Устройство защитного отключения (УЗО). Обзор.

УЗО (Устройство Защитного Отключения) — это коммутационный аппарат предназначенный для защиты электрической цепи от токов утечки, то есть токов протекающих по нежелательным, в нормальных условиях эксплуатации, проводящим путям, что в свою очередь обеспечивает защиту от пожаров (возгорания электропроводки) и от поражения человека электрическим током.

 

Определение «коммутационный» означает, что данный аппарат может включать и отключать электрические цепи, другими словами производить их коммутацию.

 

УЗО так же имеет другие варианты названий, например: дифференциальный выключатель, выключатель дифференциального тока, (сокращенно выключатель диф тока) и т.п.
 

Устройство и принцип работы УЗО

И так для наглядности представим простейшую схему подключения через УЗО лампочки:

 

Из схемы видно, что при нормальном режиме работы УЗО, когда его подвижные контакты замкнуты, ток I₁ величиной, к примеру, 5 Ампер от фазного провода проходит через магнитопровод УЗО, затем через лампочку, и возвращается в сеть по нулевому проводнику, так же через магнитопровод УЗО, при этом величина тока I₂ равна величине тока I₁ и составляет 5 Ампер.
 

 
Согласно закону электромагнитной индукции ток I₁ проходя через магнитопровод УЗО создает в нем магнитный поток Ф₁ условной величиной равной 5 единиц, в свою очередь ток I₂ так же создает в магнитопроводе  магнитный поток Ф₂ такой же величины равной 5 единиц, но так как направление тока I₂ противоположно направлению тока I₁, то и создаваемый им магнитный поток Ф₂ так же противоположен магнитному потоку Ф₁, т.е. магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ направлены встречно по отношению друг к другу и соответственно, при равных значениях входящего и  выходящего токов, уравновешивают друг друга, в результате чего суммарный магнитный поток в магнитопроводе равен нулю:

Ф_сумм= Ф₁+ Ф₂=5+(-5)=0

 

 Так как суммарный магнитный поток в магнитопроводе отсутствует (равен нулю), во вторичной обмотке ток не индуктируется. Подвижные контакты замкнуты, электрическая цепь включена и находится в нормальном режиме работы.

Теперь представим, что одного из проводов электрической цепи коснулся человек. При этом часть электрического ток начинает протекать через тело человека создавая непосредственную угрозу для его жизни и здоровья:

 

В такой ситуации часть тока электрической цепи поступающая от фазного провода не будет возвращаться в сеть, а проходя через тело человека будет уходить в землю следовательно ток I₂ который будет возвращаться в сеть через магнитопровод УЗО по нулевому проводу будет меньше тока I₁ поступающего в сеть, соответственно и величина магнитного потока Ф₁ станет больше величины магнитного потока Ф₂, в результате чего в магнитопроводе УЗО суммарный магнитный поток уже не будет равен нулю.

 

К примеру ток I₁=6А, ток I₂=5,5А, т.е. 0,5 Ампера протекает через тело человека в землю (т.е. 0,5 Ампера — ток утечки), тогда магнитный поток Ф₁ будет равен 6 условных единиц, а магнитный поток Ф₂ — 5,5 условных единиц тогда суммарный магнитный поток будет равен:

Ф_сумм= Ф₁+ Ф₂ =6+(-5,5)=0,5 усл. ед.

 

Возникший суммарный магнитный магнитный поток индуктирует электрический ток во вторичной обмотке который проходя через магнитоэлектрическое реле приводит его в работу, а оно, в свою очередь,  размыкает подвижные контакты отключая электрическую цепь.

Проверка работоспособности УЗО осуществляется нажатием кнопки «ТЕСТ». Нажатие данной кнопки искусственно создает в УЗО утечку тока, что должно привести к отключению УЗО.

 

Схема подключения УЗО

 

ВАЖНО! Так как в УЗО отсутствует защита от сверхтоков, при любой схеме его подключения должна быть предусмотрена так же установка автоматического выключателя, для защиты УЗО от токов перегрузки и короткого замыкания.

 

Подключение УЗО осуществляется по одной из следующих схем, в зависимости от типа сети:

 

Такая схема применяется, как правило, в зданиях со старой электропроводкой (двухпроводной), в который отсутствует заземляющий провод.

 

Подключение УЗО с заземлением:

Схема подключения УЗО в электросети системы ТN-C-S (когда нулевой проводник разделяется на нулевой рабочий и нулевой защитный):

 

Схема подключения УЗО в электросети системы ТN-S (когда нулевой рабочий и нулевой защитный проводники разделены):

 

ВАЖНО! В зоне действия УЗО нельзя объединять нулевой защитный (провод заземления) и нулевой рабочий проводники! Другими словами нельзя в схеме, после установленного УЗО, соединять между собой рабочий ноль (синий провод на схеме) и провод заземления (зеленый провод на схеме).

 

Ошибки в схемах подключения из-за которых выбивает УЗО

Как было сказано выше УЗО срабатывает на токи утечки, т.е. если сработало УЗО — это значит, что произошло попадание человека под напряжение или по какой либо причине оказалась повреждена изоляция электропроводки или электрооборудования.

Но что если УЗО самопроизвольно срабатывает и при этом повреждений нигде нет, а подключенное электрооборудование исправно? Возможно все дело в одной из следующих ошибок в схеме сети защищаемой УЗО.

Одной из самых распространенных ошибок является объединение нулевого защитного и нулевого рабочего проводника в зоне действия УЗО:

 

В этом случае величина тока выходящего из сети через УЗО по фазному проводу будет больше чем величина тока возвращающегося в сеть по нулевому проводнику т.к. часть тока будет протекать мимо УЗО по проводнику заземления, что приведет к срабатыванию УЗО.

Так же, часто встречаются случаи использования в качестве нулевого рабочего проводника проводник заземления или стороннюю проводящую заземленную часть (например арматуру здания, систему отопления, водопроводную трубу). Такое, подключение как правило происходит при повреждении нулевого рабочего проводника:

 

Оба этих случая приводят к тому, что УЗО выбивает, т.к. ток выходящий из сети по фазному проводу ток через УЗО не возвращается обратно в сеть.

 

Как выбрать УЗО? Типы и характеристики УЗО

Что бы правильно подобрать УЗО и исключить возможность ошибки воспользуйтесь нашим онлайн калькулятором расчета УЗО по мощности.

УЗО выбирается по его основным характеристикам. К ним относятся:

1. Номинальный ток — максимальный ток при котором УЗО способно длительно работать не теряя свою работоспособность;
2. Дифференциальный ток — минимальный ток утечки при котором УЗО произведет отключение электрической цепи;
3. Номинальное напряжение — напряжение при котором УЗО способно длительно работать не теряя свою работоспособность
4. Тип тока — постоянный (обозначается «-«) или переменный (обозначается «~»);
5. Условный ток короткого замыкания — ток который кратковременно может выдержать УЗО до момента пока не сработает защитная аппаратура (предохранитель или автоматический выключатель).

 

Выбор УЗО основывается на следующих критериях:

 — По номинальному напряжению и типу сети: Номинальное напряжение УЗО должно быть больше либо равно номинальному напряжению защищаемой им цепи:

U_{ном. УЗО}⩾ U_{ном. сети}

 

При однофазной сети требуется двухполюсное УЗО, при трехфазной сети — четырехполюсное.

 

— По номинальному току: 

Согласно пункта 7.1.76. ПУЭ использование УЗО в групповых линиях, не имеющих защиты от сверхтока, без дополнительного аппарата, обеспечивающего эту защиту не допускается, при этом необходима расчетная проверка УЗО в режимах сверхтока с учетом защитных характеристик вышестоящего аппарата, обеспечивающего защиту от сверхтока.

Из сказанного выше следует, что перед УЗО должен стоять аппарат защиты (автоматический выключатель или дифференциальный автоматический выключатель) именно по току этого вышестоящего аппарата защиты необходимо выбирать номинальный ток УЗО исходя из условия, что номинальный ток УЗО должен быть больше либо равен номинальному току установленного до него аппарата защиты:

I_{ном. УЗО}⩾ I_{ном. аппарата защиты}

 

При этом рекомендуется что бы номинальный ток УЗО был на ступень больше номинального тока вышестоящего аппарата защиты (например если перед УЗО установлен автомат на 25 Ампер УЗО рекомендуется ставить с номинальным током 32 Ампера)

Справочно — стандартные значения номинальных токов УЗО:  4А, 5А, 6А, 8А, 10А, 13А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А и т.д., 

 

 

 — По дифференциальному току:

Дифференциальный ток — это одна из главных характеристик УЗО которая показывает при какой величине тока утечки УЗО отключит цепь.

В соответствии с пунктом 7.1.83. ПУЭ: Суммарный ток утечки сети с учетом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников в нормальном режиме работы не должен превосходить 1/3 номинального тока УЗО. При отсутствии данных ток утечки электроприемников следует принимать из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки сети — из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника. Т.е. дифференциальный ток сети можно рассчитать по следующей формуле:

ΔI_сети=((0.4*I_сети)+(0.01*L_{провода}))*3, миллиАмпер

 

где: I_сети — ток сети (рассчитанный по формуле выше), в Амперах; L_{провода} — общая длина проводки защищаемой электросети в метрах.

Рассчитав ΔI_сети принимаем ближайшее большее стандартное значение дифференциального тока УЗО ΔI_УЗО:

ΔI_УЗО⩾ ΔI_сети

 

Стандартными величинами дифференциального тока УЗО являются: 6, 10, 30, 100, 300, 500мА

Дифференциальные токи: 100, 300 и 500мА применяются для защиты от пожаров, а токи : 6, 10, 30мА — для защиты от поражения человека электрическим током. При этом токи 6 и 10мА применяются,  как правило, для защиты отдельных потребителей и помещений с повышенной опасностью, а дифференциальный ток 30мА подходит для общей защиты электросети.

В случае если УЗО необходимо для защиты от поражения электрическим током, а по произведенному расчету ток утечки составил более 30мА необходимо предусмотреть установку нескольких УЗО на разные группы линий, например одно УЗО для защиты розеток в комнатах, а второе для защиты розеток в кухне, снизив тем самым мощность проходящую через каждое УЗО и как следствие снизив ток утечки сети, т.е. в таком случае  расчет необходимо будет производить для двух или более УЗО которые будут установлены на разные линии.

 

 — По типу УЗО:

УЗО бывают двух типов: электромеханическое и электронное. Принцип работы электромеханического УЗО мы рассматривали выше, его основным рабочим органом является дифференциальный трансформатор (магнитопровод с обмоткой) который сравнивает величины уходящего в сеть тока и тока возвращающегося из сети, а в электронном эту функцию выполняет электронная плата для работы которой необходимо напряжение.

Представим ситуацию: по какой-то причине «пропал» ноль (например отгорел нулевой проводник), при этом если в сети установлено электронное УЗО его электронная плата обесточится и в случае, если человек коснувшись фазного провода попадет под напряжение данное УЗО не сработает, электромеханическое же УЗО сохранит свою работоспособность даже в случае отсутствия напряжения и отключит электрическую цепь, поэтому предпочтительнее использовать именно электромеханическое УЗО.