Для чего нужно УЗО

Большинство людей знают, что наличие автоматического выключателя на вводе в квартиру или дом не достаточно, для полноценной защиты людей, помещений  и электропроводки от всех неприятностей.

Представим такую ситуацию, когда человек невзначай касается рукой оголенной жилы провода, находящегося под напряжением. Что в этом случае происходит? Ток походит через руку человека и уходит землю. В любом случае величина тока, прошедшего через тело будет тем больше, чем меньше сопротивление участка:  «источник тока» — тело человек – заземление (рассматривая бытовую ситуацию, за «источник тока» примем вводной разъединитель). Сопротивление заземления также зависит от конкретной ситуации – человек может стоять на деревянном полу, а может касаться металлической батареи, или трубы, которые имеют очень хороший контакт с землей и соответственно хорошо заземлены.

Тело человека имеет сопротивление равное примерно 1000 Ом, сопротивление проводов от вводного автомата до места соприкосновения с человеком можно пренебречь. Значит, теоретически, при напряжении питания 220 вольт, через тело человека может пройти ток до 220/1000=0,22 Ампер, или 220 мА, который после уйдет в землю.

Устройство защитного отключения УЗО

Устройство защитного отключения УЗО

Автоматический выключатель, срабатывающий только на токи короткого замыкания и на перегрузку, действующую в течение некоторого времени, не отреагирует  на такую «незначительную» утечку.

Обратимся к справочной литературе по охране труда и техники безопасности. Ток до 5 мА практически не ощущается человеком, ток в 10 мА уже хорошо ощущается человеком, более того эта величина является, так называемым током неотпускания, при котором мышцы самопроизвольно судорожно сжимаются. Ток в 50мА может нанести серьезные внутренние повреждения организму человека, есть вероятность появления сердечной аритмии. При токе в 100 мА возможен летальный исход.

Опасность очень серьезная, и 220 мА – величина внушительная. Кроме того, немаловажное значение имеет скорость срабатывания защитного устройства, которое должно отреагировать практически мгновенно – не более 0,17 секунд при напряжении питания 220 Вольт.

Как обезопаситься от удара током, предотвратить опасную утечку тока вследствие повреждения электропроводки в доме или бытовых приборах, часто являющуюся одной из причин появления пожара? Достаточно просто сравнить величину тока уходящего потребителям с величиной обратного тока. Это сравнение выполняет «устройство защитного отключения» (УЗО).

Принцип работы УЗО

Рассмотрим такое устройство: ферромагнитный сердечник с тремя обмотками. Через первую обмотку проходит ток, уходящий потребителям (фазный провод), по второй обмотке проходит обратный ток (нулевой провод). Если утечек нет, то токи в обоих обмотках равны по значению и различны по направлению, соответственно наведенные этими токами магнитные потоки в сердечнике компенсируют друг друга и суммарный поток равен нулю. Если имеется утечка, то отходящий и обратный токи не будут равны, и суммарный магнитный поток в сердечнике будет отличен от нуля. Магнитный поток будет воздействовать на третью обмотку – управляющую, в которой появится наведенная ЭДС, под воздействием этой ЭДС срабатывает реле, разрывающее цепи.

 

Принцип работы устройства защитного отключения УЗО

Принцип работы устройства защитного отключения УЗО

Конечно, УЗО содержит еще множество элементов – фильтры, для защиты от помех и ложных срабатываний и еще некоторые электронные компоненты, но описанный принцип действия является основным для устройств защитного отключения.

УЗО бывают однофазными и трехфазными. Кроме того, сейчас на рынке присутствуют два различных вида УЗО, отличающихся как по цене, так и по надежности – электромеханические и электронные УЗО.

Электромеханические УЗО

Этот вид УЗО появился первым и является на данный момент самым надежным и дорогим. Внутри электромеханического УЗО нет электронных схем, все работает благодаря физическим законам и в совершенстве отлаженной механики (рис.1).

Основные компоненты электромеханического УЗО:
  1. Трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП) – ферритовое кольцо, внутри которого проходят фазный и нулевой проводники. На кольцо намотана вторичная обмотка. Если утечки нет, то магнитные потоки, созданные проводниками по модулю равны, но различны по направлению, и суммарный поток равен нулю. Если есть утечка, то в сердечнике возникает магнитный поток, приводящий к появлению во вторичной обмотке тока небаланса.
  2. Магнитоэлектрический элемент — защелка, срабатывающая при появлении токов во вторичной обмотке ТТНП. Принцип работы этого элемента также построен на законе магнитной индукции. Привод расцепителя устроен так, в состоянии равновесия находится под воздействием поля постоянного магнита и  пружины с разных сторон, компенсирующих друг друга. Появление ЭДС во вторичной обмотке приводит к уменьшению действия магнитного поля постоянного магнита и расцепитель выводится из состояния равновесия. После срабатывания элемент не может вернуться в обычное состояние без внешнего вмешательства.
  3. Реле, разрывающее цепи питания при срабатывании защелки.

Этот вид УЗО очень требователен к механическим частям. Несмотря на высокую стоимость, электромеханические УЗО широко используются, так как имеют неоспоримые преимущества по сравнению с электронным —  они могут работать при любых уровнях напряжения.

В связи со своими конструкционными особенностями, электронные УЗО не могут обеспечить 100% срабатывание при некоторых уровнях напряжения, в то время как электромеханические всегда выполняют свою задачу.

Электронное УЗО

Электронное УЗО состоит в основном из тех же компонентов, что и электромеханическое. Отличие в том, что чувствительный магнитоэлектрический элемент выполнен в виде электронной схемы. В состав схемы входят элементы сравнения, фильтр, выпрямитель и усилитель. Таким образом, работа электронного УЗО в значительной мере зависит от напряжения питания.

Выбор УЗО

Электронное УЗО помогает в большинстве случаев, и есть смысл его использовать, если нет возможности купить электромагнитное. Часто качество работы устройства защитного отключения определяет качество его изготовления. Таким образом, нельзя утверждать, что электромагнитное УЗО всегда лучше электронного.

Также при выборе необходимо уделить внимание техническим характеристикам устройства.

Во-первых, это номинальный ток  УЗО. Номинальный ток рассчитывается же, как и номинальный ток автоматического выключателя, примерный расчет — это максимальная нагрузка делится на фазное напряжение.

Во-вторых, это ток срабатывания УЗО. Если устройство защитного отключения приобретается для дома или квартиры, то оно должно срабатывать на ток утечки 10мА, а если на предприятие, то в зависимости от условий выбирается в диапазоне 100-300 мА.

Кроме того, устройства защитного отключения бывают типа А и АС.

УЗО типа АС срабатывают только на разность синусоидальных токов. Современная техника  — компьютеры, факсы, принтеры, копировальная техника — при замыкании на землю может создавать не синусоидальные, но пульсирующие токи. Для защиты при таких замыканиях применяется УЗО типа А. Устройства типа АС стоят значительно дешевле, чем А.

Есть еще один фактор, сильно влияющий на цену. Само по себе устройство защитного отключения реагирует только на дифференциальные токи и не срабатывает при токах короткого замыкания (фаза-ноль) и токах перегрузки. Рекомендуется использовать УЗО, объединяющие в себе автоматический выключатель и дифзащиту, либо поставить дополнительный автоматический выключатель.