Что такое УЗО в электрике

Фраза «устройство защитного отключения» знакома многим, но не каждый всегда способен сразу ответить, что такое УЗО в электрике, для чего именно оно предназначено и каков принцип работы. Во многих электрических сетях домов и квартир этот элемент просто не используется. Но в определенных ситуациях его применение необходимо — например, противопожарное УЗО спасает от внезапных возгораний при выходе тока сети за установленные пределы.

Что такое УЗО

Технически устройство отключения — механический узел, назначение которого — автоматически прервать электрическую цепь при появлении в ней заданного тока дисбаланса. Такие приборы применяются профессионалами уже давно и выпускаются во множестве моделей: электрики хорошо знакомы и с их типами, и с устройством, и с принципами работы. Но при монтаже домашних цепей хозяева жилья и нанятые ими мастера нередко не до конца понимают, для чего нужно УЗО, и пренебрегают его установкой в схему, лишая сеть мощной защиты.

Особенно важна установка УЗО в цепях питания влажных помещений — в ванной, сауне, бане и тому подобное. Установленные там розетки и электропотребители подвергаются повышенному риску, поэтому защита сети ванной комнаты строго обязательна.

Механизм защищает от:

• возгорания из-за проблем с электропитанием,
• поражения человека электричеством из поврежденной цепи.

Одна из ключевых инженерных задач электрики — защитить людей от ударов током. Ее решение потребовало значительного времени и технических изысканий. Ведь даже если обычные автоматические выключатели отлично контролируют ток нагрузки, коснувшегося проводящей детали или кабеля под высоким напряжением человека от опасности они не сберегут. Также эти приборы не способны своевременно реагировать на связанные с нарушением целостности изоляции кабельных систем токи утечки и эффективно защитить от возникающих по данной причине пожаров.

Ситуация улучшилась после разработки УЗО. Они следят за дифференциальным током и разъединяют цепь после достижения им некоторого установленного значения. Эти аппараты получили имя УЗО-Д (дифференциальные). Во времена Советского Союза УЗО-Д выпускался собственной промышленностью страны, на Гомельском заводе электроаппаратов. В наше время на рынке присутствуют как импортные образцы, так и российского производства.

Существуют также дифференциальные автоматы, объединяющие УЗО и привычный автоматический выключатель. Они весьма популярны для монтажа в домашних условиях.

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.

Пример работы УЗО

Приведем небольшой пример типичного УЗО-Д. Дано:

• двухпроводная цепь электроснабжения на 220 В, без заземления,
• в качестве потребителя энергии — стиральная машина,
• встроенное в цепь устройство выключения.

Штатно УЗО пропускает электроэнергию напрямую и без препятствий. Входящий и поступающий токи имеют равное значение. При появлении, допустим, неисправности электродвигателя, напряжение окажется подано на корпус машинки. Коснувшись его, ничего не подозревающий человек окажется под мощным ударом электричеством.

Возникает ток утечки и разбалансировка: часть энергии утекает через тело попавшего под удар. В УЗО возвращается меньше электроэнергии, чем его покинуло, прибор разрывает цепь.

Существуют как простые механические устройства защиты, так и модели с полупроводниковыми размыкателями контактов. Есть и версии с более сложной встроенной логикой. Но электронные дороже и нуждаются в дополнительном питании для поддержания работы схем.

Классификация УЗО

Рассмотрим, какие бывают защитные устройства в соответствии с ГОСТами.

По способу действия они делятся на:

• УЗО со вспомогательным источником электропитания,
• без дополнительного источника,
• с автоматическим включением после восстановления поступления питания от источника,
• без автоматического включения,
• с выключением после обнаружения опасной ситуации отказа источника,
• без такого автоматического выключения.

По типу установки:

• стационарные УЗО, монтирующиеся на стандартную постоянную электропроводку,
• переносные — монтируются на гибкие кабели и удлинители.

По количеству полюсов:

• однополюсные двухпроводные УЗО,
• устройства с двумя полюсами,
• трехпроводные двухполюсные модели,
• трехполюсные защитные системы,
• четырехпроводные трехполюсные модели,
• четырехполюсные УЗО.

Выделяют классификацию по типу защиты от появления сверхтоков на полюсах и перегрузок:

• без предохранения от сверхтока и с таковой,
• без встроенной системы защиты от перегрузки,
• с защитой от коротких замыканий цепи (КЗ).

По возможностям настройки значения ДТ отключения:

• регулируемые — с дискретной подстройкой,
• нерегулируемые УЗО.

По устойчивости к импульсным напряжениям:

• с выключением прибора после появления импульсного тока,
• стойкие к возникновению импульсного напряжения.

Еще одна важная характеристика — контроль постоянной компоненты дифференциального тока (ДТ). Существуют несколько разновидностей УЗО:

• АС. Они отключаются при возникновении или постепенном увеличении синусоидальных ДТ,
• А. Эти модели отключаются от синусоидальных дифференциальных токов и пульсирующих постоянных. Бывают разновидности с выключением от пульсирующих с уровнем до 0.006А и контролированием угла смещения фаз,
• B. Аналогично А они размыкают цепь при синусоидальных переменных и постоянных ДТ — включая модуляции потока до 0.006 А. Кроме того, тип B умеет выключаться от постоянных ДТ с выпрямителем.

Рассмотренные типы и признаки классификации определяют выбор УЗО в конкретной ситуации, способ и место установки, и прочие важные детали проектирования электросети. Помимо приведенных выше, имеются и некоторые общие характеристики, приведенные в таблице:

УЗО должно срабатывать быстро. Время устанавливается ГОСТами (в частности, ГОСТ Р 50807-95) и вычисляется для различных моделей, работающих с некоторыми номинальными отключающими токами. Например, для прибора с ДТ отключения 0.03 А время срабатывания должно составить 0.5 секунды. Если пороговое значение превышено вдвое, таймаут выключения — 0.2 секунды, а при превышении в восемь раз УЗО-Д разомкнет цепь за 0.04 с.

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.

Проверка срабатывания УЗО

Проверка УЗО на правильное срабатывание обычно выполняется при помощи специальной тестовой кнопки — она расположена на корпусе почти каждого прибора этого типа.

Существует также способ, как проверить УЗО батарейкой: к одному  из полюсов следует подключить провод от 10 см, взять пальчиковую батарейку и соединить провода с ее полюсами (второй провод УЗО, как правило, присутствует с завода). При касании жилами батарейки защита должна сработать.

Стандарты

Как упоминалось выше, требования к УЗО приведены в различных ГОСТах. Действие пакета относящейся к УЗО-Д документации охватывает используемые в защите от поражения током и негативных последствий утечки приборы переменного тока с напряжениями до 440 В и силой до 200 А. Среди этих документов:

• ГОСТ Р 50807-95 — классифицирует, приводит характеристики УЗО и содержит проверочные мероприятия и методики,
• ГОСТ Р 30331.3 — определяет правила применения.

Стандарты аналогичны международно принятым и несут всю необходимую информацию. Отметим, что ГОСТ Р 50807-95 относит к УЗО-Д только механические электрокоммутационные приборы/комплексы.

Выбор УЗО

Когда принципиальный вопрос о наличии защиты решен, следует, понять, какое УЗО поставить в частном доме или городской квартире. В подборе модели следует ориентироваться на подведенную к жилью мощность, количество потребителей, их отдельную и совокупную мощность, тип кабеля на вводе и на внутренней разводке. К примеру, для условного объекта с мощностью потребителя в 1850 Вт и внутренней разводкой проводами 3×2.5 кв. мм длиной 8 метров на основании калькуляций подбираем и устанавливаем двухполюсное электромеханическое УЗО типа А с током КЗ 6000 А и дифференциальным отключающим 10 А. Под такие характеристики, например, подходит стиральная машина в квартире.

При подборе системы защиты следует рассчитать ее параметры. Расчет УЗО по мощности делается по специальным формулам. Для помощи не знающим, как подобрать УЗО и автомат по мощности, существуют различные таблицы соответствий и совместимости.

В целом для расчета целевого тока утечки надо руководствоваться формулой:

• IΔ= IΔэп + IΔсети =0.4 Iрасч+0.01Lпровода, где:
• IΔэп — указанный в миллиамперах ток утечек приемника энергии,
• IΔсети — сетевой ток утечки, также в мА,
• Iрасч — расчетный ток нагрузки в рассматриваемой электрической цепи (в амперах),
• Lпровода — общая длина проводника фазы в метрах.

IΔ в рассматриваемом примере равен 3.45 мА.

Номинальный ДТ отключения должен быть минимум в три раза выше IΔ!

Таким образом, окончательная формула, как выбрать УЗО по мощности:

• IΔn &gt, = 3 IΔ.
• 3 IΔ=3×3.45=10.35 мА

Приведенный выше расчет номинала выполнен именно по этой методике.

Заключение

УЗО — важный элемент электрической сети, поэтому пренебрегать им не стоит ни в доме, ни в квартире, ни в офисе или на предприятии. Небольшая и относительно недорогая деталь способна уберечь людей от поражения током, а имущество — от возгораний и других неприятных последствий электрических неисправностей.

Идеальным вариантом станет электромеханическое УЗО. Но говоря, как выбрать УЗО для квартиры, отметим в ней можно обойтись и более дешевым электронным. В любом проекте следует тщательно подсчитать все параметры оснащаемой УЗО электросети, чтобы не ошибиться с выбором и поставить подходящий по характеристикам прибор защиты.

Как правильно подобрать УЗО:

• определиться с объектом — будет ли это защищаться квартира или частный дом,
• подсчитать количество потребителей и их мощность, узнать, сколько и как подается на общий ввод,
• также уточнить их конфигурацию (для отдельных групп можно использовать выделенную защиту), а также конфигурацию самой сети,
• учесть параметры кабелей на вводе и во внутренней разводке, общую длину проводки,
• узнать необходимый ток отключения (как рассчитать эту характеристику, указано выше),
• также надо выяснить, понадобится ли защита от импульсов и прямой компоненты, и прочие дополнительные возможности.

Установку подобранного УЗО можно выполнить и самостоятельно, но при отсутствии опыта электромонтажных работ рекомендуется обратиться к специалистам.

Видео по теме