Устройство УЗО и принцип действия

Устройство УЗО и принцип действия

Рад приветствовать вас, уважаемые читатели сайта elektrik-sam.info.

В этой статье мы подробно рассмотрим устройство и принцип работы устройства защитного отключения УЗО, рассмотрим на примерах как работает УЗО.

УЗО относятся к электрическим аппаратам защиты, как и автоматические выключатели. Для чего же были придуманы эти интересные устройства, неужели установки автоматических выключателей недостаточно?

Со временем изоляция проводов стареет, так же она может быть повреждена, могут ослабнуть контактные соединения токоведущих частей приборов. В результате этих факторов появляются утечки тока, которые могут вызвать искрение и привести к возгоранию.

Также человек может случайно коснуться рукой за оголенный фазный провод, который находится под напряжением. Дети, оставшись без присмотра родителей, могут «изучать» электричество, вставляя в розетку металлический предмет. В этом случае человека ударит током, произойдет утечка тока через тело на землю, а это очень опасно, ведь величина тока в этом случае может достигать нескольких сотен миллиампер.

Обычные автоматические выключатели на такую «незначительную» для них утечку тока не отреагируют. Они срабатывают только на токи перегрузки и при коротком замыкании.

Например, у автомата номиналом 10А с время-токовой характеристикой срабатывания В, тепловой расцепитель начнет срабатывать при токе, превышающем номинальный на 13%, т.е. 11,3А, причем время срабатывания будет больше одного часа. А при токе, превышающем номинальный на 45%, т.е. 14,5А в течение одного часа. Электромагнитный расцепитель автоматического выключателя будет срабатывать при значениях тока от 30А.

Поэтому, чтобы защитить людей от поражения электрическим током и для предотвращения опасной утечки тока, которая может привести к пожару в результате повреждения изоляции электропроводки или бытовых приборов применяются устройства защитного отключения.

У автоматических выключателей основной параметр – номинальный ток.

Основной же параметр УЗО – это его чувствительность (номинальный отключающий дифференциальный ток, так называемая «уставка» по току утечки).

Для защиты человека в бытовых электросетях от поражения электрическим током используют УЗО чувствительностью 10 и 30 мА.

Для защиты от возможного возникновения пожара служат УЗО чувствительностью 100 или 300 мА.

Если проводка неразветвленная, с малым количеством групп, то может использоваться одно общее УЗО на 30 мА, как противопожарное, так и для защиты человека от поражения электрическим током.

Давайте рассмотрим устройство и принцип действия УЗО

Конструктивно УЗО собрано в корпусе из диэлектрического материала. Внутри содержит трансформатор тока, выполненный на тороидальном ферромагнитном сердечнике с тремя обмотками – две первичные и одна обмотка управления.

Две первичные токовые обмотки включены встречно. Первая обмотка образована фазным проводом, в ней протекает ток к нагрузке (к потребителю). Вторая обмотка образована нулевым проводом, в ней протекает обратный ток от нагрузки (от потребителя).

Как работает УЗО?

В обычном режиме, когда в цепи нет утечки, токи, протекающие в обоих обмотках равны по значению, но противоположно направленны. При протекании в обмотках, эти токи наводят в сердечнике трансформатора тока магнитные потоки. Наведенные магнитные потоки направлены встречно и компенсируют друг друга, поэтому суммарный магнитный ФΣ поток равен нулю.

Предположим, что произошел пробой изоляции на корпус электроприбора.

В этом случае токи в фазном и нулевом проводах будут различны. По фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки IL будет протекать еще дополнительный ток — ток утечки ID, который для трансформатора тока будет дифференциальным (т.е. разностным). Разные по значению токи в первичных обмотках (IL + ID в фазном проводнике и IN, равный по значению IL, в нулевом рабочем проводнике) будут наводить в сердечнике разные по значению магнитные потоки. Результирующий магнитный поток будет отличен от нуля. По закону электромагнитной индукции он будет наводить электрический ток в обмотке управления. Если этот ток достигнет значения, достаточного для срабатывания электромагнитного реле Р, то оно сработает, приводя в движение расцепитель, силовые контакты УЗО разомкнутся. В результате электроустановка, находящаяся под защитой УЗО обесточится.

Аналогично, если человек прикоснется к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприбора, на который произошел пробой изоляции, возникнет ток утечки, который потечет через тело человека на землю. В обмотке управления УЗО будет наводиться ток, который приведет к срабатыванию электромагнитного реле Р и цепь обесточится.

Для периодического контроля исправности УЗО предусмотрена кнопка «Тест». При нажатии на нее искусственно создается ток утечки. Если УЗО исправно, оно должно срабатывать при нажатии на эту кнопку.

По конструктивному исполнению УЗО бывают электромеханические (они не зависят от напряжения питания) и электронные (нуждаются в дополнительном источнике питания, который получают от контролируемой цепи, либо от дополнительного источника). В свою очередь, бывают электронные УЗО, которые отключают защищаемую цепь при исчезновении напряжения в питающей сети, и бывают не отключающие защищаемую цепь.

Как не подключая к электрической сети, определить тип УЗО смотрите в статье Как определить тип УЗО — электромеханическое или электронное?

Читайте также:  Как отремонтировать диодную лампочку

Так же эти два типа УЗО различно ведут себя при аварийном режиме работы электросети, например, при достаточно часто встречающемся в наших домах обрыве нулевого провода.

Теперь вы знаете, как работает УЗО.

Подробно Устройство и принцип действия УЗО смотрите в видео


Полезные статьи по теме:

Устройство и принцип работы УЗО

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Одним из основных устройств, которое должно быть в электрическом щите каждого потребителя, является устройство защитного отключения (УЗО). В зависимости от номинального тока срабатывания, УЗО может обеспечивать защиту потребителя как от поражения электрическим током, так и от пожара. Для защиты от поражения электрическим током ПУЭ рекомендует применять аппарат с номинальным током утечки не более 30 мА, для защиты от возгорания – до 300 мА. Но в обоих случаях устройство и принцип действия УЗО одинаковы.

Также следует отметить, что существует два типа УЗО: электромеханическое и электронное. Сегодня в нашей статье мы расскажем о том, как устроено и как работает электромеханическое УЗО.

Устройство УЗО

Электромеханическое УЗО состоит из следующих элементов:

  1. корпус УЗО;
  2. верхние и нижние клеммы для подключения провода или кабеля;
  3. дугогасительные камеры, обеспечивающие быстрое гашение дугового разряда, который может образовываться при размыкании контактов;
  4. подвижные контакты;
  5. выпрямитель, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный;
  6. дифференциальный трансформатор, состоящий из первичной обмотки, выполненной в несколько витков силовыми проводами и подключенной к подвижному и неподвижному контактам, и вторичной обмотки из тонкого медного провода, концы которой подключены к выпрямителю;
  7. поляризованное реле, которое в случае обнаружения тока утечки воздействует на механизм расцепления;
  8. рычаг управления со спусковым механизмом;
  9. индикатор дифференциального тока, который появляется в случае срабатывания УЗО;
  10. кнопка “Тест”;
  11. подвижный (в виде пружины) и неподвижный контакты кнопки “Тест”;
  12. токоограничивающий резистор, обеспечивающий имитацию тока утечки.

Принцип работы электромеханического УЗО

Рассмотрим принцип работы функции “Тест”: при нажатии кнопки пружина, соединенная с фазным полюсом, касается пластинки контакта, который подключен к клемме полюса “N” УЗО. При этом ток начинает протекать через токоограничивающий резистор, который имитирует ток утечки и приводит к срабатыванию устройства. Если при нажатии копки «Тест» УЗО не выключилось, это означает, что оно бракованное или же вышло из строя.

Далее рассмотрим принцип работы УЗО. В нормальном режиме при подаче питания к электроприбору через УЗО магнитные поля, создаваемые проводами первичной обмотки, нейтрализуют друг друга. Поэтому на вторичной обмотке напряжение не возникает и ток протекает в штатном режиме.

При появлении тока утечки, например, вследствие пробоя изоляции кабеля, в трансформаторе создается магнитный поток, который вызывает напряжение на вторичной обмотке. В свою очередь напряжение подается через выпрямитель на поляризованное реле, которое в случае превышения предельного значения тока утечки приводит к срабатыванию УЗО.

При отсутствии заземления аппарат не будет реагировать, и работа УЗО будет протекать в штатном режиме до момента возникновения в цепи утечки на землю (например, если потребитель дотронется до металлического корпуса электроприбора). При таком касании возникнет разность токов, которая приведет к мгновенному срабатыванию УЗО.

Таким образом, мы рассказали, как устроено и как работает электромеханическое УЗО. Вы также можете посмотреть наше видео, в котором детально показан принцип работы УЗО в однофазной сети.

Принцип работы УЗО – состав, конструктивные особенности и нюансы подключения

Когда встает вопрос безопасной эксплуатации электроустановок в быту, необходимо понять тот факт, что пробитый питающий провод создает угрозу жизни человека. Поврежденная изоляция – это своеобразный мостик, через который электрический потенциал сети передается на корпус установки. К примеру, это может быть холодильник, стиральная или посудомоечная машина и так далее. В этом случае потребитель не столь важен. Угроза эта реальная, вплоть до смертельного исхода. Поэтому установка устройства защитного отключения (УЗО) является первостепенной необходимостью. Поэтому в этой статье рассмотрим принцип работы УЗО.

Но перед этим хотелось бы определиться, что собой представляет данный аппарат. По сути, это быстродействующий выключатель. Он реагирует на ток дифференциального типа, который проходит по подводящему кабелю от сети до потребителя. Он сработает только в том случае, если произойдет утечка электрического тока на заземление сети.

Устройство

Если рассмотреть УЗО изнутри, то можно увидеть принципиальную электрическую схему, в основе которой лежит трансформатор. Этот трансформатор называют дифференциальным или прибором тока нулевой последовательности.

В нем три обмотки:

  • Две первые (первичная и вторичная) замыкаются на фазе и нуле. Полярность подключения в данном случае не имеет значения.
  • Третья подключается к пусковому рабочему органу, который может состоять из реле или электронных приборов. Поэтому все УЗО делятся сегодня на электромеханические или электронные.

Пусковой орган напрямую связан с управляющим органом, который состоит из контактной группы (силовой) и привода. Есть в УЗО и так называемая тестовая кнопка. С ее помощью проверяется аппарат на работоспособность.

Читайте также:  Как отличить узо от дифференциального автомата

Схема устройство защитного отключения узо

Как работает

Теперь рассмотрим принцип действия УЗО под нагрузкой. Итак, на выход прибора начинает действовать нагрузка от потребителя. При этом электрический ток проходит от сети через первичную и вторичную обмотки до потребляющего устройства. Это нормальный режим работы. По проводникам в магнитном поле трансформатора навстречу друг другу по первичной и вторичной обмотке движется ток. На обмотках его величина равна, а направление противоположное. То есть, по законам физики магнитный поток в трансформаторе равен нулю.

В третьей обмотке магнитный поток также равен нулю, пусковой орган неподвижен, он не работает, то есть, само устройство защитного отключения работает в штатном режиме.

Теперь ситуация с пробитой изоляцией. Получается так, что по первичной фазной обмотке движется не только сетевой ток, но и ток утечки. То есть, его сила здесь становится больше. А сам ток утечки является дифференцированным. Значит, в трансформаторе образовались две неравные силы тока, которые будут влиять на магнитный поток.

Два разнонаправленных тока (в первичной и вторичной обмотках) друг друга теперь не компенсируют. Чтобы это исключить, излишки тока направляются на третью обмотку. Но рабочий пусковой орган сразу не срабатывает, потому что существует определенное значение величины тока, которое допустимо в схеме УЗО. Как только сила тока в третьей обмотке переваливает данное значение, вся защитная схема тут же срабатывает, и прибор отключает питающую сеть.

Вот так просто можно ответить на вопрос, как работает УЗО, почему выбивает его?

Кнопка тестирования

Для тех, кто не сталкивался с обслуживанием УЗО, рекомендуем периодически пользоваться данной кнопкой, под которой всегда написано «TEST». С ее помощью можно определить, в каком состоянии находится защитный механизм.

Сама кнопка в схеме подключена к резистору последовательно. Резистор подбирается так, чтобы его значение разности токов на входе и выходе точно совпадало с паспортным током утечки. Поэтому, если нажать кнопку тестирования, и защитное устройство разомкнет сеть, то прибор работает нормально.

Внимание! Тестирование кнопкой специалисты считают формальным. Потому что такой тест не показывает сути всех вещей. Для определения корректной работы аппарата необходимы специальные профессиональные приборы.

Трехфазные УЗО

Принцип действия трехфазных устройств точно такое же, как и у однофазных. Только через сердечник трансформатора проходит не две обмотки, а четыре: одна нулевая и три фазные. Вот простейшая схема:

В ней хорошо видно, из чего состоит прибор.

  • 1 – это выключатель.
  • 2 – это элемент, который получает сигнал на отключение.
  • 3 – это вторичная обмотка.
  • 4 – трансформатор.
  • 5 – провода питающей сети.

УЗО сработает сразу, как только нарушится баланс значений силы тока в обмотках. То есть, через обмотку «3» пойдет ток утечки. Он сбросит сигнал на элемент «2», который в свою очередь отключит потребляющий прибор от сети. Так как работает УЗО в автоматическом режиме, то паспортное значение силы тока здесь играет основную роль.

Схема подключения

Необходимо отметить, что монтировать однофазный и трехфазный прибор в распределительный щит надо по-разному.

Однофазное подключение

УЗО в двухпроводной сети устанавливается ниже вводного автомата, но выше автоматов, которые установлены на отдельных контурах. При этом нулевая фаза и заземляющий контур идут, как раздельные шлейфы.

Внимание! Связка УЗО-автомат – обязательно. Все дело в том, что устройство защитного отключения не обеспечивает размыкание сети при токовой нагрузке (здесь учитывается и короткое замыкание, и тепловая нагрузка). Эти занимается автомат. Кстати, в последнее время оба прибора можно заменить так называемым дифференциальным автоматом. Но это тема другой статьи.

Трехфазное подключение

Отличие принципа действия трех- от однофазных значительно. Трехфазный прибор защищает и однофазных потребителей, и трехфазных. То есть, выбивает УЗО и в том случае, если пробита изоляция у однофазного потребляющего бытового прибора, и у трехфазного. При этом можно фазный контур совместить с заземляющим.

Счетчик учета электроэнергии устанавливается между вводным автоматом и УЗО. Необходимо учесть и тот факт, что вводный автомат по новым правилам должен обязательно пломбироваться.

Электронные приборы

По сути, устройство электронного аналога точно такое же, как у электромеханического. Просто вместо магнитно-электрического элемента у него установлен компаратор (устройство сравнения). Плюс добавляются несколько блоков:

  • Блок питания, потому что электронную схему надо поддерживать небольшим напряжением.
  • Блок преобразования. Величина разности токов на обмотках достаточно мала, чтобы компаратор мог ее уловить и зафиксировать. Поэтому в устройство устанавливается усилитель, увеличивающий сигнал изменения разности силы тока.

Честно говоря, все эти излишества только снижают надежность УЗО. Поэтому постулат: чем проще, тем лучше, в данном случае действует на все сто процентов.

Предупреждение

На корпусе устройства защиты отключения указываются разные параметры прибора. Многие выбирают его по силе тока с единицей измерения в амперах (А). Так вот здесь есть один достаточно важный нюанс.

Многие ошибочно считают, что по данному показателю УЗО выбирается в соответствии с данным показателем на автомате. То есть, если автомат выбран 25 А, то и УЗО должно быть точно такого же параметра. Запомните, нанесенное на корпус устройства значение определяет пропускную способность. По сути, это номинальная нагрузка по силе тока.

Читайте также:  Как померить напряжение в розетке мультиметром

Как выбрать УЗО в зависимости от места применения

Сам же аппарат сеть защитить от перегрузок или короткого замыкания не может. Это не его назначение. Этим занимается именно автомат. В сети сам прибор должен находиться под защитой. Поэтому совет – используйте в схеме защитный прибор, у которого номинальная токовая нагрузка выше, чем у автомата. В нашем случае так: у автомата 25 А, у УЗО 32 А.

Заключение по теме

Итак, теперь вы знаете, почему срабатывает УЗО. Практика показывает, что установка этого небольшого аппарата снижает риски в случае пробивки изоляции на подающих проводах. А это в первую очередь здоровье и жизнь человека, которые ставятся во главу угла эксплуатации бытовых электрических приборов.

Зачем в квартире нужно УЗО

Аббревиатура УЗО расшифровывается как — устройство защитного отключения. Данный механизм также как и автомат являются аппаратами защиты. Для чего же нам нужны еще и УЗО, если есть автоматические выключатели? Дело в том, что изоляция проводов от времени изнашивается. Кроме этого, даже новую проводку можно повредить случайным образом в результате механического воздействия.

Контакты на эл.оборудовании при отсутствии регулярной ревизии ослабляются. Все это приводит к утечкам тока. А из-за этого образуется искрение и пожар.

Не исключена ситуация, когда человек может дотронуться до оголенного фазного провода. Или маленькие дети проявляя любопытство могут засунуть что-нибудь постороннее в электрическую розетку. И тогда ток пойдет сквозь тело человека. Величина этого тока может быть чуть более 100мА.

Простые автоматы на ток такой малой величины не сработают, т.к. они рассчитаны для отключения токов перегрузки и токов КЗ, а это несколько десятков и даже сотен ампер. Тем временем даже небольшой ток в несколько десятков миллиампер способен оказать негативное воздействие на человека.

К примеру чтобы сработал автомат номиналом 16А, ток который через него пройдет должен превысить величину 18А. То есть ток минимум на 13% больше номинального тока самого автомата.

Более того, автомат отключится не сразу, а через время превышающее 1 час (согласно его токовых характеристик). Именно поэтому разработали и внедрили УЗО.

Еще один важный аспект при выборе использования УЗО — система заземления в доме. Если в вашем доме система TN-C (3 фазы и ноль), то вопрос зачем ставить в щиток УЗО даже не должен возникать. Фактически это является единственной действенной и экономичной мерой для обеспечения безопасности эксплуатации всей проводки и эл.приборов.

Параметры УЗО

По каким основным параметрам характеризуется УЗО? Два важнейших из них это:

  • ⚡номинальный дифференциальный ток отключения (или ток утечки)
  • ⚡номинальный ток нагрузки

В сетях 220-380В домашней эл.проводки, чтобы защитить человека от воздействия эл.тока, применяется УЗО с чувствительностью или дифф. током отключения 10мА и 30мА. Дабы защититься от пожара требуется выбрать УЗО с чувствительностью 100мА и более.

Если у вас дома всего одна или две группы эл.проводки, можно установить одно УЗО на ток 30мА.

Оно будет играть роль как противопожарного, так и будет способно защитить вас от поражения эл.током.

Принцип работы

Из чего же состоит УЗО? Сама конструкция УЗО выполнена из диэлектрика. Внутри смонтирован маленький трансформатор тока. Он имеет три обмотки.

  • ⚡обмотку управления
  • ⚡две первичные обмотки

Первичные обмотки подключены встречно друг другу. По первой течет ток к нагрузке, по второй (которая образуется нулевым проводником), ток течет в обратном направлении (от нагрузки).

А что происходит, когда повреждается изоляция и образуется ток утечки? А происходит то, что ток в фазном проводнике будет не равен току в нулевом проводнике. То есть, к току который протекает по фазе, добавится еще ток утечки. Так как токи будут разные, то и магнитные потоки будут наводиться разные. И суммарный магнитный поток окажется не равным нулю. Следовательно будет наводиться электрический ток в обмотке управления.

В тот момент когда такой ток превысит величину 10-30-100-300мА (в зависимости от используемого УЗО), силовые контакты устройства под действием расцепителя отключатся и эл.оборудование с проводкой будут обесточены.

То же самое происходит если человек случайно дотрагивается до оголенных токоведущих частей или не изолированного корпуса оборудования с поврежденной изоляцией. Через наше тело в землю начинает течь ток. Появляется разность токов в проводниках, и как следствие наводится ток в обмотке управления. Затем срабатывает расцепитель и отключаются силовые контакты.

Чтобы проверить УЗО нужно воспользоваться кнопой ТЕСТ. Нажимаете ее и искусственно создаете ток утечки. Исправное устройство защитного отключения обязано отключиться сразу же при нажатии этой кнопки.