УЗО — устройство защитного отключения

Назначение УЗО

УЗО – коммутационный прибор, предназначенный для прерывания электрической цепи при разнице силы тока в фазной и нулевой цепи сверх заранее установленной величины. Это предотвращает утечки тока, из-за которых может произойти аварийная ситуация – пожар или поражение людей.

Слово коммутационны в описании указывает на способность прибора замыкать и размыкать электрические контакты, т. е. коммутировать.

Используются и другие названия: дифференциальный выключатель и т. п.

Читайте также:

Меняем электропроводку своими руками

Как устроено и работает УЗО

В качестве примера рассмотрим самый простой случай подключения с помощью УЗО лампы накаливания:

Нормальное рабочее состояние УЗО – подвижные контакты замкнуты, сила тока I в линии, отходящей от фазы (красная) и подходящей к нулю (синяя), одинакова.

При прохождении проводника с током сквозь окно магнитопровода в нём создаётся магнитный поток

Ф=k*I,

где к – коэффициент пропорциональности.

Если токи в фазном и нулевом проводах I_L и I_N равны по величине и противоположны по направлению, то вызываемые ими магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ тоже будут равны и противоположны:

Ф₁ = — (Ф₂)

В результате сумма магнитных потоков будет нулевой:

Фсумм= Ф₁+ Ф₂= Ф₁+ (- Ф₁)=0.

Магнитный поток, проходящий через магнитопровод, создаёт ток во вторичной обмотке, равный

I₂=m*Ф.

Поскольку поток нулевой, то и ток вторичной обмотки тоже равен нулю.

Подвижные контакты включены, ток по цепи течёт, режим работы – штатный.

Рассмотрим нештатную ситуацию – некто коснулся проводов и создал контакт между ними и землёй.

Теперь часть тока стекает в землю (ток утечки Iут). На эту величину уменьшится ток в возвратной линии.

Отметим, что этот ток утечки будет проходить через человеческое тело, создавая опасность его жизни.

На эту величину (Iут) уменьшится возвращающийся из цепи ток нулевой линии:

Iн = Iф — Iут

При этом магнитный поток, создаваемый током в нулевом проводе, тоже снизится на величину

ΔФ=k*Iут

Поскольку изначально, при равенстве токов суммарный магнитный поток был равен нулю, теперь при снижении тока в нулевой линии на Iут баланс потоков примет следующий вид:

Ф₁=k*Iф

Ф₂=k*Iн

Ф₁— Ф₂= k*Iф — k*Iн =k(Iф- Iн)=k* Iут= δФ

Новая сумма магнитных потоков, возникшая из-за появления тока утечки, наведёт ток во вторичной обмотке:

I₂=m*ΔФ

А он, в свою очередь, через реле выключит подвижные контакты. Электрическая линия отключится.

для проверки исправности УЗО нажимают кнопку «ТЕСТ». Создаётся ток утечки. При исправном приборе цепь будет разомкнута.

Читайте также:

Схемы электропроводки в квартире

Как подключается УЗО

ВНИМАНИЕ! УЗО не защищено от токов большой величины, поэтому оно не отменяет необходимость монтажа автоматического выключателя для защиты электрической линии от КЗ.

Схема подключения УЗО связана с типом сети. Она бывает:

• Без заземления
• С заземлением.

Первый вариант

Такой приём используется при отсутствии контура заземления.

Второй вариант

Используется схема ТN-C-S с разветвлением нулевого кабеля на рабочую и защитную линии.

Или схема ТN-S при раздельных рабочей и защитной нулевых линиях.

ВНИМАНИЕ! Функциональную (синюю) и защитную (зелёную) нулевые линии запрещено на участке цепи после установленного устройства.

Распространённые ошибки при подключении

Защитное устройство реагирует на возникновение токов утечки, появляющиеся в результате замыканий в цепи: повреждения изоляции, попадание кого-либо под напряжение и т. д. Если УЗО сработало без видимых нарушений, вероятно, допущены следующие ошибки:

Объединение рабочего нуля с защитным на участке цепи после установленного устройства.

Ток нулевой части цепи будет разделён на два провода. Из-за этого ток фазного провода Iф будет больше тока нулевого Iн. УЗО уловит разницу и выключит цепь.

В качестве рабочего нуля используется заземлённый провод или элементы заземления здания – трубы, отопительная система, части стальных конструкций.

В нулевом (зелёном) проводе тока нет. УЗО улавливает разницу и размыкает контакты.

Типы и параметры устройства. Критерии выбора

Для определения параметров УЗО в соответствии с потребляемой мощностью рекомендуется использовать онлайн-калькулятор.

Устройство подбирается по следующим параметрам:

• Номинальный ток – наибольшая величина силы тока, при которой устройство длительно сохраняет работоспособность

• Дифференциальный ток – наименьший ток утечки, когда происходит выключение цепи

• Номинальное напряжение – напряжение, когда устройство длительное время сохраняет работоспособность

• Тип тока – переменный (~) или постоянный (-)

• Условный ток КЗ – сила тока, кратковременно выдерживаемая устройством до срабатывания защиты.

Читайте также:

Как провести монтаж электропроводки своими руками в частном доме?

Критерии выбора

Номинальное напряжение. Параметр должен превышать аналогичный для защищаемой линии

Uном. УЗО⩾ Uном. линии

Число фаз сети. Одна фаза – двухполюсное, три фазы – четырёхполюсное.

Номинальный ток. Как и напряжение не должен быть меньше параметра защищаемой цепи.

Для расчёта рекомендуется использовать онлайн-калькулятор или формулу для расчёта:

Iсети=Pсети*Кп,

где Pсети – мощность в ваттах,

Кп – коэффициент. Принимается равным 1,52 при 380вольтах; 4,55 при 220 вольтах.

По результатам вычислений выбираем ближайшее превышающее значение из ряда (в амперах): 4, 5, 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 и т.д.

Сетевая мощность – Pсети – равна суммарной мощности всех потребителей, входящих в состав рассматриваемой сети:

Pсети=(P₁+ P₂…+ Pn)*Кс

Где Pi – мощность i-го потребителя, кВт,

Кс – коэффициент, принимаемый равным 1 для i=1 и 0,65…0,80 для i>1.

Допускается мощность сети брать указанную в нормативной документации.

В составе УЗО нет защиты от КЗ, поэтому необходим отдельный предохранитель или размыкающий автомат. Он подбирается аналогичным путём. При этом советуют брать параметр УЗО на 1 шаг выше предохранительного устройства.

Читайте также:

Электропроводка в гараже своими руками: что нужно знать?

Дифференциальный ток. Основная характеристика прибора, определяющая порог утечки тока для размыкания защитных контактов.

Пункт 7.1.83. ПУЭ гласит, что суммарная потеря тока с учётом всех присоединённых потребителей должна быть на более трети (1/3) номинала для УЗО.

Если такие данные отсутствуют, надо руководствоваться правилом: 0,004 А утечки потребителей на 1 ампер нагрузки и 0,1 микроампер утечки линии на каждый метр фазного провода.

Итоговая формула для расчёта:

ΔIсети=((0.4*Iсети)+(0.01*Lлинии))*3,

где Iсети — ток сети, мА; Lлинии — общая протяжённость защищаемой прибором цепи, м.

Параметр УЗО выбираем из справочного ряда (6, 10, 30, 100, 300, 500мА) по ближайшему превышающему значению.

ΔIУЗО⩾ ΔIсети

Для противопожарной защиты используют 100…500 мА, для защиты людей – 6…30 мА. При наличии повышенной опасности берут 6 или 10 мА. Значение 30 мА можно использовать, как общецелевое.

Для защиты от поражения электричеством при расчётной утечке больше 30 мА на каждую группу линий – комнаты, кухня, санузел – монтируют отдельное УЗО. При этом расчётный ток утечки снижается, и берутся устройства с меньшими значениями дифференциального тока. Расчёт производится отдельно для каждой из групп.

Разновидности УЗО

Существуют электромеханические и электронные защитные приборы.

Принцип работы и внутреннее строение первого вида было рассмотрено ранее. Его рабочий элемент – дифференциальный трансформатор – состоящий из магнитопровода с вторичной обмоткой срабатывает при различиях входящего и исходящего токов.

Во втором эта обязанностьвозложена на электронные компоненты. Для работы к ним должно быть подведено питающее напряжение. Это основной недостаток электронных УЗО. При обрыве питающего провода они перестают работать и защищать цепь.

Электромеханические же не требуют отдельного питания и сохраняют работоспособность постоянно. Поэтому этому типу защиты следует отдавать предпочтение.