Что такое УЗО в электрике: назначение, принцип работы и схемы
Вы наверняка задаетесь вопросом - «Что такое УЗО и зачем оно нужно?». Мы постараемся максимально подробно ответить на этот вопрос. Ну, а сначала, расскажем, что аббревиатура УЗО расшифровывается как Устройство Защитного Отключения.
Что такое УЗО в электрике
Несмотря на то, что электрические провода сегодня максимально защищены от контакта с людьми и печальных последствий, от протечек никуда не деться. Вот тут УЗО станет незаменимым помощником. Прибор молниеносно реагирует на повышенное значение тока в месте утечки и отключает питание.
УЗО является одним из важнейших «винтиков» в защитной автоматике действующих электрических сетей. Устройство коммутирует электрические цепи и защищает их от токов, протекающих по токопроводящим путям, нежелательных в стандартных условиях. Это повысит шансы на то, что ваш дом или бизнес будут защищены от пожаров и никто не пострадает от электрического разряда.
Отметим, что это устройство имеет функцию включения или выключения электрических цепей. Другими словами, он может изменить их. Соответственно, устройство переключается.
Для чего нужно УЗО и зачем его устанавливают
Многие потребители слышали о существовании такого чудо-устройства, как УЗО, но не все знают, для чего оно нужно. Разобраться в общих принципах работы устройства можно даже без глубоких познаний в электричестве. До недавнего времени УЗО не использовались в жилых домах. Но сегодня все изменилось, и теперь устройства все чаще встречаются в квартирах, поэтому стоит узнать о них побольше.
Как уже было сказано, УЗО устанавливают для предотвращения утечки тока, что приводит к возгоранию проводки и пожарам. Кроме того, УЗО защитит вас от поражения электрическим током, что может привести к значительным проблемам со здоровьем или, не дай бог, к смерти при соприкосновении с оголенными проводами и токопроводящими частями электрооборудования.
Важно! УЗО отличается от автоматических устройств, защищающих провода от перегрузки и короткого замыкания, его назначение – значительно повысить безопасность людей.
Принцип действия УЗО
Работа устройства основана на фиксации тока утечки на «землю» и отключении сети в случае такой аварийной ситуации. Прибор определяет наличие утечки только по разнице между токами: теми, что вышли из прибора, и теми, что вернулись.
Если с сетью все в порядке, токи одинаковы по величине, но различаются по направлению. Как только появляется утечка — например, вы коснулись провода, который не был изолирован на 100% — часть тока уходит «на землю» по другой цепи (в данном случае через тело человека). В результате ток, вернувшийся на УЗО через нейтраль, будет меньше тока, вышедшего.
То же самое происходит при повреждении изоляции в одном из электроприборов. Тогда дом или другая часть находится под напряжением. Прикоснувшись к ним, человек создает еще один контур «до земли». В этом случае по нему будет двигаться часть тока, то есть равновесие рухнет.
Конечно, при повреждении изоляции ответвление может появиться и без участия человеческого организма. В этой ситуации устройство также отреагирует на 100% и убережет сетевую часть от печальных последствий, таких как перегрев и возгорание.
Когда необходима установка УЗО
Устройство показано для установки при необходимости защиты групповой проводки, питающей розетки переносных электроприборов. Важно установить автоматический выключатель защиты от замыканий на землю, если автоматический выключатель или предохранитель не обеспечивают время автоматического срабатывания 0,4 секунды с учетом номинального напряжения 220 В из-за малых токов короткого замыкания.
Важно! Рекомендуется использовать дифференциальный автоматический выключатель, представляющий собой одиночное устройство УЗО с автоматическим выключателем, надежно защищающим от перегрузки по току и утечки.
Кроме того, устанавливать УЗО рекомендуется, если в вашей семье есть люди, «любящие» небрежно обращаться с электрическими проводами. Самый простой случай: человек сверлит стену, при этом упираясь босой ногой в батарею и касаясь фазного провода. Он летит по цепочке «металлический корпус дрели — рука — грудь — нога — батарея» и приводит к ужасным последствиям: параличу сердца или остановке дыхания (иногда все вместе). Если у вас установлено УЗО, то оно сразу «поймет», что часть тока не вернулась и сразу отключит ток. Да, удар током произойдет, но разряд будет минимальным.
Когда УЗО не поможет
Однако не стоит считать УЗО панацеей от проблем с электричеством. Устройство не настолько умное, чтобы понимать, что включено в электрическую цепь — лампочка или человек. Отключение произойдет только в случае утечки.
УЗО не спасает от перенапряжения, в том числе от импульсного, а также от пониженного напряжения, которое «убивает» электродвигатели – в холодильнике, стиральной машине и так далее.
Устройство также не защищает от коротких замыканий. Эту задачу выполняет автоматический выключатель или дифференциальная машина.
Сколько УЗО нужно устанавливать
Для определения точного количества УЗО, необходимого для конкретного помещения, нужен специалист, который сможет произвести правильные расчеты. Например, в 1-комнатной квартире, скорее всего, достаточно такого устройства, рассчитанного на ток утечки 30 мА. А вот в четырехкомнатной квартире, при 15 группах розеток, нужно не менее пяти УЗО, а также устройство на всю осветительную группу, электрическую плиту и водонагреватель.
Обычно считается, что одна группа электроприборов – это одно УЗО на 30 мА плюс одно противопожарное УЗО на 100 или 300 мА.
Важно! Для контроля электропроводки в целом рекомендуется на вводе в частный дом в дополнение к расчетным устанавливать общие УЗО с номинальным током отключения 300 мА.
Когда установка УЗО нецелесообразна
Иногда просто нет смысла устанавливать устройство. Одной из таких ситуаций является наличие старой и ветхой электропроводки. Способность УЗО обнаруживать утечку может стать головной болью, если устройство начнет действовать непредсказуемо (а именно это и происходит при плохой проводке). В этом случае лучшим решением будет поставить УЗО не в цепи электроснабжения квартиры в целом, а в местах с повышенным риском использования розеток.
Также нет смысла покупать некачественные УЗО. На современном рынке можно найти не только оригинальные устройства, но и широчайший выбор подделок неизвестного происхождения. Многие из этих устройств сделаны «на коленке за углом». Использование таких устройств совершенно недопустимо и нецелесообразно. Перед покупкой внимательно изучите техническую документацию и сертификаты качества приобретаемого устройства.
Не имеет смысла устанавливать прибор в линии, подающие напряжение на стационарное оборудование и светильники, а также в общие электрические сети.
Внутреннее устройство УЗО
УЗО предполагает наличие:
- датчик утечки;
- поляризованное магнитное реле.
Работа устройства основана на законах входящей и выходящей электроэнергии в замкнутых цепях с чрезвычайно большими нагрузками. Это указывает на то, что ток должен иметь только одно значение, независимо от фазы перехода.
Внутри устройства находятся три магнитные катушки. Через первую проходит фаза, через вторую нулевая. Ток создает магнитные поля на входе и выходе катушек устройства.
Если все работает правильно, взаимные поля компенсируют друг друга. Если на одной из катушек возник дисбаланс, то есть образовалась утечка тока, то это приведет к срабатыванию третьей катушки, имеющей реле для отключения тока.
Как расшифровать УЗО
Маркировка нанесена на крышку УЗО, что делает выбор нужной модели более практичным 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;
- I 30 мА - ток утечки, при котором сработает автомат защиты от замыкания на землю;
- 230 В и 50 Гц – напряжение и частота, с которой работает устройство;
- S - УЗО селективное;
- знак «~» означает, что устройство отключено по утечке переменного тока.
Кроме того, возле каждого контакта есть надписи для правильного подключения УЗО:
- N (верхний) – к этому контакту подключается входящий нулевой проводник;
- 1 (верхний) - сюда подключается входящий фазный провод;
- 2 (нижний) – в это место подключается фазный провод, идущий на нагрузку;
- N (нижний) или отсутствие буквы - подключен нулевой провод, который идет на нагрузку.
Чтобы выбрать УЗО, идеально подходящее для вашей электросети, необходимо детально разобраться в маркировке, хотя задача эта весьма трудоемкая и утомительная.
Виды и типы
Современные производители предлагают множество типов и видов УЗО. Два самых популярных устройства по своему внутреннему устройству на рынке электротехники – это электромеханическое (не зависит от силы тока) и электронное (зависимое). Также различают устройства селективного и пожаротушения.
Электромеханическое
Электромеханические УЗО широко распространены в использовании и применяются в электрических цепях переменного тока. Что вызвало это? Дело в том, что при обнаружении течи такое устройство сработает, предотвратив печальные последствия даже при мизерном напряжении.
Этот тип УЗО считается во многих странах эталоном качества и обязательным для широкого применения. Неудивительно, ведь такое УЗО сработает даже при отсутствии нуля в сети и может спасти чью-то жизнь.
Электронное
Такие автоматические выключатели замыкания на землю легко найти в любом хозяйственном магазине. Отличие их от электромеханических в наличии внутри платы усилителя, для работы которого требуется электричество.
Однако у таких УЗО, как уже было сказано, есть большой недостаток - не факт, что они сработают при утечке тока (все зависит от напряжения в сети). Если ноль сгорел, а фаза осталась, риск поражения электрическим током не исчезает.
Важно! Речь идет о достоинствах и недостатках УЗО в целом, а не конкретных моделей. Если очень «повезло», можно стать обладателем некачественного УЗО, как электромеханического, так и электронного.
Селективное
Основное отличие селективного УЗО от своих "собратьев" - это наличие в схеме функции выдержки времени на отключение цепи, питающей нагрузку, т.е селективность. Часто этот параметр не превышает 40 мс. Из этого делаем вывод, что селективные устройства не подходят для защиты от повреждений при непосредственном контакте.
Еще одной особенностью селективных устройств является хорошая устойчивость при срабатывании на скачки тока и напряжения (вероятность ложных срабатываний практически нулевая).
Противопожарное
Как следует из названия, такие выключатели защиты от замыканий на землю используются в системах электроснабжения квартир и домов для предотвращения возгорания. Однако они не способны защитить человека, так как ток утечки, на который они рассчитаны, составляет 100 или 300 мА.
Как правило, эти устройства устанавливаются в мерных досках или половицах. Их основная задача:
- защита входного кабеля;
- защита линий потребителей, где не установлена дифференциальная защита;
- как дополнительный уровень защиты (если устройство ниже него вдруг не сработало).
Количество полюсов
Поскольку УЗО работает путем сравнения токов, проходящих через корпус дифференциала, количество полюсов в устройстве совпадает с количеством токонесущих проводников. В некоторых случаях для работы в двух- или трехпроводной сети могут использоваться 4-полюсные автоматические выключатели замыкания на землю.
При этом не забудьте оставить в запасе свободнофазные полюса. Устройство благополучно выполнит свою работу не полностью, а частично, что в целом невыгодно с экономической точки зрения, но возможно.
Схемы подключения УЗО и дифференциальных автоматов
Среди защитных устройств в домашней электропроводке все большую популярность приобретают устройства защитного отключения (УЗО) и дифференциальные выключатели (выключатели защитного отключения). Производители выпускают их с разным типом исполнения для использования в однофазных и трехфазных схемах электроснабжения. Все эти устройства имеют общий алгоритм работы.
Схема подключения однофазного УЗО к двухпроводной сети
Для обозначения входных клемм фазы и нуля выполнены надписи "1" и "N", а выходных клемм - "2" и "N". Для устройств, использующих электронную базу, важно правильно подключить нейтраль, потому что вы не можете ошибиться с полярностью. В противном случае велика вероятность повреждения компонентов электронной схемы.
В конструкции устройства предусмотрена возможность периодических испытаний в процессе эксплуатации для определения его исправности. Для этого установлена кнопка «Т», при ее включении создается цепь через токоограничивающий резистор и замкнутый контакт для протекания части тока, что влияет на возникновение дисбаланса магнитных потоки, что обеспечивает отключение защиты. Если на автомате защиты от замыкания на землю, когда он находится под напряжением, нажата тестовая кнопка T, но отключения не произошло, это однозначно указывает на то, что устройство неисправно.
При ручном включении УЗО в этой цепи замыкаются одновременно 3 контакта:
- фазный проводник;
- нулевой токоподвод;
- тестовые схемы для электронных схем.
При возникновении токов утечки при срабатывании защиты те же три контакта автоматически разрывают свои цепи.
Схема подключения трехфазного УЗО к четырехпроводной сети с общей нейтралью
Предыдущая схема была взята за основу при установке трехфазных УЗО и дифавтоматов. В нем также необходимо соблюдать полярность каждой фазы и нуля. Для этого входные цепи подключаются к нечетным клеммам, а выходные — к четным.
Такое УЗО срабатывает при дисбалансе магнитных потоков, создаваемых токами всех четырех проводников.
Данная разработка позволяет одним устройством защищать одновременно три однофазные электрические цепи.
Для этого достаточно выбрать место установки, позволяющее использовать сборную шину для подключения вывода защиты нейтрали на разделение по сетям № 1, 2, 3.
Схема подключения трехфазного УЗО к трехпроводной сети без нейтрали
В частном случае защиты электродвигателей, работающих от трех фаз без нейтрали, нулевые клеммы УЗО не срабатывают.
Но при таком соединении лучше использовать электромагнитные конструкции с механическими расцепителями. Для статических моделей для работы требуется подача питания на блок питания. Его можно подключить между фазным и нулевым проводами.
К тому же отсутствие нулевого потенциала исключает функцию периодической проверки исправности устройства под напряжением, что не очень практично. Поэтому такое соединение требует доработок внутренней структуры.
Схема подключения трехфазного УЗО к однофазной сети
Это не очень рациональный способ, но его применяют сначала при серийном монтаже однофазной сети с последующим добавлением в схему еще двух электрических цепей для общей защиты, которые будут созданы через определенное время.
При этом важно, чтобы фаза была строго подключена к токопроводу, по которому УЗО проверяется в рабочем состоянии. Для этого достаточно «прозвонить» сопротивление между вводом каждой фазы и нулем при включенных силовых контактах с нажатой кнопкой проверки.
Это должно быть сделано на обесточенном автомате защиты от замыканий на землю. На двух клеммах сопротивление будет равно бесконечности из-за разорванных контактов, а на одной будет отображаться значение сопротивления токоограничивающего резистора. Этот терминал должен быть подключен.
Отличия схем подключения УЗО от дифференциальных автоматов
В самом начале статьи было отмечено, что УЗО не имеет встроенной защиты от перегрузок и токов короткого замыкания, которые могут возникнуть в любой момент и сжечь устройство. Он должен быть защищен. Поэтому перед каждым УЗО необходимо установить автоматический выключатель с уставкой, обеспечивающей работу и безопасность УЗО.
В дополнение к защите автоматического выключателя замыкания на землю от токов перегрузки, автоматический выключатель также защищает от трех типов коротких замыканий, которые могут возникнуть в цепи при нарушении изоляции между:
- выходной фазный провод на блок 3 с входным нулевым проводом 2;
- выходной нулевой провод 4 с входным фазным проводом 1;
- между выходными проводами 3 и 4.
Если в первых двух случаях ток короткого замыкания проходит только по одному токопроводу, расположенному внутри корпуса УЗО, то в третьем случае обе линии нагружены. Этот тип закрытия является наиболее опасным.
Дифференциальная автоматика в такой защите не нуждается, она у нее встроена. Поэтому стоимость этих устройств выше. Схема подключения дифференциальной машины не требует дополнительной установки автоматического выключателя.
Надежная и долговременная работа УЗО и дифференциальной машины обеспечивается правильным подключением с учетом конкретных условий эксплуатируемой цепи, точной установкой уставок отключения, обеспечивающих функции защиты.
Заключение
С каждым днем в нашей жизни появляется все больше бытовых электроприборов. Следовательно, возрастает риск утечки тока, что иногда даже приводит к летальному исходу. Если вас не убьет удар током, он вызовет серьезные проблемы со здоровьем или вызовет пожар. От всех этих проблем есть спасение – устройство защитного отключения. Настоятельно рекомендуем установить его дома, как говорится, от греха подальше.