Чтобы током не убило. Всё про УЗО / Хабр

Чтобы током не убило. Всё про УЗО

Попробуем снова объять необъятное одним постом? На этот раз рассказ будет про УЗО.

У этого поста есть видеоверсия, для тех, кто любит слушать и смотреть:

Сейчас, в 21 веке, электричество есть практически в каждом доме. И почти каждый гражданин знает, что электричество может убить. Новость о том, что где-то кого-то убило током для нас уже обыденная, и в СМИ об этом пишут только если случай особенный — или убило известную личность, или раздолбайство совсем уж вопиющее. Но в конце XIX — начале XX века каждая смерть от удара током была в центре внимания: электричество было в диковинку. Вот немного заметок, которые попались мне на глаза:

Тысячи разобранных случаев, когда кто-то был убит электричеством, позволили инженерам выяснить некоторые закономерности и предпринять меры. А именно:

Выяснилось, что случаев смерти, когда человек умер от общения с напряжениями менее 50В почти нет. Низкое напряжение (с кучей оговорок) вполне себе безопасно. Кто лизал крону в детстве для определения заряда?) Использование низкого напряжения (12В, 24В, 36В и т.д.) хоть и дает практически полную безопасность, например в бассейне, для повсеместного использования не подходит. Если бы мы жили в альтернативной вселенной, где в домах вместо 230В всего 12В, то чайник бы кушал не 16А тока, а почти 300А, и подключался бы в розетку толстенным кабелем. А все потому что при снижении напряжения придется повышать ток, чтобы мощность прибора оставалась прежней. А большой ток требует толстых кабелей.

Второе важное наблюдение. Ток течет в замкнутой цепи, если Земля часть этой цепи — то человек всегда в опасности. А вот если человека подключить к разным цепям, изолированным друг от друга, например если коснуться одной рукой одного изолированного от земли генератора, а второй — другого изолированного генератора — то ничего не произойдет. Цепь не замкнута — ток не течет. Так появилась гальваническая развязка и развязывающие трансформаторы. Я не настолько стар, чтобы видеть это живьём, но встречал упоминания, о том что в домах устанавливали развязывающий трансформатор с розеткой в санузле, с подписью «для электробритвы». Электробритвой на 220В включенной в эту розетку можно было безопасно пользоваться, касание до проводника под напряжением, даже стоя в заземленной ванной, не могло убить. Правда маленький трансформатор мог потянуть только несколько десятков ватт мощности нагрузки, включение в такую розетку фена или обогревателя просто бы его сожгло. Поэтому в быту способ не прижился, у вас же нет отдельной комнаты под трансформатор гальванической развязки?)

Ну и наконец, усреднив индивидуальные особенности, составили вот такой график зависимости силы тока, времени воздействия и последствий для человека. Да простят меня авторы, я его немного упростил для понимания:

UPD: картинка исправлена

Оказалось, что убивает не напряжение само по себе, а протекающий через тело ток. При токах менее 0,5 мА (светло-зеленая область) человек ничего не чувствует. При токах 0,5-20 мА (темно-зеленая область) ток уже неприятно щиплет, кусает. При токах 20-100 мА (желтая область) уже конкретно трясет, сводит мышцы (руку не отдернешь) и причиняет боль. При токах более 100 мА уже некоторые могут умереть. Из графика можно понять откуда взялась величина 30 мА (зеленая линия) — при токах меньше человек вряд ли умрет и может сам принять меры, если чувствует, что его бьет током. А вот при токах больше — нужно срочно спасать, иначе помрет.

Защита все-таки нужна

Применение низкого напряжения или использование гальванической развязки не очень удобный способ защиты человека, поэтому применяются только в узких областях, там где иначе никак. А как же защитить человека от поражения электрическим током не сильно изменяя существующие электросети? Идея проста и гениальна — нужно анализировать дифференциальный ток.

Дифференциальный ток — это разница в токах меж двух проводников, например меж фазным, уходящим в нагрузку и нулевым, возвращающимся из нагрузки. Появление ощутимого дифференциального тока в цепи чаще всего ненормально, и лучше отключить цепь, вдруг ток утекает в землю через человека? Это как сравнивать расход теплоносителя в батарею и из батареи отопления. Если в батарею уходит 100 л/мин и возвращается 100 л/мин то система герметична. Если в батарею подается 100 л/мин, а возвращается по какой то причине только 98 л/мин, то 2 литра куда-то вытекает!

В идеальном мире, нам достаточно поставить устройство, контролирующее сам факт появления дифференциального тока. Если все в порядке — то дифференциального тока нет. Если же ток появился — отключаем нагрузку. Но в реальном мире, к сожалению, дифференциальный ток (ток утечки) появляется в устройствах даже если все исправно, поэтому придется пойти на компромисс и выбрать некоторую пороговую величину дифференциального тока, превышение которой будет вызывать отключение.

Поставим себя на место инженеров начала 20 века и попробуем изобрести устройство обнаружения дифференциального тока. Нам нужно обнаружить появление утечки величиной 30 мА, поскольку при меньших утечках, даже если она проходит через человека, особой опасности для жизни нет.

Первая конструкция — два одинаковых электромагнита, друг напротив друга, занимаются перетягиванием якоря. Протекающий в нагрузку и из нагрузки ток, протекая через обмотки, создает магнитное поле, тем сильнее, чем больше ток. Если в цепи нет утечек, то токи через электромагниты равны, магнитное поле они развивают одинаковое и якорь стоит на месте. Если в цепи у нас есть утечка, то ток через один из электромагнитов будет меньше (ток нагрузки — ток утечки), чем через второй (ток нагрузки), якорь перетянется и разомкнет контакты.

Теоретически схема рабочая, но чересчур капризная — требовала очень точного изготовления электромагнитов и тонкой настройки механики. Поэтому инженеры стали думать, как избавиться от лишней механики. Так пришли к современной схеме с трансформатором:

На замкнутом магнитопроводе делают две обмотки, включенные в противофазе, и третью обмотку для привода соленоида. Если токи через первую и вторую обмотку равны, то равны и магнитные поля, и так как они направленны навстречу друг другу, то и суммарный магнитный поток через третью обмотку будет равен нулю. Если же есть утечка, токи становятся неравны, и через третью обмотку начнет циркулировать магнитное поле пропорциональное этой разнице. А где есть переменное магнитное поле — там есть индукция и возбуждается ток. Если его достаточно для срабатывания соленоида — то якорь высвободит защелку и отключит цепь.

Гениальное в своей простоте и надежности устройство. Правда дешевым оно не получилось — механика все-равно оказалась нежной и капризной, шутка ли — обнаружить 30 мА разницу при номинальном токе 16А, это все равно, что расслышать писк мыши на фоне грохота поезда. Вот так выглядит УЗО электромеханическое:

Затем сделали модернизацию — выкинули нежную, дорогую и габаритную механику и поставили электронный усилитель, ток с обмотки дифференциального трансформатора усиливается специальной микросхемой, и уже она подает напряжение на соленоид размыкания. Такие УЗО получились компактнее и значительно дешевле.

А теперь внимание, важный момент, что будет при коротком замыкании в нагрузке? Ничего! Так как условия для срабатывания нет — разницы токов на входе в УЗО и на выходе из УЗО нет. Провода накалятся до красна, изоляция стечет на пол, а УЗО не отключится, поскольку не имеет защиты от сверхтока. Поэтому УЗО без встроенной защиты от сверхтока ВСЕГДА применяется в паре с автоматическим выключателем или с плавким предохранителем. Путем скрещивания УЗО и автоматических выключателей производители вывели гибрид — АВДТ (автоматический выключатель дифференциального тока), который чаще на жаргоне называют диффавтоматом, такое устройство самодостаточно и наличия дополнительного автоматического выключателя не требует.

Изобретенное УЗО отлично работало, если бы не распространение полупроводниковых устройств. Очень многие устройства стали преобразовывать внутри себя напряжение и род тока — делать из переменного тока постоянный, потом снова переменный, иногда другой частоты или величины. Из-за этого стали возможны всяческие неприятные особенности, например если в устройстве на корпус замкнет одну из линий с постоянным током, то ток утечки будет пульсирующим — в землю будут уходить только положительные полуволны тока. Обычное УЗО в таких случаях может не сработать. Для таких случаев разработали специальные УЗО рассчитанные срабатывать не только при синусоидальной форме тока утечки, но и при постоянном пульсирующем токе утечки и назвали их тип А. А старые УЗО, срабатывающие только на переменный ток, назвали тип АС. А для совсем уж неприятных случаев (например пробой цепей после силовых ключей в преобразователях с высокими частотами преобразования) придумали тип В. Наиболее наглядно разницу меж типов УЗО демонстрирует вот эта картинка из немецкой википедии:

Для обеспечения селективности, при последовательном соединении УЗО, создали специальные селективные варианты, часто с обозначением S или G в названии. Они имеют встроенную задержку на несколько десятков-сотен миллисекунд. Так, если на вводе в дом стоит селективное УЗО, а на этажном щитке неселективное, то при замыкании напряжения на корпус стиральной машины, сначала сработает неселективное УЗО на этаже, пока селективное дает задержку. Если по окончании задержки дифференциальный ток не исчез — сработает селективное УЗО. Про селективность я писал в посте про предохранители (ССЫЛКА). Селективность не зависит от номинального порогового дифференциального тока, то есть при пробое на корпус сработают сразу и УЗО на 30 мА и УЗО на 100 мА, поэтому и пришлось возиться с задержкой.

А теперь, когда стало понятно КАК работает УЗО самое время сказать про заземление, будет ли работать УЗО, если в розетках нет заземляющего контакта? Будет! С той лишь разницей, что если у стиральной машинки будет пробой на корпус в сети с заземлением — УЗО отключится сразу, так как дифференциальный ток будет огромным (уйдет с корпуса в заземляющий проводник). А вот если в сети нет заземления, стиральная машинка будет, как партизан в кустах, стоять с напряжением 230В на корпусе, и УЗО отключится только когда ток будет протекать через человека. То есть наличие заземления повышает безопасность, но не является обязательным условием для функционирования УЗО.

Возвращаемся в реальный мир. Почему могут быть ложные срабатывания

Одна из причин непринятия УЗО электриками старой закалки, являются ложные срабатывания. И ложные срабатывания (при условии, что устройство исправно) могут быть только по одной причине — есть утечка, и она ощутима. А вот причины появления утечек разнообразные:

Изоляция может быть нарушена. Если кабель старый, открытый солнцу, то в изоляции могут появиться трещины. Чуть намочим — и имеем непредсказуемую величину утечки.

Штатная утечка в оборудовании. Даже в исправном оборудовании есть некоторая величина утечки, причем при переменном токе не нужен непосредственный контакт, достаточно просто, что один из проводников делал длинную петлю вдоль корпуса. Образовавшейся емкостной связи достаточно для протекания небольшого тока. Специальным прибором можно измерить величину фактической утечки в линии со всеми подключенными устройствами. Если прямое измерение не доступно — можно воспользоваться эмпирическим правилом (7.1.83 ПУЭ) — считать что на каждый 1 А потребления тока прибором будет 0,4 мА утечки, а также 10 мкА утечки на каждый метр длины фазного проводника. (Цифры сииильно усредненные, как средняя температура по больнице, но хоть что-то). Желательно, чтобы сумма всех утечек в цепи при штатной работе не превышала 1/3 номинальной величины отключающего дифференциального тока. Ну и как вишенка на торте — если на УЗО написано, что отключающий дифференциальный ток 30 мА, это значит что при 30 мА оно точно отключится. А точно не будет отключаться при половине этого тока — 15 мА. А вот при дифференциальном токе меж этих значений — как повезет. Если у вас стоит УЗО на 30 мА, и в розетки воткнута куча устройств, что суммарные утечки при нормальной эксплуатации составляют 20 мА, то создается ситуация, когда УЗО может самопроизвольно отключиться без видимых причин.

Ошибка монтажа, и где-то (например в одном из подрозетников) присутствует соединение рабочего нейтрального проводника N и заземляющего PE, или они перепутаны.

Противопожарные УЗО? Они все противопожарные!

Если открыть каталог производителей, можно заметить, что УЗО выпускаются на разные дифференциальные токи. Если с причиной выбора тока в 30 мА все понятно, с 10 мА тоже в принципе можно догадаться (еще более чувствительные устройства для более чуткой защиты), то зачем нужны устройства с током 100 мА и даже 300 мА? Человек же при таких токах умрет!

Такие УЗО часто называют «противопожарными», так как в силу большого дифференциального тока защиту человека от поражения электрическим током они обеспечивают слабо, а вот функцию защиты при повреждении изоляции все еще выполняют. Если изоляция будет нарушена и при контакте с другим проводником загорится электрическая дуга, то начнется обугливание изоляции и выделение тепла, что может поджечь горючие материалы вокруг. Если вам «повезет», и ток в дуге будет небольшим, то автоматический выключатель не сработает. А вот выделение тепла и температура могут быть достаточными для пожара. Конечно, потом огонь нарушит изоляцию, произойдет короткое замыкание и автоматический выключатель сработает, только огонь это уже не погасит.

Да будет срач!

Отдельная дисциплина споров — какое УЗО лучше, электромеханическое или электронное. В электромеханическом УЗО для отключения используется энергия дифференциального тока, поэтому оно может сработать при обрыве нулевого проводника, да и в целом не содержит нежной электроники, но содержит нежную механику. Электронное УЗО требует питания для работы электронного усилителя, поэтому при обрыве нуля работать перестает, часто не отключая цепь. У каждой конфигурации есть свои достоинства и недостатки. А для защиты от обрыва нуля я настоятельно рекомендую ставить реле контроля напряжения.

Но так как большинство читателей ждет от меня конкретного ответа — скажу, что это не важно. Есть требования стандартов, есть требуемые характеристики, и конкурентная цена в конце концов. Поэтому производитель дает ровно то, что от него требуют, а вот как получено желаемое — не так важно. А если производитель рукожоп, то отсутствие электроники автоматически не означает, что изделие выйдет годным. Кроме того, УЗО типа B без добавления электроники изготовить не получилось ни у одного производителя.

Для контроля исправности УЗО на передней панели есть кнопочка «тест», которая замыкая резистором цепь, имитирует появление дифференциального тока. Если УЗО при нажатии на кнопку тест отключилось — то оно исправно. Проверку исправности УЗО производители рекомендуют производить ежемесячно (какие оптимисты!), ну или я реалистично говорю о тесте раз в пол года.

Когда нельзя никому доверять

Производители некоторых устройств не могут полагаться, что покупатель адекватен и в его электрощите есть защита, поэтому добавляют свою.

В виде персонального УЗО для устройства в вилке или в виде коробочки на шнуре. Если покупатель подключит бойлер пластиковыми трубами, корпус не заземлит, то при потере герметичности ТЭНа электричество по воде в трубах и пойдет через человека в заземленную ванну. Такое УЗО защищает конкретно одно устройство, и в некоторых странах существуют нормативы, обязывающие добавлять УЗО на некоторые типы устройств. Как вы можете заметить, устройство также содержит кнопочку «тест» для проверки работоспособности защиты.

УЗО или диффавтомат? (ВДТ или АВДТ?)

Производители, с заботой о нас объединили в одном корпусе два устройства — УЗО для защиты от поражения электрическим током и автоматический выключатель для защиты от сверхтока, назвав это АВДТ — Автоматический Выключатель Дифференциального Тока. Продавцы скорее отреагируют на жаргонное название «диффавтомат». Достоинств у такого гибрида не так много — оно компактное, и оно интуитивно понятное (один рычажок, а не два). А вот недостатки есть:

Оно лишает гибкости проектировщиков, например поставить одно УЗО и несколько автоматов или наоборот, несколько УЗО и один автомат.

Оно усложняет поиск неисправности, так как обычно отсутствует индикация и сложно понять, почему оно отключилось (варианты: сработал тепловой расцепитель, электромагнитный расцепитель или электромагнит от дифференциального тока)

Запихивание нескольких устройств в компактный корпус всегда заставляет разработчиков идти на компромиссы.

На мой личный взгляд применение АВДТ оправдано только при апгрейде электрощитка, когда места внутри нет, а дифф. защиту хочется. Тогда можно вынуть автоматические выключатели шириной один модуль и воткнуть АВДТ шириной один модуль, и перекоммутировать провода. Щиток в таком случае расширять не придется. В остальных случаях, по моему мнению, предпочтительнее комбинация УЗО+автоматический выключатель.

Я умер. Почему УЗО не спасло?

УЗО не панацея, но лучше пока ничего не придумали. Если взяться одной рукой за фазный проводник, а второй рукой за нулевой, то для электросети вы будете лишь очередным нагревателем, дифференциальный ток не появится и УЗО не сработает. Также если сунуть палец в патрон лампы — ток потечет через палец, но утечки в землю не будет, УЗО не отключится. Поэтому даже наличие такой защиты не означает, что можно терять бдительность и осторожность. Опытный электрик даже жену не берет одновременно за две груди 🙂

Резюме

УЗО служит для защиты человека от поражения электрическим током, и отключится при опасных для жизни значениях тока утечки. При небольших, но неопасных токах вас будет щипать электричеством.

УЗО работает вне зависимости от наличия заземления, с той лишь разницей, что без заземления, при пробое на корпус УЗО отключится только когда ток с корпуса сможет утечь в землю через вас.

УЗО не панацея, и можно убиться, взяв в руки провода фазы и ноля. Но вариантов защиты лучше УЗО все равно не придумали.

Электромеханическое или электронное УЗО — не важно. А вот регулярно проверять исправность нажатием кнопки «тест» важно. Использовать реле контроля напряжения тоже очень желательно.

В реальном мире у исправной электропроводки и устройств есть ток утечки, который может вызвать ложное срабатывание УЗО. Если УЗО срабатывает без видимых причин — разбирайтесь с токами утечки.

Расширить и углубить

Если изложенной в посте информации вам мало (мое уважение!), то вот что стоит почитать:

В.К. Монаков УЗО. Теория и практика Москва, Издательство «Энергосервис», 2007 г.

Книжка шикарная в своей полноте и довольно простом языке изложения. Автор — директор компании АСТРО-УЗО (uzo.ru) — отечественного разработчика и производителя УЗО.

Выжимка нормативных документов имеющих отношение к УЗО. Там же есть еще один документ заслуживающий внимания (http://www.uzo.ru/books/uzo.pdf)

ЖЖ Юрия Харечко, специалиста, автора книг, знатока стандартов. Как человек — весьма неприятный, но в техническом плане мне упрекнуть его не в чем. Если хочется разобраться в хитросплетениях и взаимопротиворечиях стандартов — к нему. И наверняка он увидев мой пост скажет, что я дилетант и не компетентен, поскольку термин УЗО отсутствует в стандартах, и устройство правильно называть.

P.S. Оказывается за время моего отсутствия на хабрахабре и покорения пикабу изменились правила, относительно репостов. Прибыл по приглашению @SLY_G. Если читателям хабрахабра нравится мой контент на околотехническую тематику (все-таки он больше подходил гиктаймс), то я готов приносить сюда некоторые другие мои посты, заслуживающие внимания) Например про предохранители и автоматические выключатели, да и в целом про технику.

Что такое УЗО в электрике

Фраза «устройство защитного отключения» знакома многим, но не каждый всегда способен сразу ответить, что такое УЗО в электрике, для чего именно оно предназначено и каков принцип работы. Во многих электрических сетях домов и квартир этот элемент просто не используется. Но в определенных ситуациях его применение необходимо — например, противопожарное УЗО спасает от внезапных возгораний при выходе тока сети за установленные пределы.

Что такое УЗО

Технически устройство отключения — механический узел, назначение которого — автоматически прервать электрическую цепь при появлении в ней заданного тока дисбаланса. Такие приборы применяются профессионалами уже давно и выпускаются во множестве моделей: электрики хорошо знакомы и с их типами, и с устройством, и с принципами работы. Но при монтаже домашних цепей хозяева жилья и нанятые ими мастера нередко не до конца понимают, для чего нужно УЗО, и пренебрегают его установкой в схему, лишая сеть мощной защиты.

Особенно важна установка УЗО в цепях питания влажных помещений — в ванной, сауне, бане и тому подобное. Установленные там розетки и электропотребители подвергаются повышенному риску, поэтому защита сети ванной комнаты строго обязательна.

Механизм защищает от:

• возгорания из-за проблем с электропитанием;
• поражения человека электричеством из поврежденной цепи.

Одна из ключевых инженерных задач электрики — защитить людей от ударов током. Ее решение потребовало значительного времени и технических изысканий. Ведь даже если обычные автоматические выключатели отлично контролируют ток нагрузки, коснувшегося проводящей детали или кабеля под высоким напряжением человека от опасности они не сберегут. Также эти приборы не способны своевременно реагировать на связанные с нарушением целостности изоляции кабельных систем токи утечки и эффективно защитить от возникающих по данной причине пожаров.

Ситуация улучшилась после разработки УЗО. Они следят за дифференциальным током и разъединяют цепь после достижения им некоторого установленного значения. Эти аппараты получили имя УЗО-Д (дифференциальные). Во времена Советского Союза УЗО-Д выпускался собственной промышленностью страны, на Гомельском заводе электроаппаратов. В наше время на рынке присутствуют как импортные образцы, так и российского производства.

Существуют также дифференциальные автоматы, объединяющие УЗО и привычный автоматический выключатель. Они весьма популярны для монтажа в домашних условиях.

Где купить

Как это работает

Принцип работы УЗО в однофазной сети прост. Прибор фиксирует идущие на «землю» электрические токи утечек и выключает цепь. Детекция выполняется по разнице видов токов:

• покидающей УЗО энергии;
• возвращающегося в систему электричества.

В исправной электросети эти токи одинаковы по силе, но направленность должна быть противоположна. Если по некоторой причине возникает утечка (пробитая изоляция, касание провода и прочие ситуации), часть электроэнергии пойдет по новому «каналу» на «землю». Идущий на устройство защитного отключения электрический ток станет меньше исходящего. Аналогичное случится после попадания под электрическое напряжение некоторой детали — например, корпуса или иных проводящих частей.

Разность показаний по току фиксируется трансформаторным узлом с кольцевым сердечником. Первичная обмотка (нейтраль и фаза) размещены внутри. Вторичная обмотка соединяется непосредственно с размыкающим электроцепь исполнительным узлом. Контур сработает и без присутствия человека как источника сбоя, обнаружит утечку и снимет питание с поврежденной линии.

Выше описан принцип функционирования двухфазного УЗО-Д. Существуют также трехфазные защитные устройства: они обнаруживают утечки и дисбаланс распределения нагрузок. Это более продвинутые приборы, обеспечивающие дополнительный уровень защиты.

Пример работы УЗО

Приведем небольшой пример типичного УЗО-Д. Дано:

• двухпроводная цепь электроснабжения на 220 В, без заземления;
• в качестве потребителя энергии — стиральная машина;
• встроенное в цепь устройство выключения.

Штатно УЗО пропускает электроэнергию напрямую и без препятствий. Входящий и поступающий токи имеют равное значение. При появлении, допустим, неисправности электродвигателя, напряжение окажется подано на корпус машинки. Коснувшись его, ничего не подозревающий человек окажется под мощным ударом электричеством.

Возникает ток утечки и разбалансировка: часть энергии утекает через тело попавшего под удар. В УЗО возвращается меньше электроэнергии, чем его покинуло, прибор разрывает цепь.

Существуют как простые механические устройства защиты, так и модели с полупроводниковыми размыкателями контактов. Есть и версии с более сложной встроенной логикой. Но электронные дороже и нуждаются в дополнительном питании для поддержания работы схем.

Классификация УЗО

Рассмотрим, какие бывают защитные устройства в соответствии с ГОСТами.

По способу действия они делятся на:

• УЗО со вспомогательным источником электропитания;
• без дополнительного источника;
• с автоматическим включением после восстановления поступления питания от источника;
• без автоматического включения;
• с выключением после обнаружения опасной ситуации отказа источника;
• без такого автоматического выключения.

По типу установки:

• стационарные УЗО, монтирующиеся на стандартную постоянную электропроводку;
• переносные — монтируются на гибкие кабели и удлинители.

По количеству полюсов:

• однополюсные двухпроводные УЗО;
• устройства с двумя полюсами;
• трехпроводные двухполюсные модели;
• трехполюсные защитные системы;
• четырехпроводные трехполюсные модели;
• четырехполюсные УЗО.

Выделяют классификацию по типу защиты от появления сверхтоков на полюсах и перегрузок:

• без предохранения от сверхтока и с таковой;
• без встроенной системы защиты от перегрузки;
• с защитой от коротких замыканий цепи (КЗ).

По возможностям настройки значения ДТ отключения:

• регулируемые — с дискретной подстройкой;
• нерегулируемые УЗО.

По устойчивости к импульсным напряжениям:

• с выключением прибора после появления импульсного тока;
• стойкие к возникновению импульсного напряжения.

Еще одна важная характеристика — контроль постоянной компоненты дифференциального тока (ДТ). Существуют несколько разновидностей УЗО:

• АС. Они отключаются при возникновении или постепенном увеличении синусоидальных ДТ;
• А. Эти модели отключаются от синусоидальных дифференциальных токов и пульсирующих постоянных. Бывают разновидности с выключением от пульсирующих с уровнем до 0.006А и контролированием угла смещения фаз;
• B. Аналогично А они размыкают цепь при синусоидальных переменных и постоянных ДТ — включая модуляции потока до 0.006 А. Кроме того, тип B умеет выключаться от постоянных ДТ с выпрямителем.

Рассмотренные типы и признаки классификации определяют выбор УЗО в конкретной ситуации, способ и место установки, и прочие важные детали проектирования электросети. Помимо приведенных выше, имеются и некоторые общие характеристики, приведенные в таблице:

Название характеристики УЗО	Возможные значения по паспорту
Напряжение в сети, В	100–440
Номинальный ток работы, А	6–200
Номинальный ДТ отключения, А	0.006–20
Номинальный неотключающий ДТ прибора, А	0.5
Предельный неотключающий ДТ с искаженной симметрией фаз, А	6

УЗО должно срабатывать быстро. Время устанавливается ГОСТами (в частности, ГОСТ Р 50807-95) и вычисляется для различных моделей, работающих с некоторыми номинальными отключающими токами. Например, для прибора с ДТ отключения 0.03 А время срабатывания должно составить 0.5 секунды. Если пороговое значение превышено вдвое, таймаут выключения — 0.2 секунды, а при превышении в восемь раз УЗО-Д разомкнет цепь за 0.04 с.

Как устроено УЗО

Выделяют два вида приборов:

• электромеханические;
• электронные модели УЗО.

Электромеханические

Эти устройства состоят из нескольких частей:

• трансформатор электрического тока нулевой последовательности. Он следит за утечками и передает энергию на вторичную обмотку трансформатора;
• магнитоэлектрический элемент, исполняющий функции порогового;
• реле, запускающееся при срабатывании магнитоэлектрической «защелки».

Все механические части должны быть весьма высокоточными, благодаря чему велика и стоимость. Но она компенсируется надежностью и возможностью работать без дополнительного питания, обнаруживая утечки при любом значении напряжения. Фактор независимости крайне важен: механическое УЗО выявит утечку и включит реле в 100 процентах случаев. У электронного этого процента меньше, поскольку при уровне общего напряжения ниже некоторого порога схема окажется неработоспособной. Поэтому именно электромеханические модели всемирно признаны эталоном и обязательны к использованию, особенно на критических объектах.

Электронные УЗО

Их стоимость иногда на порядок ниже классических. Но есть и указанный выше недостаток — не стопроцентная гарантия срабатывания. Устройство подобных систем защиты похоже на таковое у электромеханических. Но вместо чувствительного элемента установлен логический блок сравнения — стабилитрон, компаратор. Работоспособность прибора обеспечивает фильтр и выпрямитель.

Также требуется усилитель сигнала, поскольку входящий в состав трансформатор относится к понижающим. К сожалению, усилитель модулирует не только «полезную» нагрузку, но и помехи, что также снижает надежность. Но для защиты обычного жилого помещения электронного УЗО в немалом числе случаев бывает достаточно. Выбирать следует на основании деталей воплощаемого электромонтажного проекта.

Проверка срабатывания УЗО

Проверка УЗО на правильное срабатывание обычно выполняется при помощи специальной тестовой кнопки — она расположена на корпусе почти каждого прибора этого типа.

Существует также способ, как проверить УЗО батарейкой: к одному из полюсов следует подключить провод от 10 см, взять пальчиковую батарейку и соединить провода с ее полюсами (второй провод УЗО, как правило, присутствует с завода). При касании жилами батарейки защита должна сработать.

Стандарты

Как упоминалось выше, требования к УЗО приведены в различных ГОСТах. Действие пакета относящейся к УЗО-Д документации охватывает используемые в защите от поражения током и негативных последствий утечки приборы переменного тока с напряжениями до 440 В и силой до 200 А. Среди этих документов:

• ГОСТ Р 50807-95 — классифицирует, приводит характеристики УЗО и содержит проверочные мероприятия и методики;
• ГОСТ Р 30331.3 — определяет правила применения.

Стандарты аналогичны международно принятым и несут всю необходимую информацию. Отметим, что ГОСТ Р 50807-95 относит к УЗО-Д только механические электрокоммутационные приборы/комплексы.

Выбор УЗО

Когда принципиальный вопрос о наличии защиты решен, следует, понять, какое УЗО поставить в частном доме или городской квартире. В подборе модели следует ориентироваться на подведенную к жилью мощность, количество потребителей, их отдельную и совокупную мощность, тип кабеля на вводе и на внутренней разводке. К примеру, для условного объекта с мощностью потребителя в 1850 Вт и внутренней разводкой проводами 3×2.5 кв. мм длиной 8 метров на основании калькуляций подбираем и устанавливаем двухполюсное электромеханическое УЗО типа А с током КЗ 6000 А и дифференциальным отключающим 10 А. Под такие характеристики, например, подходит стиральная машина в квартире.

При подборе системы защиты следует рассчитать ее параметры. Расчет УЗО по мощности делается по специальным формулам. Для помощи не знающим, как подобрать УЗО и автомат по мощности, существуют различные таблицы соответствий и совместимости.

В целом для расчета целевого тока утечки надо руководствоваться формулой:

• IΔ= IΔэп + IΔсети =0.4 Iрасч+0.01Lпровода, где:
• IΔэп — указанный в миллиамперах ток утечек приемника энергии;
• IΔсети — сетевой ток утечки, также в мА;
• Iрасч — расчетный ток нагрузки в рассматриваемой электрической цепи (в амперах);
• Lпровода — общая длина проводника фазы в метрах.

IΔ в рассматриваемом примере равен 3.45 мА.

Номинальный ДТ отключения должен быть минимум в три раза выше IΔ!

Таким образом, окончательная формула, как выбрать УЗО по мощности:

• IΔn > = 3 IΔ.
• 3 IΔ=3×3.45=10.35 мА

Приведенный выше расчет номинала выполнен именно по этой методике.

Заключение

УЗО — важный элемент электрической сети, поэтому пренебрегать им не стоит ни в доме, ни в квартире, ни в офисе или на предприятии. Небольшая и относительно недорогая деталь способна уберечь людей от поражения током, а имущество — от возгораний и других неприятных последствий электрических неисправностей.

Идеальным вариантом станет электромеханическое УЗО. Но говоря, как выбрать УЗО для квартиры, отметим в ней можно обойтись и более дешевым электронным. В любом проекте следует тщательно подсчитать все параметры оснащаемой УЗО электросети, чтобы не ошибиться с выбором и поставить подходящий по характеристикам прибор защиты.

Как правильно подобрать УЗО:

• определиться с объектом — будет ли это защищаться квартира или частный дом;
• подсчитать количество потребителей и их мощность, узнать, сколько и как подается на общий ввод;
• также уточнить их конфигурацию (для отдельных групп можно использовать выделенную защиту), а также конфигурацию самой сети;
• учесть параметры кабелей на вводе и во внутренней разводке, общую длину проводки;
• узнать необходимый ток отключения (как рассчитать эту характеристику, указано выше);
• также надо выяснить, понадобится ли защита от импульсов и прямой компоненты, и прочие дополнительные возможности.

Установку подобранного УЗО можно выполнить и самостоятельно, но при отсутствии опыта электромонтажных работ рекомендуется обратиться к специалистам.

Что такое УЗО — назначение, принцип действия, маркировка и виды

Если вы обратили внимание на данную статью, то наверняка не так давно задались вопросом – «Что такое УЗО и каково его предназначение?». Мы попытаемся максимально подробно ответить на данный вопрос. Ну а для начала скажем, что аббревиатура УЗО расшифровывается как устройство защитного отключения .

Что такое УЗО в электрике

Несмотря на то, что в наши дни электропроводка максимально защищена от контактов с людьми и печальных последствий, от утечек никуда не деться. Тут-то незаменимым помощником и станет УЗО. Прибор молниеносно среагирует на повышенное значение тока в месте утечки и перекроет подачу электроэнергии.

УЗО – это один из основных «винтиков» в защитной автоматике нынешних электрических сетей. Прибор коммутирует электроцепи и защищает их от токов, которые протекают по нежелательным при стандартных условиях проводящим путям. Это повысит шансы на то, что ваше жилье или предприятие будет защищено от пожаров, и никто не пострадает от разряда тока.

Отметим, что у данного аппарата есть функция включения или отключения электроцепей. Иными словами, он может производить их коммутацию. Соответственно, прибор является коммутационным.

Для чего устанавливают УЗО

Многие потребители слышали о существовании такого чудо-аппарата, как УЗО, но далеко не все знают, для чего оно нужно. Понять общие принципы функционирования агрегата можно даже без наличия глубоких познаний в электричестве. До недавних времен в жилых домах УЗО не использовали. Но в наши дни все изменилось, и теперь приборы всё чаще стали встречаться в квартирах, поэтому стоит узнать о них побольше.

Как уже было сказано, УЗО устанавливают для того, чтобы предотвратить утечки тока, приводящие к возгоранияю проводки и пожарам. Кроме того, УЗО убережет вас от удара током, что может привести к существенным проблемам со здоровьем или, не дай Бог, летальному исходу при контакте с неизолированными проводами и токопроводящими секциями электрооборудования.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! УЗО отличается от автоматов, защищающих проводку от перегрузок и коротких замыканий, его цель существенно повысить защищенность людей.

Принцип действия УЗО

Функционирование устройства построено на фиксации тока утечки на «землю» и отключении электросети в случае такого ЧП. Наличие утечки прибор фиксирует только по разнице между токами: теми, что вышли из прибора, и теми, что вернулись обратно.

Если с электросетью все в порядке, то токи идентичны по величине, однако разнятся по направлению. Как только появляется утечка — к примеру, вы дотронулись до незаизолированного на 100% провода — часть тока уходит «на землю» по другому контуру (в данном случае – посредством тела человека). Как результат, ток, вернувшийся в УЗО через нейтраль, будет меньше вышедшего.

То же самое происходит, если в одном из электрических приборов повредилась изоляция. Тогда под напряжением оказываются корпус или другая деталь. Задевая их, человек создает еще один контур «на землю». В этом случае часть тока будет двигаться по нему, то есть, баланс разрушится.

Конечно, если изоляция повреждена, то контур ответвления может появиться и без участия человеческого тела. В данной ситуации прибор также отреагирует на 100% и убережет участок сети от печальных последствий вроде перегрева и пожара.

Когда необходима установка УЗО?

Устройство показано к установке, когда существует необходимость защитить групповые линии, обеспечивающие питание розеток штепсельного типа для переносных электроприборов. Обязательно следует устанавливать УЗО, если автовыключатель или предохранитель не предоставляет время автоотключения 0,4 секунды с учетом номинального напряжения 220 В из-за малых показателей токов короткого замыкания.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Рекомендовано применение дифференциального автомата, который представляет из себя единый прибор УЗО с автовыключателем, надежно защищающим от сверхтока и утечек.

Кроме того, рекомендуется устанавливать УЗО, если в вашей семье есть люди, «любящие» неосторожно обращаться с электропроводкой. Самый простой случай: человек сверлит стену, при этом опираясь босой ногой на батарею, и задевает фазный провод. Тот пролетает по цепочке «металлический корпус дрели — рука — грудная клетка — нога — батарея» и приводит к ужасным последствиям: параличу сердца или остановке дыхания (иногда – все вместе). Если у вас установлено УЗО, оно мгновенно «поймет», что часть тока не вернулась, и тут же отключит электричество. Да, удар током произойдет, но разряд будет минимальным.

Когда УЗО не поможет?

Впрочем, не стоит считать УЗО панацеей от любых бед с электричеством. Прибор не настолько умен, чтобы понять, что именно включено в электрическую цепь – лампочка или человек. Отключение произойдёт только при наличии утечки.

УЗО не спасает от перенапряжения, в т.ч. от импульсного, а также от низкого напряжения, которое «убивает» электродвигатели — в холодильнике, стиральной машинке и так далее.

Агрегат также не защищает от короткого замыкания. Эту задачу выполняет автоматический выключатель или дифференциальный автомат.

Сколько УЗО нужно устанавливать?

Чтобы определить точное количество УЗО, требуемое для конкретного помещения, понадобится специалист, который сможет провести соответствующие расчеты. Например, в 1-комнатной квартире, вероятнее всего, хватит одного такого прибора, рассчитанного на ток утечки в 30 мА. А вот в квартире с четырьмя комнатами при наличии 15 групп розеток понадобится не менее пяти УЗО, а также по одному устройству на всю группу освещения, электроплиту и водонагреватель.

Исходят обычно из того, что одна группа электроприборов — одно устройство защитного отключения 30 мА плюс одно противопожарное УЗО 100 или 300 мА.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Чтобы контролировать электропроводку в целом, на входе в частный дом рекомендуется устанавливать одно общее УЗО с номинальным отключающим током 300 мА в дополнение к расчетным.

Когда установка УЗО нецелесообразна?

Иногда устанавливать устройство просто нет смысла. Одной из таких ситуаций является наличие старой и дряхлой проводки. Умение УЗО обнаружить утечку может стать головной болью, если прибор начнет срабатывать непредсказуемо (а именно это и происходит при плохой проводке). В таком случае лучшим решением будет поставить УЗО не в цепь электроснабжения квартиры в целом, а в местах с повышенной опасностью для использования розеток.

Нет смысла также покупать некачественное УЗО. На современном рынке можно обнаружить не только оригинальные устройства, но и широчайший ассортимент подделок неизвестного происхождения. Многие из таких приборов сделаны «на коленке за углом». Применение подобных устройств совершенно недопустимо и нецелесообразно. Перед покупкой внимательно изучите техническую документацию и сертификаты качества приобретаемого агрегата.

Не имеет смысла установка прибора в линиях, которые дают напряжение на стационарное оборудование и светильники, а также в общих электросетях.

Устройство

Устройство УЗО предполагает наличие:

• датчика утечки;
• поляризованного магнитного реле.

В основе действия прибора лежат законы, основывающиеся на входящей и выходящей электроэнергии в замкнутых цепях с предельно большими нагрузками. Это свидетельствует о том, что у тока должно быть только одно значение, вне зависимости от фазы прохождения.

Внутри устройства находятся три магнитные катушки. Через первую проходит фаза, через вторую нуль. Ток создает магнитные поля на входе и на выходе катушек прибора.

Если все работает, как должно, взаимные поля уничтожают друг друга. Если на одной из катушек происходит нарушение баланса, то есть образуется утечка тока, то это приведёт к действию третей катушки, имеющей реле для отключения питания.

Основные технические характеристики

Каждое УЗО обладает определенным набором технических параметров, которые следует изучить перед приобретением:

• производитель;
• наименование модели;
• рабочий ток — предельная величина тока, которую прибор может коммутировать;
• параметры электросети (напряжение и частота);
• ток утечки — максимальная величина тока утечки, на которую реагирует прибор;
• тип УЗО;
• рабочий температурный диапазон;
• номинальный условный ток короткого замыкания;
• схема устройства УЗО.

Расшифровка маркировки

Маркировка наносится на корпус УЗО, что делает выбор нужной модели более удобным и легким. В первую очередь, указывается производитель, но там есть и другая важная информация:

• «УЗО» или «ВД» — означает, что это устройство защитного отключения;
• 16А – максимальный ток, на который рассчитаны контакты изделия и другие внутренние элементы;
• In 30mA – ток утечки, при котором сработает УЗО;
• 230В и 50Гц – напряжение и частота, при которых работает агрегат;
• S — УЗО селективное;
• знак «~» — это означает, что устройство срабатывает на утечки переменного тока.

Кроме того, имеются надписи около каждого контакта для правильного подключения УЗО:

• N (сверху) – на этот контакт заводится приходящий нулевой проводник;
• 1(сверху) – сюда подсоединяется приходящий фазный проводник;
• 2 (снизу) – в это место подсоединяется фазный проводник, отходящий на нагрузку;
• N (снизу) или отсутствие буквы – подключается нулевой проводник, отходящий на нагрузку.

Чтобы выбрать УЗО, которое идеально подойдет именно для вашей электросети, необходимо детально разобраться в маркировке, пусть эта задача весьма кропотлива и утомительна.

Виды и типы

Современные производители предлагают самые разные виды и типы УЗО. Два самых популярных типа агрегатов по своему внутреннему исполнению на рынке электротоваров – это электромеханические (не зависят от силы тока) и электронные (зависят). Также выделяют селективные и противопожарные устройства.

Электромеханическое

Электромеханические УЗО широко популярны в использовании и применяются в электрических цепях переменного тока. Чем это вызвано? Тем, что при обнаружении утечки такое устройство сработает, предотвратив печальные последствия даже при самом мизерном напряжении.

Такой тип УЗО во многих странах считается эталоном качества и тем, которое обязательно к повсеместному использованию. Немудрено, ведь такое УЗО будет работоспособным даже при отсутствии нуля в сети и может спасти чью-то жизнь.

Электронное

Такие УЗО легко найти на любом строительном рынке. Разница их от электромеханических в наличии внутри платы с усилителем, для работы которой необходимо питание.

Однако у таких УЗО, как уже было сказано, есть огромный недостаток – не факт, что они сработают при утечке тока (все зависит от напряжения в сети). Если отгорел ноль, а фаза осталась, то риск поражения током никуда не девается.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Мы ведем речь о преимуществах и недостатках УЗО в целом, а не конкретных моделей. Если сильно «повезет», вы можете стать обладателем некачественного УЗО как электромеханического, так и электронного.

Селективное

Главное отличие селективного УЗО от «собратьев» — наличие в схеме функции выдержки времени отключения цепи, которой питается нагрузка, т.е. селективности. Зачастую этот параметр не превышает 40 мс. Из этого мы делаем вывод, что селективные приборы не годятся для защиты от поражения при непосредственном прикосновении.

Ещё одной особенностью селективных агрегатов является хорошая устойчивость по реакции на скачки тока и напряжения (вероятность ложных срабатываний почти нулевая).

Противопожарное

Как следует из названия, такие УЗО используются в системах электроснабжения квартир и домов для предотвращения возгораний. Однако защитить человека они не в состоянии так как ток утечки, на который они рассчитаны равен 100 или 300 мА.

Обычно эти агрегаты устанавливаются в щитах учета или в этажных распределительных щитах. Их основная задача:

• защита вводного кабеля;
• защиты линий потребителей, в которых дифференциальная защита не установлена;
• как дополнительная ступень защиты (если стоящий ниже него аппарат вдруг не сработал).

Количество полюсов

Так как УЗО работает на сравнении токов, которые проникают сквозь дифференциальный орган, то численность полюсов у агрегата совпадает с числом токоведущих проводников. В некоторых случаях УЗО дозволено использовать с 4-мя полюсами для работы в двух- или трехпроводной сети.

При этом не забудьте оставить в запасе свободные полюса фаз. Агрегат будет благополучно делать свое дело не полностью, а частично, что, в общем-то, невыгодно с финансовой точки зрения, но возможно.

Источник https://habr.com/ru/post/535198/

Источник https://profazu.ru/elektrooborudovanie/zaschita/uzo-chto-eto-takoe-v-elektrike.html

Источник https://odinelectric.ru/equipment/circuit-breaker/chto-takoe-uzo-naznachenie-markirivka-vidy