Устройство защитного отключения

Устройство защитного отключения (УЗО) — это низковольтный электрический аппарат, предназначенный для автоматического отключения электрической цепи при возникновении тока утечки на землю, превышающего заданное значение. Основная функция УЗО — 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.

Принцип действия

Работа УЗО основана на сравнении токов, протекающих по фазному и нулевому (рабочему) проводникам. В нормальном режиме работы сети эти токи равны по величине и противоположны по направлению. Внутри корпуса УЗО расположен дифференциальный трансформатор тока (ДТТ), через который пропущены фазный и нулевой проводники. При отсутствии утечки магнитные потоки, создаваемые токами в этих проводниках, взаимно компенсируются, и результирующий магнитный поток в сердечнике трансформатора равен нулю.

При возникновении тока утечки (например, при прикосновении человека к оголённому проводу или при повреждении изоляции бытового прибора) часть тока стекает на землю, минуя нулевой проводник. В результате баланс токов в ДТТ нарушается, и в сердечнике возникает переменный магнитный поток. Этот поток наводит электродвижущую силу во вторичной обмотке трансформатора, которая подключена к пусковому органу — высокочувствительному электромагнитному реле или электронному усилителю. При достижении током утечки порога срабатывания реле размыкает контакты силовой цепи, отключая повреждённый участок сети.

Классификация

УЗО классифицируются по нескольким основным признакам.

По типу конструкции

• Электромеханические УЗО. Не требуют внешнего источника питания для работы. Отключение происходит за счёт энергии самого тока утечки, накопленной в пружинном механизме. Считаются более надёжными, так как сохраняют работоспособность при обрыве нулевого проводника или при снижении напряжения в сети.
• Электронные УЗО. Содержат в своей конструкции электронный усилитель, который питается от сети. Для их работы необходимо наличие напряжения на вводных клеммах. При обрыве нулевого провода или сильном падении напряжения электронное УЗО может потерять работоспособность, что является их недостатком.

По роду тока утечки

• УЗО типа AC. Реагируют только на синусоидальный переменный ток утечки, возникающий внезапно или плавно возрастающий. Наиболее распространённый и дешёвый тип.
• УЗО типа A. Реагируют как на синусоидальный переменный ток, так и на пульсирующий постоянный ток утечки. Рекомендуются для защиты цепей, питающих современную бытовую технику с импульсными блоками питания (компьютеры, стиральные машины, телевизоры), так как эти устройства могут генерировать пульсирующие токи утечки.
• УЗО типа B. Реагируют на переменный, пульсирующий и гладкий постоянный ток утечки. Применяются в промышленных установках с преобразователями частоты, тиристорными регуляторами и другим оборудованием, генерирующим постоянную составляющую тока утечки.

По времени задержки срабатывания

• УЗО без выдержки времени (общего применения). Срабатывают практически мгновенно (время отключения обычно не превышает 0,04 секунды). Используются для защиты одиночных линий или розеточных групп.
• Селективные УЗО (тип S). Имеют встроенную выдержку времени (обычно 0,2–0,5 секунды). Устанавливаются на вводе в здание или на групповых линиях для обеспечения селективности: при утечке на одной из линий отключится только УЗО этой линии, а вводное УЗО останется включённым, обеспечивая питание остальных потребителей.

По числу полюсов

• Двухполюсные (2Р). Устанавливаются в однофазных сетях (220 В).
• Четырёхполюсные (4Р). Устанавливаются в трёхфазных сетях (380 В).

Основные характеристики

• Номинальный ток (In). Максимальный длительный ток, который УЗО способно пропускать в рабочем режиме. Стандартные значения: 16, 25, 32, 40, 63, 80, 100 А.
• Номинальный отключающий дифференциальный ток (IΔn). Значение тока утечки, при котором УЗО должно сработать. Стандартные значения: 10, 30, 100, 300, 500 мА. Для защиты человека от поражения электрическим током применяются УЗО с IΔn = 10 мА (для влажных помещений) и 30 мА (для сухих помещений). Для противопожарной защиты (обнаружение утечки через повреждённую изоляцию) используются УЗО с IΔn = 100, 300 или 500 мА.
• Номинальное напряжение (Un). Напряжение сети, для которого предназначено устройство (обычно 220 В или 380 В).
• Номинальная отключающая способность (Icn). Максимальный ток короткого замыкания, который УЗО способно отключить без повреждения (обычно 3, 6, 10 кА).

Применение

УЗО являются обязательным элементом современных электроустановок жилых, общественных и производственных зданий. В соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и другими нормативными документами РФ, установка УЗО обязательна для защиты розеточных линий в помещениях с повышенной опасностью (ванные, душевые, кухни, подвалы), а также для защиты линий, питающих переносные электроприборы.

На практике УЗО часто устанавливается в паре с автоматическим выключателем (дифавтомат — устройство, совмещающее функции УЗО и автоматического выключателя). Автоматический выключатель защищает цепь от токов короткого замыкания и перегрузки, а УЗО — от токов утечки. Такая схема обеспечивает комплексную защиту.

Проверка работоспособности

Для контроля исправности УЗО на его корпусе предусмотрена кнопка «ТЕСТ». При её нажатии создаётся искусственная цепь утечки тока через резистор, имитирующий повреждение. Если УЗО исправно, оно должно сработать и отключить нагрузку. Рекомендуется проводить такую проверку не реже одного раза в месяц.

Критика и ограничения

Несмотря на высокую эффективность, УЗО не является универсальным защитным устройством. Оно не защищает от токов короткого замыкания и перегрузки (для этого требуется автоматический выключатель). Кроме того, УЗО не срабатывает при прикосновении человека к двум фазным проводникам или к фазному и нулевому проводникам одновременно (так как в этом случае не возникает тока утечки на землю). Также УЗО может ложно срабатывать из-за импульсных помех, грозовых разрядов или при подключении мощного оборудования с пусковыми токами.

Источники

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е издание.
2. ГОСТ Р 51326.1-99 (МЭК 61008-1-90) «Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения без встроенной защиты от сверхтоков».
3. Шеховцов В. П. «Электрическое и электромеханическое оборудование».
4. Кисаримов Р. А. «Электротехника и электрооборудование».