Причины срабатывания узо

Устройства защитного отключения (УЗО) в настоящее время считаются обязательными по ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок) и постепенно внедряются. Но у большинства потребителей еще недостаточно опыта по использованию этих устройств. Кроме того, есть проблемы и с самими устройствами, которые зависят от ухудшения качества энергии.

Принцип работы и устройство УЗО

Чтобы понять, почему выбивает узо, необходимо получить представление о том, как оно работает. Главным в этом устройстве является дифференциальный трансформатор. Он состоит из ферритового кольца через которое проходят провода силовой цепи. Часто провода делают один-три полных витка вокруг кольца. Это особенно характерно для УЗО, рассчитанных на небольшие токи. Каждый провод, таким образом, является обмоткой этого трансформатора. Обмотки включены таким образом, что встречные токи, протекающие в них, компенсируют друг друга и общий магнитный поток в сердечнике дифференциального трансформатора (кольце) очень близок к нулю.

На сердечнике, кроме силовых проводов, есть еще одна обмотка, состоящая из большего числа витков. К этой обмотке подключен небольшой электромагнит, якорь которого связан с механизмом расцепителя. Эта часть устройства подобна тому, что есть у автоматов защиты от сверхтоков. Только в данном случае механизм приводится в действие не тепловым реле, которое работает вместе электромагнитом для сверхтока, а электромагнитом, работающим от повышающей обмотки дифференциального трансформатора. УЗО часто имеет внешнее сходство с автоматами защиты, но это совсем другое устройство. Впрочем, существуют устройства, объединяющие автомат и УЗО.

Нормальное, штатное срабатывание УЗО происходит от тока утечки. Ток утечки возникает при повреждении изоляции и замыкании на корпус. Сопротивление замыкания может лежать в очень широких пределах: от малых долей ома, тогда говорят о коротком замыкании, до десятков килоом, тогда говорят об утечке. Следует помнить и о емкостной утечке, несмотря на малую величину для одного прибора, она возрастает при подключении многих приборов к одной линии с УЗО. Все причины срабатывания узо вызваны либо токами утечки, либо неисправностью механической части самого устройства.

Нужно помнить о том, что УЗО не защищает нагрузку от токов коротких замыканий, а защищает силовую цепь только от токов утечки! Исключение составляют только те приборы, которые в которых эти функции объединены, о чем прямо указано в паспорте и инструкции, а также на шильдике на корпусе устройства.

Рисунок ниже поясняет работу устройства отключения. Пример может описывать ситуацию, когда срабатывает узо на водонагревателе:

Основная часть УЗО – дифференциальный трансформатор – показана для наглядности. Когда ток утечки на землю отсутствует, то есть, изоляция цепей электроустановки находится в исправном состоянии, то соблюдается равенство токов Ii = Io. Если, как показано на рисунке заземление неисправно (оборвано или не подключено) то ток утечки протекает через тело человека на землю (тонкая красная линия). При этом нарушается баланс токов в трансформаторе и в дополнительной обмотке наводится напряжение, которое и вызывает срабатывание расцепителя. Контакты замкнуты силой пружин, которые удерживаются фиксатором, как в обычном автомате. Электромагнит защиты при срабатывании освобождает фиксатор и УЗО практически мгновенно вырубает нагрузку.

Из этого же рисунка должна быть понятна и роль защитного заземления. Если бы заземление было исправно, то ток утечки протекал не через тело человека, а через заземляющий проводник. В этом случае УЗО также срабатывает, показывая, что электроустановка может быть неисправной. Но человек, оказывается, защищен от поражения током Il.

В состав УЗО также входит тестовая цепь, последовательно состоящая из кнопки и сопротивления, включенных в обход дифференциального трансформатора. При нажатии на эту кнопку, УЗО, подключенное к сети, должно сработать и отключить нагрузку. Эта цепь полноценно имитирует условия, возникающие при настоящих токах утечки.

Самопроизвольное срабатывание

Иногда оператор, под которым можно понимать любого человека, обслуживающего электроустановку, например, домохозяйку, работающую со стиральной машиной, не может понять, почему срабатывает узо. Если это происходит редко, то обычно устройство просто включают и работают дальше. Однако, иногда дело доходит до того, что узо не включается вообще. Стоит рассмотреть оба случая по отдельности.

Прежде всего, исключим механические поломки. В случаях сомнений можно просто заменить устройство на аналогичное. Если после этого дефект пропадает, или прежнее имело явные признаки неполадок: шатается рычаг выключателя, что-то гремит внутри при потряхивании прибора, имеются трещины, признаки ударов, падения и т. д. то все становится ясно. Но если проблемы остаются, то тогда возвращаемся к двум первоначальным ситуациям.

Редкие или более-менее регулярные отключения могут быть обусловлены плохим качеством энергии. Это означает, что ток в цепи отличается от синусоидального или имеет постоянную составляющую. В этом случае сердечник дифференциального трансформатора может иметь колебания магнитного потока и наводить заметные импульсы в сигнальной обмотке. Особенно заметно влияют нечетные гармоники тока.

К нелинейным искажениям тока приводят импульсные источники питания, получившие огромное распространение. Далеко не все они имеют хорошие фильтры и корректоры мощности либо могут их вообще не иметь. Особенно заметный вклад в нестабильность УЗО вносят мощные импульсные источники питания, такие как сварочные инверторы или частотные преобразователи для электродвигателей, тиристорные преобразователи, электронные балласты люминесцентного освещения и т. п.

В бытовых условиях перечисленные выше причины срабатывания УЗО встречаются редко, так как в электросети отсутствуют сильные источники помех. В бытовых условиях устройства защитного отключения наиболее часто срабатывают при включении стиральной машины. А также часто стиральная машина выбивает устройство спустя некоторое время после начала работы. Это происходит без всяких видимых пропаданий света, и при любой нагрузке на машину. В этом случае, с очень большой долей вероятности, почти наверняка можно предположить неисправность изоляции в стиральной машине: двигатель, провода, тэн (трубчаты электрический нагреватель) водонагревателя. Наличие влаги (подтеканий), и особенно растворов моющих средств – прекрасного электропроводника! – как ничто другое способствует появлению токов утечки.

УЗО может отключаться также по причине сырости при установке вне помещений или в помещениях с влажным воздухом. Если заедает кнопка «Тест» устройство тоже отключится и это может вводить в заблуждение людей, незнакомых с тем как оно работает. В некоторых случаях емкостная утечка на землю оказывается достаточной, для того чтобы включился электромагнит в УЗО, хотя электроустановка показывает хорошее сопротивление изоляции.

Характеристики и типы УЗО

Главной защитной функцией устройства является обнаружение токов утечки. Чтобы включались устройства, предназначенные для защиты людей, ток утечки не должен превышать 30 мА. Ток в 100 мА является смертельным для человека, но 30 мА это тоже очень болезненный случай. Поэтому довольно часто УЗО имеют уставку от 5 мА. Однако, такой ток утечки увеличивает вероятность ложных срабатываний, особенно при большой нагрузке в защищаемой цепи.

Чтобы сработала цепь, отключающая УЗО, вовсе не обязательна неисправность изоляции или прикосновение к токоведущим частям. Любая нагрузка имеет т. н. фоновый ток утечки. Компьютерная техника имеет типовой ток утечки порядка 0.5–2 мА. Мощные бытовые приборы могут иметь ток утечки около 5–10 мА. Все эти токи суммируются в нагрузке и могут приводить к ложному срабатыванию.

УЗО отличаются также по номинальному току. Этот параметр достаточно очевиден и не связан с током срабатывания непосредственно. Нужно только помнить, что чем больше ток нагрузки, тем больше может быть и ток утечки.

По типам УЗО различаются следующим образом:

• AC – только для синусоидального тока.
• A – для синусоидального с наложенной выпрямленной составляющей.
• B – до 1000 Гц, синус, постоянных и пульсирующих токов.
• F – для использования с частотными преобразователями.

УЗО общего применения так и маркируются «G» (general) а селективные «S» используют для защиты каскадных цепей, с повышенной утечкой и задержкой по времени. Есть также деление УЗО на противопожарные и для защиты людей. Противопожарные устройства имеют значительный ток срабатывания: от 100 мА и выше. Таким образом, они НЕ ПОДХОДЯТ для защиты персонала, работающего с электроустановками.

В общем, выбор УЗО является достаточно сложной и ответственной задачей, по причине большого разнообразия функционального назначения этих устройств. Для правильного выбора необходимо предоставить доступ грамотного, квалифицированного специалиста к защищаемой сети. Только после ее изучения он в состоянии будет дать ответственные рекомендации по выбору и обслуживанию УЗО.