Назначение, устройство и принцип работы УЗО

Автоматические выключатели, работающие на принципе измерения разницы тока в проводниках, изобретены в 1928 году. Они имеют условное обозначение УДТ (устройство дифференциального тока), хотя более известны под аббревиатурой УЗО – устройство защитного отключения. В нашей стране они используются с 1964 года, но более-менее широкое распространение получили только в последнее десятилетие. Поэтому их применение не только непрофессиональными, но даже многими профессиональными электриками до сих пор не считается обязательным. Давайте же разберемся в том, что такое УЗО в электрике и насколько оправдано включение этого устройства в схему электрооборудования.

Зачем УЗО, если есть «автомат»?

Защитный выключатель одинаково успешно применяется при подключении потребителей как промышленной трехфазной, так и бытовой однофазной электрической сети. Подавляющее большинство электриков устанавливают их и на этом успокаиваются, поскольку все требования безопасности вроде бы соблюдены.

Обычные автоматы срабатывают в следующих случаях:

• короткое замыкание проводников, сопровождающееся возникновением сверхтоков;
• длительный нагрев клеммы при неплотном контакте или уменьшении сопротивления изоляции жил электрического кабеля и возникновении тока утечки.

Ток утечки может быть незначительным. Настолько, что большинство потребителей электричества (электродвигатели, лампы накаливания, нагреватели) его просто не заметят. Но он всегда смертельно опасен для человека. Устройство с электромагнитным и тепловым расцепителем защитить его не сможет. Слишком долгая реакция. Вот для чего нужно УЗО, измеряющее ток утечки.

Измерение дисбаланса токов

В нормальных условиях по проводникам электрической линии течет ток одинаковой силы. Ток утечки возникает в фазной жиле в том случае, если у нее возникает контакт с другим, независимым проводником. Например, с телом человека или влажной землей. Это приводит к нарушению баланса тока, на измерении которого и основан принцип действия УЗО.

Чувствительным элементом является дифференциальный трансформатор. Через его сердечник – кольцо из ферромагнитного сплава – пропущены проводники, играющие роль первичной обмотки. Токи в них хоть и равны, но противоположны по направлению, поэтому они компенсируют друг друга. Стоит одному уменьшиться, как по первичной обмотке начинает течь ток. По закону электромагнитной индукции он провоцирует возникновение тока во вторичной обмотке, соединенной с исполнительным элементом – соленоидом реле, размыкающим контакты.

Время срабатывания УЗО несколько миллисекунд, поэтому при случайном прикосновении к токоведущим частям человек не получает электротравмы. Но это произойдет только в том случае, если контакт произошел с одним из проводников. Если взяться и за ноль, и за фазу, то дифференциации силы тока не произойдет, устройство не сработает. Поэтому его нельзя считать абсолютной гарантией защиты от, например, детской шалости.

Устройство и вариации исполнения

Внешне УДТ отличается от электромагнитного автомата лишь наличием на корпусе кнопки «Test», с помощью которой проверяется его работоспособность. В ее цепь, соединяющую ноль и фазу, включено балластное сопротивление, чтобы не вызвать КЗ (короткое замыкание).

Защитные автоматы, работающие на принципе измерения дифференциального тока, бывают разных типов:

• срабатывающие при переменном токе утечки (тип АС), при переменном и пульсирующем (А), переменном, пульсирующем и постоянном (В). Первые – бытовые, вторые включаются в цепь инверторных блоков питания. Третьи – промышленные;
• различающиеся количеством полюсов, которое должно быть равно числу проводников в кабеле;
• имеющие в конструкции только дифференциальный трансформатор (УЗО) или объединенные с магнитным и тепловым расцепителем (дифавтомат);
• электронные, имеющие в цепи вторичной обмотки усилитель, и электромеханические, соединенные с соленоидом исполнительного реле напрямую.

Основные характеристики

Главной характеристикой является величина тока утечки, вызывающего срабатывание. Измеряется в миллиамперах. Для бытовых приборов, защищающих человека от поражения током, значение не может быть более 30 мА. Далее, вверх по цепи, к распределительному устройству, допустимая величина тока утечки увеличивается. Первым в цепи, после электросчетчика, ставится УЗО противопожарное, на 300 мА, оно не допускает нагрева проводников до такого состояния, когда начинает плавиться изоляция.

Маркировка УЗО, в конструкции которого есть дополнительный магнитный и тепловой расцепитель, также содержит целочисленное значение в амперах. Например, С16, что соответствует номинальному сетевому току в 16 А – обычной нагрузке при работе стиральных машин или бытовых водонагревателей.

Трехфазные УЗО

По принципу действия они аналогичны однофазным, однако их первичная обмотка составлена из четырех проводников – трех фаз и одной нейтрали. Они используются только в промышленных электросетях с напряжением в 380 вольт. Подключение к бытовым приборам вызывает срабатывание даже без фактического тока утечки. Четырехполюсные устройства применяются не только для защиты человека, но и электродвигателей. Обрыв любого фазного провода вызывает их отключение.

Электронные или электромеханические?

В цепь исполнительного реле электронных дифференциальных устройств включен усилитель, питающийся от сети. Поэтому такое УЗО без заземления работать не будет. Казалось бы, что нет смысла создавать более сложное устройство, которое не способно защитить в любых условиях, ведь отгорание нулевого провода в подъездных щитках происходит довольно часто. Но сермяжная правда в том, что усилитель позволяет создать устройство, реагирующие на крайне малые токи утечки. Оно необходимо в особо деликатных случаях. Например, в системах электрического теплого пола, по которому ходят босиком, из-за чего удар током может быть фатален при самых незначительных нарушениях изоляции.

Для того чтобы цепь УЗО без земли выполняла свои обязанности, в нее включают устройства обоих типов: у распределительного щита или клеммной коробки – электромеханическое, а непосредственно перед потребителем – электронное.

Обозначение УЗО на однолинейной схеме имеет характерный признак: овал, обхватывающий два проводника. Если он соединен линией (черточкой) с квадратом, обозначающим соленоид реле, напрямую, то устройство электромеханическое. Наличие между этими значками еще и треугольника сигнализирует о том, что устройство электронное.

Часто задается вопрос: «Как отличить электромеханическое УЗО от электронного, если схема нечитаемая?» В этом поможет сильный магнит или батарейка 9 вольт. Приложите магнит к корпусу устройства. Если оно сработало, то перед вами электромеханический вариант. То же самое произойдет, если подключить к нулевым клеммам полюса батарейки.

Правила включения защитных автоматов

Последняя редакция «Правил эксплуатации электроустановок» требует включения в схему приборов УЗО для защиты человека. И они должны стоять после автоматических выключателей, которые защищают их от сверхтоков. Такое схемное решение имеет и другой смысл: ток утечки может гаситься на клемме автомата, поэтому отключения при его возникновении не произойдет. Это приведет к поражению человека током.

Использование комбинированных устройств, в которых есть и дифференциальный трансформатор, и электромагнитный расцепитель, упрощает схемное решение. Но и в этом случае их бездумное применение во всех узловых точках ни к чему хорошему не приводит, поскольку трансформатор – это дополнительная нагрузка на сеть.

УДТ лучше ставить только там, где есть реальная угроза неожиданного поражения человека электрическим током. Например, в помещениях с высокой влажностью. Необходимо защищать ими розетки, к которым подключается ручной инструмент с рабочими органами, способными повредить кабель, а также электрифицированные приборы, с которыми человек контактирует непосредственно. Например, системы теплого электрического пола, по которому ходят босиком, или водонагреватели, жидкость в которых является проводником.

Заметьте, что чем ближе дифавтомат к потребителю, тем эффективнее он будет работать, поскольку каждый метр провода обладает удельным сопротивлением, способным погасить ток утечки.

Несмотря на то, что УЗО десятилетиями не использовались в электрических схемах жилых домов, и при этом массовых случаев поражения током не наблюдалось, применение этих защитных устройств все равно необходимо и оправдано.