Принцип работы и правила подключения УЗО
Устройство защитного отключения (УЗО), или дифференциальный автоматический выключатель, – это простое в использовании устройство для защиты человека в быту, реагирующее на дифференциальный ток в проводнике электроэнергии. На сегодняшний день УЗО можно назвать обязательным прибором в наших домах, но сведенья о нем минимальны. Не все понимают истинные преимущества данного прибора, поэтому начнем с главного – с его основных качеств.
Данное устройство необходимо для обеспечения электробезопасности в жилом или рабочем помещении. Если на линии установлен только автомат, защищающий ее от перегрузок, сохраняется опасность поражения током для человека при аварии или касании оголенного провода на все сто процентов. Крайне опасным для человека являются 0,05 А. Это ток, при котором человек не может оторваться от провода самостоятельно. Для того чтобы предотвратить случаи поражения электрическим током, и был придуман данный прибор.
Принцип работы
Через устройство проходит ноль питания и фаза. Таким образом, устройство определяет силу тока на входе и, соответственно, на выходе. Если оба эти показателя равны, то ничего не происходит, но как только произойдет так называемая утечка, УЗО сработает, отключив линию.
Перечислить все случаи, при которых УЗО работает бесперебойно, очень сложно, но для общего понимания картины можно указать наиболее часто встречающиеся из них:
- неправильный монтаж проводки,
- пробои на корпус в технике,
- неверный монтаж в щитке и другие опасные случаи.
Иногда УЗО срабатывает при возникновении заведомо опасной ситуации. Это может случиться, если шланг стиральной машины имеет металлические элементы и при этом подключен к водопроводу.
Правильный выбор устройства
Разобравшись с принципом работы УЗО, нужно научиться правильно выбирать то, что подходит именно вам. Стоит также отметить, что если вы используете УЗО, то это не избавляет вас от покупки и установки автомата. Итак, выбор устройства определяют три важных параметра:
- Ток утечки. Это самый важный параметр прибора. В очень влажных помещениях используют УЗО с очень высокой чувствительностью в 10 мА (0,01 А). Для бытового использования подходящим является устройство с током утечки в 30 мА (0,03 А), а УЗО 100 и 300 мА предназначены для установки на ввод в целое здание.
- Номинальный ток контактов. Он обозначает номинал тока, который необходим электрику при подборе начинки для щитка. Обозначается он на устройстве цифрами 16, 25, 40 и т. д.
- Категория тока утечки. На рынке чаще всего представлены устройства двух типов: А и АС. Стандартным считается тип АС. Такое устройство будет чувствительно к переменному току утечки, что является самым распространенным случаем. Тип А встречается реже, однако он является более чувствительным, поскольку контролирует также пульсирующий ток. По этой причине стоимость устройства типа А несколько выше. Также можно увидеть в продаже устройства типа В для выпрямленного тока (в быту они не используются), типа S для использования в сетях с АВР и типа G для тех же сетей, но с иной временной выдержкой. Типы G и S предназначаются для установки нескольких устройств одновременно.
Если ваш основной вид деятельности никак не связан с электрическими сетями, доверьте подбор устройства профессионалу. Это сэкономит ваши средства и время.
Дифференциальные автоматы, устройства защитного отключения CHINT.
Подключение устройства
Подключение УЗО следует доверить профессионалу. Поскольку нюансов в процессе монтажа много, электромонтер должен иметь как минимум третий разряд. Каждое устройство имеет в комплекте схему подключения. Она довольно проста, специалисту лишь требуется правильно рассчитать количество автоматов на одно устройство. Если речь идет о квартире или о частном доме, как правило, устанавливают автомат и УЗО номиналом выше, чем у автомата. Это правило необходимо для устойчивой работы цепи.
Если требуется установить два защитных устройства, то необходимо исключить объединение нулевых проводников, что заведомо приведет к утечке. Порой щиток комплектуется так, что при установке УЗО размеры его становятся просто огромными. Некоторые электромонтеры разбивают автоматы не только по одному на комнату, но и порой выделяют один из них под какой-либо прибор. В таких случаях возможна установка одного защитного устройства на несколько автоматов. Для этого необходимо точно рассчитать сумму номиналов автоматов и выбрать УЗО номиналом выше этой суммы. Допускается установка УЗО максимум для пяти автоматов.
При правильном подборе УЗО и его грамотной установке оно прослужит вам долгое время и обезопасит от утечки тока.
Да будет срач!
Отдельная дисциплина споров – какое УЗО лучше, электромеханическое или электронное. В электромеханическом УЗО для отключения используется энергия дифференциального тока, поэтому оно может сработать при обрыве нулевого проводника, да и в целом не содержит нежной электроники, но содержит нежную механику. Электронное УЗО требует питания для работы электронного усилителя, поэтому при обрыве нуля работать перестает, часто не отключая цепь. У каждой конфигурации есть свои достоинства и недостатки. А для защиты от обрыва нуля я настоятельно рекомендую ставить реле контроля напряжения.
Но так как большинство читателей ждет от меня конкретного ответа – скажу, что это не важно. Есть требования стандартов, есть требуемые характеристики, и конкурентная цена в конце концов
Поэтому производитель дает ровно то, что от него требуют, а вот как получено желаемое – не так важно. А если производитель рукожоп, то отсутствие электроники автоматически не означает, что изделие выйдет годным. Кроме того, УЗО типа B без добавления электроники изготовить не получилось ни у одного производителя.
Для контроля исправности УЗО на передней панели есть кнопочка “тест”, которая замыкая резистором цепь, имитирует появление дифференциального тока. Если УЗО при нажатии на кнопку тест отключилось – то оно исправно. Проверку исправности УЗО производители рекомендуют производить ежемесячно (какие оптимисты!), ну или я реалистично говорю о тесте раз в пол года.
Основные определения
Определение селективности приведено в ГОСТ IEC 60947-1-2014 «Аппаратура распределения и управления низковольтная – Часть 1. Общие правила.»
«Селективность по сверхтокам (2.5.23)
Координация рабочих характеристик двух или нескольких устройств для защиты от сверхтоков с таким расчетом, чтобы в случае возникновения сверхтоков в пределах указанного диапазона срабатывало только устройство, предназначенное для оперирования в данном диапазоне, а прочие не срабатывали”, при этом под сверхтоком понимается ток с более высоким значением, чем номинальный ток, вызванный любой причиной (перегрузка, короткое замыкание и т.д.). Таким образом, существует селективность между двумя последовательными автоматическими выключателями в отношении сверхтока, который протекает через оба выключателя, причем автоматический выключатель со стороны нагрузки размыкается, обеспечивая защиту цепи, а автоматический выключатель со стороны питания остается замкнутым, обеспечивая подачу питания остальной части установки. Определения полной и частичной селективности, с другой стороны, приведено в ГОСТ Р 50030.2-2010 «Аппаратура распределения и управления низковольтная – Часть 2. Автоматические выключатели.»
«Полная селективность (2.17.2)
Селективность по сверхтокам, когда при последовательном соединении двух аппаратов защиты от сверхтоков аппарат со стороны нагрузки осуществляет защиту без срабатывания второго защитного аппарата.»
«Частичная селективность (2.17.3)
Селективность по сверхтокам, когда при последовательном соединении двух аппаратов защиты от сверхтоков аппарат со стороны нагрузки осуществляет защиту до определенного уровня сверхтока без срабатывания второго защитного аппарата.”
Можно говорить о полной селективности, когда обеспечивается селективность для любого значения сверхтока, возможного в установке. О полной селективности между двумя автоматическими выключателями говорят, когда обеспечивается селективность до меньшего из значений Icu двух автоматических выключателей, так как максимальный ожидаемый ток короткого замыкания (КЗ) установки в любом случае будет ниже или равным наименьшему значению Icu двух автоматических выключателей.
О частичной селективности говорят, когда обеспечивается селективность только до определенного значения тока Is (предельный ток селективности). Если ток превышает это значение, то селективность между двумя автоматическими выключателями более не может быть обеспечена.
О частичной селективности между двумя автоматическими выключателями говорят, когда обеспечивается селективность до определенного значения Is, которое ниже значений Icu двух автоматических выключателей. Если максимальный ожидаемый ток КЗ установки ниже или равен току селективности Is, говорят о полной селективности.
Пример
Рассматриваются следующие два автоматических выключателя:
- На стороне питания XT4N250 TMA100 (Icu=36 кА);
- На стороне нагрузки S200M C40 (Icu=15 кА).
Из “Таблиц координации аппаратов защиты и управления” видно, что обеспечивается полная селективность (Т) между двумя автоматическими выключателями. Это означает, что обеспечивается селективность до 15 кА, т.е. меньшего из двух значений Icu.
Очевидно, что максимальный ожидаемый ток К3 в месте установки автоматического выключателя S200M C40 будет меньше или равным 15кА.
Теперь рассматриваются следующие два автоматических выключателя:
- На стороне питания XT4N250 TMA80 (Icu=36 кА);
- На стороне нагрузки S200M C40 (Icu=15 кА).
Из «Таблиц координации аппаратов защиты и управления» видно, что селективность между двумя автоматическими выключателями составляет Is=6.5 кА.
Это означает, что если максимальный ожидаемый ток КЗ на стороне нагрузки автоматического выключателя S200M C40 меньше 6.5 кА, то будет обеспечена полная селективность, а если ток КЗ имеет более высокое значение, то будет обеспечиваться частичная селективность, т.е. только для КЗ с током меньше 6.5 кА, тогда как для КЗ с током между 6,5 и 15 кА несрабатывание автоматического выключателя стороны питания не обеспечивается.
Принцип логики
Для выполнения схем, использующих такой принцип, необходимы цифровые реле. Между собой реле соединяются линией «витая пара», кабелем ВОЛС или через телефонную линию (с использованием модема). С помощью таких линий приём (передача) информации осуществляется на диспетчерский пульт с разных объектов и между самими реле.
Принцип логики в радиальной сети
На приведённой Картинке 9, пояснён принцип работы логики. В каждом из 4-х цифровых реле применяется уставка по току, равная самой последней чувствительной ступени. Такая ступень имеет время срабатывания 0,2 с. Логическая селективность подразумевает возможность блокировки реле сигналом ЛО (логического ожидания). Такой сигнал подаётся по каналу от предыдущего реле защиты. Каждое из реле может передавать такие сигналы транзитом.
Как видно из рисунка, при КЗ в точке К1 все остальные реле, от сигнала ЛО, поданного реле К1, подвергнутся ожиданию. Реле К1 сработает и выполнит отключение. При КЗ в точке 2 аналогичным образом сработает реле К4.
Такие схемы построения логического управления требовательны к надёжности линий связи между элементами.
Где используют трехфазное УЗО
УЗО – устройство защитного отключения. Это устройство знакомо многим, но почему-то не все верят в то, что УЗО действительно работает. При этом, никто еще не смог дать конкретного ответа, почему он так думает. Спешу вас заверить: устройство защитного отключения действительно работает, поэтому в целях собственной безопасности и предотвращения несчастных случаев, связанных с поражением электрическим током, такое устройство стоит установить каждому.
Схема подключения УЗО достаточно проста, и с финансовой точки зрения тоже себя оправдывает. Да и экономить на собственной безопасности неправильно. Поэтому еще раз: устройство защитного отключения НЕОБХОДИМО, если вы задумываетесь о своей безопасности и безопасности ваших домочадцев.
Электроэнергия по потребителям распространяется через однофазные либо трехфазные сети. В зависимости от количества фаз в сети, меняются и схемы подключения автоматов (автоматических выключателей) и схемы подключения УЗО.
И тут начинается самое интересное
Внимательный читатель заметит, что области работы автоматов C25 и С16 пересекаются в зоне 125-160А. Если ток КЗ в розетке превысит 125 А, появляется шанс что сработают оба автомата. Тут всё зависит от конкретного экземпляра. При токе выше 160А второй автомат сработает гарантированно, а при токе 250 А сработают оба.
Для обеспечения селективности нам нужно развести время-токовые характеристики автоматов. Для этого есть несколько путей.
Применение автоматов разных классов
Самым очевидным решением было бы применение вводного автомата класса D. В случае D25 его ток срабатывания будет 250-500А. Как будет показано ниже, не во всяком щите возможно достижение тока 25*20*1,1=550А (ПТЭ 28.4). Следовательно, электромагнитный расцепитель может вообще не сработать. В этом случае быстрее сработает плавкий предохранитель, чем тепловой расцепитель автомата.
Другим вариантом станет замена автоматических выключателей групп нагрузки на класс B. Для B16 ток срабатывания 48-80А. Но тут возможны ложные срабатывания при использовании мощных двигательных нагрузок. Часто это строительные инструменты — пилы, перфораторы и т.п. Например, пила 2кВт имеет пусковой ток 63А. Если же ничего подобного в хозяйстве нет, то это хороший вариант.
В любом случае автоматы класса B и D часто значительно дороже C и их сложнее найти.
Подбор номинала по фактическому току КЗ
Массовый потребитель может и не догадываться, что его стандартный со всех сторон автомат С16 может не защищать его проводку на любимой даче. Всему виной коварное и мало кому приходящее в голову понятие — внешнее сопротивление источника питания. В длинных деревенских распределительных сетях с маленькими трансформаторами это сопротивление может быть таким большим, что не может обеспечить необходимый ток КЗ в 176А. Следовательно автомат будет работать лишь своим тепловым расцепителем с соответствующей задержкой. Отсюда и частые пожары в частном секторе.
Поэтому так важно определять фактический ток КЗ конкретно в вашем случае. Если ваш электрик не делает этого, то либо он прекрасно знает «местное» значение, либо халтурит
Кстати, в Европе измерение сопротивления фаза-ноль вместе с измерением сопротивления заземления входит в необходимый перечень чтобы ваш дом подключили к сети. Такой приборчик тут стоит несколько тысяч евро. Ну или за сотню из Китая. Суть измерения петли фаза-ноль (loop resistance) там простая. Внутри имеется мощное сопротивление около 10 Ом. Втыкаете два щупа в розетку, он измеряет напряжение на холостом ходу, далее на 30 мсек подключает нагрузку и измеряет падение напряжения которое пересчитывается в сопротивление.
Зная внешнее сопротивление легко вычислить Iкз = U/R. Зная ток КЗ можно подобрать номиналы автоматических выключателей. Основная идея тут — установить вводной выключатель максимально большого тока при котором он будет гарантированно срабатывать при КЗ в щитке. Внешнее сопротивление можно определить для каждой розетки и исходя из этого выбрать автомат, который гарантированно защитит данную группу нагрузки. При малых токах КЗ придется покупать автоматы группы B, при больших — увеличивать номинал вводного автомата вместе с сечением провода внутри щита
Важно понимать, что B16 сработает примерно при том же токе КЗ что и C10, поэтому если не планируется подключать на эту линию приборы мощностью более 2.5 кВт, то можно сэкономить
Расчет селективности автоматов
Устройства защиты — это в большинстве случаев не какие-то хитрые приборы, а стандартные и хорошо знакомые всем автовыключатели. Чтобы обеспечить им верную селективность, нужно просто верно подобрать натройки параметров. Работа таких агрегатов базируется на следующем условии:
Iс.о.послед ≥ Kн.о.* I к.пред., где:
- Iс.о.послед — ток, при котором защита начинает действовать;
- I к.пред. — ток короткого замыкания в конце защитной зоны;
- Kн.о. — коэффициент надежности, который зависит от ряда настроек.
Вычислить селективность при управлении приборов по времени можно, используя такую схему:
tс.о.послед ≥ tк.пред.+ ∆t, где:
- tс.о.послед и tк.пред. — временные интервалы, через которые срабатывают отсечки автоматов в порядке близости к источнику питания;
- ∆t — временная ступень селективности.
Что будет если не соблюсти селективность автоматов.
Чтобы было понятнее, легче объяснить на примере. Например, случилось короткое замыкание на линии освещения из-за лампочки накаливания. Дальнейшие последствия, если произойдет отключение не на групповом автомате:
- Отключение всех групп автоматов, путем срабатывания вводного. Обесточится вся квартира.
- Возможен выход из строя аппаратуры защиты из-за огромных токов.
- Оплавление изоляции проводов.
- Порча, обгорание патронов люстры, вытекание/нагар на контактах.
Эти последствия будут менее существенными, если разброс по номинальному пропускному току не большой. Я описал худшие варианты.
То есть ваша проводка и аппараты даже если и выдержит, то получит ущерб. Много факторов повлияет на степень повреждений, но в конце концов это будет снижать надежность защиты с каждым таким случаем.
Ток перегрузки, проходящий через автоматы характеристики B, C и D может отличаться в 5-15 раз. Часто на групповые автоматы для освещения ставится характеристика B, как раз для обеспечения быстрого отключения в непредвиденной ситуации и соблюдения селективности.
- A: 1. Ставятся для защиты дорогой микроэлектроники, не имеющей пусковых нагрузок.
- B: Гарантировано отработает при токах в 3-5 больше номинального. Выбор для освещения.
- C: 5-10. Самая распространенная характеристика для домашних проводок.
- D: 10-20. Чаще всего используется для двигателей с большими пусковыми токами.
Селективность — защита
Селективность защиты не нарушается при внешних коротких замыканиях независимо от состояния фиксации элементов за шинами.
Селективность защиты обеспечивает отключение минимального числа потребителей при повреждении какого-либо участка. Для обеспечения селективности защиты ближайшие к потребителю выключатели должны иметь наименьшую и по мере приближения к источнику питания — возрастающую выдержку времени при отключении. Разность значений времени отключения двух последовательно расположенных выключателей между источником питания и потребителем называется ступенью селективности.
Селективность защиты в электрических сетях — избирательность при автоматическом отключении участков сети. Например, при коротком замыкании в сети участок сети с коротким замыканием должен отключиться аппаратом, расположенным перед этим участком, а не аппаратом, расположенным ближе в источнику питания, так как последний может включать и другие участки сети.
Селективность защиты с отсечкой трансформатора, имеющей время 0 5 сек, обеспечивается.
Селективность защиты плавкими предохранителями в разомкнутых сетях, как было показано выше ( см. § 2.4), достигается или путем соответствующего выбора номинальных токов плавких вставок последовательно установленных предохранителей, или путем соответствующего выбора площадей поперечного сечения плавких вставок.
Селективность защиты питающих линий и подстанции обеспечивается всегда, так как предохранители перегорают практически мгновенно.
| Выбор плавких вставок предохранителей для трехфазных трансформаторов. |
Для селективности защиты трансформаторов предохранители выбираются по номинальной силе тока плавкой вставки, исходя из следующих соображений: а) предохранители на стороне низшего напряжения должны защищать трансформатор от перегрузок и от коротких замыканий в сети низкого напряжения. Главный предохранитель на стороне низшего напряжения выбирают по номинальному току трансформатора. При наличии на стороне низшего напряжения нескольких ответвлений для защиты от перегрузок устанавливаются на ответвлениях предохранители, выбираемые по току ответвления; глаиный предохранитель является в этом случае защитой от коротких замыканий на оборке и резервной защитой по отношению к предохранителям ответвлений; б) предохранители на стороне высшего напряжения предназначаются для защиты от повреждений внутри трансформатора и от коротких замыканий на стороне высшего напряжения. Эти предохранители выбирают на 2 — 3-здратный ток для трансформаторов мощностью до 180 ква и на 1 5 — 2-кратный ток для трансформаторов мощностью до 320 ква.
| Схема включения максимального реле.| Схема включения максимального реле совместно с реле времени и сигнальным реле. |
Обеспечение селективности защиты различных участков сети вызывает необходимость — определенной последовательности срабатывания реле, установленных в различных ее участках.
Чтобы обеспечить селективность защиты при возможных отклонениях параметров вставок, допущенных при их изготовлении, а также при различных условиях работы предохранителя ( в зависимости от места его установки), необходимо подбирать соответственно величины номинальных токов плавких вставок предохранителей на двух смежных участках линии.
Чтобы обеспечить селективность защиты, токи плавких вставок предохранителей или расцепителей автоматов, установленных в одной цепи, должны по возможности отличаться не менее чем на две ступени.
Чтобы обеспечить селективность защиты при возможных отклонениях параметров вставок, допущенных при их изготовлении, а также при различных условиях работы предохранителя ( в зависимости от места его установки), необходимо подбирать соответственно номинальные токи плавких вставок предохранителей на двух смежных участках линии.
Быстродействие и селективность защиты являются требованиями противоположного характера, и во многих случаях достижение одного из них идет в ущерб другому. В конкретных условиях при выборе рационального технического решения приходится находить компромиссное решение
При выборе типа защиты целесообразно учитывать степень важности защищаемого объекта. Более совершенная и дорогостоящая защита оправдывает себя при мощных преобразовательных установках, не допускающих даже кратковременного перерыва электропитания.
. В противном случае селективность защиты при внешних коротких замыканиях нарушается
Для второй ступени защиты расчет параметров производится аналогично.
В противном случае селективность защиты при внешних коротких замыканиях нарушается. Для второй ступени защиты расчет параметров производится аналогично.
Селективность по току
Этот вид селективной защиты устанавливается в каждой электрической цепи в её начале. Если в электрической сети, состоящей из этих цепей, происходит короткое замыкание, ток увеличивается соответственно её импедансу. При этом индуктивность ограничивает скорость нарастания тока и существует некоторая минимальная величина его. Эта величина и является порогом срабатывания защиты.
При этом защитные устройства могут сработать и при несколько меньших значениях силы тока, если это необходимо. Но величина тока срабатывания должна находиться в диапазоне значений силы тока, которое будет больше чем при коротком замыкании за пределами области покрытия защиты. Пример токовой защиты цепи с трансформатором, подключенным между кабельными линиями электропередачи, показан на изображении ниже:
Преимуществом избирательности по току является возможность реагирования только на повреждения внутри защищаемой области и в привязке к потребителю, исключая аварии вне защищаемой области. Отличается быстротой срабатывания, небольшой стоимостью и схемотехнической простотой. В этом её преимущество. Недостатком является сложность настройки избирательности последовательно установленных устройств защиты при их расположении в соседних областях из-за похожести параметров процессов, определяемых аварийными ситуациями.
Советуем изучить Для чего делают аварийное освещение в доме
