Устройства защитного отключения (УЗО)

Устройства защитного отключения (УЗО), реагирующие на дифференциальный ток, наряду с устройствами защиты от сверхтока, относятся к дополнительным видам защиты человека от поражения при прикосновении, обеспечиваемой путем автоматического отключения питания.

При малых токах замыкания, снижении уровня изоляции, а также при обрыве нулевого защитного проводника зануление недостаточно эффективно, поэтому в этих случаях УЗО является единственным средством защиты человека от электропоражения.

Устройство защитного отключения (УЗО) отслеживает утечку тока из цепи (ту, к примеру, которую создает ток, проходящий через тело человека) и обеспечивает автоматическое отключение всех фаз или полюсов аварийного участка электроцепи за время, как правило, не превышающее 0,02 с (+40...-60%) с момента возникновения тока утечки.

Основным функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор (на рисунке обозначен цифрой 1). В нормальном режиме, когда нет тока замыкания на землю, токи в фазном и нулевом рабочем проводниках (проводах) равны по значению, но противоположны по знаку. В дифференциальном трансформаторе находятся две первичные обмотки: одна подключена к фазному проводнику, другая - к нулевому рабочему и одна вторичная обмотка, подключенная к усилителю 2. Таким образом, в нормальном режиме обе первичные обмотки создают абсолютно одинаковые магнитные потоки в магнитном сердечнике дифференциального трансформатора, которые направлены навстречу друг другу. Эти потоки как бы "гасят" друг друга и в сумме дают "ноль". В результате ток во вторичной обмотке равен нулю. При пробое изоляции или прикосновении человека к одной из токоведущих частей появляется ток замыкания на землю. Силы токов в фазном и нулевом рабочем проводниках становятся разными. Соответственно и магнитные потоки, создаваемые первичными обмотками, перестают быть равными, то есть их сумма становится отлична от нуля. В результате во вторичной обмотке возникает дифференциальный ток. Этот самый ток и воздействует на механизм расцепления УЗО, и защищаемая УЗО цепь отключается.
1 - Дифференциальный трансформатор тока
2 - Электронный усилитель
3 - Цепь теста
4 - Удерживающее реле
5 - Блок управления
Н - Нагрузка
Т - Кнопка "Тест"

Другим, не менее важным свойством УЗО является его способность осуществлять защиту от возгорания и пожаров, возникающих на объектах вследствие возможных повреждений изоляции, неисправностей электропроводки и электрооборудования.

По данным ВНИИПО МВД РФ более трети всех пожаров происходят по причине возгорания электропроводки в результате нагрева проводников по всей длине, искрения, горения электрической дуги на каком-либо элементе, вызванных токами короткого замыкания.

Короткие замыкания, как правило, развиваются из дефектов изоляции, замыканий на землю, утечек тока на землю. УЗО, реагируя на ток утечки на землю или защитный проводник, заблаговременно, до развития в короткое замыкание, отключает электроустановку от источника питания, предотвращая тем самым недопустимый нагрев проводников, искрение, возникновение дуги и возможное последующее возгорание.
В отдельных случаях энергии, выделяемой в месте повреждения изоляции при протекании токов утечки, достаточно для возникновения очага возгорания и, как следствие, пожара. По данным различных отечественных и зарубежных источников, локальное возгорание изоляции может быть вызвано довольно незначительной мощностью, выделяемой в месте утечки. В зависимости от материала и срока службы изоляции эта мощность составляет всего 40-60 Вт. Это означает, что своевременное срабатывание УЗО противопожарного назначения с установкой 300 мА предупредит выделение указанной мощности, и, следовательно, не допустит возгорания.

Историческая справка

Первое устройство защитного отключения было запатентовано германской фирмой RWE (Rheinisch - Westfalisches Elektrizitatswerk AG) в 1928г. (DRP Nо 552 678 от 08.04.28). Впервые принцип токовой дифференциальной защиты, ранее применявшийся для защиты генераторов, линий и трансформаторов, был применен для защиты человека от поражения электрическим током.

УЗО, совмещенные с автоматами защиты от сверхтоков

Часто их не совсем верно называют дифференциальные автоматы, (дифавтоматы), но это скорее синоним УЗО.

Про автоматы защиты от сверхтоков и их выбор можно почитать в отдельной статье (См. статью «Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков»).

Я бы не рекомендовал устанавливать совмещенные устройства. Дело в том, что отключение нагрузки в данных устройствах может происходить по трем разным причинам – срабатывание защиты от короткого замыкания, срабатывание термической защиты, отключение по причинам превышения дифференциального тока. Тем не менее, после срабатывания причина будет не ясна – вы только будете наблюдать сам процесс отключения.
Можно порекомендовать применение совмещенных устройств только в случае ограниченного места для монтажа, так как неоспоримым их преимуществом является меньший размер.

Справедливости ради надо заметить, что у некоторых производителей совмещенных устройств, в частности HAGER, появились индикаторы, по которым можно понять, по какой причине произошло отключение.


Устройство УЗО со встроенной защитой от сверхтоков:

1 - Катушка токовой отсечки
2 - Биметаллическая пластина
3 - Дифференциальный трансформатор тока
4 - Магнитоэлектрический расцепитель, реагирующий на дифференциальный ток
5 - Тестовый резистор
6 - Силовые контакты
Н - Нагрузка
Т - Кнопка "Тест"






Выбор УЗО и его основные характеристики


Ниже приведены основные данные, которые имеют значения при выборе УЗО или дифференциального автомата для вашего проекта, которые можно почерпнуть, изучая маркировку на корпусе или каталог производителя.


1. Наименование или торговый знак (марка) изготовителя:
Должно быть нанесено в явном виде на корпусе. К сожалению, покупая УЗО на рынке легко наткнуться на подделку. Наиболее часто подделывают продукцию самых известных производителей. Лучше обратиться к проверенному поставщику и приобрести качественное УЗО таких производителей как: HAGER, GE, Legrand, Merlin Gerin, Schnaider Electric и др.

2. Обозначение типа, номера по каталогу или номера серии:
Воспользовавшись каталогом производителя, можно будет узнать полную информацию о УЗО. Оно может быть 2х или 4х полюсным, предназначенным для защиты как 1 фазы, так и одновременно 3.
Я бы не рекомендовал установку 4хполюсных УЗО, если у вас в проекте не используются полноценные 3-х фазные нагрузки.


3. Номинальное напряжение Un:
Напряжение может отличаться от стандартного.

4. Номинальная частота:
Если УЗО разработано для частоты, отличной от 50 и (или) 60 Гц.

5. Номинальный ток нагрузки In:
Этот ток лучше выбрать большим, чем предполагается в нагрузке. По сути, это ток разрушения УЗО.

6. Номинальный отключающий дифференциальный ток In и его связь со временем срабатывания защиты:
Для одиночных нагрузок при защите от поражения целесообразно выбрать 10 или 30 ма, для групп нагрузок - 30 ма, для противопожарных целей и вводных УЗО – 300 ма.

Время отключения Tn, с
IDn 2 IDn 5 IDn
0,3 0,15 0,04

Время отключения Tn, с
IDn	2 IDn	5 IDn
0,3	0,15	0,04

Эта таблица говорит нам о времени срабатывания УЗО в зависимости от превышения порога дифференциального тока.


7. Степень защиты (указывается в случае ее отличия от IР20):
При необходимости можно установить УЗО повышенной степени защиты.

8. Указание, что УЗО функционально зависит от напряжения сети:
Если так оно и есть, информация должна содержаться на корпусе или в каталоге.

9. Типы УЗО:
тип АС / тип А / тип В / тип S / тип G

Чаще всего используются УЗО двух типов: АС и А .

Тип AC реагирует на утечку переменных (синусоидальных) токов. Но в электрических цепях, питающих оборудование, в составе которого имеются выпрямители или управляемые тиристоры, при пробое изоляции возможна утечка не только переменного, но и постоянного (пульсирующего) тока. УЗО типа АС на это практически не реагирует. УЗО типа А реагирует - оно и предназначено для таких случаев. Поскольку схема измерения разности токов в УЗО типа A более сложная, эти приборы могут быть на 20-50% дороже, чем AC. УЗО типа В - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи. УЗО типа S - устройство защитного отключения, селективное (с выдержкой времени отключения). Устройство типа G - то же, что и типа S, но с меньшей выдержкой времени

10. Температура эксплуатации:
Стандартные значения температуры окружающей среды (-5-40 оС) могут не указываться. Диапазон температур (-25-40 оС) обозначается символом .

* / При подготовке статьи использованы материалы сайтов компаний Colan и Стройплощадка.