УЗО: принцип действия и виды

Основы и принцип действия

УЗО (устройство защитного отключения) - это быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке. Другими словами, это устройство, которое отключит потребителя от питающей сети, если произойдёт утечка тока на заземляющий проводник РЕ («землю»).

Сущность работы УЗО сводится к тому, что оно отслеживает ток утечки в той линии, к которой оно подключено. Утечка тока, как, например, утечка воды из шланга, приводит к тому, что ток, который возвращается от приборов по «нулевому» проводу, становится меньше, чем тот, который ушёл к ним по "фазе". Как только эта разница становится больше определённой величины, УЗО отключает подозрительный провод. То есть, если где-то в доме или квартире, кто-то случайно дотронется до оголённого провода, или до металлического корпуса электроприбора, с которым контактирует этот провод (например, стиральная машина, или провод утюга, чайника и т. п.), УЗО мгновенно отключит эту линию, а человек останется в безопасности.

Рассмотрим принцип работы УЗО. Для большей наглядности на рисунке показана его принципиальная схема:

Основным узлом УЗО является дифференциальный трансформатор тока он же трансформатор тока нулевой последовательности. Чтобы не запутаться в терминах, назовём это узел просто трансформатор тока.

Как видно из рисунка, в данном случае он имеет три обмотки. Первичная и вторичная обмотки включены в фазный и нулевой провод соответственно, а третья обмотка – к пусковому реле, который выполняется на механических или электронных компонентах. В зависимости от этого различают электромеханические и электронные УЗО. Пусковой орган связан с исполнительным управляющим устройством, который включает в себя силовую контактную группу с механизмом привода. Тестовая кнопка служит для проверки и контроля исправности УЗО. Представьте, что к выходу нашей схемы подключили нагрузку. Естественно, в цепи сразу возникнет ток, который будет протекать через обмотки I и II. Для дальнейшего рассмотрения принципа работы УЗО перейдём к более наглядной схеме:

В нормальном режиме, при отсутствии тока утечки, в цепи по проводникам, проходящим сквозь трансформатор тока протекает рабочий ток нагрузки. Именно эти проводники образуют встречно включенные первичную и вторичную обмотки трансформатора тока. Данные токи будут равны по величине и противоположны по направлению: I1 = I2.

Они наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но встречно направленные магнитные потоки Ф1 и Ф2. Получается, что результирующий магнитный поток равен нулю, ток в третьей обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю, пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя, и УЗО функционирует в нормальном режиме.

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроустройства, на который произошел пробой изоляции по фазной (первичной) обмотке трансформатора тока, кроме тока нагрузки I1 протекает дополнительный ток - ток утечки (на схеме обозначен IΔ), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным: I1-I2= IΔ). Получается, что токи уже неравны, следовательно, неравны и магнитные потоки, которые уже не компенсируют друг друга. Из-за этого в третьей обмотке возникает ток. Если этот ток превышает установленное значение, то срабатывает пусковой орган и воздействует на исполнительный механизм 3.

Исполнительный механизм, состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь, в результате чего установка отключается от сети. Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена кнопка тестирования.

Она включена последовательно с резистором. Номинал резистора подобран таким образом, чтобы разностный ток был равен паспортному току утечки срабатывания УЗО (о параметрах УЗО поговорим позже). Если при нажатии на эту кнопку УЗО срабатывает, значит, оно исправно. Как правило это кнопка обозначается «TEST». Трёхфазные устройства защитного отключения работают по такому же принципу, как и однофазные.

Виды и характеристики УЗО

Помимо того, что эти устройства бывают одно- и трёхфазными, существует множество характеристик, которые необходимо учитывать для оптимальной защиты конкретной нагрузки или линии. Попробуем во всём этом разобраться по порядку:

1. 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.

2. По исполнению

- Электромеханические

Электромеханические УЗО и дифавтоматы срабатывают независимо от наличия напряжения питающей сети. Для его срабатывания достаточно тока утечки, возникающего в поврежденной линии. При этом во вторичной обмотке дифференциального (тороидального) трансформатора возникает ток, который приводит к срабатыванию чувствительного поляризованного реле. Реле, в свою очередь, приводит в действие спусковой механизм дифавтомата, и он отключается.

- Электронные

Для срабатывания электронного УЗО или дифавтомата необходимо напряжение, потому что их принцип работы несколько отличается от электромеханических устройств.

В корпусе электронного дифавтомата АВДТ32 установлена плата с усилителем, которая реагирует на возникновение малейшего тока во вторичной обмотке дифференциального трансформатора, усиливает его величину и создает импульс для срабатывания встроенного реле. Дифференциальный трансформатор имеет меньшие размеры, габариты и мощность, чем у электромеханических УЗО и дифавтоматов, потому как нет в этом потребности. Небольшой по величине ток во вторичной обмотке трансформатора усиливается платой усилителя и подается на исполнительное реле, которое в свою очередь действует на спусковой механизм.

Плата с усилителем питается с выводов контролируемой цепи, и если на плате исчезнет напряжение (например, произойдет обрыв нулевого провода), то в таком случае дифавтомат не сработает ни при каких обстоятельствах.

Отсюда напрашивается логический вывод о том, что электронные УЗО и дифавтоматы менее надежны по сравнению с электромеханическими. Но распространены они ничуть не меньше, так как по стоимости они ниже, чем электромеханические. Тем не менее, мы всё-таки рекомендуем применять электромеханические УЗО и дифавтоматы.

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 - электронное УЗО. Если прямоугольник - электромеханическое устройство.

3. По номинальному (диференциальному) току срабатывания

Ток утечки, вызывающий отключение устройства, называется «дифференциальным», а его значение «током срабатывания» или «чувствительностью». Именно этот параметр и является главным критерием выбора аппарата.

Согласно ПУЭ 7.1.79 уставка дифференциального тока УЗО, установленного на розеточные линии, не может быть выше 30 мА (/003), что связано с тем, что такой ток, протекающий через тело человека, попавшего под напряжение, является "током неотпускания" и пострадавший не может самостоятельно освободиться от воздействия электричества. СП 256.1325800.2016 приложением А.4.15. В этом документе сказано, что для УЗО и дифавтоматов, к которым подключены электроприборы и розетки ванных комнат, это значение уменьшается до 10 мА (/001). Это связано с тем, что при наличии воды на полу или падении электроприбора в воду ванны освободиться от воздействия электричества намного сложнее и, соответственно, отключать питание необходимо при более низком токе утечки.

Устройства защитного отключения с номинальным дифференциальным током 100 мА (/01) и 300 мА (/03) применяются в качестве средств превентивной противопожарной защиты при возникновении пробоев изоляции.

Тип АС: срабатывает при мгновенном возникновении переменного тока утечки в контролируемой цепи или при его плавном нарастании. Это самый распространенный и недорогой тип УЗО.

Тип А: срабатывают при мгновенном возникновении переменного или постоянного (пульсирующего) тока утечки в контролируемой цепи или при их плавном нарастании. Тип А можно применять во всех случаях. Стоимость его в несколько раз дороже предыдущего из-за контроля постоянного (пульсирующего) тока, который возникает в полупроводниковых блоках питания.

Тип F: Представляет собой аппарат типа А, который дополнительно осуществляет защиту от токов утечки со смесью частот, возникающей на выходе преобразователя частоты. Задержка срабатывания 10 мс для предотвращения ложного срабатывания при переходных токах. Стойкость к импульсам 3кА. УЗО типа F подходит для таких потребителей с преобразователем частоты, как стиральные машины и отопительные насосы.

Тип В: реагирует на возникновение в контролируемой цепи переменного, постоянного или выпрямленного тока утечки. Этот тип УЗО для квартиры или дачи покупать не нужно - нет смысла переплачивать. Оно больше подходит для промышленных объектов.

По выдержке времени УЗО делятся на 2 типа:

1. УЗО типа S

УЗО типа S является селективным, то есть имеет выдержку времени на срабатывание около 0,15-0,5 (с). Его целесообразно применять, когда в линии установлено несколько УЗО.

Например, в квартирном щитке имеется 2 группы нагрузок (розетка №1 и розетка №2). На групповые нагрузки устанавливаем УЗО типа АС или А (без выдержки времени), а на ввод квартиры устанавливаем УЗО типа S. В случае утечки на одной из групп, вводное УЗО сработает только в том случае, когда групповое УЗО поврежденной линии по каким-то причинам «не отработает».

2. УЗО типа G

УЗО типа G является тоже селективным и имеет выдержку времени на срабатывание около 0,06-0,08 (с).

Например, в том же квартирном щитке имеется 2 группы нагрузок (розетка №1 и розетка №2). На групповые нагрузки устанавливаем УЗО типа АС или А с уставкой дифференциального тока 30 (мА), а на ввод устанавливаем УЗО типа АС или А с уставкой дифференциального тока 100 (мА).

В этой статье мы рассмотрели основные характеристики устройств защитного отключения и их типы. Каждый из типов устройств защитного отключения обладает своими достоинствами и недостатками, поэтому имеют право на существование в различных вариациях.

Подобрать подходящий УЗО можно в ТВК «ЭлектроЦентр» и на сайте интернет-магазина stv39.ru.