Среди других защитных приборов, устанавливаемых при монтаже электропроводки, особое место занимает устройство защитного отключения. В отличие от других аппаратов оно защищает не материальные ценности, а жизнь людей, поэтому для правильной установки и подключения этого прибора важно знать принцип работы УЗО.
Друзья очень прошу Вас подписаться на мой канал чтобы не пропустить новые выпуски.
Для чего нужно УЗО
Опасным для жизни человека является не высокое напряжение в сети, а протекающий через тело ток. Его сила, при которой человек не может самостоятельно освободиться от воздействия электричества, составляет более 30 мА.
Такой ток не способен заметить ни один автоматический выключатель, особенно если учесть что уставка этого защитного прибора составляет 5, 10 или 16 А, а иногда и более. Существует два метода предотвратить электротравму при прикосновении к токоведущим частям, но они малоприменимы на практике.
Опасным напряжением для человека считается величина более 50 В, но понизить его до этого уровня очень сложно технически и дорого экономически. Это связано с тем, то при падении напряжения для сохранения мощности необходимо повышать ток электроприбора и сечение питающих кабелей.
Например, для электрочайника мощностью 2 кВт при напряжении 220 В необходимый ток и сечение провода составят 9 А и 0,5мм² соответственно. Если включить его в сеть 50 В, то эти значения вырастут до 40 А и 4 мм². Необходимо увеличивать так же сечение линий электропередач, подходящих к дому, и менять всю коммутационную и защитную аппаратуру.
Поэтому пониженное напряжение используется только в особоопасных местах с повышенной влажностью, а в других помещениях принимаются другие меры защиты от электричества.
Другой способ повышения безопасности установка разделительного трансформатора. Электрический ток через тело чаще всего проходит по пути фаза-земля-нейтраль трансформатора. Питание электроприборов через разделительный трансформатор исключает этот путь и даже в случае прикосновения к фазному проводнику цепь не замыкается и ток по организму не идёт.
Это более реальный метод, в частности, когда-то розетки в ванной для электробритвы подключались именно через такой трансформатор, но его мощность составляла всего 50-100 Вт.
Для установки такого устройства на всю квартиру мощность аппарата будет определяться вводным автоматом и составит не менее 3 кВт, а при наличии электрического бойлера, электроплиты и электроотопления она может достигать 10 кВт и более. Это крупногабаритное и достаточно дорогое устройство.
Поэтому для защиты от электричества необходим другой способ. Это монтаж устройства, анализирующего дифференциальный ток. Это именно то, для чего нужно УЗО - постоянное наблюдение за сетью и отключение питания при попадании человека под напряжение и появлении тока утечки.
Что такое дифференциальный ток
Согласно первому правилу Кирхгофа ток в нулевом и фазном проводниках должен быть одинаковым. Соответственно, дифференциальный ток это не ток в проводе, а разница в силе тока в этих проводах. Его появление указывает на появление тока утечки через повреждённую изоляцию или попавшего под напряжение человека.
Величина дифференциального тока, при котором происходит срабатывание УЗО, определяется ПУЭ п.7.1.79 и не может быть больше 30 мА - тока неотпускания при электротравме. Для электроприборов ванной комнаты уставка ещё ниже, всего 10 мА.
Это связано с тем, что например, освободиться от упавшего в ванну фена человеку, лежащему в этой ванне очень сложно, а длительное воздействие сравнительно безопасного тока 30 мА может привести к печальным последствиям.
Принцип работы УЗО в однофазной сети
Принцип работы УЗО в однофазной сети заключается в сравнении тока в фазе и нейтрали. Для этого внутри прибора имеется дифференциальный трансформатор с двумя первичными и одной вторичной обмоткой.
Принцип работы устройства защитного отключения основан на сравнивании величины тока на входе и выходе защищаемого объекта.
В обычной ситуации ток во вторичной обмотке отсутствует и возникает только при появлении тока утечки. Это вызывает срабатывание защиты. Работа устройства отличается в зависимости от наличия в сети заземления.
С заземлением
Ток утечки в однофазной сети с заземлением возникает в двух случаях:
- Повреждение изоляции. В этой ситуации электричество проходит через изоляцию и заземлённый корпус электроприбора. Если повреждения значительные, то происходит короткое замыкание и срабатывание максимальной защиты автоматического выключателя, но в случае незначительного уменьшения сопротивления изоляции ток меньше уставки автомата и аварийного отключения защиты не происходит. При этом сила тока в нулевом проводе уменьшается на величину тока, идущего через защитное заземление, что приводит к срабатыванию дифреле. Таким образом, УЗО отключает прибор с повреждённой изоляцией сразу после появления повреждений, например, при возникновении утечки воды в бойлере или стиральной машине.
- Попадание человека под напряжение при проведении ремонтных работ. Тело человека обладает высоким сопротивлением и ток, протекающий через него, составляет всего несколько десятков миллиампер. Это опасно для жизни, но исключает срабатывание автоматического выключателя. Ток утечки, появляющийся в этом случае, может вызвать только отключение УЗО или дифавтомата.
Без заземления
В сети без заземления нарушение изоляции не приводит к возникновению тока утечки и поврежденный прибор превращается в "собаку, кусающую при попытке её погладить".
Даже при попадании фазы на корпус короткое замыкание не возникает и отключение автомата не происходит и в случае прикосновения к электроприбору человек получает удар электрическим током.
Предотвратить электротравму может только один из приборов дифзащиты, отключающий питание при появлении тока утечки по пути фаза-корпус-человек-земля.
Как работает Устройство Защитного Отключения
Основным элементом конструкции устройства защитного отключения является дифференциальный трансформатор тока. Это тороидальный сердечник на который намотаны обмотки.
При нормальной работе сети, электрический ток протекающий в фазном и нулевом проводе создает в этих обмотках переменные магнитные потоки, которые равны по величине, но противоположны по направлению. Результирующий магнитный поток в тороидальном сердечнике будет равен:
Ф∑ = ФL - ФN = 0
Как видно из формулы магнитный поток в тороидальном сердечнике УЗО будет равен нулю, следовательно ЭДС в контрольной обмотке наводится не будет, ток в ней, соответственно тоже. Устройство защитного отключения в этом случае не работает и находится в спящем режиме.
Теперь представим что человек коснулся электроприбора который в результате повреждения изоляции оказался под фазным напряжением. Теперь через УЗО кроме тока нагрузки будет протекает дополнительный ток — ток утечки.
В этом случае, токи в фазном и нулевом проводе не будут равны. Результирующий магнитный поток также не будет равен нулю:
Ф∑ ≠ 0
Под воздействием результирующего магнитного потока в контрольной обмотке возбуждается ЭДС, под действием ЭДС в ней возникает ток. Ток возникший в контрольной обмотке приводит в действие магнитоэлектрическое реле которое отключает силовые контакты.
Максимальный ток в контрольной обмотке появится тогда когда в одной из силовых обмоток тока не будет. То есть, это ситуация когда человек коснется фазного провода, например в розетке в этом случае ток в нулевом проводе протекать не будет.
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.
Когда УЗО не спасет?
Несмотря на надёжность дифзащиты оно спасает от поражения электрическим током не во всех ситуациях. Если электромонтёр стоит на сухом деревянном полу в резиновой обуви, а тем более на диэлектрическом коврике, то он изолирован от земли и ток через него не пойдёт даже в том случае, если он возьмётся рукой за фазный провод. Ток утечки при этом отсутствует и УЗО не сработает.
Такая ситуация является безопасной, но в случае прикосновения второй рукой к нейтрали человек для электросети начинает изображать электроприбор. Ток приходит по фазному проводу, проходит по телу и возвращается через нейтраль.
Равенство токов в проводах не нарушается, дифзащита не отключается, но человек может получить электротравму. То же самое происходит при попытках отогнуть язычок в патроне пальцем, не выключив выключатель.
Давайте рассмотрим несколько ситуаций, когда ВДТ сработает, может сработать и не сработает вообще:
- А) Человек взялся за фазный провод одной рукой, ток проходит через тело в землю. УЗО сработает правильно!
- Б) Человек стоит на токопроводящем полу и одновременно берется за фазный и нулевой провод. Ток замыкается по цепи «рука – рука», возвращаясь по нулевому проводу в сети. Но часть тока уходит через ноги в землю. УЗО сработает, если ток утечки окажется достаточным для его срабатывания.
- В) Человек стоит на изолирующей от пола подставке и одновременно берется за фазный и нулевой провод. Утечки тока через тело нет. УЗО не сработает.
Как проверить УЗО на исправность
Контроль исправности любого защитного устройства производится путём имитации аварийной ситуации. Для УЗО это появление тока утечки, соответствующего уставке аппарата.
Для этого внутри прибора имеется резистор, при подключении которого между выходной фазной клеммой и входной нейтральной ток в нулевой обмотке уменьшается на величину, необходимую для срабатывания защиты.
Подключение резистора и проверка дифзащиты осуществляется нажатием кнопки "ТЕСТ", находящейся на передней панели прибора. Производить такую проверку желательно каждый месяц. Это необходимо для уверенности в исправности устройства и его срабатывании в аварийной ситуации.
Вывод
Устройство защитного отключения необходимо для защиты людей от поражения электрическим током. Работа этого прибора не зависит от наличия в электропроводке заземляющего проводника, единственное отличие заключается в том, что в сети с заземлением защита отключит питание сразу после повреждения изоляции, не дожидаясь пока к корпусу дотронется человек.