Что такое УЗО: принцип действия устройства, причины его отключения

Что такое УЗО?

УЗО (устройство защитного отключения) — это коммутационный аппарат для защиты электрической цепи от токов утечки. В отличии от автоматического выключателя, защищающего проводку от короткого замыкания и значительных перегрузок, это устройство срабатывает только при возникновении токов утечки.  

Утечки в бытовой электросети могут быть связаны с касанием человека токопроводящих элементов (например, в электроприборе, розетке) и металлических корпусов приборов, попавших под действие напряжения из-за повреждения. Также они могут быть вызваны нарушением изоляции электропроводки, в том числе из-за нагрева вследствие неправильно рассчитанной нагрузки и некачественно выполненного монтажа. Относительно небольшие токи утечки могут привести к серьезным последствиям.  В первом случае это может вызвать удар человека электрическим током, во втором — возгорание проводки.
Устройство защитного отключения при возникновении утечки выше установленного для него предела, позволяет за доли секунды отключить опасный участок и предотвратить этим поражение человека электричеством или избежать пожара.
Для защиты от поражения электрическим током применяются устройства, срабатывающие при дифференциальных токах (токах утечки) выше значений 6, 10, 30 мА:

1. Для частного дома или квартиры выбирают УЗО со значением 30 мА (для групп розеток или освещения). 
2. ВДТ с дифференциальными токами 6 и 10 мА применяются для защиты отдельных потребителей (например, стиральная, посудомоечная машина и т.д.) и помещений с повышенной опасностью. 

Для защиты от пожара при возможных нарушениях изоляции в электропроводке применяются выключатели дифференциального тока со значениями 100, 300 и 500 мА.

Устройство и принцип работы УЗО

Давайте рассмотрим устройство и принцип действия УЗО. Основной рабочий элемент прибора — встроенный дифференциальный трансформатор, сравнивающий значение тока в проводнике по направлению к нагрузке со значением, возвращаемым в сеть. В нормальном состоянии эти значения равны и суммарный магнитный поток через магнитопровод трансформатора равен нулю. 
При касании токоведущих частей цепи человеком часть тока будет уходить через его тело на землю и ток, возвращаемый в сеть по нулевому проводнику, будет меньше поступающего по фазному проводнику. В результате этого суммарный магнитный поток, уже не равный нулю, индуцирует во вторичной обмотке трансформатора дифференциальный ток, приводящий к срабатыванию реле и отключению, таким образом, основной контактной группы УЗО. То же самое происходит при утечке на землю в результате плохой изоляции проводки. 
Кроме дифференциального трансформатора, УЗО содержит контрольное магнитоэлектрическое реле, соленоид управления основными контактами и элементы диагностики. 

Маркировка, основные характеристики УЗО

Чтобы не спутать УЗО с другими близкими устройствами (автоматическими выключателями и дифавтоматами), остановимся на их маркировке. К тому же, знание маркировки поможет правильно выбрать и подключить УЗО. 
Маркировка УЗО содержит схему подключения и основные параметры выбора: номинальный ток (А), дифференциальный ток (мА), рабочее напряжение (В), условный предельный ток короткого замыкания (А).

В таблице представлено более детальное описание основных характеристик УЗО и прочих обозначений, которые могут приводить производители в технической документации.

Разновидности

Классифицируют все устройства по нескольким параметрам:

• по форме токовой утечки;
• по способу действия;
• по временной выдержке;
• по конструктивному исполнению.

Рассмотрим вкратце, в чём особенности и зачем нужно то или иное УЗО.

По форме токовой утечки

Все устройства в зависимости от токовой утечки классифицируются на три типа:

• «АС». Наиболее распространённое и доступное по цене УЗО. Работает на отключение, если в цепях возникает переменная синусоидальная токовая утечка (плавно нарастающая либо мгновенная). Корпус такого УЗО имеет буквенное обозначение «АС» либо значок:

• «А». Отключается, если в цепях мгновенно возникают либо плавно нарастают токи утечки переменной синусоидальной или постоянной пульсирующей формы. Подобные УЗО используют повсеместно. Правда за счёт того, что они ведут контроль не только за переменным, но и за постоянным током, возникающим в блоке питания, цена их намного больше.

В паспортных документах на некоторую бытовую технику иногда даются конкретные рекомендации, что подключать её надо обязательно через УЗО типа «А».

На таких УЗО вы найдёте букву «А» либо значок, который выглядит следующим образом:

• «В». Это УЗО срабатывает при трёх разновидностях токовой утечки: пульсирующая постоянная, выпрямленная и синусоидальная переменная. Подобные устройства чаще всего применяют для объектов промышленности, приобретать их для гаража, дома либо дачного строения не стоит.

Обозначение таких устройств вы определите аналогичным образом – по буквенному символу «В» либо по значку, нарисованному на корпусе:

Время отключения для вышеперечисленных типов УЗО («АС», «А», «В») варьируется в пределах от 0,02 до 0,03 с.

По принципу действия

По принципу действия УЗО подразделяются на электронные и электромеханические.

Со вторыми всё намного проще, электромеханические устройства не имеют зависимости от питающей сети. Для их срабатывания достаточно, чтобы в повреждённой электрической ветви возникла токовая утечка.

Для электронных УЗО токовой утечки недостаточно, им ещё понадобится питающая сеть. Чтобы подобное устройство отключило повреждённый участок, должно быть питание от внешнего источника для электронного усилителя, встроенного в электрическую схему. За счёт этого УЗО электронного типа считаются не такими надёжными, как устройства электромеханические, соответственно получили не столь широкое распространение.

Чтобы вам было более понятно, рассмотрим эту теорию на примере. Предположим, что розеточная линия, от которой запитана микроволновая печка, защищена УЗО электронного типа. По стечению обстоятельств произошло одновременно две аварийные ситуации:

• в подъездном распределительном щитке повредилась нулевая жила;
• внутри микроволновой печки случилось повреждение электрической проводки, в результате которой фаза замкнула на корпус.

При этом корпус микроволновки оказался под опасным потенциалом. Если случайно прикоснуться к печи, УЗО электронного типа не отработает, потому что его встроенная схема осталась не запитанной из-за повреждения ноля в щитке. Вероятность подобного случая минимальна, однако он может случиться.

Из подобных ситуаций был придуман выход иностранными производителями электронных устройств. Они решили дополнять корпуса УЗО электромагнитными реле, которые отключат защищаемую цепь сразу же, как только пропадёт питание от внешнего источника.

Советуем вам всё-таки ставить УЗО электромеханического типа, хоть оно и превышает по цене электронное.

По временной выдержке

Согласно этой характеристике все устройства подразделяются на два типа: «S» и «G».

УЗО типа «S» обладает селективностью, то есть срабатывает через определённое время (от 0,15 до 0,5 с). Устройства такого типа, как правило, используют, когда в цепи их установлено несколько.

Рассмотрим, небольшой пример. Допустим, в домашнем распределительном щитке есть две розеточные группы. Каждую из них защищает УЗО, не имеющее временной выдержки (типа «А» или «АС»), а сам ввод оборудован защитным устройством типа «S».

Если на одной из розеточных групп произошла токовая утечка и УЗО, защищающее эти розетки, не отреагировало по какой-то причине (электрики называют подобную ситуацию пропуск защит), то через определённое время отключится устройство на вводе.

Обратите внимание! Не всегда селективность действия УЗО достигается выдержкой по времени, иногда этого добиваются за счёт уставок по дифференциальному току (этот способ сейчас более распространённый).

Устройство типа «G» обладает аналогичной селективностью, его отличие в меньших пределах выдержки времени (от 0,06 до 0,08 с).

Про основные характеристики УЗО на видео:

По конструктивному исполнению

Конструктивно УЗО различаются в зависимости от количества полюсов:

• в сетях однофазного напряжения применяют двухполюсные модели;
• в сетях трёхфазного напряжения монтируют УЗО с четырьмя полюсами.

По другим параметрам

Есть ещё несколько параметров, по которым классифицируются УЗО:

• По установке (стационарные и переносные).
• По монтажу (с помощью стационарной электропроводки либо с использованием гибких проводов с удлинителями).
• По оснащению защитами. Есть устройства совсем без защит, а есть со встроенными – от перегруза и тока КЗ.

• По возможности регулировки дифференциального тока (нерегулируемые, регулируемые плавно либо дискретно).

Мы предоставили вам информацию о том, что такое УЗО в электрике. Надеемся, из статьи понятно, что современная система автоматики и защиты без этого элемента обойтись не может. Если вам дорого имущество, а тем более человеческая жизнь, то не пренебрегайте установкой устройств защитного отключения.

Где и как устанавливаются УЗО

Защитные устройства типа УЗО устанавливаются в распределительном шкафу квартиры (можно использовать и уже имеющиеся шкафы). Существует несколько вариантов монтажа:

Одно УЗО на все жилище (должно быть с током утечки 30 мА). К плюсам такого решения следует отнести невысокую цену устройства, а также то, что УЗО не будет занимать много места. К недостаткам данного устройства относится то, что в этом случае трудно определить, на какой из существующих линий произошла утечка, а также то, что при срабатывании устройства вся квартира остается без света.

Одно УЗО (30 мА на розеточную линию) + УЗО (10 мА) на каждую линию (например, на линии, питающие стиральную машину, джакузи и «теплые» полы). По сравнению с предыдущим, это более современный и удобный вариант, поскольку при возникновении какой-либо проблемы с электропроводкой или электроприборами будет отключаться только соответствующая линия, а не вся квартира. Недостатки данной системы — более высокие затраты и необходимость иметь значительно больше свободного места. Более чем одно УЗО, как правило, удается установить лишь в индивидуальный внутриквартирный щиток, специально спроектированный для этих целей. В обычном щитке на лестничной площадке для этого, как правило, не хватает места.

При использовании данного варианта рядом с автоматическим выключателем, защищающим весь дом, устанавливается УЗО. В этом случае лучше применить не обычное, а так называемое селективное УЗО, время срабатывания которого составляет 0,3-0,5 с. Более длительное время срабатывания даст возможность среагировать на возникшую утечку и отключиться устройствам первой линии, защищающим отдельные электроприборы или линии дома (квартиры). Только в случае если они не сработают, оно отключит всю схему электроснабжения целиком.

Установка УЗО в квартире

Схема подключения УЗО и автоматов в квартире всегда разрабатывается индивидуально. Лучше, чтобы этим занимались опытные электрики. Но есть несколько общих нюансов, актуальных практически всегда.

• Устройство защитного отключения устанавливается максимально близко от ввода, но после счетчика и главного автомата.
• Номинальный ток вторичных УЗО рассчитывается на несколько ступеней выше, чем у «родного» автомата. Это касается новых домов с хорошей проводкой и оборудованием.
• Нельзя ставить общее устройства защитного отключения в квартиры с проводкой TN-C.
• На самые проблемные и опасные участки лучше ставить отдельные УЗО.
• Защитные проводники розеточных групп для опасных потребителей кратчайшим путем заводятся на входную нулевую клемму.
• Устройства можно подключать каскадом, если те их них, которые ближе к электроотводу, менее чувствительны, чем конечные.

Важно! При отсутствии должного опыта и знаний, как подключить УЗО в квартире, — поручите это специалистам-электрикам.

УЗО в частном доме

Многие частные застройщики не понимают, для чего нужно УЗО в доме, ведь такой объект можно без труда оборудовать качественным заземлением, которое обеспечит «утилизацию» опасного напряжения с корпуса любого электроприбора. Так для чего же нужно устройство защитного отключения в частном доме?

Подключение качественного заземляющего проводника, позволяет предохранить человека от тяжёлых электротравм при прикосновении к корпусу, на который произошла утечка, но в этом случае отключение тока не происходит, а между «землёй» и фазой, в самом устройстве, может образоваться электрическая дуга, которая часто является причиной возникновения пожара.

Чтобы обезопасить внутренние проводники от такого эффекта, необходимо все приборы, оснащённые заземляющим проводом отключать из розетки после использования из, либо нужно ставить УЗО в цепь электрического прибора. Далее пойдёт речь о том для чего устанавливать защитное устройство в ванной комнате.

УЗО для трёхфазной сети

Всё оборудование работающее от трёхфазной сети также нужно подключить к системе защитного отключения электроэнергии. Величина тока утечки в таких сетях бывает слишком высокой, поэтому данные изделия не защищают человека от удара электричества, но позволяют отключить потребителей электроэнергии при возникновении пробоя фазы на «массу» устройства.

Таким образом удаётся полностью исключить вероятность появления опасного электрического потенциала на корпусе прибора. Данная схема подключения может быть подключена только при наличии защитного заземления в проводке дома или квартиры.

Для чего устанавливать УЗО подробно описано выше, но где лучше всего разместить данное устройство?

УЗО в ванной комнате

В ванной комнате также следует установить прибор для защиты от поражения электрическим током. Даже если ванная комната находится в квартире или доме, не оснащённом заземлением, прибор всё равно отключит подачу электричества в момент утечки. Так для чего же нужно устанавливать защитное устройство в ванной?

Чтобы максимально повысить эффективность такого предохранительного механизма, следует выбрать модель, чувствительность которого составляет не более 30 мА. Если в ванной комнате не подключаются мощные приборы, то идеальным вариантом для помещения с повышенной влажностью, будет установка защитного изделия с током утечки 10 мА.

Такие устройства будут стоить значительно дороже, но их применение позволит максимально обезопасить людей от воздействия электричества. Для чего нужно УЗО для ванной комнаты несложно понять, но для чего устанавливать защиту на осветительные приборы?

УЗО для освещения

УЗО на освещение также нужно устанавливать по всем правилам. Для чего это нужно сделать, будет рассказано далее. Даже в том случае, когда фазный провод был пущен через выключатель, нужно устанавливать защитное изделие на всю цепь осветительного прибора, ведь экстренное отключение электричества может понадобиться, при нестандартной работе светильника.

Например, может оторваться тяжёлая люстра и вместе с включёнными лампочками упасть на людей. В этот момент гарантированно произойдёт отключение электричества при его утечке. Предохранит изделие от поражения электрическим током и в сырых помещениях с низким потолком.

Например, в сыром подвале обязательно нужно установить прибор, который отключит подачу электрического тока к осветительному элементу в момент,
когда человек дотронется до влажной изоляции проводника или патрона лампы.

Также нужно оборудовать защитным устройством все уличные светильники, ведь эксплуатация таких изделий происходит в очень неблагоприятных условиях жары, повышенной влажности или низких температур, в зимнее время.

Несмотря на повышенную защиту светильников для улицы от влаги, со временем от механического повреждения, либо по другим причинам, может значительно истончаться изоляционный слой, и металлическая поверхность осветительного прибора, будет находиться под опасным для жизни напряжением.

Для чего устанавливать защитный механизм для освещения понятно, но для чего УЗО для трёхфазной сети, если его функция может быть заменена мощными автоматические выключатели?

Основные ошибки при монтаже УЗО

Самой распространенной ошибкой при монтаже УЗО является подключение к УЗО нагрузки, в цепи которой имеется соединение нулевого рабочего проводника с открытыми проводящими частями электроустановки или соединение с нулевым защитным проводником. Также возможны следующие ошибки: подключение нагрузок к нулевому проводнику до УЗО, подключение нагрузок к нулевому рабочему проводнику другого УЗО, перемычка между нулевыми рабочими проводниками различных УЗО. Расчетом, монтажом и наладкой электросхем с использованием УЗО должны заниматься только квалифицированные специалисты. Только в этом случае вы получите гарантию того, что защита сработает вовремя.

Сколько штук УЗО нужно иметь?

Точное количество приборов Устройство защитного отключения (УЗО), которое Вам потребуется, сможет определить лишь специалист после проведения соответствующих расчетов. Например, в однокомнатной квартире скорее всего будет достаточно одного УЗО, рассчитанного на ток утечки в 30 мА.

В четырехкомнатной квартире, где установлено пятнадцать групп розеток, лучше использовать 5 УЗО, а также по одному УЗО на всю группу освещения, электроплиту и водонагреватель. Для контроля всей электропроводки на входе в коттедж можно установить дополнительно к расчетным одно общее УЗО с номинальным отключающим током 300 мА.

Однако, чтобы не перегружать домашнюю сеть лишней автоматикой, рациональнее использовать дифференциальные автоматы.

В каких случаях установка УЗО нецелесообразна

УЗО нецелесообразно устанавливать при наличии старой ветхой проводки в помещении, поскольку в этом случае свойство УЗО обнаруживать утечку тока может вызвать ряд проблем. Например, при старой электропроводке устройство электрозащиты может срабатывать непредсказуемым образом. Поэтому в данном случае рекомендуется установка в местах с повышенной опасностью розеток со встроенным УЗО.

Почему УЗО подключают с автоматическим выключателем

Основная функция дифреле это защита людей от электротравм, однако провода и кабели так же необходимо защищать.

Основная проблема, которая может привести к их повреждению — это превышение тока выше допустимого вследствие перегрузки или короткого замыкания. В защите от больших токов нуждается и сам аппарат дифференциальной защиты.

почему УЗО подключают с автоматомпочему УЗО подключают с автоматом

Принцип работы УЗО не позволяет этому прибору реагировать на сверхтоки и для этого необходимо установить автоматический выключатель с уставкой, которая соответствует сечению кабеля.

подключение УЗО вместе с автоматомподключение УЗО вместе с автоматом

Монтаж такой конструкции — УЗО и защищающий его автомат предписывается ПУЭ п.7.1.76.

Виды УЗО

УЗО бывают разные — трехфазные и однофазные… Но на этом деление УЗО на подклассы не завершается. В настоящий момент на рынке присутствуют 2 принципиально различающиеся категории УЗО:

1. электромеханические (независящие от сети),
2. электронные(зависящие от сети).

Рассмотрим по отдельности принцип действия каждой из категорий.

Электромеханические УЗО

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

Состоит из нескольких основных компонентов:
• Так называемый трансформатор тока нулевой последовательности, его цель отследить ток утечки и передать его с неким Ктр на вторичную обмотку( I 2), I ут= I 2*Ктр (весьма идеализированная формула, однако отражающая суть процесса).
• Чувствительный магнитоэлектрический элемент (запираемый т.е. при срабатывании без внешнего вмешательства не может вернуться в исходное состояние – защелка) – играет роль порогового элемента.
• Реле – обеспечивает расцепление в случае если сработала защелка.

Данный тип УЗО требует высокоточной механики для чувствительного магнитоэлектрического элемента. В настоящий момент всего несколько мировых компаний продают электромеханические УЗО. Их стоимость значительно выше цены на электронные УЗО.

Почему же в большинстве стран мира получили распространение именно электромеханические УЗО? Все очень просто – данный тип УЗО сработает в случае обнаружения тока утечки при любом уровне напряжения в сети.

Почему этот фактор(независимость от уровня напряжения сети) столь важен?

Это вызвано тем что при использовании работоспособного(исправного) электромеханического УЗО мы гарантируем в 100% случаях срабатывание реле и соответственно отключение подачи энергии потребителю.

В электронных УЗО этот параметр тоже велик, но не равен 100%(как будет показано далее это связанно с тем что при определенном уровне напряжения сети схема электронного УЗО окажется не работоспособной), а в нашем случае каждый процент – это возможно человеческие жизни (будь то прямая угроза жизни человека при касании им проводов, либо косвенная, при возникновении пожара от обгорания изоляции).

В большинстве так называемых “развитых” стран электромеханические УЗО – это эталон и устройство обязательное к повсеместному использованию. В нашей стране постепенно идут подвижки в сторону обязательного использования УЗО, однако потребителю в большинстве случаев не дается информации о типе УЗО, что влечет за собой использование дешевых электронных УЗО.

Электронные УЗО

Такими УЗО наводнен любой строительный рынок. Стоимость на электронные УЗО местами ниже чем на электромеханические до 10 раз.

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

В принципе электронное УЗО строится по той же схеме, что и электромеханическое (Рис.1). Разница заключается в том, что место чувствительного магнитоэлектрического элемента занимает элемент сравнения (компаратор, стабилитрон). Для работоспособности такой схемы понадобится выпрямитель, небольшой фильтр,(возможно даже КРЕН).

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). Из вышесказанного очевидно, что момент срабатывании реле, в данном типе УЗО определяется не только током утечки, но и сетевым напряжением.

Если Вы не можете позволить себе электромеханическое УЗО, то брать электронное УЗО все же стоит, т.к. оно обеспечивает срабатывание в большинстве случаев.

Существуют также случаи, когда покупать дорогое электромеханическое УЗО не имеет смысла. Одним из таких случаев является использование при питании квартиры/дома стабилизатора, либо источника бесперебойного питания (ИБП). В этом случае брать электромеханическое УЗО смысла не имеет.

Сразу отмечу, что я веду речь о категориях УЗО их плюсах и минусах, а не о конкретных моделях т.к. Вы можете купить некачественно УЗО как электромеханического так и электронного типов. При покупке спрашивайте сертификат соответствия, т.к. многие электронные УЗО представленные на нашем рынке не сертифицированы.

Почему УЗО иногда ложно срабатывает

Не всегда срабатывание дифзащиты происходит из-за аварийной ситуации. Иногда это случается без видимых причин и такое отключение связано с тем, как работает УЗО. Если исключить неисправность самого аппарата, то ложное срабатывание вызвано «штатным» током утечки.

Согласно ПУЭ п.7.1.83 нормой считается 10 мкА на метр длины кабеля и 1,8 мА на киловатт мощности электроприбора и, для предотвращения случайных отключений, для УЗО с уставкой 30 мА, общий запланированный ток утечки не может быть больше 10 мА, а для ванной с дифзащитой 10мА не выше 3,3 мА.

Следовательно, при большой протяженности кабелей дифреле желательно устанавливать рядом с оборудованием, а электроприборы общей мощностью более 5,5 кВт разделять на группы с установкой отдельного УЗО для каждой из них.

Важно! Срабатывание дифзащиты без видимых причин может быть вызвано повреждённой изоляцией кабеля, проложенного в земле или на улице или влагой в переходной коробке.

Отличие дифференциального автомата от УЗО

Устройство защитного отключения (УЗО) — коммутационный аппарат, который защищает человека от прямого или косвенного поражения электрическим током, а также контролирует текущее состояние электропроводки, и при возникновении в ней каких-либо повреждений в виде утечек, отключает ее.

УЗО не защищает электропроводку и электрооборудование от коротких замыканий и перегрузки — его самого необходимо защищать, устанавливая перед ним автоматический выключатель.

Дифференциальный автомат (дифавтомат) — это коммутационный аппарат, который совмещает в одном корпусе и автоматический выключатель, и УЗО, т.е. дифференциальный автомат способен защищать электрическую сеть от коротких замыканий и перегрузов, а также от возникновения утечек, связанных с повреждением электропроводки, электрических приборов и при попадании человека под напряжение.

Дифференциальный автомат = УЗО + Автомат.

Вывод

Главное, зачем нужен дифавтомат и УЗО — это защита людей от поражения электрическим током. Отключение питания в данной ситуации вызывает ток утечки, протекающий через тело человека.

Для экономии места в электрощитке нет необходимости устанавливать такой аппарат на каждую линию, но монтаж хотя бы одного УЗО после вводного автомата или электросчётчика обязателен.