Что такое УЗО: устройство, принцип работы, типы и маркировка УЗО

Каждая электрическая сеть нуждается в защитном устройстве. Однако, не все знакомы с понятием УЗО и принципом его работы. Эта аббревиатура расшифровывается как устройство защитного отключения.

Данное электрическое устройство низковольтного типа предназначено для отключения элемента цепи, когда дифференциальный ток превышает установленный для него предел.

В этой статье мы подробно расскажем о внутреннем устройстве и работе УЗО, рассмотрим его различные виды и узнаем, что обозначает маркировка защиты отключения.

Цели использования защитного устройства

Устройство защитного отключения в контексте заземления служит РЕ-проводником для нейтральных элементов токопроводящих изделий или деталей электрических устройств с сопротивлением не более 4 Ом.

При возникновении токов утечки эти элементы могут оказаться под напряжением, создавая опасность для людей и животных при контакте с ними, что может угрожать и имуществу.

Основная задача УЗО — предотвращение электротравм. При обнаружении утечки тока они мгновенно отключают электрическое питание.

Наибольшую угрозу представляют такие утечки, поскольку их последствия могут быть малозаметными и в редких случаях ощущаться как легкий удар током при прикосновении к устройству.

Причиной таких инцидентов является нарушение изоляции в проводах. Несанкционированные процессы могут вызвать серьезные повреждения, что делает защитное оборудование особенно востребованным в домашних условиях.

Действие токов на человеческий организм может привести к тяжелым последствиям. Эта проблема была решена с помощью контрольных и измерительных приборов УЗО, относящихся к сегменту защиты. Основные требования установки и эксплуатации изложены в стандарте МЭК 60364.

Применение УЗО наилучшим образом проявляется в однофазных сетях с переменным током и заземленной нейтралью при напряжении до 1 кВт в рамках домашнего электроснабжения.

Конструкция УЗО

Рассмотрение архитектуры защитного механизма поможет понять принцип функционирования УЗО, в частности то, как аппарат реагирует на утечку тока.

К основным компонентам устройства относятся:

• дифференциальный трансформатор;
• пусковой механизм — устройство, размыкающее цепь, если она работает неправильно;
• электромагнитное реле;
• блок контроля.

К датчику подключены обмотки — фаза и ноль. В нормальных условиях работы сети эти полупроводники создают магнитные потоки с противоположной направленностью, что приводит к тому, что результирующий магнитный поток становится нулевым.

Трансформатор оснащен замкнутым сердечником из стали, на котором размещены две катушки: первичная, подключенная к сети переменного тока, и вторичная, соединенная с нагрузкой. Во сколько раз напряжение увеличивается, во столько же раз уменьшается сила тока.

Ко вторичной обмотке трансформатора подключается электромагнитное реле. При нормальных условиях оно остается неактивным.

В случае утечки тока ситуация меняется. Фазные и нейтральные проводники начинают проводить разные токи, и, как следствие, магнитные потоки в сердечнике трансформатора также будут иметь различные характеристики.

Когда во вторичных витках появляется ток и достигаются заданные параметры, срабатывает электромагнитное реле, которое соединено с размыкающим механизмом. Это взаимодействие уверенно реагирует в нужный момент и размыкает цепь.

В соответствии с требованиями пожарной безопасности контрольные проверки дифференциального устройства должны проводиться регулярно, как минимум раз в месяц. Для этого на устройстве присутствует кнопка «ТЕСТ».

Проверка представлена в виде нагрузки — определенный элемент, подключенный в обход дифференциального датчика. Это устройство имитирует утечку тока, позволяя проверять функционирование аппарата. Подробно о методах проверки мы уже обсуждали в другой статье.

Суть работы УЗО заключается в следующем: ток с фазной линии подается на контрольное сопротивление, а затем — на нейтральный провод через датчик.

Таким образом, создаются условия с различными значениями тока на входе и выходе аппарата. Этот дисбаланс и должен вызвать срабатывание защитного устройства.

Несмотря на возможные отличия в проектировании, принцип действия у всех моделей остается идентичным.

Процесс срабатывания защитного устройства

Рассмотрим, для чего необходимо использование УЗО. Работа этого защитного устройства базируется на измерительном принципе.

Фиксируются входные и выходные показатели токов, протекающих через трансформатор. Если входные данные превышают выходные, это указывает на утечку в цепи, и прибор отключит питание. Если параметры совпадают, устройство остается в неактивном состоянии.

В двухпроводной системе УЗО не срабатывает, когда токи в фазе и нейтрали идентичны. При наличии разницы в величинах наблюдается пробой изоляции, и защитное устройство отключает участок цепи.

Для лучшего понимания, рассмотрим работу УЗО в бытовом распределительном щитке с двухполюсной системой.

К верхним клеммам подключен входной двухжильный провод (фаза и ноль). К нижним клеммам подсоединены фаза и ноль, ведущие к нагрузке, например, к розетке для бойлера или электрического чайника. Защита осуществляется с помощью кабеля заземления, минуя УЗО.

При нормальной работе электроны перемещаются по фазовой линии от входного кабеля к нагревателю бойлера/чайника, проходя через дифференциальное устройство. На обратном пути они идут на землю также через УЗО, но по нейтральному кабелю.

Если человек касается корпуса прибора, имеющего напряжение из-за пробоя, ток будет проходить через его тело, на что устройство практически мгновенно отключит систему питания.

К примеру, если изоляция в ТЭНе повреждена, ток может частично проходить через воду внутри устройства, а затем уходить в землю через защитное устройство.

Остаточный ток вернется по нейтральной линии через УЗО, но его величина будет меньше, чем входной ток, из-за утечки.

Разница в значениях фиксируется дифференциальным трансформатором. Если величина превышает допустимые пределы, прибор моментально срабатывает и размыкает цепь.

В другой нашей публикации вы можете найти советы по выбору и правильному подключению УЗО для бойлера.

Обоснование использования УЗО

Изучим, для чего нам нужно УЗО и от каких вредных факторов оно защищает.

Во-первых, предотвратит замыкание фазы на корпус электроустройств. К наиболее проблемным местам относятся ТЭНы нагревателей и стиральных машин. Пробой происходит, когда теплоотводящая деталь нагревается из-за электрического тока.

Также недочеты могут возникнуть при неправильном подключении проводов. Например, если соединения делаются с помощью скруток без использования клеммных коробок и после замуровываются в стену, покрываясь слоем штукатурки. При повышенной влажности такая скрутка может привести к утечке.

В таких случаях дифференциальное устройство будет постоянно отключать линию, пока место не высохнет или до тех пор, пока не будут исправлены соединения.

Автоматическая защита находит широкое применение в быту: в электрических группах ванн, кухонь и розетках, обслуживающих множество питательных приборов. Идеальным вариантом является установка такого устройства на каждую группу розеток.

Сфера использования этих аппаратов довольно обширна — от общественных зданий до крупных производств. Они внедряются в электротехнические конструкции и схемы, предназначенные для распределения электроснабжения: щитки в жилых домах, системы электрообеспечения для индивидуального употребления и прочее. Главное — правильно выбрать УЗО по мощности.

Типы приборов и их классификация

Производители оборудуют свои устройства разнообразными функциями, что следует учитывать при выборе нужного типа УЗО в зависимости от специфических условий эксплуатации электропроводной сети.

Чтобы обычный потребитель смог легко подобрать нужное устройство защитного отключения среди множества моделей, была разработана классификационная система, основывающаяся на следующих характеристиках:

• принцип срабатывания;
• тип дифференциального тока;
• время задержки отключающего дифференциального тока;
• количество полюсов;
• метод монтажа.

Теперь рассмотрим каждую из этих классификаций более подробно.

Классификация #1 — по методу подключения

Существует два метода подключения: электромеханический и электронный. В первом случае автомат отключает питание на неисправной линии, вне зависимости от напряжения в сети. Основным рабочим элементом является тороидальный сердечник с обмотками.

При появлении утечки во вторичной цепи генерируется напряжение, необходимое для запуска реле поляризации, что и приводит к активации механизма отключения.

Для электромеханических устройств не требуется внешнего питания. Они активируются за счет дифференциального тока, возникающего на линии, где произошло повреждение.

В отличие от них, устройства с электронной начинкой зависят от внешнего источника питания. Как правило, они содержат электронную плату и усилитель, что определяет их работу.

В таких механизмах отсутствуют дополнительные источники энергии, что означает, что электричество для работы берется из внешней сети. Если питание отключено, устройство не сможет разорвать цепь.

Чтобы определить тип устройства, к выводам батареи «АА» припаиваются два провода. Следует включить УЗО и подключить один провод к входу защитного устройства, а другой — к выходу. Линии подключаются к одному и тому же полюсу. Если устройство отключится, значит, это электромеханический тип. Если нет — это электронный.

Рассмотрим пример работы электронного УЗО, установленного на линии с розеткой, где подключена микроволновая печь. Если произошел обрыв нуля, и в это время закоротила электропроводка, то корпус печи может оказаться под опасным напряжением.

При прикосновении к микроволновке электронное устройство защиты не сработает, так как отсутствует питание. Это объясняет меньшую распространенность таких устройств по сравнению с электромеханическими.

Классификация #2 — по типу утечки тока

Все модели автоматов безопасности классифицируются также по величине тока нагрузки, который проходит через них. Они могут обрабатывать напряжение определенного формата колебаний.

На корпусах каждого устройства, а также в его паспорте указано значение рабочего напряжения, которое должно соответствовать установленным нормам токов в электротехнике.

Тип АС активируется при внезапном появлении переменного тока утечки в контролируемой цепи или при его постепенном нарастании. Эти устройства отмечены буквами «АС» или символом «~».

Наиболее подходящим для повседневного использования является УЗО-АС, которое является самым доступным по цене в этой категории. Производители часто указывают конкретную модель защитного устройства, которая рекомендуется для данного изделия.

Тип А срабатывает при резком возникновении переменного или пульсационного тока в контролируемой цепи или при медленном его увеличении.

Такой прибор можно приметь в различных ситуациях, а на корпусе устройства обозначается буква «А» или символ в виде графического изображения в прямоугольнике.

Чаще всего автомат А подключается в схемах, где осуществляется регулирование нагрузки методом обрезки верхней части синусоиды, например, с помощью тиристорного преобразователя для изменения скорости вращения двигателя.

Цена устройства типа А значительно выше по сравнению с АС, так как в этом случае дополнительно контролируется постоянное напряжение, возникающее в силовых преобразователях.

УЗО типа В эффективно работает в электрических цепях, где используется постоянный, переменный или преобразованный (выпрямленный) ток утечки.

Это дорогостоящее оборудование, применяемое в промышленных условиях. В домашних условиях они не используются.

Защитные приборы типов А, В и АС рассчитаны на активацию в течение 0,02-0,03 секунды.

Классификация #3 — по временной задержке срабатывания

Эта классификация делит устройства на два типа: S и G. Автомат защиты типа S характеризуется селективным реагированием, срабатывая в диапазоне 0,15-0,5 секунды. Этот тип лучше использовать в системах с несколькими УЗО.

На схеме квартирного щитка представлены две группы нагрузки, к которым подключены разные виды защитных устройств: АС или А и S.

В щитке имеются две группы нагрузки, например, розетки №1 и №2, к которым подсоединено УЗО типа А, а вводится еще один автомат — S.

Если произойдет короткое замыкание в одной из групп, вводное устройство сработает только тогда, когда группа защитных устройств не выполнит свою задачу и не отключит проблемный участок.

Селективность отключения цепи можно достичь, применяя другие методы — через параметры утечки тока. Этот способ является наиболее распространённым.

На схеме квартирного щитка расположены две группы нагрузки, где используется УЗО типа АС с установленной уставкой утечки и второе устройство типа А с более высокой уставкой.

Изменим предыдущую схему так, чтобы групповой автомат был типа АС с уставкой 0,03 А, а на вводе использовалось аналогичное устройство с уставкой 0,1 А.

В каких-то случаях может происходить превышение дифференциального тока в поврежденной цепи над номинальными значение двух защитных устройств. В первой схеме выборочность не нарушится, а во второй – отключение может произвести любое из подключенных устройств.

Автоматы формата G также работают по селективному принципу и имеют время задержки 0,06-0,08 секунды. Все описанные щитки предназначены для защиты от высоких токов — до 15 кА.

Некоторые модели УЗО имеют регулировку настроек дифзащиты, в то время как другие — нет. Для использования в быту подходит второй вариант.

Параметр ограничения тока является ключевым при выборе, так как именно он обеспечивает безопасность.

Например, в помещениях с повышенным уровнем влажности электроприборы подключают к УЗО с уставкой 0,01 А, а для обычных бытовых условий — 0,03 А.

Для обеспечения противопожарной безопасности, рекомендуется использовать устройства с уставкой 0,1-0,3 А. Ознакомьтесь с советами по выбору противопожарных УЗО и нюансами их установки.

Классификация #4 — по количеству полюсов

Автоматические устройства работают на принципе сравнения токов, проходящих через них, поэтому количество полюсов соответствует числу проводящих линий.

Двухполюсные УЗО обозначаются как 2Р и устанавливаются в однофазные схемы для защиты людей и предотвращения возникновения пожара.

Четырехполюсные УЗО маркируются как 4Р. Они предназначены для работы в трехфазных сетях. Также существуют варианты, когда четырехполюсный прибор подключают к двухпроводной сети.

При этом мощность устройства будет использоваться не полностью, что делает установку экономически нецелесообразной.

При инсталляции защитного автомата следует помнить о возможности превышения тока нагрузки над максимально разрешенными значениями устройства. Поэтому дополнительно нужно установить автоматический выключатель с номинальным напряжением не более рабочего тока системы безопасности.

Классификация #5 — по способу установки устройства

Поскольку дифференциальные защитные устройства изготавливаются в разнообразных корпусах, их можно применять как в стационарных, так и в переносных вариантах.

Во втором случае прибор снабжается удлиняющим кабелем. Устройства, которые устанавливаются на DIN-рейке, размещаются в электрощите, который может находиться либо в коридоре, либо в самом помещении.

Существуют также модели, такие как УЗО-розетка и УЗО-вилка. В обоих случаях любой подключённый электроприбор при поломке не представляет опасности для человека.

Подробная расшифровка маркировки

Обязательно на корпусе прибора указывается название производителя. Затем следует стандартная маркировка с обозначением серийного номера.

Для расшифровки аббревиатуры рассмотрим пример [F][X]00[X]-[XX]:

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

Кроме того, здесь указываются и номинальные параметры устройства, на которые стоит обратить внимание при выборе.

Расшифровка аббревиатуры включает: 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 устройство может выдержать; 8 – дифференциальная способность включения и отключения; 9 – схема устройства; 10 – ручная проверка работоспособности; 11 – маркировка положения переключателя.

К максимальным параметрам, установленным для устройств, относятся: напряжение Un, ток In, дифференциальное значение тока, разрывающего цепь IΔn, включая и отключающие способности Im, а также ток короткого замыкания Icn.

Главные маркировочные данные должны быть видны после установки прибора. Некоторые параметры могут быть размещены по бокам или на задней панели, чтобы быть доступными лишь до монтажа.

Выходы для подключения нулевого провода обозначаются латинской буквой «N». Отключённое состояние УЗО указывает символ «О» (окружность), включённое — короткая вертикальная черта «I».

На большинство моделей нет показателей допустимых температур окружающей среды. Модели с символом обозначают рабочий диапазон от -25 до + 40 °C, если иных обозначений нет — подразумеваются стандартные параметры от -5 до +40 °C.

Заключение и полезные видеоматериалы

В этом видеоролике представлен тщательный анализ всех элементов защитных механизмов, включая их функции и то, как они взаимодействуют между собой:

Здесь вы найдете полное описание различных видов защитных автоматов и рекомендации по правильному их выбору:

Мы дадим ответ на важный вопрос: что выбрать – дифференциальный автомат или устройство защитного отключения (УЗО) + советы по установке:

Использование УЗО – это не только рациональный выбор с экономической точки зрения, но и важный шаг к повышению пожарной безопасности и защите жизни людей.

Рекомендуется максимально задействовать его возможности в домашних условиях, устанавливая на все электрические устройства для обеспечения полной защиты от электрического тока.

Есть ли у вас вопросы о функционировании или классификации устройств защитного отключения? Или, возможно, вы хотите дополнить информацию полезными рекомендациями? Мы будем рады вашим комментариям и вопросам – эксперты и другие знающие посетители нашего сайта постараются ответить как можно более подробно.

Видео:

Как правильно подключить УЗО и АВТОМАТЫ. Схема подключения УЗО.