УЗО — Устройства Защитного Отключения. Принцип защиты и функции узо Узо схема подключения как работает

Дорогие гости, рад Вас приветствовать на страницах сайта «Заметки электрика».

Сегодня разберем с Вами интересную статью на тему принцип работы УЗО.

Что же такое УЗО? Для чего оно необходимо?

Устройство защитного отключения (УЗО) предназначено для:

защиты людей от при появлении неисправности в электроустановке
отключения напряжения при случайном или ошибочном соприкосновении с токоведущими частями электроустановки во время утечки тока
защиты от воспламенения электропроводки при замыкании на землю (корпус)

На рынке электрических товаров появились альтернативы УЗО — это дифференциальные автоматы. Их особенность заключается в том, что они объединяют в себе и УЗО, и автоматический выключатель.

Дифференциальные автоматы занимают меньше места в , но зато по стоимости превышают в несколько раз. Но обо всех особенностях дифференциальных автоматов мы поговорим в следующих статьях. Чтобы не пропустить интересное — подписывайтесь на получение новостей.

В основе принципа работы УЗО лежит реакция датчика тока на изменяющуюся входную величину дифференциального тока в проводниках.

Датчик тока - это и есть обычный , который по конструкции выполнен в виде тороидального сердечника. Уставка по току срабатывания выставляется на магнитоэлектрическом реле, которое обладает очень высокой чувствительностью.

УЗО, выполненные с релейным контролирующим органом являются очень надежными и безотказными.

Но развитие электротехники не стоит на месте, поэтому не так давно появились электронные УЗО, в которых контролирующим органом является не реле, а специальная электронная схема.

Реле действует на исполнительный механизм, который в свою очередь размыкает электрическую цепь.

Исполнительный механизм состоит из:

контактной группы (выбирается на максимальный ток - смотрим по паспорту УЗО)
пружины (для размыкания электрической цепи в случае ненормального режима работы)

Чтобы самостоятельно проверить исправность УЗО необходимо нажать кнопку «Тест». При этом создается искусственная утечка по току, которой достаточно для срабатывания УЗО. Таким образом, можно самостоятельно производить проверки УЗО без привлечения специалистов . Проверку УЗО кнопкой «Тест» необходимо проводить ежемесячно. Для более тщательной проверки УЗО мы производим .

А теперь мы рассмотрим принцип работы УЗО более подробно.

Работа УЗО при нормальном состоянии сети

В нормальном состоянии электропроводки (без утечек) рабочий ток (I1=I2) протекает встречно-параллельно и наводит во вторичной обмотке трансформатора тока магнитные потоки (Ф1=Ф2) одинаковой величины, которые компенсируют друг друга. В этот момент реле не срабатывает, т. к. ток вторичной обмотки трансформатора тока близок к нулю.

Работа УЗО при утечке

При случайном или ошибочном соприкосновении с токоведущими частями электроустановки появляется ток утечки. В этот момент нарушается величина токов проходящих через трансформатор тока (I1 не равно I2), поэтому во вторичной цепи трансформатора тока появится ток (не баланс), которого будет достаточно для срабатывания реле. Реле приводит в работу пружинный механизм и происходит отключение УЗО.

Как выглядит УЗО изнутри смотрите на рисунке ниже.

Устройство защитного отключения (УЗО) — это электрический низковольтный аппарат, который служит для автоматического отключения защищаемого участка электрической цепи в случае возникновения дифференциального тока величины, превышающей допустимое значение для данного аппарата. Также можно встретить такую аббревиатуру, как ВДТ — это выключатель дифференциального тока, то есть фактически то же самое. В этой статье мы рассмотрим с читателями , какое устройство, назначение и принцип работы УЗО, применяемого в электрике.

Назначение

Сперва рассмотрим, какое назначение устройства защитного отключения (на фото ниже вы можете ознакомиться с его внешним видом). возникает в случае нарушения целостности изоляции кабеля одной из линии электропроводки либо в случае повреждения конструктивных элементов в бытовом электроприборе. Утечка может привести к или эксплуатируемого бытового электроприбора, а также к поражению электричеством в процессе эксплуатации поврежденного электроприбора или неисправной электропроводки.

УЗО в случае возникновения нежелательной утечки за доли секунды производит отключение поврежденного участка электропроводки или поврежденного электроприбора, чем защищает людей от поражения электричеством и предотвращает возникновение пожара.

Очень часто задают вопрос о том, . Отличие первого в том, что данный защитный аппарат, помимо защиты от утечки электричества (функции УЗО), дополнительно имеет защиту от и короткого замыкания, то есть выполняет функции автоматического выключателя. Устройство защитного отключения не имеет защиты от сверхтоков, поэтому помимо него для реализации защиты в электрических сетях устанавливают автоматические выключатели.

Устройство и принцип действия

Рассмотрим конструкцию устройства защитного отключения, и как оно работает. Основные конструктивные элементы УЗО — дифференциальный трансформатор, осуществляющий измерение тока утечки, пусковой орган, осуществляющий воздействие на механизм отключения и непосредственно сам механизм расцепления силовых контактов.

Принцип работы УЗО в однофазной сети следующий. Дифференциальный трансформатор однофазного устройства защиты имеет три обмотки, одна из которых подключается к нулевому проводнику, вторая к фазному, а третья служит для фиксации разностного тока. Первая и вторая обмотки подключаются таким образом, что токи в них являются противоположными по направлению. Они в нормальном режиме работы электрической сети равны и наводят в магнитопроводе трансформатора магнитные потоки, которые направлены друг к другу встречно. Суммарный магнитный поток в данном случае равен нулю и соответственно в третьей обмотке отсутствует ток.

В случае возникновения повреждения электроприбора и появления на его корпусе фазного напряжения, при прикосновении к металлическому корпусу оборудования, человек попадет под действие утечки электричества, которое будет протекать через его тело на землю либо на другие токопроводящие элементы, имеющие другой потенциал. В данном случае токи в двух обмотках дифференциального трансформатора УЗО будут отличаться, и соответственно в магнитопроводе будут наводиться разные по величине магнитные потоки. В свою очередь результирующий магнитный поток будет отличен от нуля и наведет в третьей некоторое значение тока — так называемого дифференциального. Если он достигнет порога срабатывания, то устройство сработает. Основные мы описали в отдельной статье.

Подробнее о том, как работает УЗО и из чего оно состоит, рассказывается на видео уроках:

Хотите узнать, как работает устройство защитного отключения в трехфазной сети? Принцип действия схожий с однофазным аппаратом. Тот же дифференциальный трансформатор, но он уже осуществляет сравнение не одной, а трех фаз и нулевого провода. То есть в трехфазном защитном аппарате (3P+N) пять обмоток — три обмотки фазных проводников, обмотка нулевого проводника и вторичная обмотка, посредством которой фиксируется наличие утечки.

Помимо вышеприведенных конструктивных элементов обязательным элементом устройства защитного отключения является проверочный механизм, который представляет собой резистор, подключенный через кнопку “TEST” к одной из обмоток дифференциального трансформатора. При нажатии на данную кнопку резистор подключается к обмотке, чем создается разностный ток и соответственно на выходе вторичной третьей обмотки он появляется и происходит, по сути, имитация наличия утечки. Срабатывание устройства защитного отключения свидетельствует о его исправном состоянии.

Ниже приведем условное обозначение УЗО на схеме:

Область применения

Устройство защитного отключения применяется для защиты от утечек тока в однофазных и трехфазных электропроводках различного назначения. В домашней УЗО должно в обязательном порядке быть установлено для защиты наиболее опасных с точки зрения электробезопасности бытовых электроприборов. Тех электроприборов, при эксплуатации которых происходит соприкосновение с металлическими частями корпуса непосредственно либо через воду или другие предметы. В первую очередь это электрическая печь, стиральная машина, водонагреватель, посудомоечная машина и др.

Устройство защитного отключения далее УЗО, предназначено для защиты человека от поражения электрическим током, а также от возникновения пожара, который может возникнуть при утечки электрического тока, вследствие плохой изоляции или плохого соединения электроустановок (ЭУ).

УЗО должно сработать, то есть, разомкнуть контакты, тем самым полностью прекратить подачу напряжения на защищаемую линию, при условии:

1 Прикосновения человека к нетоковедущим частям ЭУ оказавшимся под напряжение вследствие пробоя изоляции.
2 Прикосновении человека к токоведущим частям ЭУ, находящимся под напряжением.
3 Возникновения (дифференциального) тока утечки на корпус ЭУ или землю для предотвращения пожара.

Принцип действия УЗО. Схема

Рис. 1

1 Дифференциальный трансформатор тока
2 Пусковой элемент
3 Исполнительный механизм
4 Кнопка «Тест» для контроля исправности УЗО
I 1 – I 2 направлениетока относительно нагрузки
I D – ток утечки
Ф 1 – Ф 2 магнитные потоки

Назначение блоков.
1 Дифференциальный трансформатор тока (используется в большинстве УЗО) измеряет баланс токов между входящими в него проводниками.
2 Пусковой элемент (состоит, как правило, из электромагнитных реле) служит для управления (воздействия) исполнительным механизмом.
3 Исполнительный механизм предназначен для аварийного отключения эелетроцепи, контролируемой УЗО.
4 Кнопка «Тест» для контроля исправности УЗО путем создания имитации тока утечки.

Принцип работы устройство защитного отключения (УЗО)

Принципиальная электрическая схема

Рис. 2

1, 2 Первичные обмотки
3 Вторичная обмотка

При исправности контролируемой линии, нет заданного тока утечки, и трансформатор находится в состоянии покоя (равновесия), потому что токи в встречно включенных первичных обмотках трансформатора равны. Из-за того, что равные магнитные потоки идущие навстречу друг другу взаимовычитаются (тоесть равны нулю), то во вторичной катушке не возникает электромагнитное поле, а значит нет напряжения и не возникает ЭДС способное воздействовать на реле, на основе которого собран пусковой механизм (рис.1 ).

А как только происходит утечка на защищаемой (контролируемой) линии равная значению срабатывания УЗО (как правило, от 10 до 30 mA), то нарушатся равенство в первичных обмотках трансформатора. Вследствие этого возникает электромагнитное поле в первичных и вторичных катушках, которое образует связь по напряжению. Тоесть, во вторичной обмотке возникает напряжение срабатывания реле (рис. 2 ), из которого состоит пусковой элемент (рис. 1) воздействие, которого на исполнительный механизм (рис. 1) и отключает контактную группу, обесточивая, таким образом, защищаемую линию.

Внимание!

Следует помнить, что УЗО требует ежемесячной проверки, которая осуществляется нажатием кнопки «Тест». При этом происходит замыкание электроцепи, эмитирующей искусственную утечку тока и срабатывание устройства защитного отключения. Отсутствие срабатывания укажет на полную неисправность устройства.

По современным требованиям все электроустановки должны иметь или . При этом возникшая заданная утечка автоматически отключит защиту.

Пример этого видно на схеме рис. 3

Рис. 3

Если представить дифзащиту в виде простого механического устройства как весы (рис. 4 ) с порогом срабатывания до 10 mA. То сразу становится понятно, что при достижении значения 10 mA на одной из чаши весов, они выйдут из равновесия при этом разомкнутся контакты и контролируемая (защищаемая) линия обесточится. Причем заметим, что центром равновесия весов служит именно или , поэтому именно их и надо использовать, чтобы человек сам не являлся этим центром.

Внимание!

Также нужно понимать, что УЗО является дополнительной мерой безопасности, которое реагирует только на дифференциальный ток (ток утечки) и не реагирует на короткие замыкания и перегрузку линии. Поэтому, как правило, УЗО устанавливается вместе с автоматическими выключателями, которые реагируют на КЗ (короткое замыкание) и перегрузку линии по напряжению, на которую они рассчитаны.

Наглядная электрическая схема подключения УЗО

Рис. 5

УЗО. Видео пояснение

Выбор электромеханического УЗО

Желаю удачного монтажа и помните о электробезопасности .

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ типа ВД1-63 (УЗО). Руководство по эксплуатации

Паспорт

3421-033-18461115-2007 РЭ, ПС

1 Назначение и область применения

1.1 Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, без встроенной защиты от сверхтоков, функционально не зависящие от напряжения сети бытового и аналогичного применения типа ВД1 -63 (УЗО) торговой марки IEK® (далее - ВД) предназначены для эксплуатации в однофазных или трехфазных электрических сетях переменного тока напряжением до 400 В частотой 50 Гц

и по своим характеристикам соответствуют ГОСТ Р 51326.1 и техническим условиям ТУ 3421 -033-18461115-2002.

1.2 ВД выполняют функцию обнаружения дифференциального тока, сравнения его со значением дифференциального тока срабатывания и отключения защищаемой цепи в случае, когда дифференциальный ток превосходит это значение. ВД обеспечивают:

— защиту людей от поражения электрическим током при косвенном контакте с доступными проводящими частями электроустановок при повреждении изоляции (ВД с номинальным отключающим дифференциальным током 10; 30 и 100 мА);

— защиту от пожаров, возникающих вследствие возгорания изоляции токоведущих частей электроприборов от дифференциального (остаточного) тока на землю или вследствие длительного протекания тока повреждения в случае несрабатывания устройств защиты от сверхтоков (ВД с номинальным отключающим дифференциальным током I D n = 300 мА);

— ВД, имеющие номинальный отключающий дифференциальный ток не более 30 мА, могут использоваться как средства дополнительной защиты в случае выхода из строя устройств, предназначенных для защиты от поражения электрическим током.

1.3 Основная область использования ВД - учетно - распределительные щиты жилых и общественных Зданий, устройства временного электроснабжения строительных площадок, садовые дома, гаражи, объекты розничной торговли.

2 Основные характеристики

2.1 Основные характеристики ВД приведены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование характеристики	Значение
Число полюсов	2	4
Номинальное рабочее напряжение переменного тока Ue, В	230	230, 400
Номинальная частота сети, Гц	50
Диапазон напряжений работоспособности устройства эксплуатационного контроля, В	от 115 до 265		от 200 до 460
Номинальный ток In, А	16, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100
Номинальный отключающий дифференциальный ток I D n , мА	10, 30, 100, 300
Номинальный неотключающий дифференциальный ток I D n o , мА	0,5 I D n
Номинальная наибольшая включающая и отключающая способность Inm, А	1000
Номинальная наибольшая дифференциальная включающая и отключающая способность I D m , А	1000
Номинальный условный ток короткого замыкания не менее, А	3000
Номинальный условный дифференциальный ток короткого замыкания I nc , не менее, А	3000
Характеристика функционирования при наличии дифференциального тока с составляющей постоянного тока, тип	АС
Электрическая износостойкость, циклов включения-отключения (В-О), не менее	4000
Механическая износостойкость циклов В-0, не менее	10 000
Максимальное сечение провода, присоединяемого к силовым зажимам, мм 2	50
Наличие драгоценных металлов, серебро, г	0,25 (на один контакт)
Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150	УХЛ14
Степень защиты по ГОСТ 14254	IP20
Срок службы, не менее, лет	15

2.2 Значения максимального времени отключения ВД при наличии дифференциального тока приведены в таблице 2.

Таблица 2

Внимание! ВД не имеет встроенной защиты от сверхтоков, поэтому последовательно с ним необходимо включать автоматический выключатель аналогичного или меньшего номинала с типом защитных характеристик от сверхтоков В и С.

2.3 Габаритные и установочные размеры приведены на рисунке 1.

2.4 Схемы электрические принципиальные ВД приведены на рисунках 2 и 3.

2.5 Применение ВД в квартирных и этажных щитах в электроустановках с системами заземления TN-S, TN-C-S, TN-C регламентируется в ГОСТ Р 51628.

3 Комплектность

В комплект поставки входят:

ВД - 1 шт.;
упаковочная коробка - 1 шт.;
руководство по эксплуатации и паспорт - 1 экз.

4 Монтаж и эксплуатация

4.1 Монтаж, подключение и пуск в эксплуатацию ВД должны осуществляться только квалифицированным электротехническим персоналом.

4.2 ВД устанавливают на монтажной рейке шириной 35 мм (DIN- рейке) в электрощитах со степенью защиты по ГОСТ 14254 не ниже IP30.

4.3 После монтажа и проверки его правильности подают напряжение электрической сети на электроустановку и включают ВД переводом рукоятки управления в положение «I» - «ВКЛ», нажимают кнопку

«ТЕСТ». Немедленное срабатывание ВД (отключение защищаемой устройством цепи) означает, что ВД исправно.

4.4 Если после включения ВД сразу или через некоторое время происходит его отключение, необходимо определить вид неисправности в электроустановке в следующем порядке:

а) взвести ВД рукояткой управления. Если ВД взводится,

то это означает, что в электроустановке имела место утечка тока на землю, вызванная нестабильным или кратковременным нарушением изоляции. Проверить работоспособность ВД нажатием кнопки «ТЕСТ»;

б) если ВД не взводится,

то это означает, что в электроустановке имеет место дефект изоляции какого-либо электроприемника, электропроводки, монтажных проводников электрощита или ВД неисправно.

В этом случае необходимо произвести следующие действия:

— отключить все электроприемники и взвести ВД. Если ВД взводится, то это свидетельствует о наличии электроприемника с поврежденной изоляцией. Неисправность выявляется путем последовательного подключения электроприемников до момента срабатывания ВД. Поврежденный электроприемник необходимо отключить. Проверить работоспособность ВД нажатием кнопки «ТЕСТ»;

— если при отключенных электроприемниках ВД продолжает срабатывать, необходимо вызвать квалифицированного специалиста- электрика для определения характера повреждения электроустановки или выявления неисправности ВД.

Проверка осуществляется нажатием кнопки «ТЕСТ». Немедленное срабатывание ВД и отключение защищаемой электроустановки означают, что ВД исправно.

Последние вопросы:

Подписка на обновления Подписывайтесь и получайте свежую и интересную информацию прям на свой почтовый ящик

Принцип работы УЗО базируется на измерении показателей тока, которые регистрируются в проводниках в процессе его прохождения через трансформатор. Если сила тока на входе и на выходе равны – отключение не происходит. А если сила входящего тока выше исходящего – в цепи есть утечка тока и УЗО срабатывает.

То есть, токи протекающие по фазному и нейтральному проводу, должны быть равны (это касается однофазной двухпроводной сети, для трехфазной четырехпроводной сети ток в нейтрали равен сумме токов которые протекают в фазах). Если токи не равны – значит имеется утечка, на которую и реагирует УЗО.

Устройства делятся на несколько категорий, в зависимости от своего прямого назначения:

Защита от удара током — соответствующие модели устанавливаются, как правило, в помещениях с высоким уровнем влажности. В обычных квартирах их можно найти в санузлах. Чаще всего, устройства устанавливаются на несколько цепей, поделенных на группы. На каждую потребительскую группу они не устанавливаются, что обусловлено высокой стоимостью подобной процедуры. Принцип действия УЗО — оперативное срабатывание, в условиях которого легко выяснить причину сбоя и быстро ее установить. Все, что для этого нужно сделать — активизировать выключатели в определенной очередности. В ряде случаев, имеет смысл устанавливать оборудование по отдельности, тем более, что устройство узо позволяет это сделать
Противопожарные устройства — они характеризуются специфической отсечкой. Оборудование не обеспечивает защиту от удара током. Его назначение — защита от возгорания, которое обеспечивается в условиях короткого замыкания. Часто такое происходит по причине перегрузки или деформации проводки. УЗО деактивирует энергообеспечение всего дома, здания, что и предотвращает короткое замыкание. Такие модели устанавливаются в комплексе со счетчиками.

Принцип работы

Принцип работы УЗО и схема подключения обуславливается особенностями внутренней конструкции оборудования. В ней предусмотрено несколько катушек, одна из которых пропускает фазу, а другая — ноль. Под воздействием тока образуются поля, которые в нормальных условиях устраняют друг друга.

Если в одном из элементов регистрируется утрата баланса, что часто случается по причине деформации проводника, ток идет в землю. Сразу же после этого приводится в действие третий элемент, который оперативно деактивирует питание. Важно определить, работает ли УЗО без заземления или нет.

Устройство имеет несколько видов исполнения:

Два полюса — модели, которые выбираются для сетей с одной фазой
Четыре полюса — подходят для сети с тремя фазами.

Что выбрать — зависит от конструкционных особенностей сети, некоторых других факторов, специфики схем.

Проверка УЗО

Устройство должно работать исправно. Проверить это можно, используя несколько способов. Прежде всего, речь идет о кнопке «ТЕСТ». Это специальный блок, по сути, контакт. Если нажимается эта кнопка, то устройство, уже подключенное, сразу же деактивируется. В том случае, если этого, в силу каких-либо причин, не произошло, то от его применения лучше отказаться.

Что можно сделать с неисправным УЗО:

Отремонтировать
Заменить новым, полностью исправным.

Важно! Проверять УЗО рекомендуется регулярно, в идеале — каждый месяц. Это поможет контролировать его исправность, вовремя отслеживать появление разных дефектов. В целом, это одно из условий пожарной безопасности, и пренебрегать им не следует.

Особенности подключения

Принцип работы УЗО в однофазной сети обуславливает особенности его подключения. Важно отметить, что такие устройства предназначены для применения в специфических схемах:

TN-C-S.

Обязательное условие — правильное подключение к проводке. Только в этом случае, в условиях деформации проводки, потенциал, который регистрируется на корпусе, начнет поступать на землю посредством проводника. Неисправность будет зафиксирована.

Важно! В условиях стандартного режима снабжения, устройство не будет деактивировать нагрузку, и бытовая техника будет функционировать нормально. От тока, который есть в любой из фаз, в проводе будет регистрироваться поток Ф. Значения являются одинаковыми, однако направление является разным. Таким образом, они деактивируют друг друга.

Как работает узо в условиях утечки? Потенциал, считающийся опасным, идет в землю, за что отвечает специальная шина. В конструкции реле фиксируются значения, вызванные дисбалансом. Качественное и исправное УЗО сразу же определить имеющиеся неисправности, более того — устройство мгновенно деактивирует схему посредством контактов.

Как работает узо с заземлением в условиях нулевого обрыва? Важно отметить, что в таких условиях реле статического типа от питания отключаются, соответственно, их функционирование приостанавливается. В случае с трехфазной системой, регистрируется перекос, вследствие чего напряжение начинает существенным образом увеличиваться. Если на слабом участке будет зарегистрирована деформация изоляции, то же произойдет уже в конструкции другого корпуса.

УЗО в схеме с двумя проводами

Выполняя свое основное назначение узо имеет и другие важные преимущества. Устройство защищает от повреждения оборудование, которое изготовлено в соответствии с TN-S. Именно этот фактор обуславливает рост популярности подобных устройств. Все чаще они устанавливаются в схемах с двумя проводами, в которых проводников типа PE может и не быть.

Что происходит в этом случае:

Корпус техники имеет изоляцию, он никак не контактирует с землей
В условиях деформации, фаза и ее потенциал регистрируются на корпусе, однако с него не уходит
При контакте с техникой, человек подвергается смертельной опасности — удару током.

Важно! В рамках схемы, в которой отсутствуют УЗО, ток попадает в тело, однако проходит через него достаточно медленно. Устройство вовремя обнаружит факт неисправности, оперативно деактивирует напряжение — это произойдет в одно мгновение. Таким образом, риск поражения током будет сведен к минимуму.

Самостоятельная установка УЗО

Сегодня все чаще установка УЗО осуществляется силами людей, не имеющих достаточных знаний и опыта в сфере электрики. Это может быть опасно, особенно если речь идет о зданиях старой постройки, подготовленных под реконструкцию.

Именно в рамках реконструкции, как правило, осуществляется переход к применению TN-C-S. Все, что имеет смысл сделать в данном случае — это заземлительный контур. Другой вариант — подсоединения корпуса бытовой техники к сети водопровода, отопительным радиаторам, либо к тем элементам строительного фундамента, которые выполнены из металла.

Важно! Самостоятельное подключение может обусловить опасную ситуацию, если проводка неисправно. Это чревато ущербом. Все действия, связанные с обустройством контура, следует выполнять на высоком качественном уровне. Обязательное условие — замеры, необходимые для контроля. Это могут сделать исключительно специалисты с достаточным опытом.

Крепление УЗО

Большая часть устройств, представленных сегодня в продаже:
модели стационарного типа. Они удобным образом фиксируются на линейку, предусмотренную конструкцией щитка
Модели переносного типа. Они подсоединяются к типовой розетке, и только в таком положении УЗО питают бытовую технику. Последние стоят несколько дороже, однако цена полностью оправдывается их высокими качественными характеристиками, надежностью и долговечностью.

УЗО представляет собой отдельный тип защитных электроаппаратов наряду с автоматическими выключателями (АВ). Хотя их назначением является именно электрозащита, как и у АВ, но принципы работы у них отличаются.

Зачем нужны УЗО, если есть АВ?

С течением времени электроизоляция токоведущих частей электроприборов, включая ТЭНы, провода, шнуры питания и кабели, неизбежно стареет. И тогда с них через токопроводящие корпуса различных электроприборов в землю начинают протекать так называемые токи утечки, величиной от нескольких десятков микроампер до единиц миллиампер.

Обычные АВ на появление токов утечки никак не реагируют - ведь они составляют ничтожные доли от номинальных токов электропотребителей. Однако их появление (точнее, превышение токами некоторого допустимого предела) является сигналом тревоги. Это предупреждение о приближении аварийной ситуации, и для ее предотвращения нужен специальный защитный электроаппарат - УЗО.

Кроме того, как известно, неотпускающий (судорожный) ток, представляющий для человека (при определенном времени воздействия) смертельную опасность, равен всего 10 мА. Поэтому необходимость создания защитных устройств, реагирующих на токи утечки в этом диапазоне величин, ощущалась с самого начала широкого проникновения электричества в быт.

Пояснение работы устройства

Попробуем объяснить принцип работы УЗО при помощи гидравлической аналогии. Будем считать, что вода протекает по замкнутому контуру водяного отопления так же, как и электроток по проводам. Если где-то в отопительной трубе возникает дыра, то через нее идет утечка воды. Поэтому ее расход (аналог электротока) через два сечения труб, одно из которых на входе контура, а другое - на его выходе, будет разным. Точно так же и с токами утечки в электроприборе. Можно сравнить, сколько тока входит в электроприбор, и сколько выходит. В однофазный электроприбор ток входит по фазному проводу, а выходит по нулевому, поэтому достаточно сравнить токи в этих двух проводах. В этом и состоит принцип работы УЗО в однофазной сети. Если величины тока на входе и на выходе электроприбора не одинаковы, то оно за время порядка нескольких миллисекунд отключает его от сети. Такое малое время срабатывания необходимо потому, что превышение токами утечки величины тока срабатывания УЗО могло быть вызвано именно прикосновением человека к токопроводящему корпусу прибора.

Ток срабатывания

Но чтобы работа УЗО стала эффективной в бытовых условиях, понадобилось немало времени. Прежде всего, нужно было точно определиться с величиной тока утечки, который был бы безопасен для человека на время срабатывания устройства. Попытки проектировать УЗО на токи утечки менее 10 мА приводили к созданию больших, сложных и дорогих устройств, причем склонных к ложным срабатываниям от различных электромагнитных наводок.

К началу 80-х годов ХХ в. ток их срабатывания, на основании опытов с добровольцами, был выбран величиной в 30 мА, а также были созданы малогабаритные трансформаторы с ферритовыми кольцевыми сердечниками (их называют дифференциальными), ставшие датчиками токов утечки. В продажу поступили электромеханические дифференциальные УЗО-ДМ с током срабатывания от 20 до 30 мА, являющимися сегодня самыми популярными в быту. Обычно литеры ДМ опускают, и прибор называют просто УЗО.

Принцип работы УЗО и схема подключения

Токи, протекающие по фазному и нулевому проводникам в разных направлениях, возбуждают в кольцевом сердечнике трансформатора устройства два одинаковых по величине магнитных потока Ф1 и Ф2, однако векторы магнитной индукции, соответствующие этим потокам, направлены в сердечнике встречно и взаимно компенсируют друг друга. Поэтому суммарный магнитный поток в сердечнике равен нулю, как и ЭДС во вторичной обмотке трансформатора.

Если вследствие дефекта изоляции появляется ток утечки, близкий к току срабатывания, то Ф1 ≠ Ф2, в сердечнике возникает магнитный поток, наводящий в выходной обмотке ЭДС, способный создать ток, достаточный для срабатывания порогового элемента УЗО. Далее оттягивается защелка силовой контактной группы, и ее контакты размыкаются. Таков принцип работы УЗО всех типов.

Во всех типах таких устройств предусмотрена кнопка «Тест», при нажатии на которую искусственно создается ситуация утечки тока для проверки срабатывания устройства. Флажок или кнопка с самофиксацией служат для повторного включения УЗО после тестового срабатывания.

Разновидности УЗО

Известны электромеханические и электронные типы таких защитных аппаратов. Принцип работы УЗО и схема подключения обоих типов одинаковы, однако приборы первого типа не нуждаются в электропитании и обладают простой и надежной конструкцией. Для их срабатывания хватает тока утечки в защищаемом электроприборе.

Электронное УЗО нуждается в подаче на него напряжения питания, так как в нем пороговый элемент выполнен в виде электронной схемы, усиливающей малый ток в выходной обмотке его трансформатора и создающей импульс для исполнительного реле.

В связи с этим и сам трансформатор электронного УЗО меньших размеров, габаритов и мощности. Модуль порогового элемента с усилителем питается от контролируемой цепи, и если в цепи его питания произойдет обрыв проводника, то такое устройство потеряет работоспособность. Имеются и другие риски при работе электронных УЗО. Например, выход из строя его электронных компонентов при импульсных перенапряжениях в питающей сети.

Поскольку надежность электронных УЗО ниже, чем у электромеханических, то и стоимость их меньше.

Трехфазное УЗО

У трехфазного аппарата, в отличие от однофазного, четыре полюса вместо двух, поскольку нулевой проводник проходит через оба типа устройств. Принцип работы трехфазного УЗО такой же, как и у однофазного.

Сердечник его трансформатора охватывает четыре проводника - три фазных и один нулевой. Суммарный ток в трех фазных проводах (т. н. ток нулевой последовательности) всегда равен по величине току в нулевом проводе и противоположен ему по направлению (внутри УЗО). В этом случае сердечник трансформатора не намагничен, в его выходной обмотке тока нет. Если в защищаемом приборе появился ток утечки, то в сердечнике появляется переменный магнитный поток, наводящий ЭДС в выходной обмотке трансформатора. По ней начинает протекать ток, пропорциональный току утечки, и если ток утечки превышает ток срабатывания, то УЗО отключает электроприбор. Баланс токов в контрольном органе УЗО нарушается, и оно срабатывает.

Трехфазное УЗО без нулевого проводника

Для защиты от токов утечки асинхронных электродвигателей, обмотки которых соединены в треугольник или в звезду с невыведенной нейтралью, применяется подключение 4-полюсного УЗО с незанятой нулевой клеммой. При отсутствии токов утечки в фазах электродвигателя, сумма токов в фазных проводах очень мала и неспособна вызвать срабатывание защиты. Появление тока утечки из фазных проводов через корпус двигателя в землю вызывает циркуляцию через трансформатор УЗО тока нулевой последовательности, на который и реагирует электроаппарат. Общий принцип работы УЗО и в этом случае не изменяется.

Особенности применения одно- и трехфазных УЗО

Трехфазные 4-полюсные аппараты имеют довольно большие токи срабатывания, что позволяет применять их только для противопожарной защиты, как и АВ с тепловыми расцепителями. Защиту же групповых линий на розетки в комнатах, кухне и ванной, либо защиту отдельных линий питания мощных электроприборов (стиральных и посудомоечных машин, электроплит, электроводонагревателей) следует выполнять на 2-полюсных однофазных УЗО с установкой номиналов по токам утечки от 20 мА до 30 мА.

Для того чтобы работа УЗО в однофазной сети была безопасной, оно само должно быть защищено от перегрузки по току (при длительной непрерывной работе исправного электроприбора), установленным перед ним АВ с тепловым расцепителем.

Работа УЗО без заземления

Как известно, в старых домах советской постройки квартирные электропроводки не имели отдельного нулевого защитного проводника, подключаемого к контуру заземления. Предполагалось, что его функцию исполняет нулевой рабочий проводник (т. н. система электроснабжения TN-C с общими нулевыми рабочим и защитным проводниками). А поскольку во всех изданиях ПУЭ есть запрет на установку в защитных проводниках аппаратов защиты, то 2-полюсные УЗО, разрывающие одновременно и фазу и нуль, также попадают под запрет. Даже последняя 7-я актуальная редакция ПУЭ в п. 7.1.80 подтвердила недопустимость установки УЗО в сетях по системе TN-C. Дело в том, что были зафиксированы случаи поражения электротоком во время их срабатывания.

Причиной этого стала разновременность срабатывания контактов устройств, составляющая единицы милисекунд. Но если первым отключался контакт в нулевом проводе, то при пробое изоляции на корпус бытового электроприбора потребитель оказывался под полным фазным напряжением, так что этих нескольких милисекунд вполне хватало для смертельного поражения.

Для квартир без нулевых защитных проводников устанавливать общеквартирное УЗО недопустимо, но отдельные такие аппараты можно устанавливать в групповые розеточные линии с общим защитным проводником или в линии питания отдельных электроприборов, если защитные проводники розеточных групп или розеток по кратчайшему пути заведены на их входные нулевые клеммы.

В этом случае разрыв внутри УЗО нулевого рабочего провода раньше фазного не приводит к разрыву защитного проводника электроприбора, так как участок защитного проводника от входной нулевой клеммы через розетку и шнур питания электроприбора останутся неповрежденными.