Узо принцип работы и подключение

Принцип работы УЗО

Аббревиатура УЗО создана от словосочетания «Устройство защитного отключения», которое определяет назначение прибора, заключающееся в снятии напряжения с подключенной к нему схемы при возникновении случайных пробоев изоляции и образовании через них токов утечек.

Для работы УЗО используется принцип сравнения входящих в контролируемую часть схемы и выходящих из нее токов на основе дифференциального трансформатора, который переводит первичные величины каждого вектора в строго пропорциональные по углу и направлению вторичные для геометрического сложения.

Метод сравнения можно представить обыкновенными весами или балансиром.

Когда равновесие соблюдено, то все работает нормально, а при его нарушениях изменяется качественное состояние всей системы.

У однофазной цепи сравниваются подходящий к измерительному органу вектор тока фазы и выходящий из нее — нуля. При нормальном режиме работы с надежной целой изоляцией они равны, уравновешивают друг друга. Когда возникает неисправность в схеме и появляется ток утечки, то баланс между рассматриваемыми векторами нарушается на его величину, которая замеряется одной из обмоток трансформатора и передается блоку логики.

Сравнение токов в трехфазной цепи осуществляется по этому же принципу, только через дифференциальный трансформатор пропускаются токи всех трех фаз, а небаланс создается на основе их сравнения. В нормальном режиме работы токи трех фаз при геометрическом сложении сбалансированы, а при нарушениях изоляции любой фазы возникает ток утечки в ней. Его величина определяется суммированием векторов в трансформаторе.

Упрощенно работу устройства защитного отключения можно по блокам представить структурной схемой.

Небаланс токов из измерительного органа направляется на логическую часть, которая работает по принципу реле:

2. или электронного.

Важно понимать различие между ними. Электронные системы сейчас бурно развиваются и пользуются все большей популярностью по многим причинам. Они имеют широкий функционал, большие возможности, но требуют для работы логики и исполнительного органа электрическое питание, которое обеспечивает специальный блок, подключаемый к основной цепи. Если электричество отключится по различным причинам, то такое УЗО, как правило, не сработает. Исключение составляют редкие электронные модели, оснащенные этой функцией.

Электромеханические реле использует механическую энергию взведенной пружины, которая напоминает по принципу работы обыкновенную мышеловку. Чтобы реле сработало достаточно минимального механического усилия на очуствленный исполнительный элемент.

Как мышка дотрагивается до приманки подготовленной мышеловки, так и возникающий при небалансе в дифференциальном трансформаторе ток от утечки ведет к срабатыванию исполнительного элемента и отключению напряжения со схемы. Для этого в реле встроены силовые контакты в каждую фазу и контакт подготовки тестера.

Любой тип реле обладает определенными преимуществами и недостатками. Электромеханические конструкции надежно работают на протяжении многих десятилетий и хорошо себя зарекомендовали. Они не требует наличия внешнего питания, а электронные модели — зависят от него полностью.

В настоящее время считается общепризнанным, что наиболее эффективной мерой защиты от поражения электрическим током в электроустановках напряжением до 1000 В является устройство защитного отключения (УЗО) по току утечки.

Не возражая против важности этой меры защиты, большинство специалистов на протяжении многих лет ведут споры относительно значений основных параметров УЗО — тока установки, времени срабатывания и надежности. Объясняется это тем, что параметры УЗО тесно связаны с его стоимостью и условиями эксплуатации.

Действительно, чем ниже ток уставки и меньше время срабатывания, чем выше надежность УЗО, тем дороже его стоимость.

Кроме того, чем ниже ток уставки и меньше время срабатывания УЗО, тем жестче требования к изоляции защищаемого участка, поскольку даже незначительное ухудшение ее в условиях эксплуатации может приводить к частым, а в ряде случаев и длительным, ложным отключениям электроустановки, делая тем самым невозможной ее нормальную эксплуатацию.

С другой стороны, чем выше ток уставки УЗО и больше время его срабатывания, тем хуже его защитные свойства.

Компоновка однофазного УЗО представлена на картинке ниже.

В ней на входные клеммы подводится напряжение, а на выходные — подключается контролируемая схема.

Трехфазное устройство защитного отключения изготовлено так же, но в нем контролируются токи всех фаз.

На представленном рисунке показано четырехпроводное УЗО, хотя в продаже есть трехпроводные конструкции.

Как проверить УЗО

В любой модели конструкции встроена функция проверки работоспособности. Для этого используется блок «Тестер», представляющий собой разомкнутый контакт — кнопку с пружинным самовозвратом и токоограничивающий резистор R. Его величина подобрана для создания минимально достаточного тока, искусственно имитирующего утечку.

При нажатии кнопки «Тест» подключенное в работу УЗО должно отключиться. Если этого не произошло, то его следует браковать, искать поломку и ремонтировать или заменять исправным. Ежемесячное тестирование устройства защитного отключения повышает надежность его эксплуатации.

К слову, исправность электромеханических и отдельных электронных конструкций легко проверить в магазине до покупки. С этой целью достаточно при включенном реле кратковременно подать ток в цепь фазы или нуля от батарейки с любой полярностью подключения по варианту 1 и 2.

Исправное УЗО с электромеханическим реле сработает, а электронные изделия в подавляющем большинстве случаев так не проверить. Им для работы логики нужно питание.

Как подключить УЗО к нагрузке

Устройства защитного отключения разрабатываются для использования в схемах электроснабжения по системе TN-S либо TN-C-S с подключением в электропроводке защитной нулевой шины РЕ, к которой подключаются корпуса всех электрических приборов.

В этой ситуации при нарушении изоляции возникающий на корпусе потенциал сразу стекает через проводник РЕ на землю и орган сравнения вычисляет неисправность.

В нормальном режиме электроснабжения УЗО не отключает нагрузку, поэтому все электроприборы работают оптимально. От тока каждой фазы в магнитопроводе трансформатора наводится свой магнитный поток Ф. Поскольку они равны по величине, но противоположно направлены, то взаимно уничтожают друг друга. Суммарный магнитный поток отсутствует и не может навести в обмотке реле ЭДС.

При возникновении утечки опасный потенциал стекает на землю через защитную шину РЕ. В обмотке реле наводится ЭДС от возникшего небаланса магнитных потоков (токов в фазе и нуле).

Устройство защитного отключения мгновенно вычисляет таким способом неисправность и в доли секунды обесточивает схему силовыми контактами.

Особенности работы УЗО с электромеханическим реле

Использование механической энергии взведенной пружины в отдельных случаях может быть выгоднее, чем применение специального блока для электрического питания логической схемы. Рассмотрим это на примере, когда ноль питающей сети оборван, а фаза поступает.

В такой ситуации статические электронные реле не будут получать питание, а, следовательно, не смогут работать. В то же время в этой ситуации у трехфазной системы возникает перекос фаз и повышение напряжения.

Если произойдет в ослабленном месте пробой изоляции, то потенциал появится на корпусе и будет уходить через РЕ-проводник.

В УЗО с электромеханическим реле защиты отработают нормально от энергии взведенной пружины.

Как работает УЗО в двухпроводной схеме

Неоспоримые преимущества защит от токов утечек в электрооборудовании, выполненном по системе TN-S посредством использования УЗО, привели к их популярности и желанию отдельных владельцев квартир устанавливать УЗО в двухпроводке, не оборудованной РЕ-проводником.

В этой ситуации корпус электроприбора изолирован от земли, не сообщается с ней. Если возникает пробой изоляции, то потенциал фазы появляется на корпусе, не стекает с него. Человек, имеющий контакт с землей и случайно прикоснувшийся к прибору, попадает под действие тока утечки точно так же, как и в ситуации без УЗО.

Однако, в схеме без устройства защитного отключения ток может проходить через тело длительно. Когда же УЗО установлено, то оно почувствует неисправность и отключит напряжение за время уставки в течение долей секунды, чем снизит поражающее действие тока и степень получения электротравмы.

Таким образом, защита облегчает спасение человека при попадании под напряжение в зданиях, оборудованных по схеме TN-C.

Многие домашние мастера пытаются самостоятельно устанавливать УЗО в старых домах, ожидающих реконструкцию для перехода на систему TN-C-S. При этом в лучшем случае выполняют самодельный контур заземления или просто подключают корпуса электроприборов к водопроводной сети, батареям отопления, железным деталям фундамента.

Такие подключения могут создать критические ситуации при возникающих неисправностях и причинить серьезный ущерб. Работы по созданию контура заземления должны выполняться качественно и контролироваться электрическими замерами. Поэтому их выполняют подготовленные специалисты.

Большинство УЗО выполняется в стационарном исполнении для крепления на распространенную Din-рейку в электрощитке. Однако, в продаже можно встретить переносные конструкции, которые подключаются в обычную электророзетку, а от них дальше запитывается защищаемый прибор. Они стоят чуть дороже.

Устройство УЗО и принцип действия

Рад приветствовать вас, уважаемые читатели сайта elektrik-sam.info.

В этой статье мы подробно рассмотрим устройство и принцип работы устройства защитного отключения УЗО, рассмотрим на примерах как работает УЗО.

УЗО относятся к электрическим аппаратам защиты, как и автоматические выключатели. Для чего же были придуманы эти интересные устройства, неужели установки автоматических выключателей недостаточно?

Со временем изоляция проводов стареет, так же она может быть повреждена, могут ослабнуть контактные соединения токоведущих частей приборов. В результате этих факторов появляются утечки тока, которые могут вызвать искрение и привести к возгоранию.

Также человек может случайно коснуться рукой за оголенный фазный провод, который находится под напряжением. Дети, оставшись без присмотра родителей, могут «изучать» электричество, вставляя в розетку металлический предмет. В этом случае человека ударит током, произойдет утечка тока через тело на землю, а это очень опасно, ведь величина тока в этом случае может достигать нескольких сотен миллиампер.

Обычные автоматические выключатели на такую «незначительную» для них утечку тока не отреагируют. Они срабатывают только на токи перегрузки и при коротком замыкании.

Например, у автомата номиналом 10А с время-токовой характеристикой срабатывания В, тепловой расцепитель начнет срабатывать при токе, превышающем номинальный на 13%, т.е. 11,3А, причем время срабатывания будет больше одного часа. А при токе, превышающем номинальный на 45%, т.е. 14,5А в течение одного часа. Электромагнитный расцепитель автоматического выключателя будет срабатывать при значениях тока от 30А.

Поэтому, чтобы защитить людей от поражения электрическим током и для предотвращения опасной утечки тока, которая может привести к пожару в результате повреждения изоляции электропроводки или бытовых приборов применяются устройства защитного отключения.

У автоматических выключателей основной параметр – номинальный ток.

Основной же параметр УЗО – это его чувствительность (номинальный отключающий дифференциальный ток, так называемая «уставка» по току утечки).

Для защиты человека в бытовых электросетях от поражения электрическим током используют УЗО чувствительностью 10 и 30 мА.

Для защиты от возможного возникновения пожара служат УЗО чувствительностью 100 или 300 мА.

Если проводка неразветвленная, с малым количеством групп, то может использоваться одно общее УЗО на 30 мА, как противопожарное, так и для защиты человека от поражения электрическим током.

Давайте рассмотрим устройство и принцип действия УЗО

Конструктивно УЗО собрано в корпусе из диэлектрического материала. Внутри содержит трансформатор тока, выполненный на тороидальном ферромагнитном сердечнике с тремя обмотками – две первичные и одна обмотка управления.

Две первичные токовые обмотки включены встречно. Первая обмотка образована фазным проводом, в ней протекает ток к нагрузке (к потребителю). Вторая обмотка образована нулевым проводом, в ней протекает обратный ток от нагрузки (от потребителя).

Как работает УЗО?

В обычном режиме, когда в цепи нет утечки, токи, протекающие в обоих обмотках равны по значению, но противоположно направленны. При протекании в обмотках, эти токи наводят в сердечнике трансформатора тока магнитные потоки. Наведенные магнитные потоки направлены встречно и компенсируют друг друга, поэтому суммарный магнитный ФΣ поток равен нулю.

Предположим, что произошел пробой изоляции на корпус электроприбора.

В этом случае токи в фазном и нулевом проводах будут различны. По фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки IL будет протекать еще дополнительный ток — ток утечки I_D, который для трансформатора тока будет дифференциальным (т.е. разностным). Разные по значению токи в первичных обмотках (IL + I_D в фазном проводнике и IN, равный по значению IL, в нулевом рабочем проводнике) будут наводить в сердечнике разные по значению магнитные потоки. Результирующий магнитный поток будет отличен от нуля. По закону электромагнитной индукции он будет наводить электрический ток в обмотке управления. Если этот ток достигнет значения, достаточного для срабатывания электромагнитного реле Р, то оно сработает, приводя в движение расцепитель, силовые контакты УЗО разомкнутся. В результате электроустановка, находящаяся под защитой УЗО обесточится.

Аналогично, если человек прикоснется к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприбора, на который произошел пробой изоляции, возникнет ток утечки, который потечет через тело человека на землю. В обмотке управления УЗО будет наводиться ток, который приведет к срабатыванию электромагнитного реле Р и цепь обесточится.

Для периодического контроля исправности УЗО предусмотрена кнопка «Тест». При нажатии на нее искусственно создается ток утечки. Если УЗО исправно, оно должно срабатывать при нажатии на эту кнопку.

По конструктивному исполнению УЗО бывают электромеханические (они не зависят от напряжения питания) и электронные (нуждаются в дополнительном источнике питания, который получают от контролируемой цепи, либо от дополнительного источника). В свою очередь, бывают электронные УЗО, которые отключают защищаемую цепь при исчезновении напряжения в питающей сети, и бывают не отключающие защищаемую цепь.

Как не подключая к электрической сети, определить тип УЗО смотрите в статье Как определить тип УЗО — электромеханическое или электронное?

Так же эти два типа УЗО различно ведут себя при аварийном режиме работы электросети, например, при достаточно часто встречающемся в наших домах обрыве нулевого провода.

Теперь вы знаете, как работает УЗО.

Подробно Устройство и принцип действия УЗО смотрите в видео

Полезные статьи по теме:

УЗО: принцип работы, назначение, технические характеристики, варианты подключения УЗО

Можно услышать мнение, в котором оспаривается необходимость установки устройств защитного отключения (далее УЗО). Чтобы опровергнуть или подтвердить его необходимо понимать функциональное назначение этих устройств, их принцип работы, конструктивные особенности и схему подключения. Также немаловажным фактором является правильное подключение, в зависимости от определенной задачи. Мы постараемся максимально широко ответить на все вопросы касательно данной темы.

Функциональное назначение

Согласно официальному определению данный тип устройств играет роль быстродействующего защитного выключателя, реагирующего на утечку тока. То есть он срабатывает в том случае, когда образуется цепь между фазой и «землей» (проводником РЕ).

Приведем классический пример, в ванной установлен электрический водонагреватель. Он работает беспроблемно гарантийный срок и даже более, потом наступает момент, когда корпус одного из нагревающих элементов дает трещину и происходит пробой фазы на воду.

Яркий пример пробоя

Если в данном случае образуется цепь: фаза – человек – земля, тока нагрузки будет недостаточно для срабатывания электромагнитной защиты, она рассчитана на КЗ. Что касается тепловой защиты, то время ее срабатывания значительно дольше сопротивляемости человеческого организма деструктивному воздействию электротока. Результат можно не описывать, самое страшное то, что в многоквартирном доме такой бойлер может нести угрозу соседям.

В таких случаях представленный аппарат — единственно действенный способ обеспечить надежную защиту. Самое время рассмотреть его принципиальную схему, конструкцию и принцип действия.

Схема устройства

В первую очередь, представим принципиальную схему устройства, с указанием его основных элементов.

Схема УЗО

Обозначение:

• А – Реле, управляющее контактной группой.
• В – Дифференциальный ТТ (трансформатор тока).
• С – Обмотка фазы на ДТТ.
• D – Обмотка нуля на ДТТ.
• Е – Контактная группа.
• F – Нагрузочное сопротивление.
• G – Кнопка, запускающая тестирование устройства.
• 1 – Вход фазы.
• 2 – Выход фазы.
• N – Контакты нулевого провода.

Теперь объясним, как это работает.

Принцип работы

Допустим, от нашего защитного устройства запитан некий прибор с внутренним сопротивлением R_n, при этом корпус подключенного устройства заземлен. В данном случае при штатном режиме работы, через обмотки I и II ДТТ будут протекать равные по значению, но разные по направлению токи.

Штатная работа УЗО

Таким образом, суммарная величина i и i₁ будет нулевой. Соответственно, вызываемые токами магнитные потоки в ДТТ, также будут встречными, поэтому их суммарная величина, также будет нулевой. С учетом перечисленных условий, во вторичной обмотке ДДТ ток образовываться не будет, поэтому реле, управляющее контактной группой, не инициируется. То есть, защитное устройство будет оставаться во включенном состоянии.

Теперь рассмотрим ситуацию, в которой произошел пробой на корпус подключенного оборудования.

Пробой создал условия для срабатывания УЗО

В результате появления тока утечки (i_у) на «землю» будет нарушен баланс токов, протекающих по первичным обмоткам I и II. Это приведет к тому, что величина магнитного потока также станет отличной от нуля, что вызовет образования тока (i₂) на вторичной обмотке ДТТ (III), к которой подключено реле, управляющее контактной группой. Оно сработает, и подключенное оборудование будет обесточено.

Кнопка тестирования на приборе имитирует утечку тока через резистор R_t , что дает возможность убедиться в работоспособности прибора. Такую проверку необходимо проводить не реже одного раза в месяц.

Конструктивное исполнение

Ниже на рисунке представлено типовое защитное устройство со снятой верхней крышкой, что позволяет рассмотреть основные узлы конструкции.

УЗО со снятой крышкой

Обозначения:

• А – Механизм кнопки, запускающей тестирование устройства.
• В — Контактные площадки для подключения входа фазы и нулевого провода.
• С — Дифференциальный ТТ.
• D – Электронная плата усилителя тока, поступающего со вторичной обмотки, до уровня, необходимого для срабатывания реле.
• Е – Нижняя часть пластикового корпуса со стандартным креплением под DIN-рейку.
• F – Дугогасительнаые камеры на размыкающейся группе контактов.
• G — Контактные площадки для подключения выхода фазы и нулевого провода.
• H – Механизм расцепителя (приводится в действие реле или вручную).

Перечень основных характеристик

Разобравшись с конструкцией приборов и их принципом работы, перейдем к основным параметрам. К числу таковых относятся:

• Тип защищаемой электропроводки, она может быть однофазной или трехфазной. Данный параметр влияет на количество полюсов (2 или 4).
• Величина номинального напряжения, для двухполюсных аппаратов это 220-240 Вольт, четырехполюсных – 380-400 Вольт.
• Величина номинальной токовой нагрузки, этот параметр соответствует аналогичному у автоматических выключателей (далее АВ), но имеет несколько другое назначение (подробно будет рассказано ниже), измеряется в Амперах.
• Номинальная величина дифференциального (отключающего) тока, типовые значения: 10, 30, 100 и 300 мА.
• Вид отключающего тока, принятые обозначения:

1. AC – Соответствует переменному току синусоидальной формы. Допускается как его медленное нарастание, так и внезапное проявление.
2. А – К предыдущим характеристикам (AC) добавляется возможность отслеживать утечку выпрямленного пульсирующего тока.
3. S – Обозначение селективных устройств, они отличаются относительно высокой задержкой срабатывания.
4. G – Соответствует предыдущему типу (S), но с меньшей задержкой.

Теперь необходимо объяснить значение параметра номинального тока, поскольку с ним возникают некоторые вопросы. Это значение указывает на максимально допустимый ток для данного защитного электромеханического аппарата.

Подбирая этот параметр необходимо учесть, что он должен быть на одну ступень выше, чем у АВ на данной линии. Например, если АВ рассчитан на 25 А, то необходимо устанавливать защитные устройства с номинальным током – 32 А.

Обратим, внимание, на то, что данный тип устройств не предназначен для срабатывания от КЗ и перегрузки. Если произойдет подобная авария, то выгорит вся проводка и возникнет пожар, но аппарат так и останется включенным. Именно поэтому такие защитные устройства необходимо использовать совместно с АВ. Как вариант, можно устанавливать диффавтомат, по сути это тоже устройство защитного отключения, но снабженное механизмом защиты от КЗ и перегрузки.

Маркировка

Маркировка наносится на лицевую панель прибора, расскажем, что она обозначает на примере двухполюсного устройства.

Маркировка УЗО

Обозначения:

• А – Аббревиатура или логотип производителя.
• В – обозначение серии.
• С – Величина номинального напряжения.
• D – Параметр номинального тока.
• Е – Значение отключающего тока.
• F – Графическое обозначение типа отключающего тока, может быть продублировано литерами (в нашем случае изображена синусоида, что указывает на тип АС).
• G – Графическое обозначение устройства на принципиальных схемах.
• Н – Значение условного тока КЗ.
• I – Схема устройства.
• J – Минимальное значение рабочей температуры (в нашем случае: – 25°С).

Мы привели типовую маркировку, которая применяется в большинстве устройств данного класса.

Варианты подключения

Прежде, чем перейти к типовым схемам подключения, необходимо рассказать о нескольких общих правилах:

1. Устройства данного типа должны быть в паре с АВ, как мы уже упоминали выше, это связано с тем, что защитных устройств не оборудовано защитой от КЗ.
2. Величина номинального тока защитного устройства, она должна быть на ступень выше, чем у стоящего с ним в паре АВ.
3. Нельзя путать входные и выходные контакты. То есть, на вход, помеченный, как правило, «1» должна подаваться фаза, на «N» — ноль. Соответственно, «2» — это выход фазы, а «N» — нуля.
4. Ноль после аппарат не должен соединяться с нулем до него.

Теперь рассмотрим самую простую схему, в которой на каждую линию установлена защита от КЗ и тока утечки.

УЗО на каждую линию

В данном случае все просто, на вход устанавливается АВ (А на рис. 7) с номинальным током 40 А. После него стоит общее устройство (В), его еще называют противопожарным. У данного устройства ток утечки должен быть не менее 100 мА, номинальный ток, как минимум – 50 А (см. пункт 2 общих правил, указанных выше). Далее идут две связки УЗО-АВ (С-Е и D-F). Параметр номинального тока у «С» и «D» — 16 A. Для «E» и «F» это параметр должен быть на ступень выше, в нашем случае – это 20 А. Что касается величины отключающего тока, то для влажных помещений этот показатель должен быть 10 мА, для остальных групп потребителей – 30 мА.

Такой вариант подключения самый простой и надежны, но при этом и более затратный. Для двух внутренних линий его еще можно использовать, но когда их число от 4-х и больше имеет смысл ставить одно устройство защиты на группу АВ. Пример такой схемы приведен нижне.

Пример качественной селективной схемы

Как видите в данной схеме у нас установлено одно общее (противопожарное) защитное устройство и четыре групповых на освещение, кухню, розетки и ванную комнату. Такой вариант подключения позволяет существенно сократить затраты, по сравнению со схемой, где на каждую линию подключается связка УЗО-АВ. Помимо этого обеспечивается необходимый уровень защиты.

В заключение несколько слов о необходимости защитного заземления. Для нормального функционирования УЗО оно необходимо. В интернете можно найти схему включения без PE (собственно она ничем не отличается от обычной), но следует заметить, что сработка будет только в том случае, когда произойдет контакт с батарей, трубами холодной или горячей воды и т.д.

{SOURCE}