Принцип работы УЗО
Принцип работы УЗО. — этим вопросом задаются многие.
Как известно из курса электротехники, электрический ток течет из сети по фазному проводу через нагрузку и возвращается обратно в сеть по нейтральному проводу. Это закономерность легла в основу работы УЗО.
Принцип работы устройства защитного отключения основан на сравнивании величины тока на входе и выходе защищаемого объекта.
При равенстве этих токов Iвх = Iвых УЗО не реагирует. Если Iвх > Iвых УЗО чувствует утечку и срабатывает.
То есть, токи протекающие по фазному и нейтральному проводу, должны быть равны (это касается однофазной двухпроводной сети, для трехфазной четырехпроводной сети ток в нейтрали равен сумме токов которые протекают в фазах). Если токи не равны – значит имеется утечка, на которую и реагирует УЗО.
Рассмотрим принцип работы УЗО более детально.
Основным элементом конструкции устройства защитного отключения является дифференциальный трансформатор тока. Это тороидальный сердечник на который намотаны обмотки.
При нормальной работе сети, электрический ток протекающий в фазном и нулевом проводе создает в этих обмотках переменные магнитные потоки, которые равны по величине, но противоположны по направлению. Результирующий магнитный поток в тороидальном сердечнике будет равен:
Как видно из формулы магнитный поток в тороидальном сердечнике УЗО будет равен нулю, следовательно ЭДС в контрольной обмотке наводится не будет, ток в ней, соответственно тоже. Устройство защитного отключения в этом случае не работает и находится в спящем режиме.
Теперь представим что человек коснулся электроприбора который в результате повреждения изоляции оказался под фазным напряжением. Теперь через УЗО кроме тока нагрузки будет протекает дополнительный ток — ток утечки.
В этом случае, токи в фазном и нулевом проводе не будут равны. Результирующий магнитный поток также не будет равен нулю:
Под воздействием результирующего магнитного потока в контрольной обмотке возбуждается ЭДС, под действием ЭДС в ней возникает ток. Ток возникший в контрольной обмотке приводит в действие магнитоэлектрическое реле которое отключает силовые контакты.
Максимальный ток в контрольной обмотке появится тогда когда в одной из силовых обмоток тока не будет. То есть, это ситуация когда человек коснется фазного провода, например в розетке в этом случае ток в нулевом проводе протекать не будет.
Несмотря на то, что ток утечки весьма невелик, УЗО оснащают магнитоэлектрические реле с высокой чувствительностью, пороговый элемент которого способен среагировать на ток утечки 10 мА.
Ток утечки это один из основных параметров по которому выбирают УЗО. Существует шкала номинальных дифференциальных токов отключения 10 мА, 30 мА, 100 мА, 300 мА, 500 мА.
Следует понимать, что устройство защитного отключения реагирует только на токи утечки и не работает при перегрузках и коротких замыканиях. Не сработает УЗО и в том случае, если человек одновременно возьмется за фазный и нулевой провод. Это происходит по тому, что человеческое тело в этом случае можно представить как нагрузку, через которую проходит электрический ток.
Из-за этого вместо УЗО устанавливают дифференциальные автоматы, которые по своей конструкции объединяют одновременно УЗО и автоматический выключатель.
Проверка работоспособности УЗО
Для того чтобы осуществлять контроль исправности (работоспособности) УЗО, на его корпусе предусмотрена кнопка «Тест». при нажатии на которую искусственно создается ток утечки (дифференциальный ток). Если устройство защитного отключения исправно, то при нажатии на кнопку «Тест» оно отключится.
Специалисты рекомендуют производить такой контроль примерно один раз в месяц.
Похожие материалы на сайте:
Принцип работы
Коротко принцип работы:
- Прибор сверяет количество электричества, пришедшего с фазного провода и ушедшего в нулевой. При исправной системе данные параметры должны быть одинаковые;
- Если человек касается чего-нибудь под напряжением, или случается утечка, часть тока, которая пришла с фазы, уходит в землю, минуя нулевой провод УЗО, тем самым нарушая баланс токов, что вызывает отключение защитного устройства;
- Устройство реагирует на ток, намного меньше смертельно опасного значения, и срабатывает настолько быстро, что организм ощущает едва заметный шок.
Некоторые «специалисты» утверждают, что установка УЗО невозможна в частном доме, или на даче, где имеется старая двухжильная проводка. Это заблуждение связано с тем, что в таких вариантах нулевой проводник имеет соединение с заземлением.
Каждая нижеприведённая схема подключения УЗО в домашнюю однофазную или трёхфазную электросеть, с заземлением или без него, будет работоспособной, если соблюдать основополагающие правила, изложенные ниже.
Схема подключения УЗО без заземления
Чтобы надежно работало УЗО, нужна трехпроводная сеть – это двухпроводная электрическая сеть с дополнительным защитным заземлением. Заземление устанавливается с целью защиты человека от тяжелого поражения электрическим током при пробое фазы на корпус электроприбора.
В этом случае имеет место короткое замыкание и сработает электромагнитная защита автоматического выключателя. УЗО также защищает человека от воздействия электрического тока при аварийной утечке тока. Подключается УЗО фазным и нейтральным проводом на верхние клеммы.
С нижних клемм выходят фаза и ноль для нагрузки. Если нет утечек тока, то ток фазы и нейтрали будет идентичным, УЗО не сработает. Если произошла утечка тока, то УЗО вычислит ее и отключит электрическую цепь от сети. Таким образом, УЗО вычисляет токи фазного и нейтрального проводов и при обнаружении разницы токов включается механизм защиты.
Это можно показать на примере. Если возникла аварийная ситуация, произошел пробой изоляции, и фаза появилась на корпусе электрической плиты, то до прикосновения человека УЗО работает в режиме ожидания и не отключается, а при прикосновении человека к токопроводящему корпусу электрической плиты возникает ток утечки по пути – фазовый провод, корпус плиты, человек, токопроводящий пол, что заставит сработать защитный механизм.
Подключение УЗО без заземления
Строительство новых домов предусмотрено с защитным заземлением. При подключении УЗО к однофазной сети с заземлением при нарушении изоляции и замыкании сетевого провода на корпус электроприбора, возникнет ток утечки, который замкнется на токопроводящий корпус электроприбора и сработает защита УЗО.
Давайте представим, что защитное заземление отсутствует. УЗО не сработает до появления тока утечки, а он появится при случайном прикосновении человека к токопроводящему корпусу электроприбора. Ток утечки пройдет по пути сетевого провода, корпус электроприбора и человека стоящего на полу, в результате сработает механизм защиты УЗО.
Схема подключения УЗО с защитным заземлением
Что же получается? При наличии заземления корпуса электроприбора в аварийной ситуации сработает УЗО без прикосновения человека к корпусу прибора, так как возникает ток утечки через заземляющий проводник. В случае отсутствия защитного заземления ток утечки УЗО появится только при касании человека к корпусу находящемуся под напряжением. Во втором варианте человек становится «подопытным кроликом».
Однако время срабатывания защиты УЗО составляет миллисекунды, и человек не почувствует воздействие электрического тока. Даже при полном наличии фазы на корпусе бытового устройства, в лучшем случае вы почувствуете легкое пощипывание. Какую схему подключения УЗО выбрать решать вам.
Однако я советую выбрать установку УЗО с заземлением, и более безопасной защитой. В доме не сложно сделать контур защитного заземления, а в квартире защитное заземления можно взять с корпуса электрощита в подъезде и развести провод заземления по плинтусу к розеткам мощных потребителей тока – это стиральная машина, бойлер, электроплита, розетки в ванной.
Подключение УЗО в двухпроводной сети
Возможны два варианта схемы подключения УЗО без заземления. Для первого случая выбираем УЗО с током утечки 100 мА и рассчитанным на номинальный ток нагрузки всей квартиры, допустим 32 А. Тогда схема будет выглядеть так: – вводной автомат 40 А, учет, УЗО 32 А, автоматы разных групп потребителей.
Схема подключения одного УЗО без заземления
У такой схемы есть большой недостаток, при срабатывании защитного механизма УЗО отключается квартира полностью, и для обнаружения неисправности придется лазить по всей квартире. Еще один недостаток такой схемы – это низкая чувствительность УЗО. Ток в 100мА более чувствителен для человека. Вторая схема хоть и дороже, но не имеет этих недостатков.
Схема подключения нескольких УЗО без заземления
Эта схема УЗО без заземления содержит – вводной автомат, счетчик, групповые автоматы и УЗО для выбранных автоматов. УЗО выбирается в этой системе на ток 30 мА. При возникшей утечке тока сработает та УЗО, на линии которой возникла неисправность в электрической цепи. На остальных группах автоматов будет присутствовать сеть. Во время подключения УЗО в двухпроводную сеть должны учитываться следующие моменты.
1.Так как УЗО не имеет защиту от к. з. и перегрузки, перед ним нужно ставить автомат. Номинальный ток УЗО выбирается на порядок выше номинального тока автоматического выключателя, так как УЗО может выйти из строя при токах которые больше его номинального значения.
2.Нейтральный провод с выхода УЗО идет только на розетку потребителей, соединять с другими нулевыми проводами нельзя, чтобы не было ложных срабатываний.
Противопожарное УЗО: до или после счетчика.
Нужно ли заземление для УЗО
Очень многие хозяева жилья уверены, что защитное устройство будет правильно работать лишь при наличии трехпроводной электрической цепи, с проводниками фазы, нуля и заземления. По этой же причине часто возникает вопрос, УЗО или заземление что лучше. Для того чтобы дать правильный ответ, необходимо разобраться в назначении каждого из них.
Известно, что основной функцией УЗО является отключение оборудования при появлении токовой утечки на корпус. Таким образом, удается избежать поражения человека электротоком. Заземление устанавливается с той же самой целью, только работает оно по другой схеме. Когда электрический ток появляется на нетоковедущих частях, за счет заземления создается короткое замыкание. В результате, происходит срабатывание максимальной токовой защиты автомата и обесточивание оборудования.
Следовательно, оба метода защиты могут применяться отдельно, а при необходимости и совместно, дополняя друг друга. Поэтому обязательной установки заземления при использовании УЗО не требуется и защитное устройство может применяться даже в двухпроводной однофазной сети, в которой отсутствует штатное заземление. Данный вывод подтверждается и конструкцией самого прибора, где имеются фазные и нулевые клеммы, а отдельная клемма для заземляющего провода отсутствует
На это следует обратить особое внимание, поскольку заземление в обязательном порядке устанавливается лишь в домах современной постройки
В старых же домах, построенных еще во времена СССР, до сих пор используются двухпроводные сети, без проводника заземления. В таких случаях, защитные устройства особенно необходимы. Вся разница в срабатывании УЗО с заземлением и без заземления, состоит лишь во времени срабатывания. При наличии заземления срабатывание происходит практически мгновенно. УЗО без заземления срабатывает только в момент касания корпуса прибора, находящегося под напряжением. Поэтому степень защиты получается уже не такая надежная, как в первом варианте, но тем не менее, даже в этом случае УЗО защищает от неприятных последствий поражения электротоком.
Подключение УЗО в квартире
Типовая схема подключения УЗО в квартире приведена на рисунке. Видно, что общее УЗО включается как можно ближе к вводу, но после счетчика и главного (подъездного) автомата.
Там же на врезке показано, что в системе TN-C общее УЗО включать нельзя. При необходимости отдельных УЗО для групп потребителей их включают сразу же ЗА соответствующими автоматами, выделено желтым на рисунке.
Номинальный ток вторичных УЗО берут на ступень-две выше, чем у «своего» автомата: для ВА-101-1/16 – 20 или 25 А; ВА-101-1/32 – 40 или 50 А. Но это в новых домах, а в старых, где защита нужнее всего: земли нет, проводка аховая? Кто-то там обещал просветить на предмет подключения УЗО без земли. Верно, как раз до этого дело и дошло.
- Помните, что:
- Ставить общее УЗО или дифавтомат на квартиру с проводкой TN-C недопустимо.
- Потенциально опасные потребители должны быть защищены отдельными УЗО.
- Защитные проводники розеток или розеточных групп, предназначенных для подключения таких потребителей, должны быть кратчайшим путем заведены на ВХОДНУЮ нулевую клемму УЗО, см. схему справа.
- Допускается каскадное включение УЗО при условии, что верхние (ближние к электровводу УЗО) менее чувствительны, чем оконечные.
Человек сообразительный, но незнакомый с тонкостями электродинамики (чем, кстати, грешат и многие дипломированные электрики-силовики) может возразить: «Погодите, а в чем проблема-то? Ставим общее УЗО, заводим на его входной ноль все РЕ – и готово, защитный проводник не коммутируется, заземлились без земли!»
Так, да не так. Отрезок РЕ с соответствующим отрезком нуля и эквивалентным сопротивлением потребителя R образуют петлю, охватывающую магнитопровод дифтрансформатора, см. принцип работы УЗО-Д. Т.е., на магнитопроводе появляется ПАРАЗИТНАЯ обмотка, нагруженная на R. Хотя R мало (48,4 Ом/кВт), на синусоиде в 50 Гц влиянием паразитной обмотки можно пренебречь: длина волны излучения – 6000 км.
Электромагнитное поле установки и шнура к ней также исключаем из рассмотрения. Первое сосредоточено внутри аппарата, иначе он не пройдет сертификацию и не поступит в продажу. В шнуре же провода проходят вплотную друг к другу, и их поле сосредоточено между ними независимо от частоты, это т. наз. Т-волна.
Но при пробое на корпус электроустановки или при наличии наводок в сети по паразитной петле проскакивает короткий мощный импульс тока.
- В зависимости от конкретных факторов (просчитать которые точно может только специалист с опытом научной работы и на мощном компьютере) возможны два варианта:
- «Анти-дифференциальный» эффект: всплеск тока в паразитной обмотке компенсирует разбаланс токов в фазе и нуле и УЗО будет, что называется, мирно сопеть носиком в подушку, когда на проводах уже повисла скрюченная головешка. Случай исключительно редкий, но крайне опасный.
- Также возможен «супер-дифференциальный» эффект: наводка усиливает разбаланс токов, и УЗО срабатывает без утечки, побуждая хозяина к тягостным размышлениям: почему то и дело выбивает УЗО, если в квартире все исправно?
Величина обоих эффектов сильно зависит от размеров паразитной петли; тут сказывается ее открытость, «антенность». При длине РЕ до полуметра эффекты пренебрежимо малы, но уже при его длине в 2 м вероятность несработки УЗО возрастает до 0,01% По цифрам это мало, но по статистике – 1 шанс из 10 000. Когда речь идет о человеческой жизни, это недопустимо много. А если в квартире без заземления проложена паутина из «защитных» проводников, то чего удивляться, если УЗО «вышибает» при включении зарядки мобильника.
В квартире с повышенной пожароопасностью допустимо, при обязательном наличии индивидуальных УЗО потребителей, включенных по рекомендуемой схеме, ставить и общее ПОЖАРНОЕ УЗО на 100 мА разбаланса и с номинальным током на ступень выше, чем у защитных, независимо от тока отсечки автомата.
В описанном выше примере для хрущевки нужно подключить УЗО и автомат, но не дифавтомат! При выбивании автомата УЗО должно остаться в работе, иначе резко возрастает вероятность несчастного случая.
Поэтому УЗО по номиналу нужно брать на две ступени выше автомата (63 А для разобранного примера), а по разбалансу – на ступень выше оконечных 30 мА (100 мА). Еще раз: в дифавтоматах номинал УЗО делают на ступень выше тока отсечки, поэтому для проводки без земли они не годятся.
https://youtube.com/watch?v=BqzJmxvtRfo
Почему подключение дифавтомата в однофазной сети без заземления может работать не корректно и надо ли его ставить
С советских времен бытовая проводка всех старых зданий работает по системе заземления TN-C.
Она основана на том, что в квартирах прокладывались не три, а всего два провода для работы электрических приборов. При передаче электроэнергии по кабельным и воздушным ЛЭП тоже не создавалась магистраль для защитного отключения.
При этом экономили на материалах и времени выполнения монтажных работ.
Для обеспечения безопасности в некоторых случаях использовали зануление или применяли разделительные трансформаторы в помещениях повышенной опасности и рисками получения электротравм.
Система заземления TN-C все еще действует в большинстве жилых зданий нашего государства. Ее опасность состоит в том, что при пробое изоляции бытового прибора, например, стиральной машины опасный потенциал фазы проникает на корпус и никуда не стекает.
Стиралка стоит на диэлектрическом полу, изолирована от земли. Когда человек, имеющий контакт с контуром заземления, случайно дотронется до ее корпуса, то через его тело начнет стекать опасный аварийный ток к нейтрали трансформаторной подстанции.
Отключит ли его автоматический вводной выключатель — еще тот вопрос, на который нет однозначного ответа. Да, если и отключит, то неприятностей хватит с избытком.
Теперь разберем ситуацию, что происходит, если к системе TN-C в квартирный щиток дополнительно подключен дифференциальный автомат или УЗО.
При пробое изоляции и проникновении потенциала фазы на корпус ток утечки может и не возникнуть из-за высокого диэлектрического сопротивления корпуса. Это худший случай. А в лучшей ситуации диф орган его почувствует и отключит напряжение.
Разбираем дальше опасную ситуацию, когда уставка дифавтомата не обеспечивает отключение создавшегося аварийного режима. Представим, что человек притронулся к корпусу с потенциалом фазы и через его тело пошел ток замыкания на землю.
В этом случае подключение дифавтомата к сети TN-C однозначно оправданно. Он почувствует утечки и отключит питание, чем спасет человека от дальнейшего воздействия опасного тока.
Только здесь пострадавший какое-то время будет находиться под напряжением. Этот период связан с техническими возможностями защитного модуля. Ему требуется:
- выявить момент возникновения стекания тока фазы на контур земли;
- обработать информацию логической схемой;
- отключить питание разрывом силового контакта.
Суммарное время всех этих необходимых процессов происходит не мгновенно, а занимает порядка двух периодов синусоиды, зависит от конструкции защитного модуля и степени его быстродействия.
Опять же надо понимать, что самые быстрые и надежные защиты дешево стоить не могут по определению.
Выполняя подключение дифавтомата в однофазной сети без заземления, мы полностью не исключаем риски попадания человека под действие электрического тока во время возникновения аварийной ситуации. Однако защитный диф орган резко ограничивает время протекания аварийного процесса.
Приходим к простому выводу.
Дифференциальный автоматический выключатель, установленный в бытовой проводке, работающей по системе заземления TN-C, способен спасти жизнь человека и уменьшить вредное воздействие электрического тока.
Как вы будете решать этот вопрос: ставить дополнительный модуль защиты в старую проводку или не пользоваться им зависит только от вас. Никто из посторонних людей не станет заботиться о вашей судьбе.
На всякий случай рекомендую посмотреть видеоролик владельца Советы электрика, в котором он наглядно объясняет, как УЗО работает без заземления и стоит ли его использовать в системе электроснабжения по схеме TN-C.
Это интересно: Пакетный выключатель — устройство, назначение, принцип работы
Советуют специалисты – как избежать ошибок
Подключение УЗО без заземления несложное, но возможны некоторые ошибки. Не выбирайте для дома или квартиры электронные изделия. Если нарушится питание, прибор не будет работать корректно, что может вызвать трагические последствия.
Обязательно к схеме добавляем автоматический выключатель для совместной работы двух устройств. Они надежно защитят от возгорания, выхода из строя оборудования, травм от электричества.
Иногда люди, не сведующие в законах электричества, создают на выходе от автоматических устройств единый узел нулевых проводов. Схема подключения УЗО в однофазной сети, созданная таким способом, будет вызывать постоянные ложные срабатывания, некорректную работу.
После монтирования всей цепи проверяем правильность подключений. Любой электроприбор подключаем к защищенной розетке. Отключения не произошло – все подсоединено без ошибок. Проверяем исправность: нажимаем на корпусе тестовую кнопку.
Схема подключения УЗО
Рассмотрим способы установки УЗО в различных сетях.
Однофазная сеть
В таких сетях чаще всего устанавливают однополюсные УЗО.
В однофазных сетях УЗО устанавливается сразу после электросчётчика перед группой автоматических выключателей
В среде профессиональных электриков принято заводить контактные соединения в УЗО и автоматические выключатели только сверху вниз. Мы рекомендуем придерживаться этого правила по следующим причинам:
- в некоторых моделях таких приборов при подключении снизу увеличиваются потери (снижается КПД устройства);
- если ремонтными работами в электрощите будет заниматься другой специалист, то при общепринятом способе подключения он не запутается и не ошибётся.
На приведённой схеме общее УЗО (поз. 2) обеспечит противопожарную защиту осветительных цепей (автоматические выключатели на 10 А, поз. 5, 6, 12) и подстрахует прочие УЗО.
Каждое «розеточное» УЗО обслуживает по три группы розеток, оснащённых автоматическими выключателями. Устанавливать УЗО на каждую группу было бы накладно, поэтому предлагается своего рода компромисс: с одной стороны, схема удешевляется за счёт сокращения количества применяемых УЗО, с другой — при срабатывании одного из них будет обесточена не вся сеть, а только её часть.
Обнаружить цепь с утечкой тока будет достаточно просто: если, к примеру, сработает (отключится) УЗО поз. 7, нужно отключить автоматы поз. 8, 9 и 10 (отвечают за группы розеток 2, 3 и 4), затем включить УЗО поз. 7 и по очереди включить упомянутые автоматы. Как только будет включён автомат цепи с утечкой тока, УЗО тут же отключится.
Нулевой проводник после противопожарного УЗО поз. 3 нужно закрепить на общей нулевой шине (поз. 4). Затем от этой шины «ноль» протягивается ко всем остальным УЗО и дифференциальному выключателю. Поскольку дифференциальный выключатель (поз. 13) обслуживает выделенную линию, нулевой проводник после него заводится не на нулевую шину, а прямо на нагрузку.
В данной схеме имеются ещё две нулевые шины — они обозначены позициями 11 и 18. К первой подключаются нулевые проводники УЗО поз. 7 и розеток поз. 2, 3 и 4, а ко второй — нулевые проводники УЗО поз. 14 и розеток 5, 6 и 7. Если бы их не было и все приборы подключались бы только на общую нулевую шину, то при появлении утечки тока в одной из розеточных групп с большой вероятностью могли бы отключиться оба «розеточных» УЗО (поз. 7 и 14) либо общее УЗО (поз. 3).
Нулевые проводники осветительных цепей (автоматы поз. 5, 6 и 12) выводятся на общую нулевую шину (поз. 4), минуя УЗО.
Проводники заземления выводятся на шину РЕ (поз. 19).
Видео: как правильно подключить УЗО
Трёхфазная сеть
В таких сетях у нас чаще всего устанавливают 4-полюсные УЗО. Подключается оно по тому же принципу, что и в однофазной сети.
Учтите, что в УЗО различных производителей нулевая клемма может располагаться как слева, так и справа. Поэтому перед подключением нужно внимательно изучить схему, изображённую на корпусе выключателя или в его паспорте.
Общее трёхфазное УЗО предохраняет цепь только от возгорания, для защиты от поражения электрическим током на каждую фазу устанавливают отдельное устройство
УЗО этого вида (3-фазные 4-полюсные) бывают только противопожарными. Для защиты людей от поражения током на каждой линии нужно дополнительно установить однофазное УЗО с уставкой тока утечки не более 30 мА. При этом у каждой линии должен быть свой нулевой проводник, который выводится к соответствующему УЗО.
Выводы и полезное видео по теме
Этим видеороликом завершается статья о приборах, применяемых в качестве защитных систем электрических сетей, оборудования и пользователей квартир и частных домов. Обзорный материал со всеми тонкостями использования, который непременно пригодится для практики.
Подключать УЗО без заземления в квартирах современного образца не только не рекомендуется, но и запрещено. Если возникла необходимость в установке оборудования в электрощитке, обязательно обратитесь к мастеру, обслуживающему дом. Все работы относительно наполнения общеквартирного щита должен выполнять квалифицированный специалист.
Расскажите о том, как подключали устройство защитного отключения для прерывания подачи питания в случае возникновения опасной ситуации. Не исключено, что ваши советы будут весьма полезны посетителям сайта. Оставляйте, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке, размещайте фото, задавайте вопросы.
