УЗО с защитой от сверхтоков

Защита от сверхтока: что это такое, требования, особенности

Защита от сверхтока («overcurrent protection») — это защита, отключающая электрическую цепь при появлении в ней сверхтока [1].

Требования.

Обратимся к книге [1] автора Харечко Ю.В., который, проведя анализ нормативной документации, заключил следующее:

« Требования к защите электрических цепей от токов перегрузки и короткого замыкания приведены в стандарте МЭК 60364‑4‑43 и в разработанном на его основе ГОСТ Р 50571.4.43-2012. Обоими стандартами предусмотрено обязательное выполнение в электроустановках зданий защиты от сверхтока проводников ее электрических цепей, как правило, посредством их отключения устройствами защиты от сверхтока, к которым, прежде всего, относятся автоматические выключатели и плавкие предохранители.

В обоих стандартах изложены общие требования к осуществлению защиты от сверхтока проводников в электроустановках зданий, установлены требования к характеристикам устройств защиты от сверхтока, приведены требования по согласованию характеристик проводников и устройств защиты от перегрузки и короткого замыкания, а также конкретизированы требования по защите проводников от токов перегрузки и токов короткого замыкания.

В качестве устройств защиты от сверхтока в электроустановках зданий можно использовать автоматические выключатели, плавкие предохранители и их сочетания, которые удовлетворяют требованиям соответствующих стандартов, входящих в составы комплексов МЭК 60898 «Электрические аксессуары. Автоматические выключатели для защиты от сверхтока для бытовых и подобных установок», МЭК 60947 «Низковольтная коммутационная аппаратура и аппаратура управления», МЭК 61009 «Автоматические выключатели, управляемые дифференциальным током, со встроенной защитой от сверхтока для бытового и подобного использований (АВДТ)» и МЭК 60269 «Низковольтные плавкие предохранители». »

В Российской Федерации и других странах ЕАЭС действуют:

• ГОСТ IEC 60898-1-2020;
• ГОСТ IEC 60898-2-2011;
• ГОСТ Р 50030.2-2010;
• ГОСТ IEC 61009-1-2020;
• стандарты комплекса ГОСТ IEC 60269 «Предохранители плавкие низковольтные», а также другие стандарты.

В стандарте МЭК 60364‑4‑43 и ГОСТ Р 50571.4.43-2012 [2] указано, что устройства защиты от токов перегрузки должны иметь время-токовую характеристику с обратно-зависимой выдержкой времени, а также обеспечивать отключение токов перегрузки раньше, чем произойдет опасное повышение температуры проводников и контактов в местах их соединений.

Устройства защиты от токов короткого замыкания должны отключать любые токи короткого замыкания вплоть до их номинальной коммутационной способности при коротком замыкании раньше, чем эти токи вызовут опасные повышения температуры проводников и контактов в местах их соединений или опасные механические воздействия на проводники. Эти устройства могут быть установлены в тех местах электроустановок зданий, где защита от токов перегрузки не требуется или ее выполняют другими защитными устройствами.

В международном и национальном стандартах также приведены требования по выполнению защиты от сверхтока в электрических цепях электроустановки здания. В соответствии с этими требованиями устройства защиты от перегрузок и коротких замыканий, как правило, следует устанавливать в тех точках электрических цепей, где из-за изменения сечения, конструкции или материала проводников, а также способа их прокладки уменьшаются значения допустимых длительных токов проводников (см. статью «Допустимый длительный ток проводника»).

Рекомендуется не устанавливать устройства защиты от сверхтока в электрических цепях, питающих электрооборудование, отключение которого может привести к возникновению угрозы безопасности. К таким электрическим цепям относят, например, цепи возбуждения электрических машин, электрические цепи, питающие грузоподъемные электромагниты, вторичные цепи трансформаторов тока. В этих случаях необходимо устанавливать устройства аварийной сигнализации.

Особенности.

Харечко Ю.В. в своей книге [1] акцентирует внимание на некоторых особенностях защиты от сверхтока:

« Обнаружение сверхтоков необходимо выполнять во всех фазных проводниках. Отключать следует те фазные проводники, в которых обнаружен сверхток. Однако, если отключение одного фазного проводника может вызвать опасные последствия, например, когда к трехфазной электрической цепи подключен трехфазный электродвигатель, должны быть предусмотрены специальные меры. Иными словами, при появлении сверхтока в одном фазном проводнике трехфазной электрической цепи отключают все фазные проводники. Таким образом, исключают неполнофазное функционирование трехфазного электрооборудования.

В электроустановках зданий, соответствующих типам заземления системы TN‑S, TN‑C‑S, TN‑С и TT, не требуется обнаружение сверхтоков в нейтральных проводниках в тех случаях, когда их сечения эквивалентны сечениям фазных проводников и ожидаемые токи, которые могут протекать по нейтральным проводникам, не превышают значения токов в фазных проводниках. Однако если в какой-то электрической цепи сечение нейтрального проводника меньше сечения фазных проводников, следует предусмотреть обнаружение в нем сверхтока с последующим отключением фазных проводников. Нейтральный проводник при этом можно не отключать. Во всех случаях нейтральный проводник должен быть защищен от тока короткого замыкания.

В электроустановках зданий, соответствующих типу заземления системы IT и имеющих нейтральные проводники, требуется обнаружение сверхтока в нейтральном проводнике каждой электрической цепи. При его выявлении следует отключить все проводники, находящиеся под напряжением, включая нейтральный проводник. Однако в некоторых случаях стандарты допускают не выполнять указанные меры. »

Если электрические токи, протекающие по фазным проводникам трехфазной электрической цепи, имеют большую долю высших гармоник, электрический ток, протекающий в нейтральном проводнике может превысить его допустимый длительный ток даже при равномерной нагрузке по фазам. В этих условиях необходимо выполнять обнаружение перегрузки нейтрального проводника и отключать электрическую цепь. Требования по осуществлению защиты нейтральных проводников приведены в стандарте МЭК 60364‑5‑52 и в разработанном на его основе ГОСТ Р 50571.5.52-2011 [3].

Если необходимо осуществлять защиту от сверхтока в нейтральных проводниках, в однофазных электрических цепях можно использовать двухполюсные автоматические выключатели со всеми защищенными полюсами, в трехфазных электрических цепях − четырехполюсные автоматические выключатели со всеми защищенными полюсами. Примеры применения таких автоматических выключателей приведены в статьях «Как собрать трехфазное ВРУ для частного дома» и «Как собрать трёхфазный квартирный щиток?». Отключить нейтральный проводник следует после отключения фазных проводников. Включение нейтрального проводника можно выполнять раньше или одновременно с фазными проводниками.

БАССЕЙНЫ

Условное графическое изображение УЗО на чертежах и схемах:

Однофазное (2-х полюсное) УЗО с током уставки (срабатывания) 30 мА, развернутое изображение.

Трехфазное (4-х плюсное) УЗО с током уставки (срабатывания) 100 мА, развернутое изображение.

Однофазное (2-х полюсное) УЗО с током уставки (срабатывания) 30 мА, однолинейное изображение. Число полюсов при однолинейном представлении можно изображать и числом (вверху) и числом черточек.

Трехфазное (4-х плюсное) УЗО с током уставки (срабатывания) 100 мА, однолинейное изображение. Число полюсов при однолинейном представлении можно изображать и числом (вверху) и числом черточек.

Для начала о понятиях, тут все не сложно:

Общебуржуинские названия УЗО:

Применительно к выбору УЗО посмотрим, какие принципы работы могут быть реализованы (и на практике они все реализуются):

Проверка работоспособности УЗО

На корпусе должна быть кнопка проверки. «Test» или «T». Нажимаете — УЗО должно сработать. Не сработало — неисправно. Рекомендуется проверять УЗО раз в месяц (кто это делает в реальности, интересно?).

Типоразмеры УЗО по номинальному напряжению, номинальному току нагрузки и выбор УЗО в зависимости от номинала защитного автомата:

Номинальное напряжение U_n = 380 В для четырехполюсных и U_n = 220 В для двухполюсных УЗО. Допустимо применение четырехполюсных УЗО в режиме двухполюсных, т.е. в однофазной сети, при условии, что изготовитель обеспечивает нормальное функционирование тестовой цепи при этом напряжении. Нормами установлен также диапазон напряжений, в котором УЗО должно сохранять работоспособность. Это имеет принципиальное значение для «электронных» УЗО, функционально зависимых от напряжения питания.

Типоразмер защитного автомата по току нагрузки допустимый

Теоретически, разрешено иметь номинальный ток нагрузки УЗО равеным или на ступень выше номинального тока последовательного защитного устройства. (читайте всякую разрешительную классику)

Если УЗО и автоматический выключатель имеют равные номинальные токи, то при протекании тока, превышающего номинальный, например, на 45 %, т.е. тока перегрузки, этот ток будет отключен автоматическим выключателем за время до одного часа. Это означает, что этот период времени УЗО будет перегружено.

Типоразмеры УЗО по номинальному отключающему дифференциальному току I_Dn (типоразмеру УЗО по уставке). Номинальный неотключающий дифференциальный ток I_Dn0

Для начала посмотрите раздел: Влияние частоты, напряжения и силы тока на человека. Поражение электрическим током. Таблица поражающего действия силы тока для сети 220/380В 50Гц и пояснения.

Номинальный отключающий дифференциальный ток I_Dn = ток уставки выбирается из следующего ряда: 6 мА, 10 мА, 30 мА, 100 мА, 300 мА, 500 мА — причем, реальное значение тока отключения определяется еще и номинальным неотключающим током утечки I_Dn0 и находится ниже уровня уставки, поскольку номинальный неотключающий дифференциальный ток I_Dn0 УЗО, обычно, равен половине значения тока уставки: I_Dn0 = 0,5 I_Dn. Каждое конкретное устройство имеет, как правило, определенное стабильное значение отключающего тока, находящееся в указанном диапазоне. Во избежание ложных отключений следует учитывать данное обстоятельство и сопоставлять реальное значение отключающего тока с «обычным»=»фоновым» током утечки в электроустановке.

Уставку УЗО для каждого конкретного случая применения, теоретически, выбирают с учетом следующих факторов:

• значения существующего в данной электроустановке суммарного (с учетом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников) тока утечки на землю — так называемого «фонового тока утечки»;
• значения допустимого тока через человека на основе критериев электробезопасности;
• реального значения отключающего дифференциального тока УЗО, которое в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50807-94 находится в диапазоне 0,5 I_Dn — I_Dn.

Согласно требованиям ПУЭ (7-е изд., п. 7.1.83) номинальный дифференциальный отключающий ток УЗО должен быть не менее чем в три раза больше суммарного тока утечки защищаемой цепи электроустановки — I_D. То есть: I_Dn > = 3 I_D.

Суммарный ток утечки электроустановки замеряется специальными приборами (Приложение 4), либо определяется расчетным путем. При отсутствии фактических (замеренных) значений тока утечки в электроустановке ПУЭ (п. 7.1.83) предписывают принимать ток утечки электроприемников из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки цепи из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника.

Таблица рекомендуемых значений номинального отключающего дифференциального тока — I_Dn (уставки) УЗО для диапазона номинальных токов 16- 80 А :

В некоторых случаях, для определенных потребителей значение уставки задается нормативными документами. В ГОСТ Р 50669-94 применительно к зданиям из металла или с металлическим каркасом задается значение уставки УЗО не выше 30 мА. Временные указания предписывают: для сантехнических кабин, ванных и душевых устанавливать УЗО с током срабатывания:

• 10 мА, если на них выделена отдельная линия; в остальных случаях, (например, при использовании одной линии для сантехнической кабины, кухни и коридора) допускается использовать УЗО с уставкой 30 мА (п. 4.15);
• в индивидуальных жилых домах для групповых цепей, питающих штепсельные розетки внутри дома, включая подвалы, встроенные и пристроенные гаражи, а также в групповых сетях, питающих ванные комнаты, душевые и сауны УЗО с уставкой 30 мА;
• для устанавливаемых снаружи штепсельных розеток УЗО с уставкой 30 мА (п. 6.5).

В ПУЭ (7-е изд. п. 7.1.84) рекомендуется для повышения уровня защиты от возгорания при замыканиях на заземленные части на вводе в квартиру, индивидуальный дом и тому подобное установка УЗО с током срабатывания до 300 мА.

Типоразмеры УЗО по степени защиты от воздействия окружающей среды и температурному режиму эксплуатации:

УЗО обычного исполнения имеют диапазон рабочих температур от -5 до 40 о С. В специальном исполнении — для диапазона температур от -25 до 40 о С на УЗО наносится знак. По степени защиты от воздействия окружающей среды обычное исполнение УЗО — IP 20. Встречаются также УЗО специального исполнения — IP 40, при более высоких требованиях по степени защиты УЗО должны устанавливаться в защитный кожух.

Дополнительные, возможно важные, технические характеристики УЗО:

• Показатель качества изготовления. Номинальный ток короткого замыкания I_nc — один из основных параметров УЗО характеризующий, прежде всего, качество изделия. Указанное заводом-изготовителем значение этого параметра проверяется при сертификационных испытаниях устройства. Смысл испытания заключается в определении термической и электродинамической стойкости изделия при протекании сверхтоков. При испытании на специальном стенде создается цепь из мощного источника и нагрузки, обеспечивающая протекание заданного сверхтока из ряда: 3; 4,5; 6; 10 кА. Испытательный ток не достигает заданного значения, поскольку отключается ранее последовательно включенным защитным аппаратом с нормированной уставкой. Как правило, для этой цели применяются плавкие вставки в виде серебряных проводников калиброванного сечения. Значение I_nc, как важнейшего параметра УЗО, должно обязательно быть приведено на лицевой панели устройства, или в сопроводительной технической документации на УЗО. Для УЗО типов S и G (с задержкой срабатывания) предъявляются повышенные требования по данному параметру, поскольку предполагается, что, во-первых, УЗО этого типа устанавливаются на головном участке сети, где токи короткого замыкания, естественно, выше, во-вторых, такие устройства, имея задержку по срабатыванию, могут находиться под воздействием аварийных токов более продолжительное время.
• Показатель качества изготовления. Номинальный дифференциальный ток короткого замыкания I_Dc — Параметр аналогичен рассмотренному в I_nc.Главным отличием является то, что сверхток протекает по одному проводнику УЗО и испытания проводятся при включении испытательного тока поочередно по отдельным полюсам УЗО.
• Предельное значение неотключающего сверхтока I_nm — Данный параметр характеризует способность УЗО не реагировать на симметричные токи короткого замыкания и перегрузки и также является важным показателем качества устройства. Неправильно считать, что это ток, при котором УЗО должно производить отключение. Нормативы определяют минимальное значение неотключающего тока, равное шестикратному значению номинального тока нагрузки, т.е. I_nm = 6I_n. Максимальное значение неотключающего сверхтока не нормируется и может иметь значения, намного превышающие 6I_n.
• Номинальная включающая и отключающая способность (коммутационная способность) I_m— Коммутационная способность зависит от уровня технического исполнения устройства — качества силовых контактов, мощности пружинного привода, материала (пластмассовых или металлических деталей) и качества механизма, наличия дугогасящей камеры и др. Этот параметр в значительной степени определяет надежность УЗО. В некоторых аварийных режимах УЗО должно осуществить отключение сверхтоков, опережая автоматический выключатель, при этом оно должно сохранить свою работоспособность.
• Номинальная включающая и отключающая способность по дифференциальному току I_Dm — Данная характеристика аналогична рассмотренной выше I_m с той разницей, что предполагается протекание дифференциального сверхтока, например, при коротком замыкании на корпус электроприемника в системе TN-C-S

Правила проекта для подключения УЗО : вместо схем (которых тысячи) мы сперва приведем правила:

• УЗО не заменяет заземления
• УЗО не заменяет автомат защиты
• УЗО с уставкой свыше 30 мА людей не защищает
• Существуют нагрузки, т.е. электрические устройства, которые не будут работать в схеме с УЗО (нечасто, но встречаются), если УЗО 10мА срабатывет — можете попробовать УЗО с уставкой 30 мА (но не выше, см. предыдущий пункт).
• В зависимости от потребности выберите (описаны выше)
  1. тип УЗО по устройству
  2. тип УЗО по функционалу и времени срабатывания
  3. тип УЗО по току нагрузки
  4. тип УЗО по уставке
  5. проверьте всякие дополнительные параметры качества (если Вы готовы за них платить)
  6. помните, что 50% «брендовых» товаров произведено в Китае и «брендообладатели» про них ничего не знают, а слова продавца ничего не значат, хотя и 99% (от оставшейся половины) «настоящих брендовых» УЗО произведено в Азиатско-Тихоокеанском регионе, но хоть контроль качества возможен.
• Нейтральный провод не должен быть заземлен после УЗО (в контуре «под защитой УЗО»), он может быть заземлен до УЗО, но не после
• Схема подключения приведена на лицевой или боковой поверхности корпуса УЗО. Ниже приведем 2 принципиальных схемы подключения, для 1 и 3 фазных сетей:

Принципиальная (примитивная) схема подключения УЗО в однофазном и трехфазном вариантах
рис.1. Подключение УЗО в однофазном варианте ( принципиальная схема)	рис.2. Подключение УЗО в трехфазном варианте ( принципиальная схема)

Почему срабатывает УЗО. Алгоритм поиска причин срабатывания УЗО

Основная ошибка подключения УЗО

Основной ошибкой подключения (кроме клинических случаев) является заземление нейтрали внутри контура «под защитой УЗО»

Разводите PE и PEN до УЗО! (при этом их еще и на разные болты положено крепить на клемнике)

По виду защиты от сверхтоков и перегрузок по току

Устройство защитного отключения

Устройство защитного отключения (сокр. УЗО; более точное название: устройство защитного отключения, управляемое дифференциальным (остаточным) током, сокр. УЗО−Д) — механический коммутационный аппарат или совокупность элементов, которые при достижении (превышении) дифференциальным током заданного значения при определённых условиях эксплуатации должны вызвать размыкание контактов. Может состоять из различных отдельных элементов, предназначенных для обнаружения, измерения (сравнения с заданной величиной) дифференциального тока и замыкания и размыкания электрической цепи (разъединителя) [1] .

Основная задача УЗО — защита человека от поражения электрическим током и от возникновения пожара, вызванного утечкой тока через изношенную изоляцию проводов и некачественные соединения.

Широкое применение также получили комбинированные устройства, совмещающие в себе УЗО и устройство защиты от сверхтока, такие устройства называются УЗО−Д со встроенной защитой от сверхтоков, либо простодиффавтомат. Часто диффавтоматы снабжаются специальной индикацией, позволяющей определить, по какой причине произошло срабатывание (от сверхтока или от дифференциального тока).

УЗО предназначены для

§ Защиты человека от поражения электрическим током при косвенном прикосновении (прикосновение человека к открытым проводящим нетоковедущим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением в случае повреждения изоляции), а также при непосредственном прикосновении (прикосновение человека к токоведущим частям электроустановки, находящимся под напряжением). Данную функцию обеспечивают УЗО соответствующей чувствительности (ток отсечки не более 30 мА).

§ Предотвращения возгораний при возникновении токов утечки на корпус или на землю.

Цели и принцип работы

схема УЗО и принцип работы

Принцип работы УЗО основан на измерении баланса токов между входящими в него токоведущими проводниками с помощью дифференциального трансформатора тока. Если баланс токов нарушен, то УЗО немедленно размыкает все входящие в него контактные группы, отключая таким образом неисправную нагрузку.

УЗО измеряет алгебраическую сумму токов [источник не указан 765 дней] , протекающих по контролируемым проводникам (двум для однофазного УЗО, четырем для трехфазного и т. д.): в нормальном состоянии ток, «втекающий» по одним проводникам, должен быть равен току, «вытекащему» по другим, то есть сумма токов, проходящих через УЗО равна нулю (точнее, сумма не должна превышать допустимое значение). Если же сумма превышает допустимое значение, то это означает, что часть тока проходит помимо УЗО, то есть контролируемая электрическая цепь неисправна — в ней имеет место утечка.

В США, в соответствии с National Electrical Code, устройства защитного отключения (ground fault circuit interrupter — GFCI), предназначенные для защиты людей, должны размыкать цепь при утечке тока 4-6 мА (точное значение выбирается производителем устройства и обычно составляет 5 мА) за время не более 25 мс. Для устройств GFCI, защищающих оборудование (то есть не для защиты людей), отключающий дифференциальный ток может составлять до 30 мА. В Европе используются УЗО с отключающим дифференциальным током 10-500 мА.

С точки зрения электробезопасности УЗО принципиально отличаются от устройств защиты от сверхтока (предохранителей) тем, что УЗО предназначены именно для защиты от поражения электрическим током, поскольку они срабатывают при утечках тока значительно меньших, чем предохранители (обычно от 2 ампер и более для бытовых предохранителей, что во много раз превышает смертельное для человека значение). УЗО должны срабатывать за время не более 25-40 мс, то есть до того, как электрический ток, проходящий через организм человека, вызоветфибрилляцию

Эти значения были установлены путем тестов, при которых добровольцы и животные подвергались воздействию электрического тока с известным напряжением и силой тока [2] .

Обнаружение токов утечки при помощи УЗО является дополнительным защитным мероприятием, а не заменой защиты от сверхтоков при помощи предохранителей, так как УЗО никак не реагирует на неисправности, если они не сопровождаются утечкой тока (например, короткое замыкание между фазным и нулевым проводниками).

УЗО с отключающим дифференциальным током порядка 300 мА и более иногда применяются для защиты больших участков электрических сетей (например, в компьютерных центрах), где низкий порог привел бы к ложным срабатываниям. Такие низкочувствительные УЗО выполняют противопожарную функцию и не являются эффективной защитой от поражения электрическим током.

Пример

Внутреннее устройство УЗО, подключаемого в разрыв шнура питания

На фотографии показано внутреннее устройство одного из типов УЗО. Данное УЗО предназначено для установки в разрыв шнура питания, его номинальный ток 13 А, отключающий дифференциальный ток 30 мА. Данное устройство является:

§ УЗО со вспомогательным источником питания

§ выполняющим автоматическое отключение при отказе вспомогательного источника

Это означает, что УЗО может быть включено только при наличии питающего напряжения, при пропадании напряжения оно автоматически отключается (такое поведение повышает безопасность устройства).

Фазный и нулевой проводники от источника питания подключаются к контактам (1), нагрузка УЗО подключается к контактам (2). Проводник защитного заземления (PE-проводник) к УЗО никак не подключается.

При нажатии кнопки (3) контакты (4) (а также еще один контакт, скрытый за узлом (5)) замыкаются, и УЗО пропускает ток. Соленоид (5) удерживает контакты в замкнутом состоянии после того, как кнопка отпущена.

Катушка (6) на тороидальном сердечнике является вторичной обмоткой дифференциального трансформатора тока, который окружает фазный и нулевой проводники. Проводники проходят сквозь тор, но не имеют электрического контакта с катушкой [3] . В нормальном состоянии ток, текущий по фазному проводнику, точно равен току, текущему по нулевому проводнику, однако эти токи противоположны по направлению. Таким образом, токи взаимно компенсируют друг друга и в катушке дифференциального трансформатора тока ЭДС отсутствует.

Любая утечка тока из защищаемой цепи на заземленные проводники (например, прикосновение человека, стоящего на мокром полу, к фазному проводнику) приводит к нарушению баланса в трансформаторе тока: через фазный проводник «втекает больше тока», чем возвращается по нулевому (часть тока утекает через тело человека, то есть помимо трансформатора). Несбалансированный ток в первичной обмотке трансформатора тока приводит к появлению ЭДС во вторичной обмотке. Эта ЭДС сразу же регистрируется следящим устройством (7), которое отключает питание соленоида (5). Отключенный соленоид больше не удерживает контакты (4) в замкнутом состоянии, и они размыкаются под действием силы пружины, обесточивая неисправную нагрузку.

Устройство спроектировано таким образом, что отключение происходит за доли секунды, что значительно снижает тяжесть последствий от поражения электрическим током.

Кнопка проверки (8) позволяет проверить работоспособность устройства путем пропускания небольшого тока через оранжевый тестовый провод (9). Тестовый провод проходит через сердечник трансформатора тока, поэтому ток в тестовом проводе эквивалентен нарушению баланса токонесущих проводников, то есть УЗО должно отключиться при нажатии на кнопку проверки. Если УЗО не отключилось, значит оно неисправно и должно быть заменено.

Применение

В России применение УЗО стало обязательным с принятием 7-го издания Правил устройства электроустановок (ПУЭ). Как правило, в случае бытовой электропроводки одно или несколько УЗО устанавливаются на DIN-рейку в электрощите.

Многие производители бытовых устройств, которые могут быть использованы в сырых помещениях (например, фены), предусматривают для таких устройств встроенное УЗО. В ряде стран подобные встроенные УЗО являются обязательными.

Проверка

Рекомендуется ежемесячно проверять работоспособность УЗО. Наиболее простой способ проверки — нажатие кнопки «тест», которая обычно расположена на корпусе УЗО (как правило, на кнопке «тест» нанесено изображение большой буквы «Т»). Тест кнопкой может производиться пользователем, то есть квалифицированный персонал для этого не требуется. Если УЗО исправно и подключено к электрической сети, то оно при нажатии кнопки «тест» должно сразу же сработать (то есть отключить нагрузку). Если после нажатия кнопки нагрузка осталась под напряжением, то УЗО неисправно и должно быть заменено.

Тест нажатием кнопки не является полной проверкой УЗО. Оно может срабатывать от кнопки, но не пройти полный лабораторный тест, включающий измерение отключающего дифференциального тока и времени срабатывания.

Кроме того, нажатием кнопки проверяется само УЗО, но не правильность его подключения. Поэтому более надежной проверкой является имитация утечки непосредственно в цепи, которая является нагрузкой УЗО. Такой тест желательно проделать хотя бы один раз для каждого УЗО после его установки. В отличие от нажатия кнопки, пробная утечка должна проводиться только квалифицированным персоналом.

Ограничения

УЗО может значительно улучшить безопасность электроустановок, но оно не может полностью исключить риск поражения электрическим током или пожара. УЗО не реагирует на аварийные ситуации, если они не сопровождаются утечкой из защищаемой цепи. В частности, УЗО не реагирует на короткие замыкания между фазами и нейтралью.

УЗО также не сработает, если человек оказался под напряжением, но утечки при этом не возникло, например, при прикосновении пальцем одновременно и к фазному, и к нулевому проводникам. Предусмотреть электрическую защиту от таких прикосновений невозможно, так как нельзя отличить протекание тока через тело человека от нормального протекания тока в нагрузке. В подобных случаях действенны только механические защитные меры (изоляция, непроводящие кожухи и т. п.), а также отключение электроустановки перед ее обслуживанием.

Некоторые типы УЗО (УЗО−Д со вспомогательным источником питания, см. классификацию) нуждаются в питании, которое они получают от защищаемой цепи. Поэтому потенциально опасной является ситуация, когда в защищаемой цепи выше УЗО нулевой проводник отключен, а фазный остается под напряжением [4] . В этом случае УЗО будет неспособно отключить цепь, так как разность потенциалов в защищаемой цепи недостаточна для функционирования УЗО. Так называемые электромеханические УЗО не нуждаются в питании и поэтому свободны от указанного недостатка.

История

В начале 1970-х годов большинство УЗО выпускались в корпусах типа автоматических выключателей. С начала 1980-х годов, в США, большинство бытовых УЗО были уже встроенными в розетки. В России УЗО начали применяться гораздо позже — примерно с 1994—1995 годов. И до сих пор используются преимущественно УЗО для монтажа в электрощите на DIN-рейку, а встроенные УЗО пока широкого распространения не получили.

Классификация УЗО

По способу действия

§ УЗО−Д без вспомогательного источника питания

§ УЗО−Д со вспомогательным источником питания:

§ выполняющие автоматическое отключение при отказе вспомогательного источника с выдержкой времени и без нее:

§ производящие автоматическое повторное включение при восстановлении работы вспомогательного источника

§ не производящие автоматическое повторное включение при восстановлении работы вспомогательного источника

§ не производящие автоматическое отключение при отказе вспомогательного источника:

§ способные произвести отключение при возникновении опасной ситуации после отказа вспомогательного источника

§ не способные произвести отключение при возникновении опасной ситуации после отказа вспомогательного источника

По способу установки

§ стационарные с монтажом стационарной электропроводкой

§ переносные с монтажом гибкими проводами с удлинителями

[По числу полюсов

По виду защиты от сверхтоков и перегрузок по току

§ без встроенной защиты от сверхтоков

§ со встроенной защитой от сверхтоков

§ со встроенной защитой от перегрузки

§ со встроенной защитой от коротких замыканий

Область применения устройств защитного отключения (УЗО)

В последние годы в нашей стране внедрение Устройств Защитного Отключения (далее — УЗО ) ведется весьма интенсивно — УЗО оснащаются в обязательном порядке все вновь строящиеся и реконструируемые жилые здания, действует требование обязательного применения УЗО при эксплуатации электроприборов и электроинструментов в особо опасных помещениях, не допускаются к эксплуатации мобильные здания из металла или с металлическим каркасом для уличной торговли и бытового обслуживания населения, не оснащенные УЗО, и т. д. УЗО применяется для комплектации вводно-распределительных устройств (ВРУ), распределительных щитов (РЩ), групповых щитков (квартирных и этажных), а также для защиты отдельных потребителей электроэнергии.

Область применения УЗО достаточно широка – это электроустановки:
— общественных зданий — детских дошкольных учреждений, школ, профессионально-технических, средних, специальных и высших учебных заведений, гостиниц, медицинских учреждений, больниц, санаториев, мотелей, библиотек, крытых и открытых спортивных и физкультурно-оздоровительных учреждений, бассейнов, саун, театров, клубов, кинотеатров, магазинов, предприятий общественного питания и бытового обслуживания, торговых павильонов, киосков и т.п.;
— жилых зданий — индивидуальных и многоквартирных, коттеджей, дач, садовых домиков, общежитий, бытовых помещений и т.п.;
— административных зданий, производственных помещений — мастерских, АЗС, автомоек, ангаров, гаражей, складских помещений и т.д.;
— промышленных предприятий — предприятий по производству и распределению электроэнергии, железнодорожных предприятий, горной, нефтедобывающей, сталеплавильной, химической промышленности, взрывоопасного производства и мн. др.

Применение УЗО целесообразно и оправдано по социальным и экономическим причинам в электроустановках всех возможных видов и самого различного назначения.
Затраты на установку УЗО несоизмеримо меньше возможного ущерба — гибели и травм людей от поражения электрическим током, возгораний, пожаров и их последствий, произошедших из-за неисправностей электропроводки и электрооборудования. Если учесть, что стоимость одного УЗО не превышает стоимости простого бытового электроприбора, а возможный ущерб, которого можно было бы избежать, если бы УЗО было бы установлено, исчисляется огромными суммами, то становится совершенно очевидной и не требующей дополнительных доказательств необходимость скорейшего и самого широкого внедрения УЗО нового поколения во всех электроустановках.
Исключение составляют электроустановки, не допускающие по технологическим причинам перерыва в электроснабжении. В таких установках для защиты людей от поражения электрическим током должны применяться другие электрозащитные меры — контроль изоляции, разделительные трансформаторы и др.
Органы Госэнергонадзора, Государственного пожарного надзора и Энергосбыта согласовывают проектную документацию, осуществляют сертификацию электроустановок жилых домов, приемку объектов в эксплуатацию только при условии обязательного использования УЗО.

Ниже приведены нормативно-технические документы, согласно требованиям которых, должны быть выполнены электроустановки зданий:

• ГОСТ Р 50807-95 «Устройства защитные, управляемые дифференциальным (остаточным) током. Общие требования и методы испытаний»;
• ГОСТ Р 51326.1-99 «Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения без встроенной защиты от сверхтоков. Часть 1. Общие требования и методы испытаний»;
• ГОСТ Р 51327.1-99 «Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения со встроенной защитой от сверхтоков. Часть 1. Общие требования и методы испытаний»;
• ГОСТ Р МЭК 61140-2000 «Защита от поражения электрическим током. Общие положения по безопасности, обеспечиваемой электрооборудованием и электроустановками в их взаимосвязи»;
• комплекс стандартов ГОСТ Р 50571.1 — ГОСТ Р 50571.23 «Электроустановки зданий».

Самое важное требование , без выполнения которого вы просто не сможете использовать УЗО — это правильное выполнение системы заземления , которое обязано отвечать всем современным требованиям существующим в электроэнергетики. А, так как вы являетесь потребителем электроэнергии, то эти требования распространяются и на вас.

Устройство УЗО и принцип действия

Автоматические выключатели – это устройства, задача которых заключается в защите электрической линии от повреждения под воздействием тока большой величины. Это могут быть как сверхтоки короткого замыкания, так и просто мощный поток электронов, в течение достаточно длительного времени проходящий по кабелю и вызывающий его перегрев с дальнейшим оплавлением изоляции. Автомат защиты в этом случае предотвращает негативные последствия, отключая подачу тока в цепь. В дальнейшем, когда ситуация придет в норму, аппарат можно вновь включить вручную.

Функции автоматического выключателя

Защитные устройства предназначены для выполнения следующих основных задач:

• Коммутация электроцепи (возможность отключения защищаемого участка при возникновении неполадок с питанием).
• Обесточивание вверенной цепи при возникновении в ней токов КЗ.
• Защита линии от перегрузок при прохождении сквозь аппарат тока чрезмерной величины (такое бывает, когда суммарная мощность приборов превышает максимально допустимую).

Говоря кратко, АВ одновременно осуществляют защитную и управляющую функцию.

Основные типы выключателей

Существует три основных вида АВ, отличающихся друг от друга по конструктивному исполнению и предназначенные для работы с нагрузками разной величины:

• Модульный. Он получил свое название из-за стандартной ширины, кратной 1,75 см. Рассчитан на токи небольшой величины и устанавливается в сетях бытового электроснабжения, для дома или квартиры. Как правило, это однополюсный автомат или двухполюсный.
• Литой. Называется так из-за литого корпуса. Может выдерживать до 1000 Ампер и используется преимущественно в промышленных сетях.
• Воздушные. Предназначен для работы с токами величиной до 6300 Ампер. Чаще всего это трехполюсный автомат, однако сейчас выпускают аппараты этого типа и с четырьмя полюсами.

Автомат защитный однофазный представляет собой автоматический выключатель, который наиболее распространен в бытовых сетях. Он бывает 1- и 2-х полюсным. В первом случае к аппарату подключается только фазная жила, а во втором – еще и нулевая.

Кроме перечисленных видов, существуют также устройства защитного отключения, обозначаемые аббревиатурой УЗО, и дифференциальные автоматы.

Первые нельзя считать полноценными АВ, их задача заключается не в защите цепи и включенных в нее приборов, а в предотвращении удара электрическим током при касании человеком открытого участка. Дифференциальный защитный автомат представляет собой объединенные в одном устройстве АВ и УЗО.

Характеристики УЗО

Теперь разберемся с характеристиками УЗО

обозначенных на фасаде устройства.

предназначены для защиты человека от поражения электрическим током при косвенном прикосновении (прикосновение человека к открытым проводящим нетоковедущим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением в случае повреждения изоляции), а также при непосредственном прикосновении (прикосновение человека к токоведущим частям электроустановки, находящимся под напряжением). Данную функцию обеспечивают
УЗО
соответствующей чувствительности (ток отсечки не более 30 мА(миллиампер).

Примечание: В США в соответствии с National Elektrical Code, устройства защитного отключения (ground fault circuit interrupter — GFCI), предназначенные для защиты людей, должны размыкать цепь при утечке тока 4-6 мA(миллиампер) (точное значение выбирается производителем устройства и обычно составляет 5 мА) за время не более 25 мс(микросекунд).В Европе эти значеня для УЗО ,как и у нас составляют 30-100 мА.

должны срабатывать за время не более 25-40 мс(миллисекунд), то есть до того, как электрический ток, проходящий через организм человека, вызовет фибриляцию сердца — наиболее частую причину смерти при поражениях электрическим током.

В таблице ниже приведены значения тока через тело человека и наиболее вероятные ощущения.Примечание:не пытайтесь это прочуствовать на себе!

Результат
0,5 mA	Не ощущается.Слабые ощущения

• языком,
• кончиками пальцев,
• через рану.

Безопасно.3 mAОщущение близкое к муравьиному укусу.Не опасно.15 mAЕсли взялись за проводник, то невозможно отпустить его.Неприятно, но не опасно.40 mAСудороги тела, судороги диафрагмы.Опасность удушья в течение нескольких минут.80 mAВибрация желудочка сердца.Очень опасно, приводит к достаточно быстрой смерти.

Как устроены автоматы защиты?

Рассмотрим подробно устройство автоматического выключателя. Корпус автомата выполнен из диэлектрического материала. Он состоит из двух частей, которые соединены между собой заклепками. Если необходимо разобрать корпусную часть, заклепки высверливаются, и открывается доступ к внутренним элементам защитного автомата. К ним относятся:

• Винтовые клеммы.
• Гибкие проводники.
• Рукоятка управления.
• Подвижный и неподвижный контакт.
• Электромагнитный расцепитель, представляющий собой соленоид с сердечником.
• Тепловой расцепитель, в состав которого входит биметаллическая пластина и регулировочный винт.
• Газоотводное отверстие.
• Дугогасительная камера.

С задней стороны автоматический защитный предохранитель оборудован специальным фиксатором, с помощью которого он крепится на DIN-рейке.

Последняя представляет собой рейку из металла, имеющую ширину 3,5 см, на которую крепятся модульные устройства, а также некоторые виды электрических счетчиков. Чтобы присоединить автомат к рейке, корпус защитного устройства следует завести за ее верхнюю часть, после чего защелкнуть фиксатор, надавив на нижнюю часть аппарата. Снять автомат защиты с DIN-рейки можно, подцепив защелку снизу.

Фиксатор модульного выключателя может быть очень тугим. Чтобы прикрепить такое устройство к DIN-рейке, нужно заранее подцепить защелку снизу и завести защитное устройство на место крепежа, после чего отпустить фиксирующий элемент.

Можно сделать проще – при защелкивании фиксатора сильно нажать на его нижнюю часть отверткой.

Наглядно, зачем нужен автоматический выключатель, на видео:

Принцип действия автоматического выключателя

Теперь разберемся, как работает автомат защиты сети. Подключение его осуществляется подъемом вверх рукоятки управления. Чтобы отключить АВ от сети, рычаг опускают вниз.

Когда автомат защитный электрический функционирует в обычном режиме, то электрический ток при поднятой вверх рукоятке управления поступает к аппарату через подсоединенный к верхней клемме кабель питания. Поток электронов идет к неподвижному контакту, а от него – к подвижному.

Затем по гибкому проводнику ток поступает на соленоид электромагнитного расцепителя. С него по второму гибкому проводнику электричество идет к биметаллической пластине, входящей в тепловой расцепитель. Пройдя по пластине, поток электронов через нижнюю клемму уходит в подключенную сеть.

Особенности работы теплового расцепителя

При превышении током цепи, в которой установлен автомат защиты, номинала устройства возникает перегрузка. Поток электронов высокой мощности, проходя через биметаллическую пластину, оказывает на нее термическое воздействие, делая более мягкой и заставляя выгнуться в сторону отключающего элемента. При вступлении последнего в контакт с пластиной происходит срабатывание автомата, и подача тока в цепь прекращается. Таким образом, тепловая защита позволяет не допустить чрезмерного нагревания проводника, которое может привести к расплавлению изоляционного слоя и выходу проводки из строя.

Нагревание биметаллической пластины до такой степени, чтобы она изогнулась и вызвала срабатывание АВ, происходит в течение определенного времени. Оно зависит от того, насколько величина тока превышает номинал автомата, и может занять как несколько секунд, так и час.

Срабатывание теплового расцепителя происходит в случае превышения током цепи номинала автомата как минимум на 13%. После остывания биметаллической пластины и нормализации величины текущего тока защитное устройство можно будет снова включить.

Существует еще один параметр, способный повлиять на срабатывание АВ под воздействием теплового расцепителя – это температура окружающей среды.

Если воздух в помещении, где установлен аппарат, имеет высокую температуру, то пластина нагреется до отключающего предела быстрее, чем обычно, и может сработать даже при незначительном возрастании тока. И наоборот, если в доме холодно, нагревание пластинки будет происходить медленнее, и время до отключения цепи увеличится.

Срабатывание теплового расцепителя, как было сказано, требует определенного времени, в течение которого ток цепи может прийти в норму. Тогда перегрузка исчезнет, и отключения устройства не произойдет. Если же величина электротока не снижается, автомат обесточивает цепь, предотвращая оплавление изоляционного слоя и не допуская возгорания кабеля.

Причиной перегрузки чаще всего становится включение в цепь устройств, суммарная мощность которых превышает расчетную для конкретно взятой линии.

Нюансы электромагнитной защиты

Электромагнитный расцепитель предназначен для защиты сети от короткого замыкания и по принципу работы отличается от теплового. Под действием сверхтоков КЗ в соленоиде возникает мощное магнитное поле. Оно сдвигает в сторону сердечник катушки, который размыкает силовые контакты защитного устройства, воздействуя на механизм расцепителя. Питание линии прекращается, благодаря чему исчезает опасность возгорания проводки, а также разрушения замкнувшей установки и автоматического выключателя.

Поскольку в случае КЗ в цепи происходит мгновенное возрастание тока до величины, способной за короткое время привести к тяжелым последствия, срабатывание автомата под воздействием электромагнитного расцепителя происходит за сотые доли секунды. Правда, при этом ток должен превысить номинал АВ в 3 и более раза.

Наглядно про автоматические выключатели на видео:

Дугогасительная камера

Когда контакты цепи, через которую протекает электрический ток, размыкаются, между ними возникает электрическая дуга, мощность которой прямо пропорциональна величине сетевого тока. Она оказывает на контакты разрушающее воздействие, поэтому для их защиты в состав устройства входит дугогасительная камера, представляющая собой набор пластинок, установленных параллельно друг другу.

При контакте с пластинами происходит дробление дуги, в результате чего снижается ее температура и происходит затухание. Газы, возникшие при появлении дуги, через специальное отверстие удаляются из корпусной части защитного устройства.

Функции УЗО

УЗО защищает человека и животных от поражения током при прикосновении к корпусам электроприборов, оказавшихся под напряжением.

Токопроводящие корпуса и отдельные элементы оборудования и приборов могут оказаться под напряжением. Это безусловно аварийная ситуация и возникнуть она может в двух случаях.

1. Если на корпус прибора замкнулся фазный провод электропроводки, то при условии заземления корпуса, происходит так называемое короткое замыкание. Для отключения сети, при коротком замыкании, предназначены автоматы защиты. Но корпус может быть не заземлен или сопротивление цепи замыкания очень велико и автоматы защиты не сработают. Решит задачу защиты, в этом случае, установка УЗО в электроцепь.
2. Или касание фазного провода корпуса оборудования не полное. Тоесть изоляция на токоведущих проводах может лишь повредится, и тогда появятся, так называемые токи утечки. Ток утечки может не только неприятно «кусаться», но быть смертельно опасным, особенно во влажных помещениях. Защитит от токов утечки правильно подобранное и установленное УЗО.

Выводы

Основные функции УЗО две:

• Обнаруживать ток утечки и автоматически отключать электрическую цепь. Время отключения цепи УЗО 200 миллисекунд (1 миллисекунда =0,001 секунды).
• Защищать не только от косвенного, но и от прямого прикосновения. Прямое прикосновение это касание человеком или зверем к токоведущим частям приборов находящихся под напряжением.