Как работает УЗО; устройство и принцип действия

Относительно недавно об устройстве защитного отключения (УЗО) знали лишь узкие специалисты, выполняющие замену или монтаж электропроводки, сопутствующие дорогостоящему “евроремонту”. Многие помнят, что эта сложная и диковинная на то время аппаратура, даже в специализированных магазинах приобреталась, как правило под заказ.

Однако, условия развития современных технологий производства ремонта жилых и производственных помещений, предполагают постоянное повышение требований не только к качеству применяемых материалов, но и к безопасности тех или иных инженерных решений. Причем, требования носят не только рекомендательный характер; многие из них прописаны в регламентирующих документах.

Требования к электробезопасности, направлены на повышение уровня комфортности с одновременным применением высококачественной кабельной продукции и коммутационной аппаратуры. УЗО — это электрический коммутационный аппарат, выполняющий защитную функцию, назначение которого — обесточивание электрической цепи, при появлении в ней токов утечек.

Принцип действия

Устройство является лишь дополнительным средством электробезопасности. Чтобы понять принцип действия УЗО, вспомним, что электрический ток может появиться только в замкнутой цепи, содержащей источник электродвижущей силы (ЭДС), провода и нагрузку.

Источником ЭДС в бытовых условиях являются фазный и нулевой провода на вводных автоматах, получающих питание от силового трансформатора установленного в ТП. Нагрузкой — бытовые, осветительные приборы. Как правило, к одной групповой линии подключается несколько розеток, параллельно друг другу.

По отношению к питающей линии вся нагрузка имеет одну эквивалентную мощность, а значит, ЭДС в цепи будет зависеть от количества одновременно работающих электроприемников. Электродвижущая сила по фазному проводу направлена в сторону приемника. После прохождения электрического тока по цепям приемника, электродвижущая сила, по нулевому проводу направлена в сторону источника.

Если эти проводники одновременно поместить в замкнутый магнитопровод, в нем будет наводиться два магнитных потока равных по величине, но противоположных по направлению. Равенство потоков объясняется одинаковой величиной ЭДС, а противоположное направление разным направлением ЭДС в фазном и нулевом проводе. В итоге, результирующий поток в замкнутом сердечнике будет равен нулю. На этом принципе и основана работа УЗО.

Устройство

Конструктивно, устройство представляет собой собранные в одном корпусе трансформатор тока с кольцевым магнитопроводом, электромеханическое или полупроводниковое реле, реагирующее на небольшие токи небаланса, исполнительный механизм, размыкающий первичную цепь.

Кроме вышеперечисленных элементов, на корпусе аппарата имеется кнопка «тест», принудительно создающая токи утечки в цепи, предназначенная для контроля исправности защиты, и рычаг для ручного включения и отключения цепи.

В нормальном режиме работы, когда изоляция проводов и приборов исправна, ток в фазном и нулевом проводнике имеет одинаковое значение, обусловленное приложенным напряжением и сопротивлениями нагрузки и проводов.

В таком режиме ток на выходе трансформатора тока УЗО отсутствует, цепь замкнута. Ухудшение изоляционных характеристик электроприборов и проводов ведет к появлению токов утечек.

Существование этих токов объясняется проводимостью железобетонных конструкций зданий, металлических коммуникаций в многоквартирных домах, а также преднамеренно заземленных металлических конструкций и сооружений.

Вышеперечисленные проводники имеют связь с глухозаземленной нейтралью питающего трансформатора посредством естественного проводника – земли. Чем больше эквивалентное сопротивление от места замыкания до нейтрали трансформатора, тем ток утечки меньше.

При появлении дополнительных, обходных путей прохождения тока, от питающего трансформатора до места замыкания, помимо фазного и нулевого провода, в трансформаторе тока УЗО появляется ток небаланса. Например, по фазному проводу в сторону приемника уходит 5 А, а по нулевому возвращается 4,75 А, остальные 0,25 А проходят по обходной цепи к нейтрали трансформатора.

Электромеханическое реле, имея высокую чувствительность, реагирует на малейшие значения тока в обмотках и с помощью исполнительного механизма “выбивает” защелку, удерживающую контакты силовой цепи во включенном положении. Так устройство защитного отключения защищает человека от потенциала фазного провода, случайно вынесенного на токопроводящие поверхности.

Для корректной работы аппарата, принцип действия которого основан на определении тока утечки, очень важна качественная система заземления (наличие в электропроводке PE-проводника). Для установки УЗО не подходят электроустановки с двухпроводной системой, где рабочий «ноль» совмещает защитную функцию.

В этом случае возможна недопустимо поздняя сработка защиты — после поражения человека электрическим током по схеме фаза — человек — “земля”. Поэтому, его применение предусматривает наличие отдельного проводника — присоединенного непосредственно к заземлению или к заземленным конструкциям, который должен быть соединен со всеми электроприемниками.

Параметры. 

Переменный ток опасен для человека тем, что вызывает фибрилляцию сердца, то есть его неправильное сокращение с частотой электрического тока 50 раз в секунду. Пороговое значение тока, вызывающего фибрилляцию сердца равно 100 мА или 0,1 А.

Уставки срабатывания УЗО выбраны с многократным запасом, стандартными являются уровни 10 и 30 мА. Уставки в 10 мА выбираются для устройств защищающих особо опасные помещения в отношении поражения человека электрическим током, например ванные комнаты.

Существуют и более грубые уставки, равные 300 мА. Такие УЗО применяют для защиты зданий от возгорания электропроводки в результате ее повреждения и нагрева токами утечки.

Выбор УЗО сводится к определению величины номинального тока защищаемой цепи, требуемой чувствительности, количества полюсов, в зависимости от количества фаз питающей сети. Кроме того, необходимо проверить термическую стойкость аппарата, номинальную отключающую и включающую способность по расчетным параметрам сети. Для жилых помещений чаще всего применяют УЗО с чувствительностью по току утечки 30 мА.

Номинальный ток аппарата следует выбирать из ряда стандартных, на одну ступень больше, чем у автоматического выключателя, защищающего присоединение от тока КЗ. Сработка “автомата” с меньшим номиналом по току гарантированно убережет УЗО от выхода из строя при возникновении короткого замыкания в питающей цепи, в которой оно установлено.

Стандартный ряд номинальных токов изделий известных мировых производителей “ABB” “SCHNEIDER ELECTRIC”: 16, 25, 40, 63, 80 А.