УЗО — устройство защитного отключения

Назначение УЗО

УЗО – коммутационный прибор, предназначенный для прерывания электрической цепи при разнице силы тока в фазной и нулевой цепи сверх заранее установленной величины. Это предотвращает утечки тока, из-за которых может произойти аварийная ситуация – пожар или поражение людей.

Слово коммутационны в описании указывает на способность прибора замыкать и размыкать электрические контакты, т. е. коммутировать.

Используются и другие названия: дифференциальный выключатель и т. п.

Как устроено и работает УЗО

В качестве примера рассмотрим самый простой случай подключения с помощью УЗО лампы накаливания:

Нормальное рабочее состояние УЗО – подвижные контакты замкнуты, сила тока I в линии, отходящей от фазы (красная) и подходящей к нулю (синяя), одинакова.

При прохождении проводника с током сквозь окно магнитопровода в нём создаётся магнитный поток

Ф=k*I,

где к – коэффициент пропорциональности.

Если токи в фазном и нулевом проводах I_L и I_N равны по величине и противоположны по направлению, то вызываемые ими магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ тоже будут равны и противоположны:

Ф₁ = — (Ф₂)

В результате сумма магнитных потоков будет нулевой:

Фсумм= Ф₁+ Ф₂= Ф₁+ (- Ф₁)=0.

Магнитный поток, проходящий через магнитопровод, создаёт ток во вторичной обмотке, равный

I₂=m*Ф.

Поскольку поток нулевой, то и ток вторичной обмотки тоже равен нулю.

Подвижные контакты включены, ток по цепи течёт, режим работы – штатный.

Рассмотрим нештатную ситуацию – некто коснулся проводов и создал контакт между ними и землёй.

Теперь часть тока стекает в землю (ток утечки Iут). На эту величину уменьшится ток в возвратной линии.

Отметим, что этот ток утечки будет проходить через человеческое тело, создавая опасность его жизни.

На эту величину (Iут) уменьшится возвращающийся из цепи ток нулевой линии:

Iн = Iф — Iут

При этом магнитный поток, создаваемый током в нулевом проводе, тоже снизится на величину

ΔФ=k*Iут

Поскольку изначально, при равенстве токов суммарный магнитный поток был равен нулю, теперь при снижении тока в нулевой линии на Iут баланс потоков примет следующий вид:

Ф₁=k*Iф

Ф₂=k*Iн

Ф₁— Ф₂= k*Iф — k*Iн =k(Iф- Iн)=k* Iут= δФ

Новая сумма магнитных потоков, возникшая из-за появления тока утечки, наведёт ток во вторичной обмотке:

I₂=m*ΔФ

А он, в свою очередь, через реле выключит подвижные контакты. Электрическая линия отключится.

для проверки исправности УЗО нажимают кнопку «ТЕСТ». Создаётся ток утечки. При исправном приборе цепь будет разомкнута.

Как подключается УЗО

ВНИМАНИЕ! УЗО не защищено от токов большой величины, поэтому оно не отменяет необходимость монтажа автоматического выключателя для защиты электрической линии от КЗ.

Схема подключения УЗО связана с типом сети. Она бывает:

• Без заземления
• С заземлением.

Первый вариант

Такой приём используется при отсутствии контура заземления.

Второй вариант

Используется схема ТN-C-S с разветвлением нулевого кабеля на рабочую и защитную линии.

Или схема ТN-S при раздельных рабочей и защитной нулевых линиях.

ВНИМАНИЕ! Функциональную (синюю) и защитную (зелёную) нулевые линии запрещено на участке цепи после установленного устройства.

Распространённые ошибки при подключении

Защитное устройство реагирует на возникновение токов утечки, появляющиеся в результате замыканий в цепи: повреждения изоляции, попадание кого-либо под напряжение и т. д. Если УЗО сработало без видимых нарушений, вероятно, допущены следующие ошибки:

Объединение рабочего нуля с защитным на участке цепи после установленного устройства.

Ток нулевой части цепи будет разделён на два провода. Из-за этого ток фазного провода Iф будет больше тока нулевого Iн. УЗО уловит разницу и выключит цепь.

В качестве рабочего нуля используется заземлённый провод или элементы заземления здания – трубы, отопительная система, части стальных конструкций.

В нулевом (зелёном) проводе тока нет. УЗО улавливает разницу и размыкает контакты.

Типы и параметры устройства. Критерии выбора

Устройство подбирается по следующим параметрам:

• Номинальный ток – наибольшая величина силы тока, при которой устройство длительно сохраняет работоспособность

• Дифференциальный ток – наименьший ток утечки, когда происходит выключение цепи

• Номинальное напряжение – напряжение, когда устройство длительное время сохраняет работоспособность

• Тип тока – переменный (~) или постоянный (-)

• Условный ток КЗ – сила тока, кратковременно выдерживаемая устройством до срабатывания защиты.

Критерии выбора

Номинальное напряжение. Параметр должен превышать аналогичный для защищаемой линии

Uном. УЗО⩾ Uном. линии

Число фаз сети. Одна фаза – двухполюсное, три фазы – четырёхполюсное.

Номинальный ток. Как и напряжение не должен быть меньше параметра защищаемой цепи.

Для расчёта рекомендуется использовать онлайн-калькулятор или формулу для расчёта:

Iсети=Pсети*Кп,

где Pсети – мощность в ваттах,

Кп – коэффициент. Принимается равным 1,52 при 380вольтах; 4,55 при 220 вольтах.

По результатам вычислений выбираем ближайшее превышающее значение из ряда (в амперах): 4, 5, 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 и т.д.

Сетевая мощность – Pсети – равна суммарной мощности всех потребителей, входящих в состав рассматриваемой сети:

Pсети=(P₁+ P₂…+ Pn)*Кс

Где Pi – мощность i-го потребителя, кВт,

Кс – коэффициент, принимаемый равным 1 для i=1 и 0,65…0,80 для i>1.

Допускается мощность сети брать указанную в нормативной документации.

В составе УЗО нет защиты от КЗ, поэтому необходим отдельный предохранитель или размыкающий автомат. Он подбирается аналогичным путём. При этом советуют брать параметр УЗО на 1 шаг выше предохранительного устройства.

Дифференциальный ток. Основная характеристика прибора, определяющая порог утечки тока для размыкания защитных контактов.

Пункт 7.1.83. ПУЭ гласит, что суммарная потеря тока с учётом всех присоединённых потребителей должна быть на более трети (1/3) номинала для УЗО.

Если такие данные отсутствуют, надо руководствоваться правилом: 0,004 А утечки потребителей на 1 ампер нагрузки и 0,1 микроампер утечки линии на каждый метр фазного провода.

Итоговая формула для расчёта:

ΔIсети=((0.4*Iсети)+(0.01*Lлинии))*3,

где Iсети — ток сети, мА; Lлинии — общая протяжённость защищаемой прибором цепи, м.

Параметр УЗО выбираем из справочного ряда (6, 10, 30, 100, 300, 500мА) по ближайшему превышающему значению.

ΔIУЗО⩾ ΔIсети

Для противопожарной защиты используют 100…500 мА, для защиты людей – 6…30 мА. При наличии повышенной опасности берут 6 или 10 мА. Значение 30 мА можно использовать, как общецелевое.

Для защиты от поражения электричеством при расчётной утечке больше 30 мА на каждую группу линий – комнаты, кухня, санузел – монтируют отдельное УЗО. При этом расчётный ток утечки снижается, и берутся устройства с меньшими значениями дифференциального тока. Расчёт производится отдельно для каждой из групп.

Разновидности УЗО

Существуют электромеханические и электронные защитные приборы.

Принцип работы и внутреннее строение первого вида было рассмотрено ранее. Его рабочий элемент – дифференциальный трансформатор – состоящий из магнитопровода с вторичной обмоткой срабатывает при различиях входящего и исходящего токов.

Во втором эта обязанность возложена на электронные компоненты. Для работы к ним должно быть подведено питающее напряжение. Это основной недостаток электронных УЗО. При обрыве питающего провода они перестают работать и защищать цепь.

Электромеханические же не требуют отдельного питания и сохраняют работоспособность постоянно. Поэтому этому типу защиты следует отдавать предпочтение.