Электромеханические и электронные УЗО

В последние десятилетия ассортимент защитных электрических аппаратов дополнился устройствами защитного отключения (УЗО), дифференциальными автоматическими выключателями (дифавтоматами), устройствами защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Перечисленные аппараты защиты позволяют повысить безопасность эксплуатации электрических сетей. Этот материал посвящен УЗО. Точнее одной из разновидностей устройств защитного отключения — электромеханическому УЗО.

На заметку! Часто УЗО называют устройствами дифференциального тока (УДТ). Это название связано с принципом действия защитных аппаратов. Об устройстве и принципе действия УДТ будет рассказано ниже.

Назначение УЗО

Большинство аппаратов токовой защиты (предохранители, автоматические выключатели и другое) защищают электропроводку и подключенные к ней электроприемники от токов перегрузки и короткого замыкания. Устройства защитного отключения выполняют другие функции. В зависимости от тока срабатывания они обеспечивают защиту людей от поражения электрическим током или предотвращают возникновения пожара.

Каждый электрик знает, что переменный ток промышленной частоты, протекающий через тело человека, становится опасным для здоровья, если его величина превышает 0.01 ампера. Токи свыше 0.1 А опасны смертельно. Поэтому пороговый ток срабатывания (уставка) УЗО защищающего человека от удара током обычно выбирается из номиналов 10 мА или 30 мА. Первая уставка используется для сырых помещений, детских комнат и так далее. Уставка 30 мА применяется для обычных условий.

Для предотвращения пожаров устанавливают аппараты, настроенные на дифференциальные токи, превышающие 300 мА.

Принцип действия электромеханического УЗО

Устройства защитного отключения реагируют на токи утечки, возникающие при нарушении изоляции электропроводки или в момент прикосновения человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением. Главной особенностью токов утечки является то, что они нарушают баланс (равенство) токов протекающих через фазные провода и нулевой провод.

Для обнаружения утечки применяется дифференциальный трансформатор. Конструктивно он состоит из:

  • ферритового кольца служащего магнитопроводом (сердечником);
  • первичных обмоток, которыми являются фазные проводники и нулевой провод, пропущенные через сердечник;
  • вторичной (измерительной) обмотки.

При отсутствии токов утечки суммарный магнитный поток, создаваемый в сердечнике трансформатора первичными обмотками, равен нулю. При этом во вторичной обмотке ЭДС отсутствует. В случае возникновения утечки, баланс токов нарушается и во вторичной обмотке начинает наводиться ЭДС. На выводах измерительной обмотки возникает разность потенциалов. Разность потенциалов тем выше, чем больше ток утечки.

На заметку! Электрические защиты, основанные на сравнении токов, называются дифференциальными токовыми защитами.

Напряжение, снятое с вторичной обмотки дифференциального измерительного трансформатора подается на пороговый орган (устройство сравнения). Пороговый орган вырабатывает сигнал отключения при достижении током утечки установленного значения.

В качестве порогового органа в электромеханических отключающих устройствах применяется поляризованное реле. В электронном УЗО устройством сравнения выступает усилитель постоянного тока, выполненный на микросхеме операционного усилителя.

Устройство электромеханического УДТ

Электромеханические УЗО состоят из следующих основных деталей:

  • корпуса;
  • контактной системы состоящей из клемм, к которым подключаются питающие провода, подвижных и неподвижных контактов, которыми осуществляется коммутация;
  • измерительного трансформатора и выпрямителя;
  • поляризованного реле;
  • системы механического отключения (расцепителя);
  • системы гашения электрической дуги;
  • тестовой кнопки и резистора.

Назначение некоторых элементов

Поляризованное реле

Исполнительным органом в электромеханических устройствах дифференциального тока является поляризованное реле. Поляризованное реле относится к классу бистабильных реле постоянного тока. Оно может находиться как в отключенном, так и во включенном состоянии в отсутствие напряжения на его обмотке. В УЗО на обмотку поляризованного реле поступает выпрямленное напряжение от измерительного трансформатора. При достижении порогового значения происходит переключение реле, которое механически связано с расцепителем. В результате происходит отключение УДТ.

Кнопка «ТЕСТ»

В отличие от автоматических выключателей и других аппаратов защиты, в УЗО имеется возможность выполнения проверки работоспособности устройства. Проверка выполняется нажатием кнопки «Тест». Эта кнопка вместе со специально подобранным резистором образует цепочку, которая имитирует возникновение тока утечки. Концы цепочки соединяются с нулевым и фазным проводом. Проводники цепочки не проходят через кольцевой сердечник дифференциального трансформатора. Поэтому при проведении теста нарушается баланс магнитных потоков в измерительной системе. Номинал резистора выбирают таким образом, чтобы ток искусственной утечки был равен номинальному току срабатывания дифференциальной защиты.

Отличие электронного УЗО от электромеханического УДТ

Электронные и электромеханические устройства защиты отличаются только типом порогового устройства. Как уже отмечалось выше, в электронных аппаратах защиты в качестве порогового устройства используется электронный усилитель, который вырабатывает сигнал отключения. Этот сигнал подается на обычное реле, которое воздействует на механический расцепитель. Электронные компоненты, в отличие от электромеханических реле, обходятся дешевле и имеют меньший технологический разброс. Поэтому электронное УЗО, как правило, стоит меньше электромеханического аппарата защиты.

Люди, не сталкивавшиеся ранее с устройствами защитного отключения, часто задают вопрос: как отличить электромеханическое УЗО от электронного? Отличить устройства можно по маркировке, нанесенной на лицевую часть корпуса аппарата. У всех УЗО на корпусе можно увидеть символическое изображение дифференциального трансформатора. Он изображается в виде эллипса, охватывающего силовые проводники. От трансформатора прочерчивается символическая линия связи, идущая к устройству сравнения. Устройство сравнения изображается в виде прямоугольника или треугольника. Если нарисован треугольник, то это электронное УЗО. Если прямоугольник — это электромеханическое устройство.

Важно! Если на одном или всех изображениях фазных проводников, соединенном с подвижным контактам, есть изгибы в виде дуги или прямоугольного выступа, то вы имеете дело с автоматическим выключателем. Эти изгибы обозначают электромагнитный и тепловой расцепитель соответственно. Если к «изгибам» добавляется измерительный трансформатор и устройство сравнения, то это дифавтомат.

На заметку! У всех УЗО всегда четное число полюсов. Устройства, применяемые в однофазной сети, имеют два полюса — фазу и ноль. Трехфазные УДТ соответственно имеют 4 полюса. Нулевые клеммы всегда маркируются латинской буквой «N».

Вечный спор об УЗО

На форумах электриков не затихают споры на тему: какое устройство защиты лучше использовать, УЗО электронное или электромеханическое?

В принципе функциональных различий между аппаратами с разными пороговыми устройствами нет. Оба типа устройств дифференциального тока с успехом выполняют свои функции. Но дотошные исследователи подметили одну особенность, которой обладает электронное УЗО. Для работы операционного усилителя нужно питание. Оно берется с входных клемм аппарата защиты. Поэтому, в случае обрыва нуля или фазы питающей электронную схему, устройство теряет работоспособность. Электромеханическое УЗО лишено этого недостатка, так как исполнительный орган питается от вторичной обмотки трансформатора. Поэтому при обрыве нулевого провода «электромеханика» все равно сработает в случае возникновения утечки фазы.

Как правильно выбрать УЗО

Вопрос применения электронных и электромеханических аппаратов мы рассмотрели выше. О выборе уставки для разных типов помещений рассказывали тоже. Есть еще один параметр, который следовать учитывать при выборе УДТ. Этот параметр — номинальный рабочий ток. То есть ток, который УЗО выдерживает неограниченное количество времени. При выборе рабочего «номинала» можно следовать простому правилу. Рабочий ток должен быть не ниже рабочего тока автомата, который защищает питающую линию от короткого замыкания и перегрузки.

Как правильно подключать устройства защитного отключения

При подключении устройств защиты от токов утечки необходимо соблюдать несколько базовых правил.

Первое и самое важное. УЗО и дифавтоматы должны эксплуатироваться в сетях с глухозаземленной нейтралью с отдельным заземляющим проводом (трехпроводная или пяти проводная система). При этом корпуса всех электроприемников защищаемых устройствами от токов утеки должны быть надежно заземлены. Заземление может осуществляться через контакты розеток или отдельным проводом «под болт».

Опасно! Никогда не используйте нулевой провод в качестве заземления. Только отдельная земля!

Второе. Необходимо следить за правильностью подключения проводов. Ноль должен подключаться к клеммам, помеченным буквой «N», а фазы к фазным клеммам. Это правило, на первый взгляд неочевидное, связано с подключением тестовой кнопки и электронной схемы защиты.

Третье. Нельзя соединять между собой одноименные проводники защищаемые разными УЗО. Такую ошибку часто совершают неопытные электрики, используя общий ноль для нескольких блоков розеток. Такое соединение при подключении нагрузки моментально приводит к срабатыванию защиты.

Как быстро проверить УЗО не подключая к сети

У каждого аппарата защиты от токов утечки есть тестовая кнопка. С ее помощью легко выполнять периодическую проверку УДТ во время эксплуатации. Для проверки большой партии отключающих устройств, не подключенных к сети, можно воспользоваться обычной пальчиковой батарейкой 1.5 В.

Если ее подключить к одноименным полюсам, (например к клеммам 1-2) исправное устройство сработает мгновенно, так как импульс тока при подключении не будет уравновешен обратным током. УЗО с номинальным током дифференциального расцепителя 10 или 30 мА срабатывают даже от севшей батарейки.

Видео по теме