Как это работает
Принцип работы УЗО в однофазной сети прост. Прибор фиксирует идущие на «землю» электрические токи утечек и выключает цепь. Детекция выполняется по разнице видов токов:
- покидающей УЗО энергии;
- возвращающегося в систему электричества.
В исправной электросети эти токи одинаковы по силе, но направленность должна быть противоположна. Если по некоторой причине возникает утечка (пробитая изоляция, касание провода и прочие ситуации), часть электроэнергии пойдет по новому «каналу» на «землю». Идущий на устройство защитного отключения электрический ток станет меньше исходящего. Аналогичное случится после попадания под электрическое напряжение некоторой детали — например, корпуса или иных проводящих частей.
Разность показаний по току фиксируется трансформаторным узлом с кольцевым сердечником. Первичная обмотка (нейтраль и фаза) размещены внутри. Вторичная обмотка соединяется непосредственно с размыкающим электроцепь исполнительным узлом. Контур сработает и без присутствия человека как источника сбоя, обнаружит утечку и снимет питание с поврежденной линии.
Выше описан принцип функционирования двухфазного УЗО-Д. Существуют также трехфазные защитные устройства: они обнаруживают утечки и дисбаланс распределения нагрузок. Это более продвинутые приборы, обеспечивающие дополнительный уровень защиты.
Характеристики УЗО
- Производитель.
- Наименование модели. В данном случае буквы «ВД», в названии модели, означают «Выключатель Дифференциальный».
- Рабочий ток. Максимальная величина тока, который данное УЗО может коммутировать. Другими словами, если на линии, которое защищает УЗО с рабочим током 25А будет нагрузка 30А, устройство выйдет из строя.
- Параметры электрической сети. Здесь указываются два основных параметра под которые рассчитанное данное устройство: напряжение – 230В и частота – 50Гц. Это стандартные характеристики для бытовой электросети в России.
- Ток утечки. Величина тока утечки, при котором сработает УЗО.
- Тип УЗО. В данном случае это устройство «АС», для переменного тока. Подробнее все типы мы рассмотрим далее.
- Рабочий температурный диапазон. От -25 до +40 градусов Цельсия.
- Номинальный условный ток короткого замыкания. Это величина возможного тока при КЗ, которое сможет выдержать УЗО без потери работоспособности, если будет защищена автоматическим выключателем соответствующего номинала.
- Схема устройства УЗО. В зависимости от производителя, маркировки на устройствах могут незначительно отличаться, добавляться или убираться некоторые характеристики. Но основа везде одинакова и такие важные показатели как рабочий ток и ток утечки, указываются всеми и всегда.
Возможно ли установка УЗО без заземления?
Да, установка без заземления снижает потенциал защиты проводки и людей. Но, даже в случае установки УЗО без земли, это всё равно является большим плюсом. Потому что, землей в случае утечки может быть просто лужа с водой, по которой ток будет растекается. Не говоря уже про сантехнические трубы и корпуса элекроприборов.
Но при прокладке отдельной линии, с дальнейшей защитой его УЗО, — лучше всего прокладывать отдельный трёхжильный кабель, даже если в вашем доме нет заземления. Потому что даже такой вариант повысит вероятность отключения устройства так же, как если бы у вас было заземление.
Установка УЗО с занулением
Выбор устройства по параметрам сети
Пожалуй это самый важный раздел в статье. Именно он поможет грамотно выбрать защитное оборудование.
Основными рабочими параметрами УЗО является номинальный отключающий дифференциальный ток и номинальный ток нагрузки. Первое значение должно быть не выше, чем не треть, относительно суммы токов утечки всех устройств, подключенных и подключаемых в процессе эксплуатации сети приборов. Такая особенность обусловлена тем, что автомат срабатывает в довольно широком диапазоне: 50-100% от номинального тока. Это необходимо по той причине, что подключение в сеть какую-либо сеть может «перекрыть» 17% (треть от 50%) дифференциального тока и УЗО прекратит питание.
Если возможности определить сумму токов утечки не представляется возможным, применяется приблизительный расчет, в котором ток утечки нагрузки принимается равным 0,4 мА на 1А потребляемой мощности, а ток утечки сети – 10 мкА на 1 м фазной жилы.
Расчет
Пример расчета для электроплиты с величиной потребляемой мощности в 5 кВт и расстоянием прокладки проводов до распределительного щитка равным 11 метрам. Исходя из условных данных, представленных выше, расчетный ток утечки составляет 11 мА. Примерное потребление электрической плиты на полной мощности равняется 22,7 А, а расчетный ток утечки – 9,1 мА. Сумма, соответственно, равна 9,21 мА. Для защиты от токов утечки в данном случае предлагается использовать устройство с ближайшим значением номинала по диф. току, то есть УЗО на 30 мА.
После этого нужно определить величину номинального тока УЗО. Для этого нужно взять максимальный ток потребления и подобрать соответствующий защитный прибор. В примере этот максимум равен 22,7 А, значит необходимо брать УЗО на 25А или 32А. Таким образом, подходящее для защиты приведенной электроплиты устройство отключения должно иметь номиналы в 25А 30мА или 32А 30мА. Дифференциальный автомат для защиты УЗО должен иметь соответствующие параметры – 25А для первого и 25-32А для второго случая.
Защита в квартирах и домах
Следует сказать, что УЗО и автомат должны быть подобраны правильно, чтобы их рабочие параметры позволяли отключать подачу тока в нужный момент. В ситуациях, когда связку автомат-УЗО устанавливают для защиты проводки от возгорания, берутся устройства с очень высоким номиналом по току утечки – от 500 мА или 300 мА. Такой задел предотвращает постоянные ложные отключения, но имеет определенную особенность.
На сегодняшний день приняты определенные стандарты по тому, как правильно подобрать устройство защитного отключения для квартиры или частного дома. Для начала, нужно сказать, что в наши дни для обоих случаев рекомендуют устанавливать только устройства защитного отключения типа AC, поддерживающие работу электроприборов с пульсирующим постоянным током.
Итак, в большинстве современных квартир проложена однофазная электрическая сеть с переменным напряжением 220В. Поэтому для них правильно устанавливать УЗО и автомат с номинальным током 32 А. Такой показатель является оптимальным – прибор не срабатывает слишком часто по причине перегрузки, обеспечивает надежную защиту людей от поражения электрическим током и не позволяет проводам загореться. Автомат должен быть общим, если суммарная нагрузка не превышает этот показатель (с учетом всех возможных подключений). Но для стиральных, посудомоечных машин и похожего оборудования ставятся отдельные устройства.
Количество УЗО в квартире
В среднестатистической однокомнатной квартире с современным техническим оснащением (телевизор, микроволновка, компьютер, стиральная машина, утюг) оптимальным будет следующее количество УЗО:
- Один прибор с током утечки 30 мА – на кухню.
- Один прибор с током утечки 10 мА – на ветку, питающую ванную комнату.
- Один прибор с током утечки 30 мА – на остальные помещения.
В частные дома, как правило, сейчас подается трехфазная магистраль с переменным током, поэтому здесь в распределительном щитке следует устанавливать четырехполюсное УЗО и такой же дифференциальный автомат. Ввиду наличия большого количества электроприборов высокой мощности, в распределительных щитах частных домов устанавливают не один автомат, а несколько – на линию освещения, розеток и мощных потребителей. Нередко получается каскадная схема питания.
В этих условиях рекомендуется устанавливать устройство отключения с током утечки не ниже 100 мА в совместимости с дифавтоматом типа S (селективная выдержка отключения). УЗО типа AC с номиналом в 30 мА в данной схеме подходят для питания отдельных помещений и групп комнат.
От чего защищает УЗО
В первую очередь УЗО — это отличная профилактика пожаров из-за плохой проводки. Как известно возгорания в электропроводке происходят из-за коротких замыканий, перегрева кабеля и перегрева контактов. В отличие от обычных автоматов — УЗО берет на себя функцию отключения в случаях оплавления изоляции кабеля. Конечно не всегда, но при определённых условиях, особенно при наличии правильного заземления, УЗО обязано сработать.
Утечка по расплавленной изоляции
Второй, самой частой причиной срабатывания устройств защитных отключений и дифференциальных автоматов, является вода. Так как водичка это отличный проводник электрического тока, то при попадании воды на токоведущие части, ток растекается по ней, также вызываю утечку и срабатывание УЗО.
Ну и самый важный момент, это защита человека от ударов электрическим током. На самом деле очень хочется развенчать тот миф, что УЗО на 100% защищает от ударов тока. В большинстве случаев током бьёт и еще как, и никакое УЗО не срабатывает. Случаи, когда УЗО отключается с помощью ударенного током человека, на практике очень редки. Почему так происходит, напишем в конце статьи.
Типы УЗО и дифавтоматов по роду тока утечки
В схемах используются разные виды токов, потому и УЗО бывают различных классов:
- тип АС. Пока еще наиболее распространены в жилых зданиях и стоят дешевле аналогов. Они рассчитаны на утечки переменного синусоидального тока. На таком токе работает большинство бытовых электроприемников. На корпусе УЗО класса АС наносят обозначение «~»;
- тип А. Распознает утечки не только переменного синусоидального, но и пульсирующего постоянного тока. Аналоги класса АС на такие утечки не реагируют. В последнее время пульсирующий постоянный ток применяется во все большем количестве бытовых приборов: стиральные машины, индукционные плиты и варочные поверхности, компьютеры, телевизоры, DVD-проигрыватели, новые модели электроинструмента, светильники с регулировкой яркости. В них применяются импульсные блоки питания (компьютеры и пр.) либо осуществляется регулировка мощности, путем отсечения части синусоиды тиристорным или симисторным преобразователем (светильники, электроинструмент). Из-за увеличения числа таких потребителей рекомендуется в бытовых электросетях вместо класса АС применять аппараты класса А. К тому же они более надежны, а стоят всего на 20-30% дороже;
- тип В. Способно реагировать на утечки тока всех форм: синусоидального, выпрямленного пульсирующего и постоянного. Такие аппараты применяются на промышленных предприятиях, приобретать их для установки в квартире или частном доме нецелесообразно.
В руководстве по эксплуатации к стиральным машинам и индукционным плитам производители прямо указывают, что устройство требуется подключать через УЗО типа А.
Как устроено УЗО
Выделяют два вида приборов:
- электромеханические;
- электронные модели УЗО.
Электромеханические
Эти устройства состоят из нескольких частей:
- трансформатор электрического тока нулевой последовательности. Он следит за утечками и передает энергию на вторичную обмотку трансформатора;
- магнитоэлектрический элемент, исполняющий функции порогового;
- реле, запускающееся при срабатывании магнитоэлектрической «защелки».
Все механические части должны быть весьма высокоточными, благодаря чему велика и стоимость. Но она компенсируется надежностью и возможностью работать без дополнительного питания, обнаруживая утечки при любом значении напряжения. Фактор независимости крайне важен: механическое УЗО выявит утечку и включит реле в 100 процентах случаев. У электронного этого процента меньше, поскольку при уровне общего напряжения ниже некоторого порога схема окажется неработоспособной. Поэтому именно электромеханические модели всемирно признаны эталоном и обязательны к использованию, особенно на критических объектах.
Электронные УЗО
Их стоимость иногда на порядок ниже классических. Но есть и указанный выше недостаток — не стопроцентная гарантия срабатывания. Устройство подобных систем защиты похоже на таковое у электромеханических. Но вместо чувствительного элемента установлен логический блок сравнения — стабилитрон, компаратор. Работоспособность прибора обеспечивает фильтр и выпрямитель.
Также требуется усилитель сигнала, поскольку входящий в состав трансформатор относится к понижающим. К сожалению, усилитель модулирует не только «полезную» нагрузку, но и помехи, что также снижает надежность. Но для защиты обычного жилого помещения электронного УЗО в немалом числе случаев бывает достаточно. Выбирать следует на основании деталей воплощаемого электромонтажного проекта.
По принципу срабатывания
Сравнение токов осуществляется одинаково. В фазу и нейтраль включается по катушке и при равенстве токов создаваемые катушками магнитные поля взаимно уничтожаются. Если токи отличаются, возникнет остаточное магнитное поле и оно наведет ЭДС в третьей катушке.
Электромеханические
Наводимая в третьей катушке ЭДС заставляет сработать электромагнитное реле размыкающее контакты. Это самый надежный вариант и потому наиболее предпочтительный.
Его недостатки:
- высокая стоимость;
- большие габариты.
Они побудили китайских и прочих азиатских производителей разработать альтернативу — электронное УЗО.
Электронные
В электронных УЗО, ЭДС в 3-й катушке перед поступлением на реле усиливается электронной схемой. Такой подход позволил уменьшить размеры элементов и удешевить прибор. Но появился и существенный недостаток: схема усиления нуждается в питании и если оно из-за обрыва нуля исчезает, прибор становится неработоспособным.
При этом все токоведущие части остаются под напряжением, так что вероятность поражения электротоком существует.
Последние модели электронных УЗО дополнены аварийным электромагнитным реле, обесточивающим цепь при отсутствии питания на схеме усилителя
Но специалисты советуют применять такие УЗО с осторожностью
Известны случаи, когда электронные УЗО в составе дифавтоматов отказывали в работе после срабатывания автоматического выключателя на короткое замыкание.
В некоторых моделях электронных УЗО с функцией отключения, при отсутствии питания на усилителе предусмотрены:
- выдержка по времени: аппарат не отключается при кратковременных сбоях в электроснабжении;
- автоматический повторный запуск: после восстановления целостности нулевого провода аппарат включается автоматически.
Существует три способа:
- по изображенной на корпусе схеме. На электромеханическом нарисован дифференциальный трансформатор, питающее напряжение отсутствует. На электронном символом отображена плата усилителя с подведенным к ней питанием. Данный способ подойдет радиолюбителю разбирающемуся в электрических схемах;
- подключение одной из катушек дифтрансформатора к батарейке осуществляют двумя проводками, УЗО предварительно включают. Электромеханический аппарат в ходе проведения опыта сработает, электронный — нет;
- воздействие постоянным магнитом на прибор. Перед этим его также включают. Электромеханический вариант отключится, электронный — нет. Достоверность данного способа — не 100%-я: если магнит слабый или неверно расположен, то и электромеханическое устройство тоже не сработает.
Внешне электромеханические и электронные устрйства не отличаются, и потому потенциальному покупателю следует уметь распознавать их.
Выбор УЗО по уставке тока утечки и номинальному току
Уставка тока утечки — главная характеристика устройства. Это минимальная величина утечки тока, вызывающая срабатывание аппарата. По этому параметру УЗО делятся на два вида.
К первому виду относятся устройства, защищающие от поражения электротоком:
- 6 мА. Американский и европейский стандарт. У нас не применяются, поскольку требовательны к качеству проводки;
- 10 мА. Через них подключаются розетки и электроприемники в помещениях с повышенной влажностью (ванные, бассейны, бани, сауны);
- 30 мА. Для розеток и приборов в сухих помещениях.
Ко 2-му типу относятся противопожарные УЗО, имеют меньшую чувствительность:
- 100 мА;
- 300 мА;
- 500 мА;
- 1000 мА.
В электрической цепи всегда присутствуют нормальные утечки (дефекты в изоляции, места соединений и пр.) и они тем выше, чем больше длина цепи. Потому нет смысла ставить УЗО чувствительностью 10 или 30 мА, к примеру, на вводе в здание — оно постоянно будет срабатывать.
Сеть объекта разбивают на группы и в каждую устанавливают УЗО с требуемой чувствительностью. На вводе в здание устанавливают устройство с меньшей чувствительностью и задержкой срабатывания (об этом ниже) — для подстраховки.
Другая важная характеристика, как у всех электроприборов вообще, — номинальный ток. Зависит от нагрузки, включаемой в цепь.
Дело в том, что при относительно небольших перегрузках, обычные бытовые автоматические выключатели класса В отключаются далеко не сразу. Время их срабатывания может достигать 60 мин, когда нагреется биметаллическая пластина теплового расцепителя.
Если УЗО рассчитано на тот же номинальный ток, оно в течение этого времени будет работать с перегрузкой, что приведет к выходу из строя.
Рекомендуется выбирать УЗО с номинальным током на ступень выше, чем у защищающего данную группу автоматического выключателя.
Что и от чего защищает УЗО
Начнем с того, что УЗО стало применяться совсем недавно. Буквально лет двадцать тому назад его нигде не использовали, поэтому и сегодня в домах старой постройки он не стоит. И самое главное, что никто из хозяев квартир и домов не собирается его устанавливать. А зря. Поэтому стоит разобраться с вопросом, что такое УЗО в электрики и какая его роль в безопасности эксплуатации бытовых приборов.
Устройство защитного отключения
Многие могут сказать, а зачем тогда устанавливается автоматический выключатель, не повторяет ли УЗО его функции? Не повторяет – это однозначно. Во-первых, автоматический выключатель, установленный в щите, является защитным устройством, которое размыкает подающую сеть напряжения, когда в ней появляется перегрузка или короткое замыкание. То есть, автомат защищает саму сеть. Во-вторых, УЗО – это прибор, который защищает людей от воздействия тока. Каким образом, то есть, для чего нужно УЗО?
Все дело в том, что любые бытовые приборы, которыми мы пользуемся ежедневно, а также электрическая проводка, имеют определенный срок эксплуатации. После последнего есть большая вероятность выхода из строя изоляции электронесущих участков. То есть, ток начинает двигаться не по заданному контуру, а на землю, если создать условия соединения проводки с землей. Проводником в этом случае чаще всего становится сам человек.
К примеру, стандартная ситуация, когда в любом бытовом приборе (пылесос, стиральная машинка, электрочайник и так далее) пробило проводку, и ток стал действовать на корпус прибора (по сути, это оголенный провод под напряжением). Если человек одной рукой возьмет этот прибор, а при этом будет стоять на влажном полу босиком, то его ударит током. И таких примеров, где проводником может стать не только пол, но и другие части здания или коммуникационные системы достаточно много. Получается так, что в быту получить удар током можно неожиданно, не зная откуда он прошел. И для этого необязательно ковыряться в розетке. Именно поэтому, чтобы не получилось таких неприятностей, и устанавливается устройство защитного отключения.
Что такое УЗО
Конечно, заземляющий контур, если он предусмотрен в квартире или дома, а также установленные розетки с заземлением могут спасти от удара током. Но к сожалению, не везде они установлены, а заземление не во всех домах предусмотрено. Так что без УЗО не обойтись.
То есть, получается так, что устройство защитного отключения срабатывает, если появляется именно ток утечки. В том случае, если человек двумя руками возьмется за два оголенных провода, торчащих из розетки, то оно не сработает уж точно. Потому что в этом случае человек выступает в роли нагрузки, а на это должна реагировать автоматические выключатели. Теперь, наверное, становится понятным основное применение УЗО.
УЗО — электрозащита и основа безопасности
Электричество представляет угрозу для человека в случае своего прямого воздействия на него. Поэтому существуют всевозможные приспособления, устройства и иные способы защиты, которые оберегают от контакта тела с током.
Но полностью же изолировать электрическую цепь невозможно, потому что встречаются разного рода соединения. Да и устаревание самих токопроводящих элементов неизбежно, что приводит к механическим повреждениям. Помимо этого пренебрежение техникой безопасности становится причиной поражения человека током.
Важной составляющей электрической цепи является заземление, представляющее собой искусственное соединение с землей. Контур заземления предотвращает удар током от электрооборудования, в случае пробоя напряжения на корпус
