Существуют как простые механические устройства защиты, так и модели с твердотельными контактными переключателями. Существуют также версии с более сложной встроенной логикой. Электронные реле, однако, стоят дороже и требуют дополнительной энергии для поддержания работы цепи.
Что такое автоматический выключатель остаточного тока – назначение, принцип работы, обозначения и типы
Если вы обратили внимание на эту статью, то наверняка недавно задавались вопросом – "Что такое УЗО и каково его назначение?". Мы постараемся ответить на этот вопрос как можно более подробно. Начнем с того, что УЗО расшифровывается как устройство отключения.
Что такое УЗО в электротехнике
Несмотря на то, что современная электропроводка защищена от контакта с человеком, печальных последствий утечек избежать невозможно. Именно здесь и пригодится УЗО. Устройство немедленно реагирует на увеличение тока в точке утечки и отключает питание.
УЗО – Это один из главных "винтиков" в автоматизации современных электрических сетей. Оно коммутирует электрические цепи и защищает их от токов, которые в обычных условиях были бы нежелательны. Это повышает вероятность того, что дом или предприятие будут защищены от пожара и никто не пострадает от удара током.
Обратите внимание, что это устройство имеет функцию включения и выключения электрических цепей. Другими словами, оно может выполнять операции переключения. Таким образом, это устройство является коммутационным.
Зачем устанавливать автоматический выключатель остаточного тока?
Многие потребители слышали о существовании такого чудесного устройства, как УЗО, но не все знают, для чего оно нужно. Понять общие принципы его работы можно и без глубоких познаний в электричестве. До недавнего времени автоматические выключатели УЗО не использовались в жилых домах. Однако в наши дни ситуация изменилась, и теперь они чаще встречаются в жилых помещениях, поэтому стоит узнать о них больше.
Как уже упоминалось, автоматические выключатели остаточного тока устанавливаются для предотвращения утечки тока, которая приводит к возгоранию проводников и пожарам. Они также предотвращают поражение электрическим током, которое может вызвать серьезные проблемы со здоровьем или, не дай Бог, смерть при контакте с неизолированными проводами и токопроводящими секциями электрооборудования.
ВНИМАНИЕ. Автоматический выключатель остаточного тока отличается от автоматического выключателя, который защищает проводники от перегрузок и коротких замыканий, и предназначен для значительного усиления защиты людей.
Защита по-прежнему необходима
Применение низкого напряжения или использование гальванической развязки – не очень удобный способ защиты людей, поэтому он используется только в узких местах, где нет другого выхода. Но как защитить людей от поражения электрическим током, не меняя существующий источник питания? Идея проста и гениальна – проанализировать дифференциальный ток.
Дифференциальный ток – это разница в токе между двумя проводниками, например, фазный ток, втекающий в нагрузку, и нейтральный ток, вытекающий из нагрузки. Наличие заметного дифференциального тока в цепи чаще всего является ненормальным и лучше отключить цепь, вдруг ток утечет на землю через человека? Это все равно, что сравнивать поток охлаждающей жидкости в радиатор и из него. Если в батарею втекает 100 л/мин, а вытекает 100 л/мин, то контур герметичен. Если поток в радиатор составляет 100 л/мин, а обратно по какой-то причине возвращается только 98 л/мин, значит, где-то просочилось 2 литра!
В идеальном мире все, что нам нужно сделать, это установить устройство, которое контролирует сам факт наличия дифференциального тока. Если все в порядке, дифференциальный ток отсутствует. Если он есть, мы отключаем нагрузку. К сожалению, в реальном мире дифференциальный ток (ток утечки) возникает в оборудовании, даже если все работает правильно, поэтому нам приходится идти на компромисс и выбирать определенное пороговое значение дифференциального тока, при превышении которого произойдет отключение.
Давайте поставим себя на место инженеров начала 20 века и попробуем придумать устройство, обнаруживающее дифференциальный ток. Нам нужно обнаружить возникновение утечки в 30 мА, потому что при меньших утечках, даже если она пройдет через человека, особой опасности для жизни нет.
Первая конструкция представляет собой два одинаковых электромагнита, расположенных друг напротив друга, занимающихся подергиванием якоря. Ток, втекающий в нагрузку и вытекающий из нее, проходя через обмотки, создает магнитное поле, тем более сильное, чем сильнее ток. Если в цепи нет утечек, токи, протекающие через электромагниты, равны, они создают одинаковое магнитное поле, и якорь остается неподвижным. Если в цепи есть утечка, ток, протекающий через один из электромагнитов, будет меньше (ток нагрузки – ток утечки), чем через другой (ток нагрузки), перемычка потянет за собой и разомкнет контакты.
Вернемся к реальному миру. Почему могут происходить ложные срабатывания.
Одна из причин, по которой электрики старой школы не используют автоматические выключатели УЗО, заключается в том, что они генерируют ложные срабатывания. А ложное срабатывание (при условии, что устройство исправно) может иметь только одну причину – есть утечка, и она заметна. Но причины утечки могут быть разными:
- Изоляция может быть неисправна. Если кабель старый и подвергается воздействию солнечного света, в изоляции могут появиться трещины. Немного влаги – и мы имеем непредсказуемое количество утечек.
- Нормальная утечка в оборудовании. Даже в эффективном оборудовании есть некоторая утечка, а при переменном токе не нужен прямой контакт, достаточно, чтобы один из проводников образовал длинную петлю вдоль корпуса. Возникающая емкостная связь достаточна для протекания небольшого тока. Фактическую утечку в линии при всех подключенных устройствах можно измерить специальным прибором. Если прямое измерение невозможно, воспользуйтесь эмпирическим правилом (7.1.83 ПУЭ) – примите, что на каждый 1 А потребляемого тока счетчик будет иметь утечку 0,4 мА и 10 мкА утечки на каждый метр длины фазного провода. (Цифры усредненные, как средняя температура в больнице, но хоть что-то). Желательно, чтобы сумма всех утечек в цепи при нормальной работе не превышала 1/3 номинального дифференциального тока срабатывания. Глазурь на торте – если УЗО имеет номинальный дифференциальный ток срабатывания 30 мА, это означает, что оно сработает при 30 мА. Оно, конечно, не сработает при половине этого тока – 15 мА. Если дифференциальный ток находится между этими значениями, это вопрос удачи. Если у вас есть УЗО на 30 мА, а к розеткам подключено несколько приборов, общая утечка которых при нормальной работе составляет 20 мА, то возникает ситуация, когда УЗО может сработать без видимой причины.
- Ошибка монтажа, и где-то (например, в одной из розеток) произошло соединение между рабочим нулевым проводником N и заземляющим проводником PE или они были перепутаны.
Маркировка, основные характеристики УЗО
Чтобы избежать путаницы между автоматическими выключателями УЗО и другими родственными устройствами (автоматическими выключателями и разъединителями), важно остановиться на их обозначениях. Кроме того, знание обозначений поможет в правильном выборе и подключении автоматических выключателей УЗО.
Обозначение автоматического выключателя УЗО включает схему подключения и основные параметры выбора: номинальный ток (А), остаточный ток (мА), рабочее напряжение (В), номинальный предельный ток короткого замыкания (А).
В таблице ниже приведено более подробное описание основных характеристик автоматических выключателей УЗО и других обозначений, на которые производители могут ссылаться в технической документации.
Наименование
Идентификация
Номинальное напряжение (электронные УЗО очень чувствительны к перенапряжению)
Номинальный ток нагрузки (максимальный ток, который УЗО может выдержать в течение длительного периода времени без повреждения устройства)
Номинальная частота сети
Номинальный остаточный ток или чувствительность, настройка тока утечки (ток утечки, при котором УЗО срабатывает)
Номинальный остаточный ток (при котором УЗО не может сработать) Формула: IΔn0 = 0,5 IΔn.
Номинальная коммутационная способность. Формула Im = 10 In
Номинальная коммутационная и отключающая способность на основе остаточного тока
Номинальный остаточный ток короткого замыкания (выносливость при коротком замыкании)
Номинальный остаточный ток короткого замыкания
Время отключения при номинальном остаточном токе
Нейтральный проводник маркируется буквой N (neutral).
Индикатор положения контактов – указывает, было ли УЗО отключено вручную или сработало в результате отключения.
Типы УЗО
- Электронные автоматические выключатели оснащены усилителем, для работы которого требуется источник питания. В случае обрыва нейтрали усилитель остается отключенным от источника питания и не реагирует на утечку;
- Электромеханические Электромеханические (лишенные этого недостатка), как правило, более надежны, но и более дороги.
- обычные без задержки, общего назначения – G (в диапазоне 20-40 мс),
- селективные автоматические выключатели остаточного тока типа S – с выдержкой времени (в диапазоне 150-500 мс).
Ошибки в электрических схемах, приводящие к срабатыванию автоматических выключателей УЗО.
Как уже упоминалось выше, УЗО срабатывают при токах утечки, то есть срабатывание УЗО означает, что человек попал под напряжение или по какой-то причине была повреждена изоляция проводки или электрооборудования.
Однако что делать, если автоматический выключатель УЗО срабатывает самопроизвольно, но при этом нигде нет повреждений, и подключенное электрооборудование не повреждено? Это может быть одна из следующих неисправностей в цепи, защищенной УЗО.
Одной из наиболее распространенных ошибок является соединение нейтрального защитного и нейтрального рабочего проводников в зоне действия УЗО:
В этом случае количество тока, выходящего из сети через фазный провод, будет больше, чем количество тока, возвращающегося в сеть через нейтральный провод, потому что часть тока будет протекать мимо УЗО через заземляющий провод, вызывая срабатывание УЗО.
Также распространено использование заземляющего проводника в качестве нейтрального проводника рабочей или проводящей заземляющей части другой части (например, строительного оборудования, системы отопления, водопровода). Такое соединение обычно возникает при повреждении нейтрального рабочего проводника:
Как выбрать автоматический выключатель УЗО? Типы и характеристики автоматических выключателей УЗО.
Используйте наш онлайн-калькулятор УЗО, чтобы правильно выбрать автоматический выключатель УЗО и избежать ошибок.
Автоматические выключатели остаточного тока выбираются в соответствии с их основными характеристиками. К ним относятся
- Номинальный ток – Максимальный ток, при котором УЗО может работать в течение длительного времени без потери работоспособности;
- Дифференциальный ток – Минимальный ток утечки, при котором УЗО срабатывает;
- Номинальное напряжение – Напряжение, при котором УЗО может работать непрерывно без потери эффективности.
- Тип тока – Постоянный (обозначается знаком "-") или переменный (обозначается знаком "~");
- Номинальный ток короткого замыкания – Это ток, который может выдержать автоматический выключатель УЗО в течение короткого времени до срабатывания защитного устройства (предохранителя или автоматического выключателя).
Выбор УЗО основывается на следующих критериях:
– Номинальное напряжение и тип электросети: Номинальное напряжение автоматического выключателя УЗО должно быть больше или равно номинальному напряжению защищаемой цепи:
Uном. U НОМИНАЛЬНОЕ УЗО⩾ UНоминальная линия
U однофазная линия Необходимы следующие компоненты: двухполюсное УЗОдля трёхфазная система — четырехполюсный.
– Для номинального тока: В соответствии с пунктом 7.1.76 использование УЗО в групповых линиях без защиты от сверхтока не допускается без дополнительной защиты от сверхтока, а проверка конструкции УЗО в условиях сверхтока должна учитывать защитные характеристики стоящей над ним защиты от сверхтока.
Выбор автоматических выключателей УЗО
После того как основной вопрос защиты решен, пора подумать о том, какой тип автоматического выключателя УЗО установить в частном доме или квартире в городе. При выборе модели важно учитывать подводимую мощность, количество потребителей, их индивидуальную и суммарную мощность, тип кабеля на вводе и внутреннюю проводку. Например, для условного объекта с мощностью потребителей 1850 Вт и внутренней проводкой 3 × 2,5 мм кв. длиной 8 метров следует выбрать и установить на основании расчетов двухполюсный электромеханический автоматический выключатель остаточного тока типа А с током короткого замыкания 6 000 А и током отключения 10 А. По этим характеристикам подходит, например, стиральная машина в квартире.
При выборе системы защиты необходимо рассчитать параметры. Номинальная мощность автоматического выключателя УЗО рассчитывается по специальным формулам. В помощь тем, кто не знает, как выбрать УЗО и автоматический выключатель по номинальной мощности, существуют различные таблицы соответствия и совместимости.
В общем случае, чтобы рассчитать целевой ток утечки, следуйте формуле:
- IΔ= IΔep + IΔgrid =0,4 Irax+0,01Lwire, где:
- IΔep – ток утечки в миллиамперах приемника энергии;
- IΔgrid – ток утечки сети, также в мА;
- Ipc – расчетный ток нагрузки в цепи (в амперах);
- Lпровод – общая длина фазного провода в метрах.
IΔ в рассматриваемом примере составляет 3,45 мА.
Номинальный DT отключения должен быть как минимум в три раза больше, чем IΔ!
Таким образом, окончательная формула для выбора автоматического выключателя остаточного тока по мощности выглядит следующим образом:
- IΔn > = 3 IΔ.
- 3 IΔ=3×3,45=10,35 мА.
Приведенные выше расчеты основаны на этой процедуре.
Заключение
Автоматический выключатель остаточного тока является важным компонентом электрической сети, поэтому им не следует пренебрегать в доме, квартире, офисе или на предприятии. Небольшой и относительно недорогой компонент может защитить людей от поражения электрическим током, а имущество от пожаров и других неприятных последствий электрических замыканий.
Электромеханический автоматический выключатель остаточного тока – идеальное решение. Но когда дело доходит до выбора автоматического выключателя УЗО для квартиры, можно обойтись более дешевым электронным автоматическим выключателем. В любом проекте необходимо тщательно рассчитать все параметры электрической системы УЗО, чтобы не ошибиться с выбором и включить нужные характеристики устройства защиты.
Как правильно выбрать УЗО:
- Определитесь с объектом – будет ли это квартира или частный дом, подлежащий защите;
- Рассчитайте количество потребителей и их мощность, выясните, сколько из них питаются от общего ввода;
- Также определите их конфигурацию (для некоторых групп может использоваться выделенная защита), а также конфигурацию самой сети;
- Примите во внимание параметры кабелей на вводе и во внутренней проводке, а также общую длину проводки;
- Определите необходимый ток срабатывания (см. выше, как рассчитать эту характеристику);
- Также проверьте, потребуется ли импульсная и прямая защита компонентов и другие дополнительные функции.
Установить подходящее УЗО можно самостоятельно, но если вы не являетесь опытным электриком, рекомендуется обратиться к специалисту.