и принцип его работы, вы не станете пренебрегать этим важным элементом защиты, и сделаете свою жизнь безопасной.

С самых ранних лет детей предостерегают по поводу опасного воздействия электричества. Позже, на уроках физики они узнают, что смертельно опасной является сила тока больше 0,1А или 100мА. Но многие люди путают это понятие и напряжение.

Прежде, чем знакомиться с устройством прибора, способного защитить от губительного действия электричества, нужно освежить в памяти его основные концепции. Поток электрических зарядов, благодаря способности создавать тепловые, электромагнитные, электрохимические взаимодействия является энергоносителем, в корне определившим развитие человечества.

Но, при прохождении сквозь человеческое тело, эти взаимодействия пагубно влияют на строение клеток на молекулярном уровне, вызывая их гибель. Также парализованной становится нервная система, работающая по принципу обмена электрическими зарядами. Чем больше электронов проходит через проводник, тем большей является сила тока, тем больше его поражающее действие.

Визуализация электричества

Наглядно эту силу можно сравнить с объёмом двигающейся воды, тогда как напряжение с разницей уровней. Падающая с большого вертикального расстояния тонкая струя не окажет ощутимого воздействия на человеческое тело, в сравнении с метровой высоты потоком, сбивающим с ног.

Напряжение U создаёт электрический ток, прямо пропорциональный U, а его сила I, согласно закону Ома, обратно пропорциональна сопротивлению R источника питания, питающих проводов и самого проводника, которым является человеческое тело в момент поражения, I=U/R. Поскольку напряжение сети стандартно, её сопротивление очень мало, степень поражающего влияния электричества зависит от сопротивления организма, сухости кожи, наличия обуви.

Измерение утечки вызывающей поражение.
В идеальной двухпроводной системе токи в фазном и нулевом проводе равны: IL= IN. Если где-нибудь в цепи произойдёт контакт провода с землёй через плохую изоляцию, или человеческое тело, то IL= IN+IΔn, где IΔn — ток утечки, вызывающий поражение, или воспламенение кабеля. Соответственно IΔnравен разнице входного и выходного токов: IΔn= IL-IN.

Измерение данной разницы (англ. different) с помощью дифференциального трансформатора дало возможность создать устройство защитного отключения (сокращённо УЗО), которое размыкает цепь, отключая напряжение, если IΔn превышает опасное для здоровья значение, или пожароопасный ток больше 100мА.

Дифференциальный трансформатор тока имеет две первичные обмотки (катушки), включённые разнонаправлено, и вторичную обмотку, которая имеет подключение к исполнительному устройству отключающего механизма. Если в первичных катушках IL= IN, то магнитный поток в тороидальном сердечнике будет взаимно скомпенсированным ФL = ФN, соответственно на вторичной обмотке не будет наводится электродвижущая сила, не будет тока и его воздействия на электромагнитное реле выключателя.

Момент срабатывания устройства

В случае появления утечки IL> IN , что приводит к дисбалансу магнитных потоков, ФL > ФN, а их разница, благодаря электромагнитной индукции, будет воздействовать на вторичную катушку, в ней возникнет ток IΔ>0, отключающий защитный выключатель.

Таким образом, принцип работы УЗО состоит в срабатывания размыкающего механизма (расщепителя) при сопоставлении входных и выходных токов, если превышение их разницы выше установленного значения, которое называют уставкой. В виду того, что существуют потери тока, вызванные электромагнитным излучением, конденсаторным эффектом, статичным разрядом, а также, потому что изоляция не идеальна, уставка принимается выше нулевого значения и зависит от сферы применения устройств защиты.

Данный принцип измерения дифференциального тока справедлив и для трёхфазного напряжения. В данном случае применяются четверо первичных обмоток: три фазные и одна нулевая, и в идеальной системе сумма всех токов равна нулю. При утечке на одном из фазных проводов равновесие нарушается и возникает IΔ, вызывающий срабатывание защиты.

Номинальный отключающий ток (уставка)

Для кабелей электрических линий, согласно ПУЭ, принимается значение потерь 0,01мА на каждый метр провода, и для электроприборов применяется коэффициент 0,4 мА потерь на каждый Ампер нагрузки.

Поэтому для подключения с помощью коротких проводов сравнительно небольшой нагрузки применяют как можно меньшую уставку из ряда унифицированных значений отключающего номинального дифференциального тока IΔn, который указывают на корпусе УЗО: 10; 30; 100; 300;500 мА.

Например, для подключения бойлера, розеток, освещения в ванной, где вероятность поражения велика в виду высокой влажности воздуха и мокрых поверхностей, применяется IΔn=10мА. Также данная уставка подходит для кухни или электрификации подвала, гаража. Для всего дома нужно выбрать устройство защитного отключения с IΔn=30мА, во избежание ложных срабатываний из-за большого количества потребителей при значительной протяжённости сети.

Для обеспечения пожарной безопасности энергосетей большой протяжённости применяют значения уставки выше 100мА. Для разных групп потребителей возможно параллельное подключение нескольких УЗО с разным дифференциальным током отключения. Также распространена схема последовательного включения УЗО с различной уставкой для обеспечения селективной защиты.

Практическое использование

Чтобы принцип работы УЗО был более понятен, нужно рассмотреть варианты его практического использования. В случае, если используется двухпроводная система питания, если внутренняя схема электроприбора дала сбой и появилось опасное напряжение на его корпусе, при прикосновении к нему или оголённому проводу под напряжением, ток пойдёт через человеческое тело в землю, тем самым нарушая баланс токов в дифференциальном трансформаторе, из за чего возникший IΔ отключит питание.

Пострадавший при этом получит шок из-за краткосрочного действия тока, превышающего уставку, значение которого будет зависеть от суммы сопротивлений кожи, тканей организма, обуви, пола.

Влажность и площадь контакта тоже имеют существенное значение, поэтому травматизм и глубина шока зависят от условий в каждом конкретном случае, но степень поражения не является фатальной ввиду краткосрочности воздействия поражающего фактора, из-за высокого быстродействия УЗО.

При условии использования дополнительного третьего заземляющего проводника РЕ, при пробое изоляции внутри электроприбора, поражения вообще не случится, так как в этот момент при появлении тока утечки тут же сработает УЗО. Без его использования, поражения хоть и не произойдёт ввиду заземления корпуса, но токи утечки опасны своим тепловыделением, которое может привести к дальнейшему разрушению электроприбора и даже спровоцировать его возгорание, приводящее к пожару.

Считается, что при токе большем 100мА в точке пробоя изоляции выделяется достаточно тепла, чтобы нагреть контактирующие материалы до температуры их плавления и возгорания.

Поэтому УЗО, помимо защиты от смертельного электрического шока также с успехом применяется для обеспечения пожарной безопасности сети. Очевидно, что данную функцию выполняют УЗО с любой уставкой, но нужно помнить, что устройства защиты с IΔn>100мА применяются только для предотвращения пожаров при токах утечки в пробоях изоляции.

Важно

При контакте выходного нулевого провода УЗО с землёй, заземлением или входным нулём, будет ложное срабатывание защиты.
Поскольку УЗО не защищает от короткого замыкания и перегрузок по току, его надо устанавливать вместе с защитным автоматом.
Работоспособность УЗО следует периодически проверять с помощью кнопки «Тест».