Принцип работы УЗО: как правильно подключать УЗО

Бытовые электроприборы работают с большими нагрузками и часто выходят из строя. Одной из неисправностей вполне может быть повреждение изоляции на сетевом шнуре. При этом появляется потенциал сети на корпусе прибора. Он остается в исправном состоянии и может работать, но уже представляет опасность для человека. При одновременном прикосновении к металлической части корпуса и водопроводной трубе или другой металлической конструкции, связанной с землей, происходит замыкание электрической цепи через тело, приводящее к удару током. Для предотвращения подобных явлений было создано устройство защитного отключения.

Подключение устройства защитного отключения

Принцип работы УЗО – это отключение нагрузки коммутационным механизмом при достижении током утечки заданной величины. Устройство является надежной защитой от поражения поверхностями, находящимися под напряжением, и от возникновения пожара при утечке тока через неисправную изоляцию. Проще говоря, механизм аппарата мгновенно отключает питающую сеть от потребителя, если возникает непредвиденная утечка тока в «землю».

Виды

Чтобы выбрать нужные устройства, надо знать их различия, классифицирующиеся по следующим признакам.  

По реакции на ток утечки

• АС – прибор размыкает цепь при медленном или быстром увеличении переменного тока утечки;
• А – реагирует на постоянный или переменный ток;
• В – применяется в промышленности.

Главным параметром устройства является значение тока утечки. Отсчет идет от 30 мА. При большей величине тока устройство срабатывает для защиты от пожара, но для человека удар током представляет опасность. При меньших значениях болезненное воздействие остается, но опасности для жизни здорового человека нет. В жилых домах выбирают УЗО с током отключения не выше 30 мА, за исключением входного.

По принципу работы

Различают электромеханические (УЗО-Д, УЗО-ДМ) и электронные устройства (УЗО-ДЕ). Последние – применяются преимущественно в качестве дополнительных: для повышения надежности защиты в помещениях с высокой влажностью. В них может содержаться устройство сравнения со встроенным источником питания вместо магнитоэлектрического элемента. При этом сигнал необходимо усиливать и преобразовывать, что существенно снижает надежность защиты. Аппараты ограничены по возможностям, но от большинства неприятностей выручают. Устройства с электронным разрывом цепи чаще применяют в связи с тем, что они дешевы, и быстрота срабатывания (0,005 с и менее) позволяет избежать удара током. Электромеханические УЗО более надежны, благодаря независимости от колебаний напряжения сети и отсутствия необходимости во внешнем питании.

По скорости реагирования

Устройства бывают неселективные, реагирующие на неисправность быстрее, чем за 0,1 с, и селективные – с задержкой срабатывания от 0,005 с до 1 с. Она создается специально для того, чтобы системы защиты разных уровней успели сработать раньше. В этом случае поврежденный участок отключается, а все остальные продолжают работать. Селективные УЗО предназначены для защиты от пожара. После них обязательно надо устанавливать защитные устройства с безопасными порогами токов утечки на низших ступенях подключений.

В лечебных, детских и учебных учреждениях применяют сверхбыстродействующие электронные УЗО (менее 0,005 с), поскольку они защищают от ударов даже небольшого тока.

По числу полюсов

В однофазной сети УЗО имеет 2 полюса и применяется в квартирах. В трехфазной сети устанавливаются аппараты с четырьмя полюсами. Они могут защищать несколько однофазных сетей или приборы с трехфазным питанием.

Способы монтажа

• на распределительный щит;
• подключение на удлинителе;
• встроенные в вилку или в розетку.

Как работает УЗО

Срабатывание защиты удобно рассмотреть на принципиальной схеме.

Принципиальная схема работы УЗО

Главный элемент – это трансформатор тока нулевой последовательности. Две обмотки в нем подключаются навстречу друг другу и связаны с нулевым и фазным проводами, а третья – к пусковому чувствительному реле, вместо которого может быть электронное устройство. Реле связано с исполнительным устройством управления, содержащим группу контактов и привод. Для проверки работоспособности УЗО в нем имеется тестовая кнопка.

При подключении нагрузки к выходу схемы в цепи появляется ток нагрузки. Магнитные потоки, появляющиеся в сердечнике трансформатора, взаимно гасят друг друга. В результате в исполнительной обмотке не будет наводиться ток, и поляризованное реле будет отключено.

Если происходит повреждение изоляции в контакте с металлическими частями электроустройства, на нем появляется напряжение. При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям через него в землю протекает ток утечки I_D (дифференциальный ток). В результате через основные обмотки потекут разные токи: I_D = I1 — I2. Они создадут разные магнитные потоки, в результате наложения которых друг на друга в исполнительной обмотке появится ток. Если его величина превысит заданный уровень, пусковое реле сработает и передаст сигнал на исполнительный механизм, отключающий силовую электрическую цепь от установки, где произошел пробой.

Контроль исправности УЗО производится путем нажатия кнопки тестирования. Резистор R подбирается по величине так, чтобы создаваемый искусственно ток утечки был равен паспортному значению. Таким образом, если при нажатии на кнопку устройство отключится, значит, оно исправно.

Устройство для трехфазной сети работает аналогичным образом, но через проем сердечника проходят четыре провода (3 фазных и 1 нулевой).

Схема работы трехфазного УЗО

При нормальной работе токи в нулевом и фазных проводах суммируются таким образом, что магнитные потоки в сердечнике взаимно гасят друг друга. Во вторичной обмотке трансформатора ток отсутствует. При появлении тока утечки через одну из фаз, равновесие нарушается и образующийся в результате ток во вторичной обмотке действует на управляющий элемент (У), отключающий потребителя (М) от сети.

Утечки могут происходить не только в фазных, но и в нулевых проводах. Защита реагирует на них одинаково, но с обнаружением повреждения изоляции на нейтрали может потребоваться демонтаж схемы. Чтобы этого не делать, применяют двух- и четырехполюсные выключатели, с помощью которых производится коммутация фазных и нулевых проводов.

УЗО является сложным и очень чувствительным прибором. Выбирать устройства на рынке следует у известных фирм, имеющих сертификаты установленной формы со ссылками на ГОСТы. Небольшие партии экспортных изделий могут оказаться подделкой. Параметры покупаемого прибора следует соотносить с характеристиками известных устройств, например, УЗО-2000.

Схемы подключения

Включение защиты по току утечки в распределительных щитах производится, если применяются системы TNS или TN-C-S. При этом к нулевой шине заземления PE подключаются корпуса всех электроприборов. При нарушении изоляции ток утечки стекает с корпуса прибора в землю через проводник PE, приводя к срабатыванию защиты.

При любом подключении УЗО учитываются следующие правила:

1. Для нулевого проводника и заземления в щите устанавливаются отдельные шины.
2. Проводник заземления не участвует в подключении устройства.
3. Питание подключается к верхним клеммам аппарата. При этом нейтраль подсоединяется к разъему с обозначением «N». Путать ее с фазой недопустимо!
4. Допустимый ток устройства должен быть равным или выше тока автомата.

Однофазный ввод

Схема предусматривает обязательное разделение нулевой шины (N) и земли (PE). Если поставить защиту на отдельные части, то так обеспечивается каскадное отключение в системе.

Схема подключения УЗО к однофазной сети

Схема является простой и одной из самых распространенных. Для УЗО важно не ошибиться, где располагается нейтраль (N), входящий (1) и исходящий (2) проводники. Подключают УЗО всегда после автоматического выключателя. Затем к его выходу можно снова подключать автоматы для отдельных линий.

Трехфазный ввод

В трехфазной схеме можно защищать также однофазных потребителей. Вводы шин «нуля» и «земли» совмещаются. Электросчетчик устанавливается между главным автоматом и УЗО.

Схема трехфазного подключения УЗО

Ток нагрузки УЗО должен быть защищен от перегрузок. Для этого его подбирают на ступень выше, чем у рядом стоящего автомата.

Часто встречается неправильное подключение, вызывающее постоянное срабатывание защиты. При этом только оно одно может вызвать сбой в работе целой группы.

УЗО в квартирах

После главного автомата и счетчика рекомендуется ставить УЗО для защиты всей проводки квартиры. Для некоторых бытовых приборов размещают отдельную защиту в щите управления или рядом с потребителем монтируют для нее специальную коробку.

Для квартиры выбирается двухполюсная установка УЗО. Также нужно определить значения электрического тока, которые ее характеризуют:

• отсечки превышает на 25% максимальный ток потребления;
• номинальный ток, на который рассчитан прибор (указан в характеристике и должен превышать ток отсечки);
• дифференциальный показатель срабатывания защиты.

Для квартиры выбирается прибор с переменным током. При большом количестве техники возможны необоснованные срабатывания УЗО. Чтобы этого не происходило, увеличивают пороговое значение тока до максимально приемлемого и безопасного для человека (30 мА).

Устройство крепится в щитке на DIN-рейки или через специальные отверстия. Оно имеет маркировку фазного и нулевого проводов. Вход делается сверху, а выход – снизу.

Одноуровневая защита одним устройством на входе позволяет прекратить подачу электричества в квартиру полностью. Ее также устанавливают на отдельные устройства, например, на стиральную машину или электроплиту.

Если разместить УЗО на отдельных участках, схема получится громоздкой, но зато отключения будут автономными. Для отдельного прибора подключение производится перед автоматом.

Распространенные ошибки при подключении.

1. Сплетение нулевых проводов в узел. В результате происходят непредвиденные срабатывания.
2. Изготовление самодельного заземления не по правилам (сопротивление выше 4 ом).
3. Соединение «нуля» с «землей» приводит к периодическим отключениям электричества.

УЗО в частном доме

Частные домовладельцы применяют большое количество устройств, требующих наличия индивидуального УЗО. К ним относятся стиральная машина, электрический котел системы отопления, печь для сауны, станки, сварочный трансформатор и другое оборудование. Чем длиннее перечень, тем больше вероятность выхода из строя его элементов.

Для индивидуального дома подходит система ТТ с глухим заземлением нейтрали и подсоединением токопроводящих частей приборов к независимому заземлению. Оно чаще всего делается модульно-штыревым.

УЗО размещают в щите. Применяют четырехполюсные и двухполюсные устройства в зависимости от того, какие подключаются потребители: однофазные или трехфазные. Принцип каскадного включения остается, но схема получается сложней. Ввод делается трехфазным, а потребителей гораздо больше, чем в квартире. Общие правила подключения защиты те же, что и в квартире.

В частном доме часто применяют дифавтоматы, совмещающие в себе функции УЗО автоматического выключателя. Его преимущества следующие:

• меньше места в щитке;
• простота установки;
• срабатывание по причине утечки, короткого замыкания или перегрузки;
• цена ниже, чем у двух отдельных устройств, функции которых он объединяет.

Аналогично УЗО дифавтоматы имеют много вариантов подключения: с заземлением и без него, по селективному или неселективному способу. К ним также подключаются фаза и ноль цепи, который не допускается объединять с заземлением, поскольку токи в этих проводниках принципиально отличаются.

Дифференциальные автоматы в частном доме

Недостаток: при выходе из строя приходится снова покупать дифавтомат, что равноценно замене сразу двух устройств. Также не все умеют пользоваться таким сложным оборудованием и предпочитают обходиться одними автоматами. Но при этом подключение заземления к корпусам приборов без УЗО или дифавтоматов недопустимо. Обычные автоматы не обеспечивают скорости отключения сети, необходимой для безопасности человека.

Правила применения УЗО также актуальны для дифференциальных автоматов.

Подключение УЗО. Видео

Данное видео подробно расскажет про схему подключения  устройства защитного отключения.

https://www.youtube.com/watch?v=EQs-iqz-kAE

Действие устройства защитного отключения основано на ограничении времени протекания электрического тока через тело человека (путем быстрого отключения) при случайном прикосновении к находящимся под напряжением частям электроустановок. Некоторые схемы его подключения предусматривают также отключение сети сразу при возникновении тока утечки через провод заземления.

При правильной установке и обслуживании УЗО обеспечивают безопасное пользование электроприборами в квартире и доме. Надежными являются электромеханические устройства защиты от поражения током, соответствующие требованиям ГОСТов.

УЗО необходимо в современном жилье, поскольку его стоимость неизмеримо ниже, чем у современной бытовой и электронной техники, которая может выйти из строя, но важнее всего является обеспечение электробезопасности.