Термин «устройство защитного отключения» известен многим, но не каждый всегда может сразу ответить, что такое УЗО в электрике, для чего оно предназначено и каков принцип действия. Во многих электрических сетях домов и квартир этот элемент просто не используется. Но в определенных ситуациях его использование необходимо — например, пожарное УЗО спасает от внезапных пожаров при выходе сетевого тока за установленные пределы.
Что такое УЗО
Технически отключающее устройство представляет собой механическое устройство, назначение которого состоит в автоматическом разрыве электрической цепи при возникновении в ней заданного тока небаланса. Такие устройства давно используются профессионалами и выпускаются в самых разных моделях: электрики хорошо знакомы и с их видами, и с устройством, и с принципами работы. Однако при монтаже домашних цепей домовладельцы и нанятые ими промысловики часто не до конца понимают, зачем нужно УЗО, и пренебрегают его установкой в цепи, лишая сеть мощной защиты.
Особенно важно устанавливать УЗО в силовых цепях влажных помещений – в ванной, сауне, ванне и т.п. Розетки и установленные там электропотребители имеют повышенную опасность, поэтому защита сети санузла строго необходима.
Механизм защищает от:
- пожаров из-за проблем с электроснабжением;
- поражения человека электричеством из поврежденной цепи.
Одной из важнейших инженерных задач электриков является защита людей от поражения электрическим током. Решение потребовало много времени и технических исследований. Ведь даже если обычные автоматические выключатели отлично контролируют ток нагрузки, коснувшийся токопроводящей части или кабеля, находящегося под высоким напряжением, человека от опасности они не спасут. Эти устройства также не способны вовремя реагировать на токи утечки, связанные с нарушением целостности изоляции кабельных систем, и эффективно защищать от возникающих по этой причине пожаров.
Ситуация улучшилась после разработки УЗО. Они контролируют дифференциальный ток и отключают цепь после достижения им определенного заданного значения. Эти устройства получили название УЗО-Д (дифференциал). Во времена Советского Союза УЗО-Д производился собственной промышленностью страны, на Гомельском заводе электроприборов. Сегодня на рынке присутствуют как импортные образцы, так и российского производства.
Существуют также дифференциальные автоматические выключатели, сочетающие в себе УЗО и известный автоматический выключатель. Они очень популярны для домашней установки.
Назначение УЗО
Большинство устройств токовой защиты (предохранители, автоматические выключатели и др.) защищают электропроводку и подключенные к ней электроприемники от токов перегрузки и коротких замыканий. Устройства защитного отключения выполняют другие функции. В зависимости от тока срабатывания они защищают людей от поражения электрическим током или предотвращают возгорание.
Любой электрик знает, что переменный ток промышленной частоты, протекающий через тело человека, становится опасным для здоровья, если его значение превышает 0,01 ампер. Токи выше 0,1 А смертельны. Поэтому пороговый ток срабатывания (уставка) защитного автомата защиты от замыкания на землю, защищающего человека от поражения электрическим током, обычно выбирается из номиналов 10 мА или 30 мА. Первая настройка используется для влажных помещений, детских комнат и так далее. Значение 30 мА соответствует нормальным условиям.
Во избежание возгорания устанавливайте устройства, рассчитанные на дифференциальные токи выше 300 мА.
Принцип работы УЗО
Принцип работы УЗО в однофазной сети прост. Устройство обнаруживает электрические токи утечки, идущие на «землю», и отключает цепь. Детектирование осуществляется по различию типов тока:
- энергия, выходящая из УЗО;
- вернуться к системе электроснабжения.
В функционирующей электрической сети эти токи равны по силе, но направление должно быть противоположным. Если по каким-то причинам произойдет утечка (нарушение изоляции, задевание провода и другие ситуации), часть электроэнергии уйдет по новому «каналу» на «землю». Электрический ток, поступающий в блок дифференциального тока, будет меньше выходного. То же самое произойдет после того, как деталь окажется под электрическим напряжением, например, коробка или другие токопроводящие детали.
Разница в показаниях тока фиксируется блоком тороидального трансформатора. Первичная обмотка (нейтраль и фаза) расположена внутри. Вторичная обмотка подключается непосредственно к исполнительному устройству, которое размыкает электрическую цепь. Схема сработает без присутствия человека как источника неисправности, обнаружит утечку и снимет ток с поврежденного провода.
Принцип работы двухфазного УЗО-Д описан выше. Есть и трехфазные устройства защиты: они обнаруживают утечки и неравномерность нагрузки. Это более совершенные устройства, обеспечивающие дополнительный уровень защиты.
Пример работы УЗО
Приведем небольшой пример типичного УЗО-Д. Состав:
- двухпроводная схема питания на 220 В, без заземления;
- как потребитель энергии - стиральная машина;
- автоматический выключатель, встроенный в цепь.
В норме электричество УЗО проходит напрямую и беспрепятственно. Входящие и исходящие потоки одинаково важны. Если, например, произойдет неисправность электродвигателя, на корпус машины будет подано напряжение. Прикоснувшись к ней, ничего не подозревающий человек попадет под сильный удар током.
Происходит ток утечки и дисбаланс: часть энергии протекает через тело пострадавшего. На УЗО возвращается меньше электроэнергии, чем ушло, устройство разрывает цепь.
Существуют как простые механические устройства защиты, так и модели с твердотельными контактными выключателями. Есть также версии с более сложной встроенной логикой. Но электронные дороже и требуют дополнительной мощности для поддержания работы цепей.
Классификация УЗО
Рассмотрим, какие защитные устройства соответствуют ГОСТам.
По способу действия их делят на:
- УЗО с дополнительным питанием;
- без дополнительного источника;
- с автоматическим включением после восстановления питания от источника;
- без автоматической активации;
- с отключением после обнаружения опасной ситуации с отказом источника;
- без такого автоматического отключения.
По типу установки:
- стационарные автоматические выключатели защиты от замыканий на землю, установленные на стандартной стационарной проводке;
- переносные – монтируются на гибких кабелях и удлинителях.
По количеству баров:
- однополюсные двухпроводные УЗО;
- устройства с двумя полюсами;
- трехпроводные двухполюсные модели;
- трехполюсные системы защиты;
- четырехпроводные трехполюсные модели;
- четырехполюсный автоматический выключатель защиты от замыканий на землю.
Существует классификация по типу защиты от появления перегрузки по току на полюсах и перегрузки:
- без и с защитой от перегрузки по току;
- без встроенной защиты от перегрузок;
- с защитой от короткого замыкания (КЗ).
По возможностям установки значения отключения ТД:
- регулируемый - с дискретной регулировкой;
- нерегулируемые выключатели замыкания на землю.
Для устойчивости к импульсным напряжениям:
- с выключением прибора после появления пульсирующего тока;
- устойчивы к импульсному напряжению.
Еще одной важной особенностью является контроль постоянной составляющей дифференциального тока (ДТ). Выключатели защиты от замыканий на землю бывают нескольких типов:
- АС. Они отключаются при возникновении или постепенном нарастании синусоидальных ДТ;
- А. Эти модели представляют собой отключенные синусоидальные дифференциальные токи и пульсирующие постоянные токи. Имеются варианты с отключением пульсаций с уровнем до 0,006А и управлением углом фазового сдвига;
- Б. Как и А, размыкают цепь с синусоидальными переменными и постоянным ДТ - включая модуляции потока до 0,006 А. Кроме того, тип Б может отключать постоянный ДТ с выпрямителем.
Рассмотренные виды и признаки классификации определяют выбор УЗО в конкретной ситуации, способ и место установки и другие важные детали конструкции электрической сети.
УЗО должно срабатывать быстро. Время устанавливается ГОСТами (в частности ГОСТ Р 50807-95) и рассчитывается для различных моделей, работающих с некоторыми номинальными токами отключения. Например, для устройства с ДТ срабатывания 0,03 А время срабатывания должно быть 0,5 секунды. При двукратном превышении порогового значения время срабатывания составляет 0,2 секунды, а при восьмикратном превышении УЗО размыкает цепь через 0,04 секунды.
Как устроено УЗО
Существует два типа устройств:
- электромеханический;
- электронные модели автоматических выключателей защиты от замыканий на землю.
Электромеханические
Эти агрегаты состоят из нескольких частей:
- трансформатор тока нулевой последовательности. Отслеживает утечки и передает энергию на вторичную обмотку трансформатора;
- магнитоэлектрический элемент, выполняющий функции порога;
- реле, которое запускается при срабатывании магнитоэлектрического «замка».
Все механические части должны иметь очень высокую точность, поэтому затраты высоки. Но это компенсируется надежностью и возможностью работать без добавочного тока, выявляя утечки при любом значении напряжения. Фактор независимости чрезвычайно важен: механическое УЗО обнаружит утечку и включит реле в 100% случаев. Для электронного этот процент меньше, так как если общий уровень напряжения будет ниже определенного порога, то схема выйдет из строя. Поэтому именно электромеханические модели признаны во всем мире стандартом и должны использоваться, особенно в ответственных установках.
Электронные УЗО
Их стоимость иногда на порядок ниже классических. Но есть и упомянутый выше минус - не 100% гарантия работы. Устройство таких систем защиты аналогично электромеханическим. Но вместо чувствительного элемента установлено устройство логического сравнения - стабилитрон, компаратор. Работоспособность устройства обеспечивают фильтр и выпрямитель.
Также требуется усилитель сигнала, так как входящий в комплект трансформатор является понижающим трансформатором. К сожалению, усилитель модулирует не только "полезную нагрузку", но и помехи, что также снижает надежность. А вот для защиты обычного дома в значительном количестве случаев достаточно электронного УЗО. Выбирать следует исходя из деталей реализуемого проекта электроустановки.
Проверка срабатывания УЗО
Проверка УЗО на исправность обычно осуществляется с помощью специальной кнопки проверки – она находится на крышке практически каждого устройства этого типа.
Также есть способ проверить УЗО с батарейкой: подсоединить провод от 10 см к одному из полюсов, взять пальчиковую батарейку и подсоединить провода к полюсам (другой провод УЗО обычно присутствует с завода). Когда провода касаются аккумулятора, защита должна сработать.
Стандарты
Как было сказано выше, требования к УЗО приведены в различных ГОСТах. Пакет документации на УЗО-Д распространяется на устройства переменного тока напряжением до 440 В и мощностью до 200 А, используемые для защиты от поражения электрическим током и негативных последствий утечки. Среди этих документов:
- ГОСТ Р 50807-95 - классифицирует, дает характеристики УЗО и содержит меры и методы проверки;
- ГОСТ Р 30331.3 – определяет правила использования.
Стандарты аналогичны международно признанным и содержат всю необходимую информацию. Отметим, что ГОСТ Р 50807-95 относится только к механическим электрическим коммутационным устройствам/комплексам УЗО-Д.
Выбор УЗО
Когда основной вопрос о наличии защиты решен, следует разобраться, какое УЗО следует устанавливать в частном доме или городской квартире. При выборе модели следует ориентироваться на подводимую к дому мощность, количество потребителей, их индивидуальную и суммарную мощность, тип кабеля на вводе и на внутренней разводке. Например, для условного объекта с мощностью потребителя 1850 Вт и внутренним проводом 3×2,5 кв.мм длиной 8 метров на основании расчетов выбираем и устанавливаем двухполюсное электромеханическое УЗО типа А с короткозамкнутым -ток цепи 6000 А и дифференциальная отсечка 10 А. Для таких свойств подойдет, например, стиральная машина в квартире.
При выборе системы защиты следует рассчитать ее параметры. Расчет УЗО на мощность производится по специальным формулам. В помощь тем, кто не знает, как выбрать УЗО и автомат по мощности, существуют различные таблицы соответствий и совместимости.
В общем случае для расчета целевого тока утечки следует руководствоваться формулой:
- IΔ= IΔep + IΔсеть =0,4 Iрасч+0,01L проводов, где:
- IΔep — ток утечки приемника энергии, миллиампер;
- IΔсеть - ток утечки в сеть, также в мА;
- Iрасч - номинальный ток нагрузки в рассматриваемой электрической цепи (в амперах);
- L жил - общая длина фазного провода в метрах.
IΔ в этом примере составляет 3,45 мА.
Номинальный выпуск DT должен быть не менее чем в три раза выше IΔ!
Итак итоговая формула, как выбрать УЗО по мощности:
- I∆n >= 3 I.
- 3 IΔ=3×3,45=10,35 мА
Приведенный выше расчет номинальной стоимости был произведен с использованием этого метода.
Заключение
УЗО является важным элементом электрической сети, поэтому пренебрегать им ни в доме, ни в квартире, ни в офисе, ни на предприятии не стоит. Небольшая и относительно недорогая деталь способна уберечь людей от поражения электрическим током, а имущество от пожаров и других неприятных последствий электрических неисправностей.
Идеальным вариантом будет электромеханическое УЗО. Но когда мы говорим о том, как выбрать УЗО для квартиры, отметим, что можно обойтись и более дешевым электронным. В любом проекте следует тщательно рассчитать все параметры электрической сети, оборудованной УЗО, чтобы не ошибиться с выбором и установить подходящее по своим характеристикам устройство защиты.
Как правильно выбрать УЗО:
- определитесь с объектом – будет ли он охраняться квартирой или частным домом;
- рассчитать количество потребителей и их мощность, узнать, сколько и как подается на общий ввод;
- также уточнить их настройку (для отдельных групп можно использовать выделенную защиту), а также настройку самой сети;
- учитывать параметры кабелей на вводе и во внутренней разводке, общую длину проводов;
- узнать требуемый ток отключения (как рассчитать эту характеристику указано выше);
- вам также необходимо выяснить, нужны ли защита от перенапряжения и прямые компоненты и другие дополнительные функции.
Установку выбранного УЗО можно выполнить самостоятельно, но при отсутствии опыта электромонтажных работ рекомендуется обратиться к специалистам.
