Принцип действия УЗО

Принцип действия УЗО основан на сравнении токов, которые протекают через устройство, т.е. если своими словами – какая величина тока прошла через УЗО
к потребителям, такая же величина тока должна и выйти обратно из УЗО через нулевой проводник. На картинке I1 – ток в УЗО к электроприемнику, I2 – ток в УЗО от электроприемника. I1 = I2 – это условие выполняется при качественно выполненной электропроводки или нет какого-либо вмешательства в работу электропроводки.

Предположим человек, коснулся какого-то проводника (фаза или ноль), в этом случае человек «забирает» на себя часть тока I∆n, и равенства между I1 и I2 уже не будет, т.к. I1 > I2 – I∆n. УЗО это почувствует и отключится, тем самым оно спасет человека от вероятной смерти из-за поражения током. ВДТ обязан срабатывать за 25-40 мсек, чтобы ток, который будет протекать через организм, не увеличился до смертельно-опасного.

УЗО по количеству фаз

Бывают однофазные и трехфазные. Здесь думаю всё понятно, если однофазная сеть, то УЗО однофазное – занимает 2 модуля (фаза и ноль). Если трехфазная сеть, то УЗО трехфазное – занимает 4 модуля (три фазы и ноль).

Отмечу, что в частных домах, где в последнее время подключают по три фазы мощностью 15 кВт, неправильно для защиты человека от поражения электрическим током или пожарной безопасности, устанавливать общее трехфазное УЗО, т.к. при утечке тока на одной из фаз, трехфазное УЗО отключит все три фазы. Трехфазное УЗО устанавливается на отдельных трехфазных потребителей, варочные панели (электроплиты), котлы в частных домах.

Выбор ВДТ по номинальному току

Такие известные производители, как ABB и Шнайдер Электрик, выпускают модульные УЗО, которые устанавливаются на дин-рейку, с номинальными токами на 16, 25, 40, 63 А. Номинальный ток УЗО показывает величину тока, которую УЗО может пропускать сколько угодно долго. Вот исходя из этой линейки номинальных токов, и следует выбирать УЗО для электрощита в квартиру или частный дом.

Важно знать, что УЗО не имеет защиты от сверхтоков (токи короткого замыкания, перегруз) и поэтому его следует всегда защищать автоматическим выключателем, номинальный ток которого меньше или равен номинальному току УЗО – это по правилам. Но я подбираю УЗО по-другому, строго на ступень выше автомата.

Объясню почему, автомат, как известно пропускает ток до 1,13 от I ном. бесконечно долго, а в интервале от 1,13-1,45 I ном. в тчение 1 часа. Предположим выбрали мы автомат на 25А и УЗО тоже на 25А. В итоге, в течение целого часа УЗО, которое рассчитано на 25А будет пропускать ток величиной 25*1,45=36А, что будет с УЗО в этом случае я не знаю, но думается, что УЗО на 25А с высокой вероятностью сгорит.

Номинальный ток УЗО указан на его лицевой части.

Встречаются УЗО на номинальные токи и 32А, и 50А, но это китайские УЗО, серьезные бренды, такие как ABB, Шнайдер Электрик или Легранд, УЗО такого номинала не выпускают.

Классификация защитных устройств

Несмотря на простоту внутреннего устройства, выбор моделей УЗО на рынке довольно велик. Каждый прибор имеет определенный набор технических параметров, которые невозможно настроить в процессе эксплуатации.

Производитель и размеры УЗО не влияют на возможность совместного использования в рамках одной схемы. Их можно монтировать в любой комбинации

Для облегчения выбора УЗО следует рассмотреть варианты классификации этих устройств.

1. По скорости срабатывания механизма УЗО разделяются на обычные и селективные модели. Первые отключают силовые контакты практически мгновенно, а вторые – с задержкой. Селективные УЗО применяют в многоуровневых системах, где важна последовательность срабатывания.
2. По виду реле УЗО разделяют на электромеханические, разрывающие контакт механическим способом, и электронные, предотвращающие подачу тока с помощью полупроводниковой схемы.
3. По виду тока. УЗО типа AC отключается от утечки переменного тока, типа A – от переменного и постоянного.
4. По дополнительным функциям: без защиты от перегрузок сети и с таковой. УЗО с механизмом срабатывания от короткого замыкания или высокого тока обычно называют дифавтоматами.
5. По конструкционному исполнению. Существуют УЗО, прикрепляемые на DIN-рейку, на стену, а также приборы в виде розетки, переносного устройства, адаптера.
6. По рабочему напряжению: для 220В, 380В, комбинированные.
7. По энергозависимости. Есть модели УЗО, способные и неспособные отключать силовую нагрузку при отсутствии рабочего напряжения.
8. По количеству подключенных полюсов: двухполюсные и четырехполюсные.

Для правильного выбора УЗО мало знать его технические характеристики. Чтобы устройство эффективно выполняло свою защитную функцию, нужно учитывать при его покупке длину домашней электропроводки, мощность подключаемых приборов и некоторые другие параметры.

Правила выбора защитных аппаратов

Перед покупкой УЗО можно посетить форумы электриков для поиска совета о надежности того или иного производителя.

Однако подбирать максимальный и пороговый ток, количество полюсов, схему крепления и другие технические параметры необходимо строго индивидуально, исходя из особенностей помещения и электрической разводки.

Выбор прибора по мощности

Устройство защитного отключения не контролирует энергопотребление подключенных приборов, но имеет ограничения по максимально пропускаемому току.

Поэтому важно знать, как выбрать УЗО по мощности, чтобы при монтаже схемы разводки правильно учесть энергопотребление каждой группы помещений. Ведь при превышении номинальным током порогового для прибора значения он может перегореть.

В квартирах и частных домах обычно используют одноуровневую или двухуровневую систему УЗО. Каждая из них имеет свои особенности.

Одноуровневая схеме с единственным УЗО — расчет номинального тока производится исходя из суммарной мощности одновременно подключенных к сети приборов.

Схема с единственным УЗО предохранит помещение от пожара, а человека – от большинства потенциальных электротравм. Её минусом является необходимость покупки прибора с высоким порогом дифференциального тока

Например, при энергопотреблении стиральной машинки 2,4 кВт, освещения 1,1 кВт и других приборов 2,8 кВт, УЗО должно пропускать (2400+1100+2800)/220=28 А.

В этом случае, при номинальном токе устройства защитного отключения 30 А, оно не перегорит даже при одновременной работе всей бытовой техники и освещения.

При установке единственного УЗО может возникнуть проблема с поиском места пробоя. В какой бы комнате ни произошла утечка тока, выбивать электроэнергию будет во всей квартире. Поэтому лучше не экономить и смонтировать разветвленную систему защиты.

Одноуровневая схема распространена в частных домах, где УЗО устанавливаются отдельно в каждой хозяйственной постройке: гараже, теплице, мастерской

Разветвленная одноуровневая схема установки УЗО. В такой ситуации провода от счетчика с помощью специальной шины разветвляются на несколько групп, каждая из которых контролируется отдельным защитным аппаратом.

Расчет номинального тока для каждого УЗО при разветвленной одноуровневой системе осуществляется отдельно. При этом учитывается максимальная мощность потенциально подключаемых к устройству приборов.

Например, при подключении к УЗО исключительно стиральной машины с энергопотреблением 2,4 кВт, его номинальный ток должен будет составлять не менее 2400/220=10,9 А.

Двухуровневая схема обычно монтируется в рамках одного электрощита и не имеет других минусов, кроме повышенных затрат на покупку УЗО

Двухуровневая система УЗО считается оптимальной с точки зрения безопасности и ремонтопригодности.

Первый ее уровень устанавливается на входе в квартиру и обеспечивает противопожарную безопасность. Номинальный ток этого защитного устройства обязан быть не ниже максимальных возможностей прибора учета электроэнергии.

Второй уровень энергозащиты ставится на отдельные группы потребителей. Это могут быть комнаты, этажи, пристройки, уличное освещение, единичные розетки.

Устройства второго уровня обычно стоят дешевле и имеют меньший номинальный ток. Сумма его значений у всех устанавливаемых приборов должна быть меньше, чем у базового УЗО на входе в помещение.

Например, при защитных аппаратах второго уровня с номинальным током 10 А, 16 А и 16 А потребуется смонтировать на общем входе прибор с минимальной пропускной способностью 10+16+16=42 А.

Преимуществом двухуровневой системы является возможность отключения отдельных групп электроприборов при наличии утечки тока. Это позволяет отремонтировать технику или найти проблемы с изоляцией в стене без обесточивания всей квартиры.

Расчет необходимого дифференциального тока

Каждая модель УЗО срабатывает при определенном уровне дифференциального тока, возникающего между двумя жилами электрокабеля. Поэтому важно знать, как подобрать для дома УЗО с безопасными характеристиками.

Электрическая энергия в минимальных количествах способна просачиваться и сквозь нормальную изоляцию проводов, которая соответствует нормам по электробезопасности

При расчете порогового дифференциального тока УЗО учитывают сразу несколько параметров:

• длину провода до потребляющего электроэнергию прибора;
• естественную утечку тока в технике;
• мощности приборов.

Общая формула определения дифтока следующая:

IΔ=(0,4Iрасч(A)+0,01Lпровода(м))/1000

Для примера, возьмем вышеописанную схему электроприборов и их мощности. Пусть длина кабеля к каждой группе бытовых устройств будет равна 12 м.

Расчет параметров УЗО для вышеприведенной схемы будет следующим:

• IΔмаш=(0,4*2800/220)+0,01*12=5,21 мА;
• IΔосв=(0,4*1100/220)+0,01*12=2,12 мА;
• IΔроз=(0,4*2400/220)+0,01*12=4,48 мА.

Согласно рекомендациям, пороговый ток аппарата должен быть в три раза больше рассчитанного дифференциального. Что связано с повышенной электронагрузкой в первую секунду включения бытовой техники.

Если не соблюсти это правило, то возможны частые ложные срабатывания УЗО, что будет создавать проблемы для потребителей.

Пороговый дифференциальный ток всегда указывается на передней панели УЗО, потому что является ключевой характеристикой, влияющей на схему его монтажа

Поэтому для каждой рассматриваемой группы электроприборов минимальное значение порогового дифференциального тока будет следующим:

• 5,21 мА*3=15,63;
• 2,12 мА*3=6,36;
• 4,48 мА*3=13,45.

То есть для стиральной машины и группы розеток понадобится УЗО с дифтоком 30 мА, а для группы освещения будет достаточно устройства на 10 мА.

Такие характеристики приборов обеспечат нормальное функционирование техники и обезопасят людей от электроудара. Не рекомендуется для этих целей устанавливать УЗО с параметром выше 30 мА.

При двухуровневой схеме ток утечки основного защитного устройства, расположенного на входе в помещение, выбирается в пределах 100-300 мА.

Эти УЗО срабатывают при пробое старой или поврежденной изоляции внутри стен. Таким образом, обеспечивается защита помещения от пожара при скрытых дефектах электропроводки.

Время срабатывания УЗО

В двухуровневой системе появление значительной утечки тока может привести к срабатыванию защитного аппарата на обоих уровнях.

Чтобы исключить такую ситуацию, в качестве базового можно установить селективное защитное устройство. Его время срабатывания составляет 150-500 мс, что в разы больше, чем у стандартного УЗО (20-40 мс).

Время срабатывания УЗО зависит от уровня тока утечки: чем он выше и опаснее, тем быстрее отключаются силовые контакты (+)

При таком подборе аппаратов отключаться будет только электропитание на втором уровне, что не приведет к исчезновению электричества во всей квартире.

Что касается обычных УЗО, то чем меньше время их реакции, тем они безопаснее. Этот факт необходимо учитывать при их покупке.

Конструктивное исполнение (электронное или электромеханическое)

Несмотря на то, что принцип действия всех устройств дифзащиты одинаковый, конструкция аппаратов может отличаться друг от друга механизмом отключения:

1. Электромеханическое. В этих приборах расцепитель подключается непосредственно к вторичной обмотке трансформатора тока. Электромеханические УЗО являются более надёжными, но в них отсутствует возможность настройки тока утечки и задержки перед отключением.
2. Электронные. В таких устройствах сигнал от трансформатора тока подаётся на встроенный усилитель, поэтому электронные УЗО для работы требуют наличия напряжения на подходящих проводах. На наличие усилителя указывает треугольник в схеме аппарата, находящейся на передней части корпуса. При обрыве нейтрали питание отсутствует и, при прикосновении человека к фазному проводнику, аварийное отключение не происходит. Поэтому такие приборы являются менее надёжными и желательно их использовать только при наличии в схеме электропроводки реле напряжения РН.

Тип УЗО: A или AC

Кроме выбора УЗО по мощности необходимо определить вид тока утечки, от которого происходит срабатывание защиты. По этому параметру устройства защитного отключения разделяются на три группы:

• Тип AC. Отключаются только при появлении переменного тока утечки. Самые простые и дешёвые аппараты, предназначенные для большинства бытовых электроприборов. Обозначаются буквами «AC» на передней крышке корпуса и значком в виде отрезка синусоиды.
• Тип A. Срабатывание защиты этих приборов происходит не только при переменном, но и при пульсирующем (однополупериодном) токе утечки. Эти устройства используются не только в сети с обычными электроприборами, но и с аппаратами, внутри которых имеются электронная плата и выпрямитель. На передней панели таких УЗО имеются буква «A» и значок, состоящий из параллельно расположенных изображений переменного (синусоидального) и пульсирующего напряжения. Эти приборы дороже, но при этом обеспечивают более надёжную защиту, чем тип AC.
• Тип B. Предназначены для сетей постоянного тока и используются только в промышленности.

Согласно ПУЭ 7.1.78 в жилых зданиях допускается использование УЗО типов A и AC, однако по европейским стандартам применение УЗО типа AC запрещено, как не обеспечивающих достаточно надёжную защиту от поражения электрическим током.

Селективность УЗО (задержка в отключении)

При установке последовательно, на нескольких уровнях, устройств защиты необходимо соблюдать правила селективности. Это необходимо для того, чтобы в аварийной ситуации отключался защитный прибор, ближайший к месту повреждения.

Для обеспечения селективности УЗО разделяются на несколько категорий:

• Мгновенного срабатывания. Эти аппараты имеют уставку тока утечки не более 30мА и время срабатывания 25-40мс. Они используются для защиты от поражения электрическим током и устанавливаются непосредственно на линиях, к которым подключены электроприборы.
• С выдержкой времени 0,2-0,5 с. Такие УЗО маркируются буквой «S» и называются «селективные». Они подключаются после вводного автомата и после них должно быть устройство мгновенного срабатывания. Для этого, согласно ПУЭ п.7.1.73 и СП31-110-2003 п.А.4.2 вышестоящий прибор должен иметь выдержку времени и уставку не менее чем в три раза выше, чем нижестоящий. Кроме того, селективные дифреле выполняют дополнительную функцию — защита кабеля от возгорания из-за утечки сразу в нескольких линиях. Поэтому другое название этих приборов противопожарное УЗО.
• Тип «G». Так же селективное УЗО, но с меньшей задержкой — 6-8 мс. Применяется редко и в продаже практически не встречается.

Сколько нужно УЗО: одно, два, три?

При проектировании электропроводки необходимо определить количество приборов дифференциальной защиты. В данном случае возможны различные варианты, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки:

• Одно защитное устройство. В данном случае УЗО устанавливается сразу после вводного автомата, перед автоматическими выключателями отдельных линий. Установка только одного прибора позволяет сэкономить деньги и место в щитке, но затрудняет поиск неисправности при появлении тока утечки.
• Установка нескольких УЗО, по одному на каждую линию. Это позволяет выбрать уставку прибора в зависимости от назначения УЗО. Для ванной необходима уставка 10 мА, все остальные аппараты монтируются с уставкой 30 мА. При большом количестве дифреле допускается к каждому защитному прибору подключать несколько линий с отдельными автоматическими выключателями.
• Монтаж противопожарного УЗО с уставкой 100 мА после вводного автомата и нескольких УЗО с током утечки 30 мА для отдельных линий или групп электроприборов. Такая схема обеспечивает максимальную безопасность людей и здания.

Согласно ПУЭ п.7.1.83 допустимым током утечки для электроприборов является 0.4 мА на 1 А потребляемого тока и он не должен превышать 1/3 уставки УЗО.

Следовательно, для одного устройства дифзащиты (УЗО или дифавтомата) с уставкой 30 мА максимальный ток электроприборов может быть не более 25 А или 16,5 кВт для однофазной сети. При бОльшей общей мощности потребители следует разделить на группы с установкой отдельного УЗО для каждой линии.

Проверка исправности (кнопка ТЕСТ)

Для повышения надёжности защиты необходимо каждый месяц проверять исправность УЗО. Самый простой способ для этого — нажать кнопку ТЕСТ, находящуюся на передней стороне корпуса. Как правило, она красного или оранжевого цвета с изображением буквы «Т».

При её нажатии к схеме аппарата подключается резистор, имитирующий появление тока утечки. Если в результате нажатия произошло срабатывание защиты, значит прибор исправен. В противном случае его необходимо заменить. Такая проверка может производиться любым жильцом квартиры или дома.

Схема установки

Подсоединение УЗО в монофазной и трехфазной электросети, где применяются фазный L-проводник и N-проводник, зачастую использует вариант включения защиты без заземляющей системы. Подобный порядок существует, как правило, в старом жилом фонде.

Схема УЗО в сети 220 с заземлением

Модификации включения устройства в однофазную сеть:

• Общая защита 220 В сети в доме без контура заземления. Устройство монтируется в электрощите. Оно располагается между вводными автоматами и прочими однополосными АВ. Устройство гарантирует охрану абсолютно всех отходящих электролиний, в случае возникновения тока утечки. Подобный вариант подсоединения защиты без заземления содержит единственный недостаток — так как защитный прибор общий в случае возникновения аварии невозможно будет правильно установить, на какой электролинии возникла авария.
• Общее УЗО для 220В, электросчетчик и система заземления.

Необходимо обратить внимание на тот факт, что в новейших защитных системах, чтобы верно подсоединить защиту, не требуется монтаж питающих линий только сверху либо снизу прибора. Они допускают оба варианта, поэтому, чтобы не допустить ошибок, предварительно необходимо будет внимательно изучить техническую документацию при подключении УЗО.

Основные параметры

После торговой марки на корпусе обозначаются основные номиналы и рабочие характеристики УЗО.

1. Наименование и серия модели. Обратите внимание, что здесь вы не всегда увидите буквы УЗО, некоторые фирмы-производители обозначают данное устройство как ВДТ (выключатель дифференциального тока).
2. Величина номинального напряжения и частоты. В российской энергосистеме рабочая частота – 50 Гц. Что касается напряжения, то для однофазной сети в квартире это 220-230 В. Для частного дома иногда необходима трёхфазная сеть и рабочим напряжением будет 380 В.

Характеристики УЗО на видео:

1. Номинальный рабочий ток, это максимальная величина, которую способно коммутировать УЗО.
2. Номинальный дифференциальный ток отключения. Это величина, при которой устройство срабатывает.
3. Также здесь указываются температурные пределы работы УЗО (минимум – 25 градусов, максимум + 40).
4. Ещё одна токовая величина – номинальный условный ток КЗ. Это максимальный ток короткого замыкания, который выдержит устройство и не отключится, но при условии, что в цепи последовательно с ним будет установлен подходящий автомат.
5. Номинальное время срабатывания. Это временной промежуток от того момента, когда внезапно возникла токовая утечка и до того, как она должна погаситься всеми полюсами УЗО. Предельная допустимая величина – 0,03 с.
6. Обязательно на корпусе должна быть нарисована схема УЗО.

Форма токовой утечки

По этому параметру все устройства защитного отключения классифицируются на три типа:

1. «А». Такое устройство срабатывает на отключение при мгновенно возникающих либо плавно нарастающих токовых утечках, имеющих синусоидальную переменную или пульсирующую постоянную форму. Это самый распространённый тип УЗО. За счёт того, что оно контролирует и переменный, и постоянный ток, отличается более высокой стоимостью.
2. «АС». Также распространённое и более доступное по цене устройство. Работает только на возникновение переменной синусоидальной токовой утечки.
3. «В». Это устройство в основном применяют для защиты промышленных помещений. Помимо переменной синусоидальной УЗО реагирует на выпрямленную и пульсирующую форму постоянной токовой утечки.

Возникает вполне логичный вопрос, в бытовых сетях протекает переменный ток синусоидальной формы, может достаточно везде устанавливать устройства типа «АС»? Но если внимательнее изучить характеристики современной бытовой техники, то большинство из них имеют блоки питания с электронными полупроводниковыми компонентами, доходя до которых синусоида преобразовывается в импульсные полупериоды. И если утечка будет не синусоидального характера, то УЗО типа «АС» её не зафиксирует и не отключится.

Именно поэтому в паспортах на многие бытовые приборы производитель указывает, через какое УЗО необходимо выполнять подключение.

Советы по выбору УЗО на видео:

Номинальный и дифференциальный ток

В характеристиках этого устройства всегда будут указаны обозначения приблизительно такого типа: 25/10 мА, 40/30 мА, и т. п. Это — параметры номинального и дифференциального тока, при которых работает аппарат. Номинальный ток выражается в амперах (А), это — суммарная величина всех токов, которые могут проходить сквозь устройство в штатном режиме работы, неограниченно долго.

Приведем пример. Группа потребителей — розетки и освещение одной жилой комнаты— запитана от отдельного автомата на 16 А. Автомат по нормативу может выдерживать нагрузку в 1,13 от номинала неограниченно долго, а в 1,45 номинала — до 1 часа.

На защитные устройства этот норматив не распространяется, поэтому если в розетки будет включено несколько мощных потребителей, чей суммарный ток составит, допустим, 17 А в течение нескольких часов, то автомат не выключится, но УЗО может выйти из строя.

Дифференциальный ток, выражающийся в миллиамперах (тысячных долях ампера) — это и есть тот ток утечки, при котором ВДТ должен срабатывать. Для защиты человека от поражения электротоком используются приборы с границей по дифференциальному току в 10-30 мА. В качестве противопожарной защиты — УЗО с границей в 100 мА.

Какой бренд предпочесть

Рынок электротехники перенасыщен продукцией от разных производителей, поэтому, чтобы не ошибиться, рекомендуется выбрать УЗО от известной компании. В их число можно включить ABB, AEG, Siemens, Legrand, Schneider electric.

Это фирмы с мировым именем, производящие действительно надежную электротехнику. Если же у вас ограничен бюджет, то стоит обратить внимание на отечественные бренды, можно выбрать ДЭК или Аустро-УЗО.