Что такое УЗО: устройство, принцип действия, существующие виды и маркировка УЗО

Любая электрическая сеть должна иметь устройство защиты, но, что такое УЗО и какой принцип его действия знает далеко не каждый.

Расшифровка аббревиатуры выглядит так – устройство защитного отключения. Этот электрический низковольтный аппарат предназначен для выключения защищаемого участка цепи при создании дифференциального тока, превышающего номинальное значение для этого прибора.

Предназначение аппарата защиты

Устройство контура заземления УЗО является РЕ-проводником нейтральных токопроводящих корпусов или деталей электрических механизмов с сопротивлением не выше 4 Ом.

При возникновении тока утечки указанные элементы оборудования могут быть под напряжением, что представляет опасность для жизни человека и животных при соприкосновении с ними, а также для имущества в целом.

Спасти от получения электротравм — призвание обзорных аппаратов. При обнаружении тока утечки они отключают напряжение.

Наибольшая опасность кроется в том, что такие нарушения в цепи являются невидимыми и в редких случаях ощутимыми, когда при касании к прибору можно почувствовать легкий удар током.

Основной причиной этого явления служит нарушение изоляционного слоя проводки. Неконтролируемые процессы могут нанести большой вред, поэтому защитное оборудование обретает большую популярность в бытовых условиях.

Воздействие токопроводящих сетей на человеческий организм может обернуться плачевными последствиями. Эта проблема была решена с помощью контрольно-измерительных приборов УЗО, относящихся к защитному сегменту. Основные требования по монтажу и использованию описаны в МЭК 60364

УЗО получило наибольшее распространение в сетях с переменным током и заземлением нейтральной линии, а также с показателями напряжения до 1 кВт в формате бытового электроснабжения.

Конструктивное исполнение УЗО

Опциональные особенности защитного механизма помогут разобраться в принципе действия УЗО, а именно воспроизводимую реакцию аппарата на утечку тока.

К ключевым рабочим узлам относятся:

• трансформаторный дифференциальный датчик;
• пусковой орган — механизм, разрывающий некорректно функционирующую электроцепь;
• электромагнитное реле;
• контрольный блок.

К датчику подключены встречные обмотки – фаза и ноль. При нормальном режиме работы сети, эти полупроводниковые элементы образуют в сердечнике магнитные потоки, имеющие противоположное направление по отношении друг к другу. За счет этого магнитный поток равен нулю.

Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, на который надеты две катушки: первичная – подключена к источнику переменного тока, вторичная – подсоединена к нагрузке. Во сколько раз трансформатор увеличивает напряжение переменного тока, во столько же раз уменьшается сила тока

Ко вторичной обмотке, намотанной на магнитопровод трансформатора, подключено реле электромагнитного типа. Если в сети соблюдены стандартные условия работы, оно не задействовано.

При возникновении утечки тока вся работа кардинально меняется. Фазный и нейтральный проводники начинают пропускать разные величины тока. Теперь силовое значение и направление магнитных потоков на сердечнике трансформатора также будут иметь различные параметры.

Во вторичных витках появляется ток и при достижении заданных значений, воспроизводится срабатывание электромагнитного реле. Оно подсоединено в паре с механизмом расцепления. Эта связка в нужный момент реагирует и расцепляет электросеть.

Согласно требованиям пожарной безопасности контрольные проверки устройства дифференциальной защиты производятся регулярно, не менее одного раза в месяц. Для этого на приборе есть специальная кнопка «ТЕСТ»

Проверочный узел представлен механизмом сопротивления — определенная нагрузка, подключенная в обход дифференциального датчика. Этот элемент имитирует утечку тока и таким образом производится проверка работоспособности аппарата.

Принцип действия/работы УЗО состоит в следующем: подача тока с фазной линии на контрольное сопротивление и после этого — на нейтральный провод, минуя датчик.

Таким образом создаются условия разных показателей тока на входе и выходе прибора. Этот дисбаланс и должен привести к запуску узла отключения.

В зависимости от разработчиков, схемотехническое устройство может разниться, однако принцип, используемый в работе УЗО, будет идентичный у всех моделей.

Принцип срабатывания защитного механизма

Рассмотрим, для чего нужно использовать УЗО. Функционирование защитного прибора основано на измерительном методе.

Фиксируются входящие и выходящие параметры протекающих через трансформатор токов. Если первое значение больше, чем второе, это означает, что в электроцепи происходит утечка тока и прибор воспроизводит отключение. Если параметры идентичны, устройство не срабатывает.

В двухпроводной системе дифференциальное устройство не срабатывает, если по проводам фазы и нейтрали проходит ток, одинаковой силы. Если есть разница в этих величинах, значит в сети изоляционный пробой и защитный механизм отключит поврежденный участок

Для лучшего понимания, рассмотрим, как будет работать УЗО в бытовом распределительном щитке с двухполюсной системой.

К верхним клеммным блокам подключен входной двухжильный провод (фаза и ноль). К нижним клеммникам подсоединены фаза и ноль, проложенные до участка нагрузки, например, к розетке питания бойлера. Защитное заземление бойлерного блока будет выполняться кабелем, минуя УЗО.

При стандартном рабочем режиме, передвижение электронов выполняется по линии-фаза от входящего кабеля на электрический нагреватель бойлера, протекая через прибор дифференциальной защиты. Назад они перемещаются на землю опять-таки через УЗО, однако по линии-нейтраль.

Если человек коснется к корпусу токопроводящего прибора, на котором из-за пробоя появился потенциал, в этой ситуации утечка тока будет проходить через тело человека, на что устройство практически мгновенно реагирует, отключая систему питания

К примеру, на ТЭНе была повреждена изоляция. Таким образом, через воду, находящуюся в приборе, ток частично будет проводиться корпусом, а затем уходить в землю посредством проводки защитного устройства.

Остатки тока вернутся по нейтральной линии через УЗО. Однако его сила станет меньше на величину утечки по сравнению с входящей.

Разницу показателей вычисляет дифференциальный трансформатор. Если цифра больше разрешенной, прибор моментально реагирует и разрывает цепь.

Целесообразность использования прибора

Рассмотрим, для чего нужно использовать УЗО и от каких негативных факторов воздействия устройство обеспечивает защиту.

В первую очередь — замыкание фазы на корпус электротехники. В основном к проблемным участкам относят ТЭНы нагревателей и стиральных машин. Стоит заметить, что пробой образуется только в том случае, когда теплообразующая деталь нагревается под действием тока.

Также при некорректном подключении проводов. Например, если используются скрутки без клеммной коробки, которые в последующем утапливаются в стене и закрываются слоем штукатурки. Поскольку поверхность имеет повышенную влажность, эта скрутка и будет пробоем, дающим утечку в стену.

Дифференциальный защитный механизм в этом случае будет постоянно выполнять обесточивание линии пока участок полностью не высохнет или пока не будет переделан соединительный узел.

Автоматическая защита эффективно применяется в условиях быта: в электрических группах для ванной комнаты, кухни и розетках, с большим количеством питающихся приборов. Идеальный вариант, когда такого рода устройства установлены на каждой группе розеток

Сфера применения обзорных аппаратов довольно разнообразна — от общественных построек до масштабных предприятий. Ими комплектуются электротехнические конструкции и схемы, предназначенные для приема и распределения: щитки в жилых домах, системы снабжения током для индивидуального потребления и т.д.

Виды приборов и их маркировка

Фирмы-разработчики наделяют свои изделия разноплановыми возможностями, которые необходимо учитывать при определении нужного вида УЗО, отталкиваясь от конкретных условий эксплуатации электропроводной сети.

Определение принципа срабатывания

Для того чтобы обычный потребитель сумел подобрать необходимое устройство защитного отключения среди многообразия предлагаемых моделей, была создана классифицирующая система, основанная на следующих характеристиках:

• принцип срабатывания;
• род дифференциального тока;
• задержка по времени отключающего дифференциального тока;
• количество полюсов;
• метод установки.

Существуют всего два метода включения – электромеханический и электронный. В первом случае автомат отключит питание на поврежденной линии вне зависимости от напряжения сети. Основной рабочий орган – тороидальный сердечник с обмотками.

При образовании утечки, во вторичной цепи формируется напряжение для задействования работы реле поляризации, что и приводит к активации механизма выключения.

Для устройств электромеханического типа не требуется внешнее напряжение. Источником для их срабатывания является дифференциальный ток на линии повреждения

Функционирование аппарата с электронной начинкой полностью зависит от дополнительного напряжения, т.е. требуется внешнее питание. Здесь рабочим органом представлена электронная плата с усилителем.

Внутри такого механизма нет дополнительных источников, аккумулирующих энергию, поэтому для работы схемы используется электричество внешней сети и, если напряжения нет, – устройство не разорвет цепь.

Определение типа устройства: к клеммам пальчиковой батарейки «АА» припаять два провода. Включить УЗО и подсоединить к входу защитного блока, а следующий – к выходу. Линии присоединяют на один полюс. Если аппарат отключится – это означает, что представлен электромеханический тип,  если нет – электронный

Пример работы электронного УЗО, установленного на линии с розеткой, откуда питается микроволновая печь: произошел обрыв нулевой фазы, в дополнение к этому, в этот же период образуется неисправность электропроводки СВЧ и происходит замыкание фазы на корпус, т.е. на нем появляется опасный потенциал.

Если дотронуться до печки, электронный тип защиты не будет задействован, т.к. нет питающей сети. Именно по причине ненадежности в сравнении с электромеханическим аналогом этот прибор получил меньшее распространение.

Тип защиты по роду тока утечки

Все модели, выпускаемых автоматов безопасности, дополнительно разделяют по току нагрузки, проходящего через устройство. Они обрабатывают напряжение заданного формата колебаний.

На корпусе всех приборов и в паспорте прописывается номинальное значение рабочего напряжения. Этот параметр должен соответствовать диапазону номинального тока электротехники.

Тип АС будет активирован при моментальном возникновении переменного напряжения утечки в подконтрольной схеме или же при его волнообразном наращивании. Эти аппараты маркируются надписью «АС» или символьным знаком «~».

Наиболее подходящий форм-фактор для бытового применения – УЗО-АС. Модель является самой дешевой из приборов аналогичного действия. В паспорте к электротехнике производители нередко указывают конкретную модель защитного автомата, подходящую для этого изделия

Тип А срабатывает при мгновенном образовании переменного или пульсационного пробойного тока в контролируемой цепи, или при их медленном нарастании.

Такой механизм можно использовать в любых представленных ситуациях. На корпусе автомата нанесена аббревиатура «А» или символ, как на графическом изображении в прямоугольнике .

Чаще всего А-тип подключается к схеме, где воспроизводится регулирование нагрузки посредством обрезания верхушки синусоиды, например, корректировка показателей скорости оборотных движений двигателя тиристорным преобразователем.

Стоимость модели А в разы дороже в сравнении с АС, т.к. здесь дополнительно осуществляется контроль постоянного напряжения, возникающего в силовой преобразовательной технике

УЗО подвида В эффективны для воспроизведения реакции в подчиненной электросхеме постоянного, переменного или преобразованного (выпрямленного) тока утечки.

Это дорогостоящее оборудование, предназначенное для объектов промышленной деятельности. В бытовых условиях они не применяются.

Представленные устройства защиты отключения типа А, В и АС рассчитаны на время активизации 0,02-0,03 с.

Выдержка по времени: тип S и G

Автоматическую защиту типа S можно охарактеризовать реакцией селективного формата. Выдержка по времени срабатывания соответствует диапазону 0,15-0,5 с. Его целесообразно выбирать в случае группового подключения УЗО.

Схема квартирного щитка с двумя группами нагрузки, где подключены два разных типа защитных устройств: АС или А, и S

Согласно схеме, в щитке размещено две нагрузочные группы в виде розетки №1 и №2, на которые подключено УЗО типа А, а на вход помещения второй автомат – S.

Если произойдет пробой в одном пучке, вводной прибор активизируется только тогда, когда коллективное устройство не выполнит свою функцию и не отключит дефектный участок.

Селективность активизирования разрыва цепи можно выполнить, используя другой метод – посредством уставок тока утечки. Этот способ получил наибольшее распространение.

Схема квартирного щитка с двумя группами нагрузки, где подключены два разных типа защитных устройств: АС с уставкой пробоя, и второе А, но с большим значением

Возьмем аналогичную предыдущей схему и видоизменим ее таким образом: групповой автомат выбираем типа АС только уже с уставкой дифтока 0,03 А, а на вводе будет аналогичное устройство только на 0,1 А.

Есть ситуации, когда дифференциальный ток в цепи повреждения превышает номинальные уставки двух приборов защиты. Для первой схемы выборочность не будет нарушена, а во второй – ток отсечки может подать любое из подключенных устройств.

Аппарат форм-фактора G также представлен селективным принципом сработки и обладает выдержкой 0,06-0,08 с. Все описанные выборочные виды рассчитаны на воздействие экстремальных токов – до 15 кА.

Некоторые модели УЗО обладают системой регулирования уставки дифоргана, другие не имеют такой возможности. Однако для бытовых целей подходит второй вариант исполнения

Ток ограничения является важным параметром выбора, т.к. именно за счет этого и обеспечивается безопасность.

Например, в помещениях с повышенной влажностью, питание электроприборов осуществляется с подключением в схему устройств отключения с уставкой 0,01 А. Для стандартных бытовых условий – 0,03 А. Для организации противопожарной безопасности зданий – 0,1-0,3 А.

Классификация по числу полюсов

Ввиду того что автоматическое устройство функционирует по принципу сравнения величин тока, проходящих через него, то количество полюсов у автомата будет идентично количеству токопроводящих линий.

Двухполюсное УЗО обозначается как 2Р. Его включают в однофазную схему для обеспечения защиты человека и предотвращения возможных причин пожара.

Маркировка четырехполюсных УЗО – 4Р. Они рассчитаны на работу в сети с тремя фазами. Также возможен вариант комбинации установки, например, прибор с четырьмя полюсами вводится в двухпроводную сеть.

Однако при этом будет реализован не весь потенциал устройства, что является экономически невыгодным.

При установке защитного автомата стоит учитывать вероятность того, что ток нагрузки может превысить максимальные рабочие значения устройства. Поэтому дополнительно устанавливается автоматический выключатель с номинальным напряжением не больше, чем рабочий ток системы безопасности

Способ установки прибора

Поскольку дифференциальные защитные устройства выполняются в различных корпусах, их можно использовать в качестве стационарных или переносных.

Во втором случае аппарат снабжается удлиняющим проводом. Приборы, фиксирующиеся на din-рейке, монтируются в электрощит, что размещается либо в коридоре, либо в квартире.

Также есть варианты исполнения вида УЗО-розетка и УЗО-вилка. И в первом, и во втором случае любой электроприбор, подключенный посредством такого механизма, при поломке не представляет опасности для человека.

Полная расшифровка маркировочных значений

В обязательном порядке на корпусе устройства присутствует название фирмы-разработчика. Далее следует стандартизированная маркировка с обозначением серийного номера.

Для расшифровки аббревиатуры будем использовать такой пример [F][X]00[X]-[XX]:

• [F] – устройство защитного отключения;
• [X] – формат исполнения;
• 00 – цифровые или буквенно-цифровые обозначения серии;
• [X] – количество полюсов: 2 или 4;
• [XX] – характеристики по виду тока утечки: АС, А и В.

Также здесь будут обозначены и номинальные параметры прибора, на которые при выборе необходимо обратить особое внимание.

Декодировка аббревиатуры: 1 – бренд; 2 – тип устройства; 3 – селективный вид; 4 – соответствие европейским стандартам; 5 – номинальный рабочий ток и уставка; 6 – максимальное переменное рабочее напряжение; 7 – номинальный ток, который прибор может выдержать; 8 – дифференциальная включающая и отключающая способность; 9 – электросхема; 10 – ручная проверка работоспособности; 11 – маркировка положения переключателя

К максимальным параметрам, на которые рассчитаны устройства, относятся: напряжение Un, ток In, дифференциальное значение тока размыкания цепи IΔn, способность включения и отключения Im, коммутационная способность при замыканиях Icn.

Основные маркировочные значения должны быть расположены таким образом, чтобы оставаться видимыми после установки прибора. Некоторые параметры могут наноситься сбоку или на задней панели, видимые только до монтажа изделия.

Выходы, предназначенные только для подсоединения нулевого провода, обозначаются латинским символом «N». На отключенный режим УЗО указывает символ «О» (окружность), включенный — короткая вертикальная черта «I».

Не на каждое изделие нанесены оптимальные температурные показатели окружающей среды. В тех моделях, где есть символ  — это значит, что диапазон рабочего режима от -25 до + 40 °C, если нет никаких обозначений — имеются в виду стандартные показатели от -5 до +40 °С.

Выводы и полезное видео по теме

Видеоматериал с подробным обзором всех составляющих элементов обзорных механизмов защиты, их предназначения и принципа взаимодействия друг с другом:

Описание всех типов защитных автоматов, а также советы, как правильно делать свой выбор:

Ответ на извечный вопрос, на чем остановить свой выбор – на дифференциальном автомате, или на УЗО + секреты монтажа:

Применение УЗО — выгодное и правильно решение не только со стороны экономии, но, с точки зрения пожарной безопасности, и защиты человека. Рекомендуется максимально задействовать его потенциал в бытовых условиях, устанавливая на все группы электротехники для обеспечения полной изоляции от воздействия электричества.