Электромеханические и электронные УЗО

Чем отличаются электромеханические УЗО от электронных?

Как следует из названий защитных устройств, по принципу действия они делятся на две группы: электромеханические и электронные.

Электромеханические УЗО

Главной особенностью электромеханических УЗО является сохранение функциональности даже при отсутствии напряжения в сети. Принцип их действия состоит в следующем:

1. при нарушении электроизоляции в проводке или внутри какого-либо прибора, а также при контакте руки человека с оголенным проводом возникает ток утечки;
2. на первичной (подключенной к проводке), обмотке дифференциального (тороидального) трансформатора внутри УЗО ток утечки создает электромагнитное поле;
3. под действием поля во вторичной обмотке трансформатора появляется электрический ток;
4. срабатывает реле и через спусковой механизм отключает линию.

Ток утечки обычно не очень большой, однако для сработки реле его вполне достаточно.

Достоинством электромеханической конструкции является ее надежность ввиду простоты.

Кроме того, причиной отсутствия электроэнергии может быть не только полное обесточивание всего дома, но и повреждение нулевой шины в квартирном щите. В этом случае при попытке устранить поломку есть вероятность поражения током, поскольку фазовый провод может остаться неотключенным. Но при контакте кожи человека с таким проводом электромеханическое УЗО все равно отреагирует на возникший ток утечки и отключит линию, сохранив жизнь и здоровье человеку.

Из недостатков отмечается лишь высокие требования к характеристикам дифференциального трансформатора и реле. Качественная элементная база приводит к увеличению стоимости всего устройства.

Электронные УЗО

Электронные УЗО работают по иному принципу. При утечке ток, возникающий во вторичной обмотке трансформатора, поступает не сразу на исполнительный механизм, а на усилитель. Увеличенный усилителем ток поступает на реле, которое и производит отключение линии электроснабжения.

Такая схема снижает требования к чувствительности реле и габаритам трансформатора, но снижает надежность защитного прибора.

Кроме того, для работы платы усилителя требуется электропитания. Поэтому электронные УЗО работоспособны лишь при наличии электроснабжения.

Достоинствами электронных устройств защиты являются их небольшая стоимость и в некоторых случаях чуть более широкий функционал. Под последним подразумевается автоматическое отключение при превышении установленного порога напряжения.

Устройство электромеханического УДТ

Электромеханические УЗО состоят из следующих основных деталей:

• корпуса;
• контактной системы состоящей из клемм, к которым подключаются питающие провода, подвижных и неподвижных контактов, которыми осуществляется коммутация;
• измерительного трансформатора и выпрямителя;
• поляризованного реле;
• системы механического отключения (расцепителя);
• системы гашения электрической дуги;
• тестовой кнопки и резистора.

Поляризованное реле

Исполнительным органом в электромеханических устройствах дифференциального тока является поляризованное реле. Поляризованное реле относится к классу бистабильных реле постоянного тока. Оно может находиться как в отключенном, так и во включенном состоянии в отсутствие напряжения на его обмотке. В УЗО на обмотку поляризованного реле поступает выпрямленное напряжение от измерительного трансформатора. При достижении порогового значения происходит переключение реле, которое механически связано с расцепителем. В результате происходит отключение УДТ.

Кнопка «ТЕСТ»

В отличие от автоматических выключателей и других аппаратов защиты, в УЗО имеется возможность выполнения проверки работоспособности устройства. Проверка выполняется нажатием кнопки «Тест». Эта кнопка вместе со специально подобранным резистором образует цепочку, которая имитирует возникновение тока утечки. Концы цепочки соединяются с нулевым и фазным проводом. Проводники цепочки не проходят через кольцевой сердечник дифференциального трансформатора. Поэтому при проведении теста нарушается баланс магнитных потоков в измерительной системе. Номинал резистора выбирают таким образом, чтобы ток искусственной утечки был равен номинальному току срабатывания дифференциальной защиты.

Назначение

УЗО сравнивает значения входного и выходного токов обслуживаемой цепи. При обнаружении разницы свидетельствующей об уходе потока электронов в сторонние предметы, устройство размыкает контакты.

Утечка тока происходит в одном из следующих случаев:

• пользователь получил электроудар;
• случилось замыкание фазы на заземленный корпус прибора: авария, также грозящая пользователю электротравмой;
• произошел контакт между токоведущими частями и заземленными металлическими предметами, например, строительной конструкцией, что чревато пожаром.

Таким образом, при несанкционированной потере тока крайне важно быстро обесточить цепь. Надо понимать, что УЗО не защищает цепь от перегрузок и токов короткого замыкания

Эту функцию выполняют автоматические выключатели. Существуют устройства «два в одном», имеющие в своем составе УЗО и автоматический выключатель. В обиходе их называют дифавтоматами

Надо понимать, что УЗО не защищает цепь от перегрузок и токов короткого замыкания. Эту функцию выполняют автоматические выключатели. Существуют устройства «два в одном», имеющие в своем составе УЗО и автоматический выключатель. В обиходе их называют дифавтоматами.

Виды УЗО

УЗО бывают разные — трехфазные и однофазные… Но на этом деление УЗО на подклассы не завершается. В настоящий момент на рынке присутствуют 2 принципиально различающиеся категории УЗО:

1. электромеханические (независящие от сети),
2. электронные(зависящие от сети).

Рассмотрим по отдельности принцип действия каждой из категорий.

Электромеханические УЗО

Родоначальники УЗО – электромеханические. В основе принцип точной механики т.е. заглянув внутрь такого УЗО вы не увидите компараторов операционных усилителей, логики и тому подобного.

• Состоит из нескольких основных компонентов:
• Так называемый трансформатор тока нулевой последовательности, его цель отследить ток утечки и передать его с неким Ктр на вторичную обмотку( I 2), I ут= I 2*Ктр (весьма идеализированная формула, однако отражающая суть процесса).
• Чувствительный магнитоэлектрический элемент (запираемый т.е. при срабатывании без внешнего вмешательства не может вернуться в исходное состояние – защелка) – играет роль порогового элемента.
• Реле – обеспечивает расцепление в случае если сработала защелка.

Данный тип УЗО требует высокоточной механики для чувствительного магнитоэлектрического элемента. В настоящий момент всего несколько мировых компаний продают электромеханические УЗО. Их стоимость значительно выше цены на электронные УЗО.

Почему же в большинстве стран мира получили распространение именно электромеханические УЗО? Все очень просто – данный тип УЗО сработает в случае обнаружения тока утечки при любом уровне напряжения в сети.

Почему этот фактор(независимость от уровня напряжения сети) столь важен?

Это вызвано тем что при использовании работоспособного(исправного) электромеханического УЗО мы гарантируем в 100% случаях срабатывание реле и соответственно отключение подачи энергии потребителю.

В электронных УЗО этот параметр тоже велик, но не равен 100%(как будет показано далее это связанно с тем что при определенном уровне напряжения сети схема электронного УЗО окажется не работоспособной), а в нашем случае каждый процент – это возможно человеческие жизни (будь то прямая угроза жизни человека при касании им проводов, либо косвенная, при возникновении пожара от обгорания изоляции).

В большинстве так называемых “развитых” стран электромеханические УЗО – это эталон и устройство обязательное к повсеместному использованию. В нашей стране постепенно идут подвижки в сторону обязательного использования УЗО, однако потребителю в большинстве случаев не дается информации о типе УЗО, что влечет за собой использование дешевых электронных УЗО.

Электронные УЗО

Такими УЗО наводнен любой строительный рынок. Стоимость на электронные УЗО местами ниже чем на электромеханические до 10 раз.

Недостаток таких УЗО, как уже писалось выше, не 100% гарантия при исправном УЗО получить его срабатывание в следствии появления тока утечки. Достоинство – дешевизна и доступность.

В принципе электронное УЗО строится по той же схеме, что и электромеханическое (Рис.1). Разница заключается в том, что место чувствительного магнитоэлектрического элемента занимает элемент сравнения (компаратор, стабилитрон). Для работоспособности такой схемы понадобится выпрямитель, небольшой фильтр,(возможно даже КРЕН).

Т.к. трансформатор тока нулевой последовательности – понижающий (в десятки раз), то также необходима цепочка усиления сигнала, которая кроме полезного сигнала также будет усиливать помеху(или сигнал небаланса присутствующий при нулевом токе утечки). Из вышесказанного очевидно, что момент срабатывании реле, в данном типе УЗО определяется не только током утечки, но и сетевым напряжением.

Если Вы не можете позволить себе электромеханическое УЗО, то брать электронное УЗО все же стоит, т.к. оно обеспечивает срабатывание в большинстве случаев.

Существуют также случаи, когда покупать дорогое электромеханическое УЗО не имеет смысла. Одним из таких случаев является использование при питании квартиры/дома стабилизатора, либо источника бесперебойного питания (ИБП). В этом случае брать электромеханическое УЗО смысла не имеет.

Сразу отмечу, что я веду речь о категориях УЗО их плюсах и минусах, а не о конкретных моделях т.к. Вы можете купить некачественно УЗО как электромеханического так и электронного типов. При покупке спрашивайте сертификат соответствия, т.к. многие электронные УЗО представленные на нашем рынке не сертифицированы.

Какие дифавтоматы устанавливают в быту чаще всего?

По номиналу, самые популярные 16А и 20А. Они установлены почти в каждой квартире. Традиционно, 20А ставят на розетки, а 16А — на освещение. Также часто отдельно ставят на ванную или бойлер, но там номинал значительно меньше.

Более практичные двухкнопочные дифы, так как по ним видно, когда механизм сработал от короткого замыкания, а когда от утечки тока. Это удобнее, чем с однокнопочными, срабатывающими в обоих случаях одинаково.

ABB серии DS 951 вообще обладают интересной особенностью — левый переключатель спрятан под заглушкой и его невозможно увидеть. В чем смысл такой конструкции мне, как электрику, не совсем понятно.

Есть ли разница, что ставить: дифавтомат или УЗО с автоматом по отдельности?

Это уже чисто индивидуальные предпочтения, если Вы доверяете какому-то одному бренду, то исходя уже из его ассортимента нужно искать, что дешевле и делать какие-либо выводы.

С трехфазными ситуация поинтересней. В европейских странах принято на три фазы устанавливать отдельные УЗО и автоматы, соответственно ассортимент на трехфазные модели у них очень бедный. Из-за того, что это не ходовая позиция, у многих производителей стоимость трехфазников выше, и купить их можно только под заказ.

Решение УЗО+автомат в среднем будет на 40-50$ дешевле. Единственное преимущество дифзащиты в том, что она занимает на DIN-рейке на один модуль меньше. Из соображений экономии, намного выгоднее купить щиток большего размера.

В сегменте китайских товаров ситуация иначе. Например, в ассортименте того же IEK много как однофазных, так и трехфазных дифавтоматов.

Основные проблемы

Ниже приведены основные проблемы, которые принято обычно связывают с неправильной работой УЗО.

Срабатывает УЗО на водонагревателе

При диагностировании такого случая, для начала, необходимо исключить неисправность в самом устройстве защиты или старение изоляции проводки. Для этого достаточно подключить любой другой прибор в линию, питающую водонагреватель. В случае, если отключения не произошло, необходимо искать проблему в водонагревателе.

Почему выбивает УЗО на водонагревателе?
Основная причина — нарушение электрической цепи внутри бойлера. Как показывает практика, наиболее распространенное явление – нарушение изоляции питающего провода внутри корпуса. Неизолированный провод касается металлического корпуса водонагревателя и цепь замыкается через землю. То есть ток в обратном проводе становится меньше чем в прямом,  что вызывает срабатывание УЗО. Рассмотрим схему:

В исправном бойлере нет тока утечки на землю (РЕ) потому что нет электрической связи с корпусом. Поэтому ток в фазном и нулевом проводе одинаков — УЗО не срабатывает. Теперь рассмотрим случай повреждения цепи внутри водонагревателя:

В таком случае цепь замыкается по земле в обход УЗО. Баланс прямого и обратного тока в УЗО нарушается, и устройство срабатывает.

Выбивает УЗО при включении стиральной машины

Причиной отключения стиральной машины может так же являться нарушение цепи, как и в случае с водонагревателем. Проблема решается аналогичным способом – разбираем машинку и ищем нарушения изоляции проводов. Как показывает практика, в 9 из 10 случаев причина кроется именно в этом.

Также возможен и более «интересный» случай. Дело в том, что в момент пуска электрического двигателя (пуска стиральной машины) происходят сложные электромеханические и электромагнитные процессы в цепи. Двигатель машинки изменяет форму потребляемого тока (возникают апериодические составляющие постоянного тока), эти изменения «расцениваются» УЗО как аварийный режим и происходит отключение. Помимо этого, цепь управления некоторых стиральных машин запитывается постоянным током. В цепи управления так же возможны незначительные утечки. Поэтому можно «отстроиться» от  ложных срабатываний сменив УЗО на больший номинал (30 мА вместо 10 мА) или применив УЗО типа АС (вместо А). Напомню, УЗО типа АС реагирует лишь на изменение периодического тока, что вполне достаточно для бытового применения.

УЗО срабатывает без нагрузки

В этом случае могут быть 2 проблемы: неисправное УЗО или проблемы в проводке, например нарушение изоляции провода, что приводит к утечке тока на землю.

Что надо учитывать при выборе УЗО

Для того, чтобы выбрать эффективное и безопасное устройство, необходимо знание некоторых факторов:

• Понимание назначения и принципа действия, выбранного вами аппарата;
• Точно знать его параметры и характеристики;
• Изучение нормативных документов, прилагаемых к устройству.

Немаловажную роль при выборе автомата имеет возраст вашей проводки, состояние и качество соединений. Новая квартира у вас или старая, есть ли поблизости трансформаторная подстанция, температурный режим помещения, где установлен электрощит – это факторы, которые влияют на выбор устройства, которое защитит вас в любых неблагоприятных ситуациях.

Типовая схема электросети дома должна выглядеть следующим образом:

• Вводной электрический щит;
• Электрощит на нижнем этаже;
• Электрощит на втором этаже;
• Каждый этаж дома имеет электрощит, оборудованный группой автоматов, причем индивидуально для каждой квартиры.

Различают типы УЗО, каждый из которых выполняет определенные задачи. Рассмотрим, по каким показателям происходит классификация УЗО.

Градация:

• тип утечки тока;
• время срабатывания;
• принцип отключения;
• количество полюсов.

Перед совершением покупки следует точно определиться, для чего вам необходим автомат и какую нагрузку он должен выдержать.

Назначение УЗО

Большинство аппаратов токовой защиты (предохранители, автоматические выключатели и другое) защищают электропроводку и подключенные к ней электроприемники от токов перегрузки и короткого замыкания. Устройства защитного отключения выполняют другие функции. В зависимости от тока срабатывания они обеспечивают защиту людей от поражения электрическим током или предотвращают возникновения пожара.

Каждый электрик знает, что переменный ток промышленной частоты, протекающий через тело человека, становится опасным для здоровья, если его величина превышает 0.01 ампера. Токи свыше 0.1 А опасны смертельно. Поэтому пороговый ток срабатывания (уставка) УЗО защищающего человека от удара током обычно выбирается из номиналов 10 мА или 30 мА. Первая уставка используется для сырых помещений, детских комнат и так далее. Уставка 30 мА применяется для обычных условий.

Для предотвращения пожаров устанавливают аппараты, настроенные на дифференциальные токи, превышающие 300 мА.

Это интересно: Перепрограммирование электросчетчика в 2019 году — рассматриваем суть

Отличие электронного УЗО от электромеханического УДТ

Электронные и электромеханические устройства защиты отличаются только типом порогового устройства. Как уже отмечалось выше, в электронных аппаратах защиты в качестве порогового устройства используется электронный усилитель, который вырабатывает сигнал отключения. Этот сигнал подается на обычное реле, которое воздействует на механический расцепитель. Электронные компоненты, в отличие от электромеханических реле, обходятся дешевле и имеют меньший технологический разброс. Поэтому электронное УЗО, как правило, стоит меньше электромеханического аппарата защиты.

Люди, не сталкивавшиеся ранее с устройствами защитного отключения, часто задают вопрос: как отличить электромеханическое УЗО от электронного? Отличить устройства можно по маркировке, нанесенной на лицевую часть корпуса аппарата. У всех УЗО на корпусе можно увидеть символическое изображение дифференциального трансформатора. Он изображается в виде эллипса, охватывающего силовые проводники. От трансформатора прочерчивается символическая линия связи, идущая к устройству сравнения. Устройство сравнения изображается в виде прямоугольника или треугольника. Если нарисован треугольник, то это электронное УЗО. Если прямоугольник — это электромеханическое устройство.

Вечный спор об УЗО

На форумах электриков не затихают споры на тему: какое устройство защиты лучше использовать, УЗО электронное или электромеханическое?

В принципе функциональных различий между аппаратами с разными пороговыми устройствами нет. Оба типа устройств дифференциального тока с успехом выполняют свои функции. Но дотошные исследователи подметили одну особенность, которой обладает электронное УЗО. Для работы операционного усилителя нужно питание. Оно берется с входных клемм аппарата защиты. Поэтому, в случае обрыва нуля или фазы питающей электронную схему, устройство теряет работоспособность. Электромеханическое УЗО лишено этого недостатка, так как исполнительный орган питается от вторичной обмотки трансформатора. Поэтому при обрыве нулевого провода «электромеханика» все равно сработает в случае возникновения утечки фазы.

Разновидности

Классифицируют все устройства по нескольким параметрам:

• по форме токовой утечки;
• по способу действия;
• по временной выдержке;
• по конструктивному исполнению.

Рассмотрим вкратце, в чём особенности и зачем нужно то или иное УЗО.

По форме токовой утечки

Все устройства в зависимости от токовой утечки классифицируются на три типа:

На таких УЗО вы найдёте букву «А» либо значок, который выглядит следующим образом:

«В». Это УЗО срабатывает при трёх разновидностях токовой утечки: пульсирующая постоянная, выпрямленная и синусоидальная переменная. Подобные устройства чаще всего применяют для объектов промышленности, приобретать их для гаража, дома либо дачного строения не стоит.

Обозначение таких устройств вы определите аналогичным образом – по буквенному символу «В» либо по значку, нарисованному на корпусе: Время отключения для вышеперечисленных типов УЗО («АС», «А», «В») варьируется в пределах от 0,02 до 0,03 с.

По принципу действия

По принципу действия УЗО подразделяются на электронные и электромеханические.

Со вторыми всё намного проще, электромеханические устройства не имеют зависимости от питающей сети. Для их срабатывания достаточно, чтобы в повреждённой электрической ветви возникла токовая утечка.

Для электронных УЗО токовой утечки недостаточно, им ещё понадобится питающая сеть. Чтобы подобное устройство отключило повреждённый участок, должно быть питание от внешнего источника для электронного усилителя, встроенного в электрическую схему. За счёт этого УЗО электронного типа считаются не такими надёжными, как устройства электромеханические, соответственно получили не столь широкое распространение.

Чтобы вам было более понятно, рассмотрим эту теорию на примере. Предположим, что розеточная линия, от которой запитана микроволновая печка, защищена УЗО электронного типа. По стечению обстоятельств произошло одновременно две аварийные ситуации:

• в подъездном распределительном щитке повредилась нулевая жила;
• внутри микроволновой печки случилось повреждение электрической проводки, в результате которой фаза замкнула на корпус.

При этом корпус микроволновки оказался под опасным потенциалом. Если случайно прикоснуться к печи, УЗО электронного типа не отработает, потому что его встроенная схема осталась не запитанной из-за повреждения ноля в щитке. Вероятность подобного случая минимальна, однако он может случиться.

Из подобных ситуаций был придуман выход иностранными производителями электронных устройств. Они решили дополнять корпуса УЗО электромагнитными реле, которые отключат защищаемую цепь сразу же, как только пропадёт питание от внешнего источника.

По временной выдержке

Согласно этой характеристике все устройства подразделяются на два типа: «S» и «G».

УЗО типа «S» обладает селективностью, то есть срабатывает через определённое время (от 0,15 до 0,5 с). Устройства такого типа, как правило, используют, когда в цепи их установлено несколько.

Рассмотрим, небольшой пример. Допустим, в домашнем распределительном щитке есть две розеточные группы. Каждую из них защищает УЗО, не имеющее временной выдержки (типа «А» или «АС»), а сам ввод оборудован защитным устройством типа «S».

Если на одной из розеточных групп произошла токовая утечка и УЗО, защищающее эти розетки, не отреагировало по какой-то причине (электрики называют подобную ситуацию пропуск защит), то через определённое время отключится устройство на вводе.

Устройство типа «G» обладает аналогичной селективностью, его отличие в меньших пределах выдержки времени (от 0,06 до 0,08 с).

Про основные характеристики УЗО на видео:

По конструктивному исполнению

Конструктивно УЗО различаются в зависимости от количества полюсов:

• в сетях однофазного напряжения применяют двухполюсные модели;
• в сетях трёхфазного напряжения монтируют УЗО с четырьмя полюсами.

По другим параметрам

Есть ещё несколько параметров, по которым классифицируются УЗО:

• По установке (стационарные и переносные).
• По монтажу (с помощью стационарной электропроводки либо с использованием гибких проводов с удлинителями).
• По оснащению защитами. Есть устройства совсем без защит, а есть со встроенными – от перегруза и тока КЗ.
• По возможности регулировки дифференциального тока (нерегулируемые, регулируемые плавно либо дискретно).

Мы предоставили вам информацию о том, что такое УЗО в электрике. Надеемся, из статьи понятно, что современная система автоматики и защиты без этого элемента обойтись не может. Если вам дорого имущество, а тем более человеческая жизнь, то не пренебрегайте установкой устройств защитного отключения.

Принцип действия электромеханического УЗО

Устройства защитного отключения реагируют на токи утечки, возникающие при нарушении изоляции электропроводки или в момент прикосновения человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением. Главной особенностью токов утечки является то, что они нарушают баланс (равенство) токов протекающих через фазные провода и нулевой провод.

Для обнаружения утечки применяется дифференциальный трансформатор. Конструктивно он состоит из:

• ферритового кольца служащего магнитопроводом (сердечником);
• первичных обмоток, которыми являются фазные проводники и нулевой провод, пропущенные через сердечник;
• вторичной (измерительной) обмотки.

При отсутствии токов утечки суммарный магнитный поток, создаваемый в сердечнике трансформатора первичными обмотками, равен нулю. При этом во вторичной обмотке ЭДС отсутствует. В случае возникновения утечки, баланс токов нарушается и во вторичной обмотке начинает наводиться ЭДС. На выводах измерительной обмотки возникает разность потенциалов. Разность потенциалов тем выше, чем больше ток утечки.

Напряжение, снятое с вторичной обмотки дифференциального измерительного трансформатора подается на пороговый орган (устройство сравнения). Пороговый орган вырабатывает сигнал отключения при достижении током утечки установленного значения.

В качестве порогового органа в электромеханических отключающих устройствах применяется поляризованное реле. В электронном УЗО устройством сравнения выступает усилитель постоянного тока, выполненный на микросхеме операционного усилителя.