Автоматический выключатель утечки

Автоматический выключатель утечки (также известный как устройство защитного отключения, УЗО) — это электрический аппарат, предназначенный для автоматического размыкания электрической цепи при возникновении тока утечки на землю, превышающего заданное значение. Основной функцией устройства является защита человека от поражения электрическим током при случайном прикосновении к токоведущим частям, а также предотвращение пожаров, возникающих из-за повреждения изоляции и последующего замыкания на землю. В отличие от автоматических выключателей, защищающих от коротких замыканий и перегрузок, УЗО реагирует на дифференциальный ток — разность токов, втекающих и вытекающих из защищаемой цепи.

История

Первые прототипы устройств, реагирующих на ток утечки, были разработаны в начале XX века. В 1928 году немецкий инженер Вальтер Шелленберг (Walter Schallenberg) создал устройство, основанное на принципе дифференциального трансформатора, которое могло отключать цепь при утечке тока. Однако широкое внедрение таких аппаратов началось только в 1960-х годах, когда появились надёжные полупроводниковые компоненты и миниатюрные трансформаторы.

В СССР первые УЗО начали применяться в промышленности в 1970-х годах для защиты электрооборудования, но в бытовом секторе их использование было ограниченным. Массовое внедрение устройств защитного отключения в жилых домах России началось после 2000-х годов с введением обновлённых правил устройства электроустановок (ПУЭ), которые предписывают обязательную установку УЗО в помещениях с повышенной опасностью (ванные, кухни, подвалы).

Принцип действия

Работа автоматического выключателя утечки основана на измерении дифференциального тока с помощью трансформатора тока нулевой последовательности (ТТНП). Основные элементы конструкции:

Дифференциальный трансформатор — тороидальный сердечник, через который проходят фазный и нулевой рабочий проводники. В нормальном режиме магнитные потоки, создаваемые токами в этих проводниках, взаимно компенсируются, и ЭДС во вторичной обмотке отсутствует.
Пусковой элемент (пороговое устройство) — обычно выполнен на чувствительном реле или электронном компараторе. Срабатывает, когда ток во вторичной обмотке трансформатора превышает заданный порог.
Исполнительный механизм — электромагнитный расцепитель, который размыкает контакты главной цепи при получении сигнала от пускового элемента.
Тестовая кнопка — позволяет имитировать утечку тока для проверки работоспособности устройства.

При возникновении утечки (например, при прикосновении человека к оголённому проводу) часть тока уходит на землю, минуя нулевой проводник. В результате магнитные потоки в трансформаторе перестают быть равными, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, и при превышении порога срабатывания (обычно 10, 30 или 100 мА) пусковой элемент отключает цепь. Время отключения современных УЗО составляет от 0,01 до 0,04 секунды, что достаточно для предотвращения фибрилляции сердца при поражении током.

Классификация

Автоматические выключатели утечки классифицируются по нескольким признакам:

По типу чувствительности к току

УЗО типа AC — реагируют только на синусоидальный переменный ток утечки. Наиболее распространённый тип в бытовых сетях.
УЗО типа A — реагируют как на переменный, так и на пульсирующий постоянный ток утечки (например, от выпрямителей в импульсных блоках питания). Рекомендуются для цепей с электроникой.
УЗО типа B — дополнительно реагируют на постоянный ток утечки (например, от преобразователей частоты). Применяются в промышленности.
УЗО типа S (селективные) — имеют задержку отключения (обычно 0,3–0,5 с) и используются в системах с несколькими уровнями защиты для обеспечения селективности.

По конструктивному исполнению

Электромеханические УЗО — не требуют внешнего питания для работы, так как энергия для отключения черпается из самого дифференциального тока. Считаются более надёжными, так как сохраняют работоспособность при обрыве нулевого провода.
Электронные УЗО — используют электронный усилитель, который питается от сети. При пропадании напряжения или повреждении нулевого провода могут потерять работоспособность, хотя современные модели имеют защиту от этого.

По способу установки

Стационарные — монтируются на DIN-рейку в распределительном щите.
Переносные — в виде вилки-розетки или удлинителя (УЗО-адаптеры).
Встраиваемые — в корпуса розеток или выключателей.

Технические характеристики

Основные параметры, указываемые на корпусе УЗО:

Номинальное напряжение — обычно 220 В (однофазные) или 380 В (трёхфазные).
Номинальный ток (In) — максимальный длительный рабочий ток, например 16, 25, 40 или 63 А.
Номинальный отключающий дифференциальный ток (IΔn) — порог срабатывания. Стандартные значения: 10 мА (для защиты детей или в особо влажных помещениях), 30 мА (основной для защиты человека), 100 мА (для противопожарной защиты), 300 мА (для промышленных сетей).
Время отключения — для УЗО типа AC и A с IΔn=30 мА не должно превышать 0,04 с при токе утечки, равном 5×IΔn.
Номинальная отключающая способность — максимальный ток короткого замыкания, который устройство может разомкнуть без повреждения (например, 6 кА).
Степень защиты (IP) — для стационарных моделей обычно IP20, для переносных — IP44 и выше.

Применение

Автоматические выключатели утечки применяются в следующих областях:

Жилые и общественные здания — для защиты людей в розеточных группах, цепях освещения, ванных комнатах, кухнях. Согласно ПУЭ (Россия), установка УЗО с током срабатывания 30 мА обязательна для розеточных линий в помещениях с повышенной опасностью.
Промышленность — для защиты электрооборудования и персонала на производственных участках с высокой влажностью или агрессивной средой.
Строительные площадки — для защиты временных электрических сетей и переносного инструмента.
Медицинские учреждения — в операционных и реанимационных отделениях используются УЗО с током 10 мА для защиты пациентов.
Противопожарная защита — УЗО с током 100–300 мА устанавливаются на вводе в здание для предотвращения пожаров из-за утечек в скрытой проводке.

Комбинированные устройства (дифференциальные автоматы)

Широкое распространение получили дифференциальные автоматические выключатели (дифавтоматы), объединяющие функции УЗО и автоматического выключателя. Они занимают меньше места в щите и обеспечивают защиту как от токов утечки, так и от коротких замыканий и перегрузок. Однако при неисправности одного из модулей замене подлежит всё устройство целиком.

Требования к эксплуатации

Для обеспечения надёжной работы УЗО необходимо соблюдать следующие правила:

Установка УЗО должна производиться квалифицированным электриком в соответствии с ПУЭ и инструкцией производителя.
УЗО должно быть защищено от токов короткого замыкания автоматическим выключателем с номинальным током, не превышающим номинальный ток УЗО.
Не допускается объединение нулевых рабочих проводников разных УЗО (запрет на «перемычки»), так как это приводит к ложным срабатываниям.
Рекомендуется ежемесячная проверка работоспособности нажатием тестовой кнопки.
УЗО не защищает от поражения током при одновременном прикосновении к двум фазным проводникам или к фазному и нулевому (в этом случае ток утечки отсутствует).

Критика и ограничения

Несмотря на эффективность, автоматические выключатели утечки имеют ряд недостатков:

Ложные срабатывания — могут возникать из-за импульсных помех от мощной бытовой техники (стиральные машины, кондиционеры) или при подключении устройств с большими пусковыми токами.
Чувствительность к качеству сети — электронные УЗО могут выходить из строя при импульсных перенапряжениях (например, от удара молнии).
Необходимость заземления — УЗО работает только при наличии исправного заземления (PE-проводника) или зануления. В старых двухпроводных сетях (без заземления) его установка неэффективна для защиты человека, хотя может предотвратить пожар.
Сложность селективности — при последовательном включении нескольких УЗО требуется правильный подбор типов (селективные) и номиналов, чтобы при аварии отключался только повреждённый участок.

Интересные факты

Первое серийное УЗО было выпущено в 1960 году немецкой компанией Siemens.
В странах Европейского союза установка УЗО в новых зданиях является обязательной с 1990-х годов. В России обязательность установки УЗО для всех розеточных групп была закреплена в ПУЭ 7-го издания (2002 год).
Существуют УЗО с функцией самодиагностики, которые автоматически проверяют свою работоспособность при каждом включении нагрузки.
В системах умного дома УЗО могут интегрироваться с контроллерами для удалённого мониторинга и управления.

Источники

Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е издание, глава 1.7.
ГОСТ Р 51326.1-99 (МЭК 61008-1) «Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения без встроенной защиты от сверхтоков».
ГОСТ Р 51327.1-99 (МЭК 61009-1) «Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения со встроенной защитой от сверхтоков».
Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / под ред. Ю. Г. Барыбина. — М.: Энергоатомиздат, 2010.
Каталоги и технические описания производителей: Schneider Electric, ABB, Legrand, IEK (Россия).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →