Принцип работы узо лекция по электротехнике. Расскажем про УЗО: что это такое и как работает

Ознакомиться с назначением и принципом действия устройств защитного отключения (УЗО), классификацией и видами различных УЗО. Усвоить общие принципы проведения испытаний УЗО на примере УЗО F200 производстваABB.

Приборы и оборудование

1) измеритель параметров электроустановок MI3102.

2) Устройство защитного отключения типа F200 производства компанииABB.

Теоретические сведения

Устройство защитного отключения (сокр. УЗО ; более точное название: устройство защитного отключения, управляемое дифференциальным (остаточным) током , сокр. УЗО−Д ) или выключатель дифференциального тока (ВДТ ) или защитно-отключающее устройство (ЗОУ ) - механический коммутационный аппарат или совокупность элементов, которые при достижении (превышении) дифференциальным током заданного значения при определённых условиях эксплуатации должны вызвать размыкание контактов. Может состоять из различных отдельных элементов, предназначенных для обнаружения, измерения (сравнения с заданной величиной) дифференциального тока и замыкания и размыкания электрической цепи (разъединителя).

Основная задача УЗО - защита человека от поражения электрическим током и от возникновения пожара, вызванного утечкой тока через изношенную изоляцию проводов и некачественные соединения.

Широкое применение также получили комбинированные устройства, совмещающие в себе УЗО и устройство защиты от сверхтока, такие устройства называются УЗО−Д со встроенной защитой от сверхтоков, либо просто диффавтомат . Часто диффавтоматы снабжаются специальной индикацией, позволяющей определить, по какой причине произошло срабатывание (от сверхтока или от дифференциального тока).

Рис. 1. Устройства защитного отключения производства фирмы ABB .

Назначение и функции УЗО. Принцип действия УЗО.

УЗО предназначены для

Защиты человека от поражения электрическим током при косвенном прикосновении (прикосновение человека к открытым проводящим нетоковедущим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением в случае повреждения изоляции), а также при непосредственном прикосновении (прикосновение человека к токоведущим частям электроустановки, находящимся под напряжением). Данную функцию обеспечивают УЗО соответствующей чувствительности (ток отсечки не более 30мА).

Предотвращения возгораний при возникновении токов утечки на корпус или на землю.

УЗО может значительно улучшить безопасность электроустановок, но оно не может полностью исключить риск поражения электрическим током или пожара. УЗО не реагирует на аварийные ситуации, если они не сопровождаются утечкой из защищаемой цепи. В частности, УЗО не реагирует на короткие замыкания между фазами и нейтралью.

УЗО также не сработает, если человек оказался под напряжением, но утечки при этом не возникло, например, при прикосновении пальцем одновременно и к фазному, и к нулевому проводникам. Предусмотреть электрическую защиту от таких прикосновений невозможно, так как нельзя отличить протекание тока через тело человека от нормального протекания тока в нагрузке. В подобных случаях действенны только механические защитные меры (изоляция, непроводящие кожухи и т. п.), а также отключение электроустановки перед ее обслуживанием.

Принцип работы УЗО основан на измерении баланса токов между входящими в него токоведущими проводниками с помощью дифференциального трансформатора тока (рис.3). Если баланс токов нарушен, то УЗО немедленно размыкает все входящие в него контактные группы, отключая таким образом неисправную нагрузку.

УЗО измеряет алгебраическую сумму токов, протекающих по контролируемым проводникам (двум для однофазного УЗО, четырем для трехфазного и т. д.): в нормальном состоянии ток, «втекающий» по одним проводникам, должен быть равен току, «вытекащему» по другим, то есть сумма токов, проходящих через УЗО равна нулю (точнее, сумма не должна превышать допустимое значение). Если же сумма превышает допустимое значение, то это означает, что часть тока проходит помимо УЗО, то есть контролируемая электрическая цепь неисправна - в ней имеет место утечка.

С точки зрения вопросов электробезопасности УЗО принципиально отличаются от устройств защиты от сверхтока (предохранителей) тем, что УЗО предназначены именно для защиты от поражения электрическим током, поскольку они срабатывают при утечках тока значительно меньших, чем предохранители (обычно от 2 ампер и более для бытовых предохранителей, что во много раз превышает смертельное для человека значение). УЗО должны срабатывать за время не более 25-40 мс, то есть до того, как электрический ток, проходящий через организм человека, вызовет фибрилляцию сердца - наиболее частую причину смерти при поражениях электрическим током.

Рис. 3. Принцип действияУЗО

Обнаружение токов утечки при помощи УЗО является дополнительным защитным мероприятием, а не заменой защиты от сверхтоков при помощи предохранителей, так как УЗО никак не реагирует на неисправности, если они не сопровождаются утечкой тока (например, короткое замыкание между фазным и нулевым проводниками).

УЗО с отключающим дифференциальным током порядка 300 мА и более иногда применяются для защиты больших участков электрических сетей (например, в компьютерных центрах), где низкий порог привел бы к ложным срабатываниям. Такие низкочувствительные УЗО выполняют противопожарную функцию и не являются эффективной защитой от поражения электрическим током.

Электричество — одна из инженерных систем, которая обеспечивает наш комфорт. Но то же электричество несет в себе потенциальную угрозу, поэтому электросети должны быть максимально безопасными. Обеспечивают безопасность устройства автоматической защиты. Одно из них — УЗО. Что это за аппарат, от чего он защищает, в чем состоит принцип работы УЗО — обо всем этом и пойдет речь в статье.

УЗО — это устройство защитного отключения (альтернативное название — выключатель дифференциального тока, сокращенно ВДТ). Предназначено для отключения питания в случае возникновения аварийной ситуации, которая приводит к появлению тока утечки. Это возможно в двух случаях: при пробое изоляции на землю и при прикосновении человека к токоведущим частям.

Эта картинка поможет представить принцип работы УЗО. В качестве нагрузки выступает лампа накаливания. УЗО сравнивает ток до и после нагрузки. Если разница превышает заданное значение, то устройство срабатывает и размыкает цепь

Принцип его действия можно сравнить с весами с двумя чашами. Сравнивается ток в цепи до и после нагрузки. Как только одна из чаш перевешивает, значит ток нашел «левый» или обходной путь. Чаще всего обходной путь — через пробой изоляции на землю, или через тело человека тоже не землю. То есть, по этому пути часть тока «утекло». Отсюда и название — ток утечки . Ток ушел не по проложенным проводам, а это опасно. И появление тока утечки — сигнал к отключению питания. В УЗО срабатывает реле, разрывая контакт и обесточивая сеть. Это принцип работы УЗО описанный простыми словами — для лучшего понимания назначения и принципа действия.

Как понять что такое ток утечки

Ток утечки возникает когда появляется пробой изоляции на корпус (провод перетерся, нагревательный элемент «пробило» и т.д.). Утечка — это когда вы прикоснулись к корпусу устройства, который находится под напряжением. Прикоснулись одной рукой и сами при этом стоите на токопроводящем полу без обуви или касаетесь еще какого-то заземленного предмета (батарей центрального отопления, например). Через ваше тело потечет ток, причем он «уйдет» через контур заземления, так как это путь с наименьшим сопротивлением. Это и будет тот самый «обходной» путь. В результате «вернувшийся» ток будет меньше и реле на УЗО сработает.

Но, обратите внимание! Прямое прикосновение сразу к фазе и нулю — не наш случай. В этом случае тело воспринимается как нагрузка, а не как утечка. А это штатная ситуация и защита не сработает. Поэтому работайте с электричеством одной рукой, в диэлектрической обуви. И никогда не прикасайтесь сразу к нулю и фазе.

Подключение УЗО в схему повышает безопасность. Особенно это актуально для влажных помещений, таких как санузел

Иногда защита реагирует на неочевидные вещи: соседи заземлились «не туда», плита с пьезорозжигом без заземления, стиральная машина или посудомойка подключены шлангом в металлической оплетке к металлическим же трубам. В общем, ситуаций, в которых образуется ток утечки, немало. Это все тоже токи утечки, но они — следствие ошибок или нарушений. И на них УЗО тоже реагирует. Если отключения происходят без видимых причин, их просто следует выявить. Это непросто, но оставлять без внимания «ложные» отключения не стоит. Причина может нести опасность.

Как выглядит

На лицевой панели УЗО есть переключатель, при помощи которого можно вручную разрывать цепь или приводит устройство в рабочее состояние. На передней панели также есть кнопка «Тест», предназначенная для тестирования работоспособности устройства защиты. При ее нажатии подключается цепь содержащая резистор, которая эмитирует возникновение утечки. Если прибор исправен, он отключит питание — «рубильник» опустится вниз, размыкая контакт.

В верхней и нижней части устройства есть гнезда для подключения проводов. Вверху подключаются провода, подводящие питание, внизу — линии, которые идут к нагрузке или к нижестоящим устройствам. Через УЗО проходят и фазные провода, и ноль (нейтраль). То есть, при срабатывании, питание отключается полностью.

На корпусе имеются надписи, которые отражают основные параметры. Крепится УЗО на DIN-рейку, для этого есть специфической форы выступы на задней поверхности корпуса. Способы фиксации зависят от фирмы-производителя. Есть модели, которые просто навешиваются, есть с фиксацией при помощи прижимного клапана.

Как обеспечить качественную защиту

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

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

Принцип работы УЗО

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

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

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

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

Коротко о параметрах УЗО

Несмотря на не слишком сложное устройство, параметров, по которым надо подбирать УЗО немало. Это:

Все эти параметры выбираются при составлении схемы, так как для выбора важно сечение провода, подключаемая нагрузка и еще много деталей. Так что для начала надо определиться с количеством и мощностью потребителей (лампочек, крупной и мелкой бытовой техники, нагревателей и т.д.).

Что такое противопожарное УЗО

Умные головы придумали как использовать принцип работы УЗО не только для защиты человека от поражения электротоком при повреждении изоляции. То же устройство можно использовать для предотвращения пожаров. Конструктивно они ничем не отличаются, просто рассчитаны на большие токи утечки.

Как работает УЗО в этом случае? Как известно, при протекании токов температура проводников повышается. При достаточной силе тока нагрев может быть настолько большим, что способен вызвать пожар. Если на вводе в дом поставить аппарат с током утечки 100 мА и выше, человека от поражения электротоком оно не спасет, а вот возникновение пожара очень даже может предотвратить. Как? Вполне может статься, что одно из устройств защиты окажется неисправным. Изоляция фазы будет испорчена, что рано или поздно приведет к пожару. Может оказаться так, что повреждение окажется на незащищенной части линий. Вот в этом случае противопожарное УЗО отключит питание. Это будет значить, что «утекать» стало слишком много и надо провести ревизию проводки: измерить изоляцию, проверить нагрев и т.д.

Ставится противопожарное защитное устройство после счетчика. Если говорить о параметрах, минимальный отключающий ток — 100 мА. Тип — лучше селективный, а вот время выдержки выбирайте сами. Селективность спасет от ложных срабатываний. Ниже, после противопожарного УЗО, ставят защиту на линии, выбирая отключающий ток утечки в зависимости от типа нагрузки.

Если следовать ГОСТу, то на линии освещения, расположенные в помещениях с нормальными условиями эксплуатации установка защитных устройств необязательна. То есть, на линии, которые ведут к освещению, «персональные» УЗО и автоматы можно не ставить.

Производители

Официального рейтинга производителей УЗО не существует, поэтому следует ориентироваться на отзывы практикующих электриков. Как правило, при сборке «навороченного» щита, специалисты рекомендуют использовать продукцию трех европейских фирм:

ABB (шведско-швейцарская компания);
Legrand (Франция);
Schneider Electric (Франция).

В каталогах вышеперечисленных производителей, чаще будут встречаться альтернативные названия устройств защиты дифференциального тока. УЗО — выключатель дифференциального тока (ВДТ). Дифавтомат — автоматический выключатель дифференциального тока (АВДТ).

Компания Schneider Electric («Шнейдер Электрик») разработала линийку устройств Easy9, относящихся к среднему ценовому сегменту.

Дифференциальный выключатель EASY 9 (УЗО) 2П 63А 30мА (артикул EZ9R34263). Устройства Easy9 относятся к среднему ценовому сегменту, но при этом отличаются качеством, надёжностью и удобством использования, свойственным аппаратуре верхнего ценового сегмента

Многих электриков не устраивает качество продукции таких компаний, как IEK, TDM, DEKraft, EKF.

В этой статье поговорим про электротехническое устройство называемое полностью УЗО — устройство защитного отключения. Устройство защитного отключения (сокращенно УЗО) более полное название: устройство защитного отключения, управляемое дифференциальным (остаточным) током или механический коммутационный аппарат, который при достижении (превышении) дифференциальным(остаточным) током заданного значения должен вызвать размыкание контактов.

Основная задача УЗО (Устройство Защитного Отключения)

Основное назначение УЗО это защита человека от поражения электрическим током и от возникновения пожара, вызванного утечкой тока через изношенную изоляцию проводов и некачественные соединения.

Широкое применение также получили комбинированные устройства, совмещающие в себе УЗО и устройство защиты от сверхтоков (короткого замыкания). Такие устройства называются УЗО-Д со встроенной защитой от сверх токов(короткого замыкания), либо просто диффавтомат. Часто диффавтоматы снабжаются специальной индикацией, позволяющей определить, по какой причине произошло срабатывание (от сверхтока или от дифференциального тока).

Устройство защитного отключения: назначение

УЗО — устройство защитного отключения устанавливается в электросети квартиры или дома для выполнения следующих задач электробезопасности:

Повышение уровня безопасности при эксплуатации людьми бытовых и аналогичных электроприборов;
Предотвращение пожаров из-за возгорания изоляции токоведущих частей электроприборов от дифференциального (остаточного) тока на землю;
Для диффавтоматов. Автоматическое отключение участка электрической сети (в том числе квартирной) при перегрузке (ТЗ-токовая защита) и токе короткого замыкания (МТЗ-максимальная токовая защита).

Примечание: В России применение УЗО стало обязательным с принятием 7-го издания Правил устройств электроустановок ().(седьмое издание подготовлено ОАО «ВНИИЭ». Утверждена приказом Министерства энергетики Российской Федерации от 08.07.02 № 204. Введено в действие с 01.01.03г.)

Как правило, одно или несколько УЗО устанавливаются на DIN-рейку в электрощите.

(О монтаже электрощита в квартире я рассказывал в другой статье блога: )

ПОДВЕДЕМ ПЕРВЫЙ КОРОТКИЙ ИТОГ

В продаже есть два типа УЗО — Устройство защитного отключения:

Непосредственно УЗО.
И УЗО-Д(дифференциал)-это УЗО+автомат защиты от короткого замыкания, в «одной упаковке».

Важно!

Использование УЗО является дополнительным защитным мероприятием, а не заменой защите от сверхтоков при помощи предохранителей, так как УЗО никак не реагирует на неисправности, если они не сопровождаются утечкой тока (например короткое замыкание между фазным и нулевым проводниками. Поэтому УЗО необходимо применять вместе с Автоматами Защиты (предохранителями)
УЗО может значительно улучшить безопасность электроустановок, но оно не может полностью исключить риск поражения электрическим током или пожара. УЗО не реагирует на аварийные ситуации, если они не сопровождаются утечкой из защищаемой цепи. В частности, УЗО не реагирует на короткие замыкания между фазами и нейтралью.
УЗО также не сработает, если человек оказался под напряжением, но утечки при этом не возникло, например, при прикосновении пальцем одновременно и к фазному, и к нулевому проводникам. Предусмотреть электрическую защиту от таких прикосновений невозможно, так как нельзя отличить протекание тока через тело человека от нормального протекания тока в нагрузке. В подобных случаях действенны только механические защитные меры (изоляция, непроводящие кожухи и т. п.), а также отключение электроустановки перед ее обслуживанием!

Характеристики УЗО

Теперь разберемся с характеристиками УЗО обозначенных на корпусе устройства.

УЗО — устройство защитного отключения предназначены для защиты человека от поражения электрическим током при косвенном прикосновении (прикосновение человека к открытым проводящим нетоковедущим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением в случае повреждения изоляции), а также при непосредственном прикосновении (прикосновение человека к токоведущим частям электроустановки, находящимся под напряжением). Данную функцию обеспечивают УЗО соответствующей чувствительности (ток отсечки не более 30 мА(миллиампер).

Примечание: В США в соответствии с National Elektrical Code, устройства защитного отключения (ground fault circuit interrupter - GFCI), предназначенные для защиты людей, должны размыкать цепь при утечке тока 4-6 мA(миллиампер) (точное значение выбирается производителем устройства и обычно составляет 5 мА) за время не более 25 мс(микросекунд).В Европе эти значеня для УЗО,как и у нас составляют 30-100 мА.

УЗО должны срабатывать за время не более 25-40 мс(миллисекунд), то есть до того, как электрический ток, проходящий через организм человека, вызовет фибриляцию сердца - наиболее частую причину смерти при поражениях электрическим током.

В списке ниже приведены значения тока через тело человека и наиболее вероятные ощущения, которые можно при этом почувствовать.

Важно! не пытайтесь это прочувствовать это на себе!

Ток через тело человека -0,5mA:не ощущается,слабые ощущения при прикосновении языком,кончиками пальцев и через рану.
Ток через тело человека-3 mA:Ощущение близкое к муравьиному укусу.
Ток через тело человека-15mA:Если вы взялись за проводник,то невозможно его отпустить.Неприятно,но безопасно.
Ток через тело человека- 40mA:Судороги тела,судороги диафрагмы.Опасность удушья в течении нескольких минут.
Ток через тело человека-80 mA:Вибрация желудочка сердца.Очень опасно, приводит к достаточно быстрой смерти.

Отсюда второй короткий итог характеристик УЗО

Для защиты человека в бытовых электросетях(однофазный ток напряжением 220 вольт) УЗО должны иметь маркировку: ток отсечки не более 30мА,время срабатывания не более 40 мс(миллисекунд). Крупные фирмы производители (такие как АВВ,Legrand) выпускают УЗО для защиты человека, с токами отсечки 10 мА и 30 мА.

На групповые цепи обычно ставят УЗО с током 30 мА. Если поставить УЗО 10 мА, возможны (в квартире всегда есть фоновый, естественный ток утечки). 10 мА ставится обычно на одиночных потребителей (стиральную машинку, посудомойку). Если у вас есть душевая кабина, или стиральная машинка установлена в ванной (влажная среда) , применение УЗО с током отсечки 10 мА просто обязательно.

Следует повторить:

Для влажных и очень влажных помещений(сауны,бани,ванные,душевые) следует применять УЗО с токоми утечки 10 мА(миллиампер)
Для других помещений достаточно применения УЗО с током отсечки 30 мА(миллиампер)
В деревянных дамах при проведении электропроводки во избежании пожаров установка УЗО желательна, а лучше сказать просто необходима.

Примечание: В продаже существуют УЗО с токами отсечки и 100 мА и 300 мА и более. Эти УЗО (с отключающим дифференциальным током 100 мА, 300 мА и более иногда применяются для защиты больших участков электрических сетей (например, в частном доме или компьютерных центрах), где низкий порог привел бы к ложным срабатываниям. Такие низкочувствительные УЗО выполняют противопожарную функцию и не являются эффективной защитой от поражения электрическим током.

Классификация УЗО

Теперь отметим ещё ряд моментов. В соответствие с классификацией, УЗО — устройство защитного отключения подразделяют на следующие типы:

Tип AC- УЗО, размыкание которого гарантировано в случае, если разностный синусоидальный ток или внезапно возникает, или медленно увеличивается.

Тип А — УЗО, размыкание которого гарантировано в случае, если синусоидальный или пульсирующий разностный ток или внезапно возникает, или медленно увеличивается.

Третий итог статьи

УЗО типа «А» более дорогой и более универсален, но оба типа «А» и «АС» превосходно подходят для использования в бытовых электросетях. Поэтому акцентироваться на этом не стоит.

В широкой продаже в основном бывают УЗО тип АС (на фасаде устройства будет изображен только значек:

Необходимо обратить внимание, что каждое УЗО расчитано на использование в сетях определенной нагрузки,а именно определенный Ампераж, который указывается на фасаде УЗО. Так как УЗО в электросетях используются вместе с автоматами защиты(предохранителями), то еще раз обращаю внимание:ампераж УЗО должен быть выше, чем у автомата на линии.

Схема подключения УЗО

Теперь рассмотрим схему подключения УЗО — устройство защитного отключения, классическим занулением (ТN-С). Классическое зануление имеют большинство домов в РФ, в квартирах этих домов не существует отдельной выделенной линии заземления, то есть, по всей квартире проходят два, а не три провода электропитания.

Примечание : В соответствии с ГОСТ 50571_3-94(Требования по обеспечению безопасности. Защита от поражения электрическим током):

В системе ТN-С не должны применяться устройства защиты, реагирующие на дифференциальный ток УЗО-Д;
Когда устройство защиты, реагирующее на дифференциальный ток УЗО-Д, применяют для автоматического отключения в системе ТN-S, PEN-проводник не должен использоваться на стороне нагрузки. Присоединение защитного проводника к PEN-проводнику(независимый проводник заземления) должно осуществляться на стороне источника питания т.е. до устройства защиты, реагирующему на дифференциальный ток(УЗО-Д). На схеме указаны точки подключения УЗО-Д.

Прежде чем осуществить подключение УЗО, я обращаю внимание на то, как работает схема УЗО. В основе принципа работы УЗО лежит сравнение выпускаемого (ушедшего в квартиру) и впускаемого (вернувшегося из квартиры) тока. Если оказывается, что равновесие нарушено, и приходит меньше, чем уходит, то УЗО отключает электропитание. Если УЗО устанавливается для одной линии, то есть два варианта: поставить после УЗО автомат или же сам аппарат должен иметь встроенный ограничитель максимального тока. Подключение УЗО без автомата приведет к тому, что короткое замыкание или постоянный перегрев может вывести его из строя. Напоминаю: что ампераж УЗО должен быть выше, чем у автомата на линии.Примечание: На рисунке фазный провод подается на нижнюю клемму вводного автомата. Это не совсем корректно, лучше подавать питание на верхнюю клемму автомата. Хотя замечу, подключение питающих проводов сверху – это просто традиция. Именно ею, а не какой-то технической причиной обусловлена рекомендация подключения сверху. И, хотя с точки зрения техники безопасности, лучше бы подключать везде одинаково, жесткого запрета на подключение снизу – нет. Однако, крайне желательно, чтобы в пределах щита, а еще лучше – на всем объекте, питание подавалось одинаково: либо сверху (везде), либо снизу (везде). Другие схемы подключения можно найти в статье: .

Ну вот пожалуй и все,что я хотел рассказать об УЗО — Устройство Защитного Отключения, используемые в бытовых электросетях напряжением 220 вольт. Успехов,Вам в ваших начинаниях!

Специально для сайта: