Теперь важный момент, что произойдет в случае короткого замыкания в нагрузке? Ничего! Потому что нет условия отключения – нет разницы в токе между входным током в УЗО и выходным током из УЗО. Провода нагреются, изоляция стечет на пол, а УЗО не сработает, потому что нет защиты от сверхтока. Поэтому автоматические выключатели УЗО без встроенной защиты от сверхтока ВСЕГДА используются в комбинации с автоматическим выключателем или предохранителем. Объединив УЗО и автоматические выключатели, производители разработали гибрид – RCCB (автоматический выключатель остаточного тока), который чаще называют автоматическим выключателем, такое устройство самодостаточно и не требует дополнительного автоматического выключателя.
Для предотвращения поражения электрическим током. Все об автоматических выключателях остаточного тока
Снова попытаемся охватить общую картину в одном посте. На этот раз речь пойдет об автоматических выключателях УЗО.
В этом посте есть видеоверсия для тех, кто любит слушать и смотреть:
Сейчас, в 21 веке, электричество есть почти в каждом доме. И почти каждый житель знает, что электричество может убить. Новости о том, что кого-то где-то убило током, стали обыденностью, и СМИ пишут об этом только в исключительных случаях – либо погиб известный человек, либо произошел скандальный промах. Но в конце XIX – начале XX века любая смерть от удара током была в центре внимания: электричество было в новинку. Вот несколько заметок, которые пришли мне на ум:
Тысячи проанализированных случаев гибели людей от электричества позволили инженерам выявить определенные закономерности и принять меры. А именно:
Оказалось, что почти нет случаев гибели людей от напряжения ниже 50 В. Низкие напряжения (со многими оговорками) вполне безопасны. Кто в детстве лизал корону, чтобы определить уровень заряда?) Использование низких напряжений (12 В, 24 В, 36 В и т.д.), хотя и обеспечивает почти полную безопасность, например, в бассейне, не подходит для повсеместного применения. Если бы мы жили в альтернативной вселенной, где в домах вместо 230 вольт было только 12, то чайник потреблял бы не 16, а почти 300 ампер и был бы подключен к розетке толстым кабелем. А все потому, что при понижении напряжения приходится увеличивать ток, чтобы мощность прибора оставалась прежней. А большой ток требует толстых кабелей.
Второе важное наблюдение. Ток течет в замкнутом контуреЕсли заземление является частью цепи, человек всегда находится в зоне риска. Но если человек подключен к разным изолированным друг от друга цепям, например, если прикоснуться рукой к одному изолированному генератору и другому изолированному генератору, ничего не произойдет. Цепь не замкнута – ток не течет. Так появилась гальваническая развязка и разделительные трансформаторы. Я не настолько стар, чтобы видеть это лично, но я слышал, что в домах есть разделительный трансформатор с розеткой в ванной комнате, подписанной "для электробритв". Электробритвой на 220 В, подключенной к этой розетке, можно было спокойно пользоваться, даже стоя в заземленной ванной комнате, прикосновение к проводу под напряжением не могло убить. Правда, маленький трансформатор мог выдержать мощность нагрузки всего в несколько десятков ватт; включенный в такую розетку фен или обогреватель просто перегорел бы. Именно поэтому он не работал дома – у вас ведь нет отдельной комнаты для гальванически изолированного трансформатора?)
Защита все равно необходима.
Использование низкого напряжения или гальванической развязки – не очень удобный способ защиты человека, поэтому он используется только в узких местах, где нет другого выхода. Как же защитить людей от поражения электрическим током без существенных изменений в существующих электросетях? Идея проста и гениальна – проанализировать дифференциальный ток.
Дифференциальный ток – это разница в токе между двумя проводниками, например, фазный ток, входящий в нагрузку, и нейтральный ток, возвращающийся из нагрузки. Появление заметного дифференциального тока в цепи обычно является ненормальным и лучше отключить цепь, а вдруг ток потечет 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, значит, цепь герметична. Если в радиатор поступает 100 л/мин, а обратно почему-то возвращается только 98 л/мин, значит, где-то утекает 2 л/мин!
В идеальном мире все, что нам нужно сделать, это установить устройство, которое контролирует сам факт 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 устройствах, 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-го 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, участвующих в рывке якоря. Ток, втекающий и вытекающий из нагрузки, 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 ток утечки, то ток, протекающий через один из электромагнитов, будет меньше (ток нагрузки – ток утечки), чем через другой (ток нагрузки), перемычка будет оттянута и разомкнет контакты.
Принцип работы УЗО
Принцип работы устройства защитного отключения (УЗО). – Этот вопрос беспокоит многих людей.
Как известно из электротехники, электрический ток течет из сети через фазный провод и обратно в сеть через нулевой провод. На этом основан автоматический выключатель остаточного тока.
Принцип работы автоматического выключателя остаточного тока основан на сравнении входного и выходного токов защищаемого объекта.
Если эти токи равны, то Iв = Iout Iвх = Iвых, УЗО не срабатывает. Если Iin > Iвыход УЗО обнаруживает утечку и отключается.
Это означает, что токи фазы и нейтрали должны быть равны (это относится к однофазной двухпроводной сети, в случае трехфазной четырехпроводной сети ток нейтрали равен сумме токов, протекающих в фазах). Если токи не равны, возникает ток утечки, на который реагирует УЗО.
Рассмотрим подробнее, как работают автоматические выключатели УЗО.
Основной элемент конструкции устройство остаточного тока является трансформатор остаточного тока. Он представляет собой тороидальный сердечник, на который намотаны обмотки.
При нормальной работе сети электрический ток, протекающий в фазном и нейтральном проводниках, создает в этих обмотках переменные магнитные потоки, равные по величине, но противоположные по направлению. Результирующий магнитный поток в тороидальном сердечнике будет одинаковым:
Как видно из формулы, магнитный поток в тороидальном сердечнике автоматического выключателя УЗО будет равен нулю, следовательно, в обмотке управления не будет индуцироваться электродвижущая сила и, следовательно, в ней не будет протекать ток. Автоматический выключатель будет находиться в спящем режиме.
Теперь представьте, что кто-то прикоснулся к электрическому устройству, которое оказалось под фазным напряжением из-за нарушения изоляции. Теперь, помимо тока нагрузки, через УЗО будет протекать дополнительный ток – ток утечки.
Однофазный автоматический выключатель остаточного тока
Это уникальное устройство защиты от поражения электрическим током. Принцип защиты однофазной или трехфазной цепи основан на сравнении фазного и нейтрального тока. В исправной цепи фаза прошла через нагрузку и вернулась по нейтральному проводнику к источнику питания с тем же током. Но изоляция провода повреждена, и происходит утечка в металлический корпус. При касании корпуса фаза расщепляется на два пути: одна часть тока течет через тело человека на землю, а другая возвращается через нулевой провод. Для человека ток в 0,01 А считается опасным, а 0,1 А – смертельным. Чтобы предотвратить протекание смертельного тока через тело человека, устройство настроено таким образом, что когда разница между фазным и нейтральным проводами достигает 0,03 А (ток срабатывания UZO ) отключает сетевое напряжение.
И зачем проверять "доброту" устройства, прикасаясь к нему? Просто соедините корпус устройства с землей, и в случае утечки тока устройство отключится без нашего вмешательства.
Однофазная сеть основана на трехпроводной системе (TN-C-S), в которой все электрооборудование может быть заземлено, а однофазная цепь выполнена по всем правилам строительства и эксплуатации (см. рис. 1). Верхние клеммы обозначают фазный (L) и нейтральный (N) проводники, к которым подключается электросеть. Нижние клеммы направляют кабель к электрооборудованию. Провод заземления (желто-зеленый в соответствии с правилами) подключается непосредственно к металлическому корпусу электроприбора и проходит через устройство защиты через счетчик электроэнергии к заземляющей шине распределительного щита. Устройство обеспечило нам защиту, но само оказалось в зоне риска.
Дело в том, что электроприбор не защищен от перегрузки и короткого замыкания, поэтому он всегда работает в паре с автоматическим выключателем (рис. 2). Номинал автоматического выключателя не должен превышать … допустимый остаточный ток автоматического выключателя. Например, автоматический выключатель утечки на землю имеет номинальный ток 40 А, а автоматический выключатель утечки на землю должен иметь номинальный ток менее 40 А.
Это хорошо, если жилище заземлено. Но в старых домах этого никогда не было. Неужели нельзя иметь однофазное Узо без заземления? Возьму на себя труд дать вам совет. Подключение без заземления возможно, но провод заземления от электроприбора должен быть подключен к верхней нейтральной (N) клемме (рис. 3).
Где купить
Принцип работы однофазного УЗО прост. Устройство обнаруживает ток утечки на землю и отключает цепь. Обнаружение основано на различии типов тока:
- Энергия, выходящая из УЗО;
- энергия, возвращающаяся в систему.
В неисправной цепи эти токи имеют одинаковую силу, но их направление должно быть противоположным. Если по какой-то причине произойдет утечка (пробой изоляции, касание провода и т.д.), часть электроэнергии потечет по новому "каналу" на "землю". Ток, втекающий в автоматический выключатель утечки на землю, будет меньше, чем ток, вытекающий из него. То же самое происходит, когда какая-либо деталь, например, корпус или другие проводящие части, находится под электрическим напряжением.
Разница в показаниях тока определяется кольцевым трансформатором. Первичная обмотка (нейтраль и фаза) находится внутри. Вторичная обмотка подключается непосредственно к приводу, который размыкает цепь. Цепь отключается и без присутствия человека, являющегося источником повреждения, обнаруживая утечку и отключая питание от неисправной линии.
Работа двухфазного автоматического выключателя RCD-D была описана выше. Существуют также устройства трехфазной защиты: они обнаруживают утечки и несбалансированное распределение нагрузки. Это более сложные устройства, обеспечивающие дополнительный уровень защиты.
Пример работы автоматических выключателей УЗО
Вот небольшой пример работы типичного автоматического выключателя УЗО-D. Учитывая:
- Двухпроводная силовая цепь 220 В, без заземления;
- стиральная машина как потребитель электроэнергии;
- Отключающее устройство встроено в цепь.
Обычно УЗО передает энергию непосредственно и без помех. Входящий и исходящий токи имеют одинаковое значение. Если, скажем, выходит из строя двигатель, напряжение подается на корпус стирально-сушильной машины. Если ничего не подозревающий человек прикоснется к корпусу, его ударит током.
Возникает ток утечки и дисбаланс: часть энергии уходит через тело пораженного человека. В УЗО возвращается меньше энергии, чем выходит из него, устройство разрывает цепь.
Существуют как простые механические устройства защиты, так и модели с полупроводниковыми контактными выключателями. Существуют также версии с более совершенной встроенной логикой. Однако электронные устройства стоят дороже и требуют дополнительного источника питания для поддержания работы схемы.
Конструкция электромеханического автоматического выключателя остаточного тока
Электромеханические УЗО состоят из следующих основных компонентов:
- корпус;
- контактная система, состоящая из клемм, к которым подключаются питающие провода, и переключаемых подвижных и неподвижных контактов;
- измерительный трансформатор и выпрямитель;
- поляризованное реле;
- Механическая система отключения;
- Система гашения дуги;
- Тестовая кнопка и резистор.
Назначение некоторых компонентов
Поляризованное реле
Исполнительным элементом в электромеханических устройствах защитного отключения является поляризованное реле. Поляризованное реле относится к классу бистабильных реле постоянного тока. Оно может находиться как в выключенном, так и во включенном состоянии, когда обмотка обесточена. В УЗО на обмотку поляризованного реле подается выпрямленное напряжение от измерительного трансформатора. При достижении порогового значения происходит переключение реле, которое механически соединено с устройством отключения. Это приводит к срабатыванию УДТ.
Кнопка "ТЕСТ
В отличие от автоматических выключателей и других защитных устройств, УЗО имеют возможность функционального тестирования. Тест выполняется нажатием кнопки "Тест". Эта кнопка вместе со специально подобранным резистором образует цепь, имитирующую возникновение тока утечки. Концы цепи подключаются к нейтральному проводнику и фазному проводнику. Проводники цепи не проходят через кольцевой сердечник дифференциального трансформатора. Следовательно, во время испытания нарушается баланс магнитных потоков в измерительной системе. Номинал резистора выбирается таким образом, чтобы искусственный ток утечки был равен номинальному току срабатывания дифференциальной защиты.
Разница между электронными автоматическими выключателями остаточного тока и электромеханическими автоматическими выключателями остаточного тока
Электронные и электромеханические защитные устройства отличаются только типом порогового устройства. Как упоминалось выше, в электронных защитных устройствах в качестве порогового устройства используется электронный усилитель, который генерирует сигнал отключения. Этот сигнал подается на обычное реле, которое действует как механический пусковой механизм. Электронные компоненты, в отличие от электромеханических реле, менее дороги и имеют меньшую технологическую изменчивость. По этой причине электронные автоматические выключатели остаточного тока обычно дешевле электромеханических защитных устройств.
Люди, которые раньше не имели дела с УЗО, часто спрашивают: как отличить электромеханическое УЗО от электронного? Разницу можно распознать по маркировке на передней панели устройства. Все автоматические выключатели УЗО имеют на корпусе символическое изображение дифференциального трансформатора. Он изображен в виде эллипса, окружающего питающие провода. Символическая линия связи проходит от трансформатора к компаратору. Компаратор рисуется в виде прямоугольника или треугольника. Если нарисован треугольник, то это электронный автоматический выключатель утечки на землю. Если это прямоугольник, то это электромеханическое устройство.
Важно: Если один или все рисунки фазных проводов, подключенных к подвижным контактам, имеют изгибы в виде дуги или прямоугольного выступа, вы имеете дело с автоматическим выключателем. Эти изгибы указывают на электромагнитное и тепловое отключение соответственно. Если к "изгибам" добавляются измерительный трансформатор и устройство сравнения, то это двухфазник.
Обратите внимание, что все УЗО всегда имеют четное количество полюсов. Однофазные устройства имеют два полюса – фазный и нулевой. Трехфазные УЗО имеют четыре полюса соответственно. Нейтральные клеммы всегда маркируются буквой 'N'.
Обозначения автоматических выключателей УЗО
Основные Назначение УЗО является защита людей от поражения электрическим током в случае выхода из строя электрооборудования (падение напряжения из-за нарушения изоляции) в результате случайного или непреднамеренного контакта человека с токоведущими частями. Он также предотвращает пожары, вызванные неисправной проводкой из-за токов утечки.
Принцип работы автоматического выключателя остаточного тока. – Этот вопрос задают себе многие.
Как мы знаем из электротехники, электрический ток течет от сети через фазный проводник через нагрузку и обратно в сеть через нейтральный проводник. Эта схема лежит в основе работы автоматического выключателя остаточного тока.
Принцип работы автоматического выключателя остаточного тока основан на сравнении входного и выходного токов защищаемого объекта.
Когда эти токи равны, Iв = Iвыход Iвх = Iвых, УЗО не срабатывает. Если Iin > Iвыход УЗО обнаруживает утечку и срабатывает.
Это означает, что токи фазы и нейтрали должны быть равны (это относится к однофазной двухпроводной сети, в случае трехфазной четырехпроводной сети ток нейтрали является суммой токов, протекающих в фазах). Если токи не равны, возникает ток утечки, на который реагирует автоматический выключатель УЗО.
Рассмотрим более подробно принцип работы автоматических выключателей УЗО.
Основным элементом в конструкции устройство отключения является трансформатор остаточного тока. Он представляет собой тороидальный сердечник, на который намотаны обмотки.
При нормальной работе сети электрический ток, протекающий в фазном и нейтральном проводах, создает в этих обмотках переменные магнитные потоки, равные по величине, но противоположные по направлению. Результирующий магнитный поток в тороидальном сердечнике будет одинаковым:
Как видно из формулы, магнитный поток в тороидальном сердечнике автоматического выключателя УЗО будет равен нулю, следовательно, в обмотке управления не будет индуктироваться электродвижущая сила, а значит, в ней не будет протекать ток. В этом случае автоматический выключатель УЗО не будет работать и перейдет в спящий режим.
Принцип работы трехфазного УЗО
Приветствую вас, уважаемые читатели сайта http://elektrik-sam.info.
В предыдущей статье я подробно описал, для чего используется автоматический выключатель остаточного тока и как он работает. Подробное обсуждение можно найти в статье Конструкция и работа однофазного автоматического выключателя остаточного тока.
В этой статье я остановлюсь на конструкции и работе трехфазного автоматического выключателя остаточного тока. Конструкция и принцип работы трехфазного автоматического выключателя остаточного тока.
Трехфазные УЗО работают по тому же принципу, что и однофазные. Они содержат внутри трансформатор тока, первичная обмотка которого состоит из четырех проводников: три фазных проводника LA LB LC и ноль N.
В однофазных УЗО первичная обмотка состоит из двух проводников – фазного и нейтрального.
При отсутствии утечки геометрическая сумма токов в первичных обмотках трансформатора тока равна нулю, т.е.
общий магнитный поток также будет равен нулю, поэтому ток во вторичной обмотке трансформатора тока (управляющей обмотке) отсутствует.
Предположим, что в фазе LB существует ток утечки в заземленный корпус электроприбора.
Геометрическая сумма токов в первичных обмотках не равна нулю (сумма токов в трех фазных проводниках не равна току в нейтральном проводнике). Общий магнитный поток, индуцированный этими токами в сердечнике трансформатора тока, будет ненулевым.
Это вызовет индукцию тока во вторичной обмотке управления трансформатора тока, что приведет к срабатыванию электромагнитного реле.
