УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ (УЗО)

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ (УЗО) — это коммутационный аппарат, предназначенный для защиты электрической цепи от токов утечки, то есть токов протекающих по нежелательным, в нормальных условиях эксплуатации, проводящим путям, что в свою очередь обеспечивает защиту от пожаров (см. ПОЖАР) (возгорания электропроводки) и от поражения человека электрическим током.

Классификация устройств

Необходимые для защиты электросети от короткого замыкания, токовых перегрузок и поражения пользователя электрическим током, данные агрегаты классифицируются по следующим параметрам:

1. По временной выдержке бывают S и G типа. Первые имеют выдержку на их активацию от 0,15 до 0,5 секунд, поэтому приобретать УЗО данной модификации имеет смысл при использовании нескольких устройств в сети одновременно. Вторые характеризуются временной выдержкой в 0,06–0,08 секунд.

2. По роду тока могут быть типа AC, A и B. Срабатывают при появлении постоянного, переменного или выпрямленного тока утечки и его дальнейшем нарастании.

3. По принципу функционирования бывают электронные и электромеханические. Электронные напрямую зависимы от напряжения в сети и требуют обеспечения электропитанием извне, что делает их менее надежными, нежели вторые, которые не имеют таковой зависимости. Для электромеханических устройств источником активации УЗО остается непосредственно сам ток утечки.

4. По количеству полюсов разделяют двух- и четырехполюсные устройства. Агрегаты с двумя полюсами применяются в однофазной сети мощностью 220 В с целью предотвращения возгорания из-за перегрузки сети и защиты пользователей от поражения током. Четырехполюсные агрегаты устанавливаются в трехфазной сети мощностью 380 В.

В случае прикосновения человека к токоведущей части через его тело потечет ток, величина которого представляет собой частное от деления величины фазного напряжения (220 В) на сумму сопротивлений проводов, заземления и собственно человеческого тела: 1чел = Uф/(Rпр + Rз + Rчел). При этом сопротивлениями заземления и проводки по сравнению с сопротивлением человеческого тела можно пренебречь, последнее же принять равным 1000 Ом. Следовательно, величина тока, о котором идет речь, составит 0,22 А, или 220 мА.

Из нормативно-справочной литературы по охране труда и технике безопасности известно, что минимальный ток, протекание которого уже ощущается человеческим организмом, составляет 5 мА. Следующей нормируемой величиной является так называемый ток «неотпускания», равный 10 мА. При протекании через человеческое тело тока такой силы происходит самопроизвольное сокращение мышц. Электроток силой 30 мА уже может вызвать паралич дыхания. Необратимые процессы, связанные с кровотечениями и сердечной аритмией, начинаются в организме человека после протекания через его тело тока силой 50 мА. Летальный же исход возможен при воздействии тока силой 100 мА. Очевидно, что защищаться следует уже от тока, равного 10 мА.

Итак, своевременное реагирование автоматики на ток менее 500 мА защищает объект от возгорания, а на ток менее 10 мА — защищает человека от последствий случайного прикосновения к токоведущим частям.

Возникающий в сердечнике поток наводит электродвижущую силу в обмотке управления. К обмотке управления через прецизионное устройство фильтрования всевозможных помех подключено реле. Под воздействием возникающей в обмотке управления электродвижущей  силы реле разрывает цепи фазы и нуля.

С целью обеспечения максимального уровня безопасности необходим монтаж УЗО для каждого устройства с металлическим корпусом, отличающегося высоким уровнем мощности. При этом перед отдельными устройствами защитного отключения нужно устанавливать общий автомат. Это станет гарантией отключения питания в сети при коротком замыкании. Благодаря этому исключается вероятность повреждения техники и возникновения возгорания.

Расшифровка маркировки

Маркировка наносится на корпус УЗО, что делает выбор нужной модели более удобным и легким. В первую очередь указывается производитель, но там есть и другая важная информация:

· «УЗО» или «ВД» означает, что это устройство защитного отключения;

· 16 А — максимальный ток, на который рассчитаны контакты изделия и другие внутренние элементы;

· In 30 mA — ток утечки, при котором сработает УЗО;

· 230 В и 50 Гц — напряжение и частота, при которых работает агрегат;

· S — УЗО селективное; знак «~» — это означает, что устройство срабатывает на утечки переменного тока.

Рис. 1. Устройства защитного отключения

Кроме того, имеются надписи около каждого контакта для правильного подключения УЗО:

· N (сверху) — на этот контакт заводится приходящий нулевой проводник;

· 1 (сверху) — сюда подсоединяется приходящий фазный проводник;

· 2 (снизу) — в это место подсоединяется фазный проводник, отходящий на нагрузку;

· N (снизу) или отсутствие буквы — подключается нулевой проводник, отходящий на нагрузку.

Виды и типы

В настоящий момент на Российском рынке присутствуют 2 принципиально различающиеся категории УЗО.

1. Электромеханические (независящие от сети).

2. Электронные (зависящие от сети).

Электромеханические УЗО

Родоначальники УЗО — электромеханические. В основе — принцип точной механики, т. е. заглянув внутрь такого УЗО, вы не увидите элементов сравнения (компараторов) операционных усилителей, логики и тому подобного.

Состоит из нескольких основных компонентов:

1. Так называемый трансформатор тока нулевой последовательности, его цель — отследить ток утечки и передать его с неким Ктр на вторичную обмотку (I 2), Iут = I 2*Ктр (весьма идеализированная формула, однако отражающая суть процесса).

2. Чувствительный магнитоэлектрический элемент (запираемый, т. е. при срабатывании без внешнего вмешательства не может вернуться в исходное состояние — защелка) играет роль порогового элемента.

3. Реле — обеспечивает расцепление, в случае если сработала защелка.

Рис. 2. Схема действия электронного УЗО

Данный тип УЗО требует высокоточной механики для чувствительного магнитоэлектрического элемента.

Электронные УЗО

Недостаток таких УЗО, как уже писалось выше, не 100 % гарантия при исправном УЗО получить его срабатывание вследствие появления тока утечки. Достоинство — дешевизна и доступность.

В принципе электронное УЗО строится по той же схеме, что и электромеханическое (рис. 2). Разница заключается в том, что место чувствительного магнитоэлектрического элемента занимает элемент сравнения (компаратор, стабилитрон). Для работоспособности такой схемы понадобится выпрямитель, небольшой фильтр. Т. к. трансформатор тока нулевой последовательности — понижающий (в десятки раз), то также необходима цепочка усиления сигнала, которая кроме полезного сигнала также будет усиливать помеху (или сигнал небаланса присутствующий при нулевом токе утечки).

Как электромеханические, так и электронные УЗО, безусловно, имеют право на существование, т. к. имеют свои выразительные достоинства и недостатки.

Литература

1. Энциклопедия «Пожарная безопасность», ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2019.

2. «Портал про пожарную безопасность», статья: «Общие сведения о горении: классификация пожаров и опасных факторов пожара».