Одним из основных защитных электрических приборов являются устройства защитного отключения. Дело в том, что обычный автоматический выключатель не может обеспечить полноценную защиту при возникновении опасных ситуаций. Он срабатывает только при коротких замыканиях и перегрузках, но не реагирует на незначительные нагрузки. Качественную защиту обеспечивает УЗО, позволяющее предотвратить последствия повреждений в электрической проводке или бытовых приборах. Применение этих устройств делает бытовую технику и оборудование безопасными для потребителей.
Назначение УЗО
Электрический ток давно вошел в повседневную жизнь людей. Практически сразу же на передний план выдвинулись вопросы защиты от его поражающих факторов. В первую очередь, были заизолированы токопроводящие части электропроводки и детали токоприемников. Однако изоляция не решила всех проблем, поскольку каждая электрическая схема характеризуется наличием контактных групп и прочих технологических разрывов. Да и сам изоляционный слой постепенно разрушается, открывая свободный доступ к токопроводящим элементам оборудования. Прежде чем рассматривать для чего предназначено УЗО, следует остановиться на мероприятиях, актуальных и в настоящее время.
Следующим, более эффективным средством защиты стало устройство заземляющего контура, когда нейтральные токопроводящие корпуса и части искусственно соединяются с землей с помощью проводника. Тем не менее, данная мера не обеспечила в полной мере действенную и надежную защиту, особенно в сетях электроснабжения жилых домов, где присутствует переменный ток, заземленная нейтраль и напряжение до 1 кВ.
В связи с этим, защитные мероприятия были дополнены установкой специальных устройств дифференциального тока. Эта группа включает в себя приборы с различными способами управления и возможностями регулировок, видами установок и количеством полюсов. Сюда же входит и УЗО устройство защитного отключения, обеспечивающее в первую очередь защиту от замыкания фазного провода на корпус электрооборудования.
УЗО защищает от утечки тока в результате неправильного монтажа проводов, использования скруток вместо распределительной коробки. В этом случае защитное устройство будет постоянно срабатывать до тех пор, пока не будут ликвидированы причины утечек дифференциального тока. УЗО реагирует и на ошибки монтажа в электрощитке, вызывающие неправильное распределение токов и, как следствие, внеплановое срабатывание защитного устройства.
Устройство и принцип работы
Основные функции устройства защитного отключения сосредоточены в ферромагнитном сердечнике. В устройство УЗО также входят обмотки, в количестве трех штук.
Первая обмотка пропускает через себя фазный провод, по которому ток подводится потребителям. Вторая обмотка предназначена для прохождения обратного тока по нулевому проводу. При отсутствии утечек, величина тока в первой и второй обмотке будет одинаковой, а его направление различным. В сердечнике наводятся магнитные потоки, компенсирующие друг друга, поэтому, величина их суммарного потока имеет нулевое значение.
Основной принцип работы УЗО заключается в следующих действиях. При возникновении утечки, значение отходящего и обратного тока будет отличаться, так же, как и величина суммарного магнитного потока. Здесь в работу включается третья обмотка, в которой происходит наведение электродвижущей силы. В результате воздействия ЭДС, происходит срабатывание реле и последующий разрыв цепи.
Кроме обмоток, в УЗО имеются фильтры, отсекающие все помехи и ложные срабатывания, а также элементы с дополнительными и вспомогательными функциями. Исполнительная часть представлена контактной группой клеммами, трансформатором, реле и специальными размыкающими пружинами. Именно контактная группа определяет номинальную силу тока, по которой выбирается то или иное УЗО. Пружины служат для размыкания контактов и прекращения подачи тока.
Принцип работы УЗО в однофазной сети
Основным принципом работы защитного устройства в однофазной сети является сравнение токов в фазном и нулевом проводах. При исправном состоянии цепи фазный ток проходит через нагрузку и возвращается к источнику питания по нулевому проводнику с такой же силой тока. Однако, в случае нарушения изоляции провода, происходит токовая утечка на металлический корпус. В данной ситуации ток фазы разделяется на две части: одна из них уходит в землю сквозь человеческое тело, а другая возвращается в исходную точку по нулевому проводнику.
Сила тока в 0,01А уже представляет опасность для человека, а 0,1А становится смертельной. Таким образом, ток отсечки УЗО будет составлять 0,03А, при котором напряжение сети отключается. То есть, ток не успевает достичь смертельно значения. Обычно корпус оборудования подключается к корпусу заземления, и при возникновение утечки тока происходит автоматическое отключение защитной аппаратуры. При выборе того или иного варианта для конкретной цепи, учитывается принцип работы УЗО и схема подключения к установленным потребителям
В однофазной сети УЗО работает с трехжильной проводкой, подключенной по системе TN-C-S, позволяющей выполнить заземление и защиту электрооборудования в соответствии с установленными правилами (рис. 1). Сетевые провода подключаются к верхним клеммам, обозначенным L и N, что соответствует фазе и нулю. От нижних клемм провода уходят к электрооборудованию.
Заземляющий проводник окрашивается в желто-зеленый цвет и напрямую соединяется с металлическими частями оборудования, минуя защитное устройство. Далее он уходит через электросчетчик к заземляющей шине распределительного щитка. В данном варианте работа УЗО обеспечивает защиту людей, но ему самому будет постоянно угрожать опасность в виде коротких замыканий и перегрузок.
В связи с этим, на рисунке 2 представлена схема, где защитное устройство подключено вместе с автоматическим выключателем. При этом номинал автомата не может быть выше допустимого тока УЗО. Заземление также подключается отдельно от защитных устройств. Однако во многих старых домах заземляющая система отсутствует. Выходом из положения становится подключение проводника заземления от оборудования к нулевой клемме, расположенной вверху (рис. 3). Основным условием является свободный выход нуля к нулевой шине, установленной в распределительном щитке.
Такая схема обеспечивает защиту от утечек тока при условии, если схема остается целой и не нарушается. Например, если на вводе изменить места подключений фазного и нулевого провода, все заземленные корпуса оборудования попадут под напряжение, смертельно опасное для человека. Проверка работоспособности УЗО проводится ежемесячно, путем нажатия кнопки ТЕСТ, после чего исправный прибор должен отключиться.
Принцип работы трехфазного УЗО
В электрической сети трехфазные защитные устройства могут использоваться в двух вариантах. В первом случае при срабатывании обесточивается сразу вся квартира или частный дом. То есть любое повреждение приведет к срабатыванию прибора и отключению всей бытовой техники. В данном варианте УЗО располагается как можно ближе к распределительному щитку и электросчетчику.
Такая схема не всегда удобна для потребителей, поэтому часто используется другой вид подключения. В этом варианте на каждую линию устанавливается отдельное УЗО. В случае его отключения, другие линии будут функционировать в обычном режиме.
Подключение и принцип действия трехфазного УЗО осуществляется так же, как и однофазная аппаратура. Просто вместо одного фазного провода, здесь используется три, подключаемые в соответствующие клеммы. Существенным отличием трехфазных моделей является обязательное наличие заземления, для которого потребуется дополнительный провод. Они могут одновременно защитить потребителей, подключенных с помощью однофазного и трехфазного кабеля. Если заземление заранее спланировано для соединения с действующим заземляющим контуром дома, в этом случае электросчетчик рекомендуется устанавливать между автоматом и УЗО.
Установка заземляющей шины всегда выполняется отдельно от защитного устройства, независимо от числа подключаемых фаз. Перед монтажом трехфазного УЗО в цепь, нужно обязательно ознакомиться с инструкцией и схемой подключения. Перед началом работ электрическая сеть должна быть обесточена.
Трехфазный кабель заранее разделяется на отдельные жилы. После зачистки контактных концов, они вставляются в нужные клеммы фазные и нулевую. После завершения монтажа проводится проверка работоспособности устройства с помощью кнопки ТЕСТ. Если цепь отключается, значит монтаж выполнен правильно.
Виды УЗО
Несмотря на общий принцип работы УЗО, их конструкции могут быть одно- или трехфазными. Кроме того, модели защитных устройств разделяются на электронные и электромеханические. От этих параметров зависит и правильный выбор прибора. Однако, основную роль играет качество того или иного изделия. Поэтому, нельзя определить явное превосходство какой-либо модели.
Выбирая защитное устройство, следует учитывать технические характеристики, от которых зависит, как работает УЗО в дальнейшем. Основным показателем является значение номинального тока. Его расчет производится путем деления максимальной нагрузки на величину фазного напряжения. Большое значение имеет ток срабатывания устройства. В квартире или доме подойдет УЗО на 10мА. В других ситуациях, может использоваться диапазон от 100 до 300мА.
Все защитные устройства классифицируются по большому количеству параметров. Например, приборы, разделяющиеся по токам утечки, представлены следующими типами:
- АС срабатывает, когда обнаружена утечка переменного тока.
- А подходит для использования во всех случаях.
- В применяются в основном на объектах промышленного производства.
Принцип срабатывания также может отличаться:
- Электромеханические устройства, работающие вне зависимости от сетевого напряжения.
- Электронная аппаратура, на работу которой оказывает влияние напряжение сети.
Конструктивно УЗО могут быть двухполюсными, предназначенными для однофазных сетей или четырехполюсными, использующиеся в трехфазных электрических сетях. Классификация позволяет правильно выбрать защитное устройство, более всего подходящее для конкретных условий эксплуатации. Более качественная защита гарантирует безопасную работу с электроприборами и оборудованием.
Ток срабатывания УЗО
Важной функцией УЗО является мгновенное срабатывание при возникновении токов утечки и отключение потребителей от сети. Поэтому к одной из его основных технических характеристик относится ток срабатывания. Именно этот показатель определяет работоспособность защитного устройства. Поддержание УЗО в исправном состоянии предполагает ежемесячную проверку на соответствие параметров срабатывания установленным нормам.
Способов проверки срабатывания УЗО:
- Проверка при покупке с помощью пальчиковой батарейки и куска провода. Рычаг УЗО взводится, а батарейка подключается между вводом заземления и выводом фазы. В случае исправности устройство должно мгновенно сработать.
- Использование кнопки ТЕСТ, имитирующую утечку тока при нажатии. Исправное устройство должно сразу же отключиться.
Существуют и другие способы проверки с помощью лампочек, резисторов, измерительных приборов. Полученные результаты дают возможность правильно отрегулировать устройство, повышая тем самым безопасность при работе с электрооборудованием и другими приборами.