Каждая электрическая сеть должна быть оснащена защитными устройствами, однако не все знакомы с тем, что такое УЗО и как оно функционирует. Аббревиатура УЗО расшифровывается как устройство защитного отключения.
Этот низковольтный электрический прибор предназначен для отключения определённого участка цепи, когда возникает дифференциальный ток, превышающий установленное значение для данного устройства.
В данной статье мы постараемся детально осветить конструкцию и принцип работы УЗО, изучить его различные виды и понять, что обозначает маркировка защитных отключающих устройств.
Краткое содержание статьи
Предназначение аппарата защиты
Устройство заземления УЗО представляет собой РЕ-проводник, соединяющий нейтральные токопроводящие детали или корпуса электрических устройств, чьё сопротивление не превышает 4 Ом.
Если возникает утечка тока, указанные элементы оборудования могут оказаться под напряжением, что представляет опасность как для людей, так и для животных при их контакте, а также угрожает имуществу.
Основная задача защитных устройств — предотвращение электрических травм. При выявлении утечки тока они автоматически отключают напряжение.
Наибольшую опасность представляют собой такие повреждения, поскольку они часто незаметны и редко ощущаются, лишь в редких случаях можно почувствовать лёгкий удар током при контакте с прибором.
Чаще всего это происходит из-за нарушения изоляции проводов. Неуправляемые процессы могут причинить серьёзный вред, что приводит к высокой популярности защитного оборудования в домашних условиях.
Воздействие токов на человеческий организм может иметь весьма печальные последствия. Эта проблема решается с помощью приборов УЗО, относящихся к категории защитных. Основные требования к их установке и эксплуатации описаны в МЭК 60364.
УЗО находит наибольшее применение в однофазных системах с переменным током и заземлением нейтральной линии, а также с напряжением до 1 кВт, характерным для бытового электроснабжения.
Конструктивное исполнение УЗО
Дополнительные характеристики защитных механизмов помогут понять, как работает УЗО и какой реакцией оно отвечает на утечку тока.
К основным рабочим элементам относятся:
- дифференциальный трансформатор;
- пусковой механизм — устройство, отключающее неисправную электроцепь;
- реле электромагнитного типа;
- блок управления.
Дифференциальный датчик соединён с двумя обмотками — фазой и нулём. В нормальных условиях работы сети эти полупроводниковые компоненты создают в сердечнике магнитные потоки, направленные в противоположные стороны, что в итоге приводит к нулевому значению магнитного потока.
Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, на который установлены две катушки: одна подключена к источнику переменного тока, а другая — к нагрузке. В то время как трансформатор повышает напряжение переменного тока, сила тока соответственно уменьшается.
К вторичной обмотке, располагающейся на сердечнике трансформатора, подключено электромагнитное реле. Оно не активируется, когда в сети соблюдаются стандартные условия.
Однако в случае возникновения утечки тока ситуация изменяется. Фазный и нейтральный проводники начинают пропускать различную величину тока, что приводит к различиям в направлении и величине магнитных потоков в сердечнике трансформатора.
В вторичных витках возникает ток, и когда он достигает установленного значения, срабатывает электромагнитное реле, которое связано с механизмом размыкания. Эта комбинация реагирует в нужный момент и отключает сеть.
Согласно требованиям по пожарной безопасности, проверка работы устройства дифференциальной защиты должна проводиться не реже одного раза в месяц. Для этого на устройстве предусмотрена специальная кнопка «ТЕСТ».
Проверочный механизм представлен сопротивлением — определённой нагрузкой, которая подключается в обход дифференциального датчика. Этот элемент имитирует утечку тока, позволяя проверять работоспособность устройства. О методах тестирования мы также упоминали в этой статье.
Принцип работы УЗО заключается в следующем: ток подаётся с фазной линии на контрольное сопротивление и затем на нейтральный провод, минуя датчик.
Таким образом, создаются условия с различными значениями тока на входе и выходе устройства. Этот дисбаланс и активирует механизм отключения.
Хотя конструкция может различаться у разных производителей, принцип работы УЗО остаётся единым для всех моделей.
Принцип срабатывания защитного механизма
Теперь рассмотрим, для чего необходимо использование УЗО. Функция защитного прибора основывается на методе измерения.
Прибор фиксирует входящие и выходящие параметры токов, проходящих через трансформатор. Если входящее значение превышает выходящее, это указывает на утечку, и устройство отключает электрическую цепь. В противном случае при идентичных параметрах устройство остаётся неактивным.
В двухпроводной системе дифференциальный механизм не срабатывает, когда через проводники фазы и нейтрали проходит ток одинаковой силы. Проявление разницы в величинах указывает на пробой изоляции, что приводит к отключению повреждённого участка.
Чтобы лучше понять, как будет функционировать УЗО в бытовом распределительном щите с двухполюсной системой, рассмотрим следующий пример.
К верхним клеммам подключён входной двухжильный провод (фаза и ноль). Нижние клеммы подсоединены к фазе и нулю, которые проводят ток к нагрузке, например, к розетке для чайника или бойлера. Защитное заземление осуществляется отдельным кабелем, минуя УЗО.
При нормальной работе электроны движутся по фазовому проводу от входного кабеля к электрическому нагревателю, проходя через устройство дифференциальной защиты. Возвращаясь, они следуют по нейтральному проводу также через УЗО.
Когда человек касается корпуса электрического устройства, на котором из-за повреждения возник потенциал, ток начинает проходить через его тело, вызывая мгновенную реакцию устройства, которое отключает подачу электричества.
Например, если в ТЭНе устройства произошло повреждение изоляции, ток может частично проходить через воду, находящуюся внутри, затем уходя в землю через защитное устройство.
Остаточная часть тока вернётся по нейтральной линии через УЗО, но её величина будет меньше на величину утечки по сравнению с входящим током.
Эта разница фиксируется дифференциальным трансформатором. Если значение превышает допустимый предел, устройство срабатывает и разрывает цепь.
В другой статье мы предложили советы по выбору и корректному подключению УЗО для бойлера.
Целесообразность использования УЗО
Рассмотрим, для чего необходимо использование УЗО и от каких угроз устройство предоставляет защиту.
Прежде всего, это защита от короткого замыкания фазы на корпусах электротехнических устройств. К наиболее уязвимым местам относятся ТЭНы в бойлерах и стиральных машинах. Следует отметить, что пробой происходит только тогда, когда деталь, выделяющая тепло, нагревается под влиянием электрического тока.
Также защитное устройство предотвратит последствия некорректного подключения проводов. Например, если применяются скрутки без клеммных соединений, которые затем закрываются в стене под слоем штукатурки. Поскольку такая зона обычно влажная, это может стать причиной пробоя и утечки тока в стену.
Дифференциальное устройство в таком случае будет постоянно отключать линию, пока участок полностью не высохнет или пока не будет исправлено соединение.
Автоматическая защита активно используется в домашних условиях: в электрических группах для кухни, ванной и в розетках с большим количеством подключенных приборов. Оптимально, когда подобные устройства установлены на каждую группу розеток.
Сфера применения УЗО достаточно широка — от общественных учреждений до крупных производств. Они устанавливаются в электрические схемы и конструкции, предназначенные для приёма и распределения электроэнергии: щитки в жилых домах, системы электроснабжения для индивидуальных нужд и т.д. При этом крайне важно правильно выбирать УЗО по мощности.
Виды приборов и их классификация
Производители оснащают свои изделия многочисленными функциями, которые стоит учитывать при выборе подходящего типа УЗО, исходя из конкретных условий эксплуатации электрической сети.
Чтобы обычному пользователю было легче выбрать необходимое устройство среди широкого ассортимента моделей, была разработана классификационная система на основе следующих характеристик:
- принцип срабатывания;
- вид дифференциального тока;
- время, через которое происходит отключение дифференциального тока;
- число полюсов;
- метод установки.
Далее мы подробно рассмотрим каждую из этих классификаций.
Классификация #1 — по методу включения
Существует два метода включения — электромеханический и электронный. В первом случае автомат отключит питание на повреждённой линии независимо от напряжения в сети. Основным рабочим элементом является тороидальный сердечник с обмотками.
При возникновении утечки во вторичной цепи создаётся напряжение, необходимое для активации работы реле поляризации, что, в свою очередь, приводит к срабатыванию механизма отключения.
Для устройств электромеханического типа внешний источник напряжения не требуется. Их срабатывание осуществляется за счёт дифференциального тока, проходящего по линии с повреждением.
Работа устройства с электроникой полностью зависит от внешнего источника питания, так как оно нуждается в дополнительном напряжении. В качестве основного элемента здесь использована электронная плата с усилителем.
Внутри такого механизма отсутствуют дополнительные источники для накопления энергии, поэтому функционирование схемы осуществляется за счет электричества от внешней сети. Если электричества нет, устройство не будет разрывать цепь.
Чтобы определить тип оборудования, необходимо припаять два провода к клеммам батарейки типа «АА». Включите УЗО и подключите один провод к входу защитного устройства, а другой — к выходу. Провода должны быть соединены на одном полюсе. Если устройство отключится, это указывает на его электромеханический тип, в противном случае оно является электронным.
Пример работы электронного УЗО, установленного на линии с розеткой, к которой подключена микроволновая печь: если произойдет обрыв нулевой фазы, одновременно может возникнуть неисправность проводки СВЧ, что приведет к замыканию фазы на корпус микроволновки, создавая опасный потенциал.
При соприкосновении с печкой электронная защита не сработает, поскольку отсутствует подача питания. По этой причине такие приборы менее распространены по сравнению с электромеханическими аналогами.
Классификация #2 — по току утечки
Все модели автоматов безопасности классифицируются также по току нагрузки, проходящего через устройство. Они способны работать с заданными параметрами напряжения.
На корпусе и в паспорте изделий указывается номинальное рабочее напряжение, которое должно находиться в пределах заданного диапазона электрических токов.
Прибор типа АС будет актививаться при мгновенном появлении переменного напряжения утечки в контролируемой цепи либо при его плавном увеличении. Эти устройства маркируются символом «АС» или надписью «~».
Наиболее подходящим вариантом для бытового использования является УЗО-АС. Эта модель является экономичной среди устройств аналогичного назначения. Производители часто указывают в документации модель защитного автомата, рекомендованную для данного устройства.
Тип А активируется при возникновении мгновенного переменного или пульсационного тока утечки в контролируемой цепи, либо при его медленном нарастании.
Этот механизм может быть задействован в любых вышеперечисленных ситуациях. На корпусе аппарата имеется аббревиатура «А» или графический символ, представленный в виде прямоугольника.
Тип А достаточно часто подключается к схемам, где происходит регулировка нагрузки путем срезания верха синусоиды, как, например, в случае с тиристорными преобразователями.
Цена модели А значительно выше по сравнению с АС, поскольку здесь осуществляется контроль за постоянным напряжением, возникающим в силовых преобразователях.
УЗО типа В эффективно реагирует на утечки постоянного, переменного или выпрямленного тока в подчиненной электросхеме.
Это оборудование более дорогостоящее и предназначено для промышленных объектов, в быту такие устройства не применяют.
Все устройства защиты отключения типов А, В и АС рассчитаны на время срабатывания 0,02-0,03 секунды.
Классификация #3 — по времени срабатывания
Эта классификация делит аппараты на два типа: S и G. Устройство защитного отключения типа S характеризуется селективным действием с выдержкой времени срабатывания от 0,15 до 0,5 секунды. Этот вариант целесообразно использовать при групповом подключении УЗО.
На схеме квартирного щита изображены две группы нагрузки: розетки №1 и №2, на которые подключено устройство защитного отключения типа А, а на входе — второй автомат типа S.
Если произойдет замыкание в одной из групп, вводное устройство активируется только тогда, когда групповое оборудование не сможет отключить поврежденный участок.
Селективное отключение цепи можно проделать и с помощью другого метода — регулируя ток утечки. Этот способ оказался наиболее распространенным.
В схеме квартирного щита также размещены две группы нагрузки, на одной установлено УЗО типа АС с уставкой, а на второй — устройство А с большой уставкой.
Если ток утечки в цепи повреждения превысит заданные значения обоих защитных устройств, то в первой схеме селективность не будет нарушена, в то время как во второй — дергание возможно произвести любым из подключенных аппаратов.
Прибор формата G также использует селективное срабатывание, выдерживая время от 0,06 до 0,08 секунд. Все указанные выборочные типы рассчитаны на действие при высоких токах — до 15 кА.
Некоторые модели УЗО имеют систему регулировки уставки дифоргана, в то время как другие этой возможности лишены. Тем не менее, для быта предпочтителен второй вариант.
Ограничительный ток является ключевым параметром выбора, так как его соблюдение обеспечивает уровень безопасности.
Например, в помещениях с повышенной влажностью питание электроприборов подключается через устройства отключения с уставкой 0,01 А, для стандартных условий — 0,03 А.
Для обеспечения противопожарной безопасности зданий применяют уставки от 0,1 до 0,3 А. Рекомендуется ознакомиться с советами по выбору противопожарных УЗО и нюансами их монтажа.
Классификация #4 — по количеству полюсов
Поскольку автоматические устройства работают по принципу сравнения токовых величин, количество полюсов соответствует количеству проводящих линий, через которые проходит ток.
УЗО с двумя полюсами обозначается как 2Р и используется в однофазных схемах для защиты человека и предотвращения возникновения пожаров.
Четырехполюсные устройства маркируются как 4Р. Они предназначены для работы в трехфазных системах, также возможно комбинированное подключение, например, когда четырехполюсный прибор вводится в двухпроводную сеть.
Однако в таком случае устройство не сможет раскрыть весь свой потенциал, что экономически невыгодно.
При установке защитного автомата стоит учитывать возможность превышения тока нагрузки предельно допустимых значений прибора. Поэтому стоит позаботиться о дополнительной установке автоматического выключателя, чье номинальное напряжение не будет превышать рабочий ток системы безопасности.
Классификация #5 — по способу установки
Дифференциальные защитные устройства производятся в различных корпусах, позволяя использовать их как стационарные, так и переносные.
Во втором случае прибор комплектуется удлиняющим шнуром. Устройства, которые монтируются на din-рейку, устанавливают в электрощит, который располагается либо в коридоре, либо внутри квартиры.
Существуют также варианты исполнения в виде УЗО-розетки и УЗО-вилки. В обоих случаях любой электроприбор, подключенный через такой механизм, не создает опасности для людей при наличии неисправности.
Полная расшифровка маркировочных значений
На корпусе устройства обязательно должно быть указано название производителя. Далее следует стандартизированная маркировка с серийным номером.
Для расшифровки обозначений используем следующий пример [F][X]00[X]-[XX]:
- [F] – устройство защитного отключения;
- [X] – формат исполнения;
- 00 – цифровые или буквенно-цифровые обозначения серии;
- [X] – количество полюсов: 2 или 4;
- [XX] – характеристики по типу тока утечки: АС, А и В.
Здесь также обозначены и номинальные параметры устройства, на которые стоит обратить внимание при выборе.
Расшифровка аббревиатуры: 1 – бренд; 2 – тип устройства; 3 – селективный вид; 4 – соответствие европейским стандартам; 5 – номинальный рабочий ток и уставка; 6 – максимальное переменное рабочее напряжение; 7 – максимальная токовая нагрузка, которую устройство может вынести; 8 – параметры включения и отключения; 9 – электрическая схема; 10 – ручная проверка работоспособности; 11 – маркировка положения переключателя.
К максимальным параметрам, на которые рассчитаны устройства, относятся: напряжение Un, ток In, дифференциальное значение тока размыкания цепи IΔn, способность включения и отключения Im, коммутационная способность при КЗ Icn.
Основные маркировочные данные должны быть расположены так, чтобы оставаться видимыми после установки изделия. Некоторые параметры могут находиться на боковой стороне или задней панели, которые видимы только до монтажа.
Выходы, предназначенные исключительно для подключения нулевого провода, отмечаются латинской буквой «N». Символ «О» (окружность) указывает на отключенный режим УЗО, а короткая вертикальная черта «I» говорит о включенном.
Не на каждом устройстве указаны оптимальные показатели температурного режима. Модели, имеющие символ
— обозначают диапазон рабочего режима от -25 до + 40 °C; если обозначений нет, то стандартные показатели составляют от -5 до +40 °C.
Выводы и полезное видео по теме
Смотрите видео с подробным разбором всех компонентов механизмов защиты, их назначения и принципов взаимодействия:
В этом разделе мы подробно рассмотрим различные типы защитных автоматов и дадим рекомендации по правильному выбору оборудования:
На вопрос о том, что выбрать – дифференциальный автомат или УЗО, – мы постараемся ответить, а также поделимся секретами установки:
Использование устройства защитного отключения – это правильное и выгодное решение как с точки зрения экономии, так и в плане обеспечения пожарной безопасности и защиты человека от электрического тока.
Рекомендуется максимально использовать возможности УЗО в домашних условиях, устанавливая его на все электрические группы для гарантии полной изоляции от электричества.
Если у вас остались вопросы о принципе работы или классификации защитных устройств, или вы хотите дополнить уже представленную информацию полезными сведениями, пожалуйста, оставляйте свои комментарии и задавайте вопросы. Наши специалисты и опытные посетители сайта с радостью предоставят вам исчерпывающие ответы.
