Устройство защитного отключения (УЗО) предназначено для защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции токоведущих частей электрооборудования, при случайном прикосновении к неизолированным токоведущим частям электрооборудования и для защиты имущества от теплового воздействия электрического тока (опасности возникновения пожара).

УЗО может устанавливаться во вводно-распределительных устройствах (ВРУ), распределительных щитах (РЩ), групповых щитках (квартирных и этажных), а также для защиты отдельных потребителей электроэнергии. Применение УЗО целесообразно в электроустановках всех видов и различного назначения. Используется оно вместе с автоматическими выключателями или предохранителями, которые защищают его от перегрузок.

Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток утечки в проводниках, питающих электроэнергией защищаемую электроустановку. Когда в электрическом приборе нарушается изоляция токоведущего провода, его корпус может оказаться под напряжением. В случае прикосновения к корпусу прибора может возникнуть ток замыкания на землю, и если корпус не заземлен, то человека ударит током. Если при прикосновении человека к токоведущим частям через него начинает проходить ток, то УЗО моментально зарегистрирует утечку тока в сети и отключит питание аварийного участка электро установки. То же самое произойдет при пробое или нагреве изоляции до критической температуры: УЗО отключит напряжение до возгорания электропроводки. С момента возникновения утечки тока автоматическое отключение напряжения аварийного участка электрической цепи производится за время, не превышающее 0,03-0,3 с (эта величина зависит от конструкции УЗО).

Принцип работы УЗО. Говоря простым языком, в УЗО происходит сравнение тока, уходящего в нагрузку, с током, который вернулся из нагрузки, т. е. тока, проходящего по фазному проводнику, с током, протекающим по нулевому проводнику. Если изоляция электропроводки не повреждена и электроприбор полностью исправен, то эти токи должны быть равны. При возникновении в цепи тока утечки значение фазного и нулевого тока становится разным. УЗО зарегистрирует это изменение и сравнит его со значением номинального тока утечки. Если ток утечки в цепи больше номинального - УЗО отключает питание защищаемой цепи, разрывая фазу и ноль.

В общем виде однофазное УЗО можно изобразить в виде прямоугольника с двумя входами и выходами. На схеме (рис. 2.43) в качестве нагрузки к УЗО подключена стиральная машина.

Рис. 2.43. Схема подключения стиральной машины через УЗО

Трехфазное УЗО можно представить как три однофазных, у которых на входе нулевой проводник соединен. В трехфазных УЗО сравниваются суммы токов фаз с нулем.

В нормальном режиме (рис. 2.45), при отсутствии тока утечки, по проводникам, проходящим через окно магнитопровода дифференциального трансформатора тока 1, протекают рабочие токи нагрузки. Эти токи наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но встречно направленные магнитные потоки. Результирующий магнитный поток равен нулю, поэтому ток во вторичной

Рис. 2.44. Работа УЗО при возникновении тока утечки обмотке также равен нулю. Вся система находится в состоянии покоя. При возникновении тока утечки (например, при прикосновении человека к токоведущим частям электроустановки) баланс токов в питающих проводниках и магнитных потоков в сердечнике нарушается и во вторичной обмотке дифференциального трансформатора тока появляется дифференциальный ток утечки 12. Если этот ток превышает значение уставки электромагнитной защелки на постоянном магните 2 (или в реле разностного тока), защелка срабатывает и посредством рычага размыкает механизм расцепления 3; защищаемая цепь отключается от питающей сети.

Проверка УЗО. Для проверки исправности УЗО предусмотрена цепь тестирования (кнопка «Тест»), работающая за счет искусственного создания дифференциального тока утечки. Работоспособное УЗО должно моментально отключить питание. Такую проверку рекомендуется проводить один раз в месяц.

Установка УЗО. Устройства с током утечки 10 мА и 30 мА защищают человека; УЗО с током утечки 100 и 300 мА ставятся в качестве вводного устройства (например, на вводе в коттедж) и предназначены для защиты от пожара. Для квартиры можно ставить одно УЗО с током утечки 30 мА в квартирном электрическом щитке на лестничной площадке. Но в случае возникновения тока утечки устройство обесточит квартиру полностью. Поэтому лучше устано-

Рис. 2.45. Схема нормальной работы трехфазного УЗО:

1 - дифференциальный трансформатор тока; 2 - электромагнитная защелка; 3 - механизм расцепления вить УЗО на групповую электрическую цепь - группу освещения, группу розеток, стиральную машину, помещение с повышенной опасностью поражения током. Если возник ток утечки в групповой цепи, например в группе розеток, то будет отключена только эта группа, а другие электроприборы будут работать. На розеточную группу и осветительную сеть можно ставить УЗО на 30 мА. Для защиты розеток в ванной комнате, а также розеток для электропитания оборудования, работающего на земле, ставится УЗО с током утечки 10 мА, если для них выделены отдельные линии.

Наиболее вероятными местами поражения электрическим током в квартирах и домах являются кухня и ванная комната. Здесь достаточно много электробытовых приборов, есть естественные заземлители (водопроводные, газовые трубы), теснота, повышенная влажность. Поэтому, если к одной линии подключены ванная, коридор и кухня, то надо ставить УЗО с током утечки 30 мА.

Если в электрической цепи есть нулевой заземляющий проводник, то ток через него пойдет на землю, если его нет, то ток через рабочий нулевой проводник может пройти через тело человека. УЗО ставится как на вводе, так и на отдельные группы электрических приборов. Ставится дифференциальный автомат (автомат и УЗО) или УЗО и автомат для защиты от сверхтоков; номинальный ток нагрузки УЗО должен быть на ступень выше или равен номинальному току автомата защиты.

УЗО может сработать и при выключенном автомате (отключенной фазе), если по нулевому проводу потек ток.

В настоящее время еще используются как электроустановки со старой системой заземления TN-C, так и новые, с системами заземления TN-C-S и TN-S. При монтаже УЗО необходимо разделить нулевой рабочий проводник (N) и нулевой защитный проводник (РЕ) в зоне защиты УЗО. В сети с напряжением 220 В устанавливаются двухполюсные УЗО с двумя защищенными полюсами на фазный и нулевой рабочий проводник. Для трехфазных сетей с напряжением 380 В применяются четырехполюсные УЗО с четырьмя защищенными полюсами. Схема установки должна быть нарисована на УЗО.

При ошибочном монтаже УЗО не будет выполнять свои функции или будут иметь место ложные срабатывания. Самой распространенной ошибкой при монтаже УЗО является подключение к УЗО нагрузки, в цепи которой имеется соединение нулевого рабочего проводника N с открытыми проводящими частями электро установки или соединение с нулевым защитным проводником РЕ. Также ошибками является подключение нагрузок к нулевому рабочему проводнику до УЗО, подключение нагрузок к нулевому рабочему проводнику другого УЗО, перемычка между нулевыми рабочими проводниками различных УЗО. Ложное срабатывание может возникнуть из-за самого УЗО, поэтому лучше устанавливать качественные устройства.

УЗО нецелесообразно устанавливать при наличии старой ветхой проводки в помещении; свойство УЗО обнаруживать утечку тока может принести больше проблем, чем пользы, если оно начнет непредсказуемо срабатывать. А при старой электропроводке это может произойти в любой момент (даже при первом включении УЗО). Если изоляция старая и плохая, может возникнуть небольшой ток, который может превысить значение тока утечки УЗО. Поэтому в данном случае рекомендуется установка в местах с повышенной опасностью розеток со встроенным УЗО.

УЗО не может различить, что именно включено в электрическую цепь - человек или электроприбор. Если человек возьмется одновременно за фазу и рабочий ноль, то тока утечки не будет. Если тока утечки нет, то для УЗО все в порядке.

Производители УЗО. Есть признанные производители УЗО - «Legrand», «Moeller», ABB, «Siemens», «Schneider Electric», а также российские - «Астро-УЗО», ИЭК, ДЭК. Качественная работа УЗО в первую очередь зависит от высокого качества элементов, входящих в его состав. Наиболее известные производители используют более качественные детали.

Основные параметры УЗО

Номинальное напряжение (UJ - значение напряжения, при котором устройство работоспособно. Его устанавливает изготовитель УЗО; обычно 220 или 380 В. Равенство напряжения в сети и номинального напряжения особенно важно для электронных УЗО. От этого сильно зависит их работоспособность.

Номинальный ток (1П) - максимальный ток, при котором УЗО сохраняет свою работоспособность продолжительное время. Номинальный ток УЗО выбирается из ряда: 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100, 125 А. Для дифференциального автомата дополнительно указывается номинальный ток автоматического выключателя в составе УЗО. Номинальный ток дифференциальных автоматов выбирается из ряда: 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100, 125 А.

Номинальный отключающий дифференциальный ток (U -ток утечки. Основная характеристика УЗО. Данное значение показывает величину дифференциального тока, при котором УЗО должно срабатывать. Номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО выбирается из ряда: 6, 10, 30, 100, 300, 500 мА.

Номинальный условный ток короткого замыкания (/пс) - характеристика, определяющая надежность и прочность устройства, качество исполнения его механизма и электрических соединений при протекании сверхтока (тока короткого замыкания в сети); значение этого параметра проверяется при сертификационных испытаниях. Еще этот параметр называют стойкостью к току короткого замыкания. Автомат, который защищает цепь, сработает на отключение, но это произойдет через 10 мс. Все это время УЗО будет находиться под воздействием сверхтока; если оно сохраняет работоспособность, то качество считается высоким. Значения номинального тока короткого замыкания стандартизованы и равны 3000, 4500, 6000 и 10 000 А. Минимально допустимое значение - 3000 А. К УЗО с задержкой срабатывания предъявляются повышенные требования по величине тока короткого замыкания. Такие УЗО устанавливают на вводе, поэтому они находятся под воздействием сверхтока более продолжительное время.

Номинальная коммутационная способность (1т) должна быть не менее чем в 10 раз больше номинального тока или равна 500 А. Качественные устройства имеют, как правило, гораздо более высокую коммутационную способность, в пределах 1000-1500 А. Такие устройства надежнее, и в аварийной ситуации, например при коротком замыкании на землю, УЗО, опережая автомат защиты, гарантированно произведет отключение электроустановки.

На лицевой панели УЗО (рис. 2.46) указываются следующие его параметры:

• номинальное напряжение;

• номинальный ток;

• ток утечки;

• номинальный условный ток короткого замыкания;

• тип УЗО (например, АС - реагирует только на переменный ток утечки).

Типы УЗО

1. Без встроенной защиты от сверхтоков. Такое УЗО просто реагирует на ток утечки.

2. С встроенной защитой от сверхтоков. Совмещает в себе функции УЗО и автомата для защиты от сверхтоков, называется дифференциальный автомат.

3. Тип АС реагирует только на переменный ток утечки.

4. Тип А реагирует на переменный и постоянный ток. Там, где имеются выпрямители и тиристоры, при пробое изоляции возможна утечка постоянного тока. Эти устройства имеют более сложную конструкцию, стоят дороже.

5. Тип S - селективное (с выдержкой по времени отключения); такое УЗО необходимо там, где используется система автоматического ввода резерва (АВР).

6. Тип G - то же, что и S, но с меньшей выдержкой времени.

Конструкция УЗО

УЗО по конструкции бывают электромеханические (независимые от напряжения питания) и электронные (зависимые от напряжения питания). Для работы электронного УЗО необходимо дополнительное питание. Если на линии до УЗО пропал рабочий ноль, а фаза - нет и человек взялся рукой за незаземленный корпус нагрузки или за фазу, то электронное УЗО не отключится. Электромеханическое УЗО в таком случае сработает. Электронные УЗО стоят значи-

Рис. 2.46. Внешний вид УЗО

тельно дешевле, но для обеспечения электробезопасности электромеханические предпочтительнее.

Подавляющее большинство случаев поражения электротоком так или иначе связано с утечкой тока - ситуацией, которую распознает УЗО.