Устройство защитного отключения – эффективный прибор для обеспечения безопасности при эксплуатации бытовых и промышленных сетей до 1000 В. Но для того, чтобы эффективность УЗО использовать полностью, к знанию базовых основ электротехники надо добавить знание принципа работы устройства и правила его подключения.
Содержание
Принцип работы однофазного УЗО
Устройство защитного отключения выполняется на базе тороидального (кольцевого) сердечника из ферромагнитного материала, на котором имеется дополнительная обмотка. К ней подключается исполнительное реле (напрямую или через схему усиления).
Через центр тора проходят фазный L и нулевой N проводники однофазной сети переменного тока 220 В. Через фазный проводник ток I1 втекает в нагрузку, через нулевой I2 вытекает. Каждый ток наводит в сердечнике магнитный поток Ф1 и Ф2 соответственно. В нормальном режиме оба тока равны между собой и противоположны по направлению. Равны и магнитные потоки, создаваемые этими токами, а так как эти магнитные потоки противоположны по направлению, они взаимно компенсируются и результирующий поток равен нулю (если фазный и нулевой провода расположены по центру тора).
Защитный проводник PE проходит в обход УЗО. К нему подключен корпус прибора (например, через заземляющий лепесток вилки и розетки).
В аварийном режиме, если повреждена изоляция электроприёмника (например, электродвигателя стиральной машины), появляется ток утечки на землю Id. Этот ток также протекает от источника через тор, создает в нём дополнительный магнитный поток Фd, но обратно возвращается не через нулевой провод N, а через земляной PE. Следовательно, общий магнитный поток в торе становится не равным нулю, поэтому в дополнительной катушке наводится ЭДС, которая заставляет сработать реле, отключающее своими контактами фазный и нулевой провода.
Для проверки работоспособности устройства на корпусе имеется кнопка «Тест». При её нажатии через ограничительный резистор создается ток утечки. Если при этом УЗО сработало, можно считать устройство исправным.
Принцип работы трёхфазного УЗО
Принцип работы трехфазного устройства не отличается от принципа работы однофазного УЗО. Отличие в том, что через сердечник проходят три фазных провода и нулевой (защитное заземление проходит мимо тора). В нормальном режиме в идеале токи фаз складываются между собой, взаимно компенсируясь, и в нулевом проводе тока не будет. В реальности, из-за несимметрии нагрузок, по нулевому ток потечёт, и он будет равен разности токов фазных проводников (с учётом сдвига фаз во времени). И в том, и в другом случае втекающие в нагрузку токи будут равны вытекающим.
При возникновении аварии, ток утечки пойдет мимо сердечника. Возникший магнитный поток заставит сработать реле.
Очевидно, что любое устройство защитного отключения, как трёхфазное, так и однофазное, реагирует только на дифференциальный ток, как разницу между втекающим и вытекающим током. На абсолютную величину тока УЗО не реагирует, поэтому служить защитой от перегрузки или короткого замыкания это устройство не может. Для защиты от этих видов повреждений обязательно надо дополнительно к УЗО применять автоматический выключатель, либо использовать дифавтомат – УЗО и автоматический выключатель в одном корпусе.
Подключение УЗО и основные ошибки при выполнении монтажа
Основные правила подключения УЗО вытекают из принципа его работы:
- защитный провод не должен проходить через сердечник;
- фазный и нулевые провода должны проходить через сердечник.
В случае нарушения первого пункта втекающий ток и вытекающий будут одинаковы в любых ситуациях, и УЗО не будет работать.
Второй ошибкой является подключение нулевого провода в обход УЗО. При таком способе прокладки кнопка «Тест» будет работать, после срабатывания устройство будет взводиться, но при подключении любой нагрузки (даже самой малой) устройство будет отключаться. Это логично, так как баланса токов при этом не будет – в сердечнике будет наводиться магнитный поток только от втекающего тока.
Неправильным будет и ошибка при подключении входных и выходных клемм. В целом для УЗО не имеет значение направление входа или выхода, но только для фазного и нулевого провода одновременно.
Если, например, нулевой провод будет подключен правильно, а вход фазы к выходу УЗО (и выход фазы ко входу УЗО), это тоже приведет к мгновенному срабатыванию устройства при любой штатной нагрузке.
Подключение трёхфахного УЗО в однофазной сети
Иногда возникает вопрос о возможности подключения трёхфазного УЗО в однофазную сеть. Такая потребность может возникнуть, например, если есть неиспользуемый трехфазный прибор, или нужна временная замена – до момента приобретения нужного устройства взамен вышедшего из строя. С экономической точки зрения это нецелесообразно – трехфазное УЗО стоит дороже. Технически же это вполне возможно – нулевой провод подключается на соответствующую клемму, а фазный – на любую фазу. В штатном режиме токи будут компенсировать друг друга, при появлении утечки в сердечнике возникнет разностный магнитный поток. А вот использовать три однофазных УЗО вместо трёхфазного не получится – ток отдельной фазы и ток нулевого провода взаимно не компенсируются.
Подключение УЗО в сети TN-C
Отдельно надо рассмотреть подключение защитного устройства в сетях, где отсутствует отдельный проводник PE (точнее, где он совмещен с нулевым и маркируется PEN). Долгое время существовало мнение, что в таких сетях устанавливать УЗО нельзя. В настоящий момент большинство специалистов склоняются к тому, что в сетях с системой TN-C (а эта система существует в подавляющем большинстве домов и цехов старой постройки) устанавливать устройство защитного отключения не только можно, но и нужно. Правда при этом надо учитывать нюансы.
Так как отдельного провода заземления в таких сетях нет, то при замыкании на корпус утечки не произойдёт. Однако при прикосновении к корпусу ток пойдет через тело человека или животного, что создаст ответвление тока от фазы и приведёт к появлению нескомпенсированного магнитного потока в сердечнике. Это вызовет срабатывание реле. Опасность получения электротравмы в этом случае присутствует по причине конечного времени срабатывания УЗО, но смертельных исходов в большинстве случаев удается избежать. Это существенно повышает безопасность, хотя эффективность работы УЗО и не достигает эффективности работы в сетях с отдельным проводником PEN.
Кроме того, в таких сетях УЗО защитит человека и животных при случайном прикосновении к фазному проводу, надо лишь быть готовым к периодическому ложному срабатыванию устройства из-за наличия неучтенных токов в нулевом проводнике по причине возможных обустройств нештатных занулений потребителей и возникновения дополнительных токов, направление и величину которых предугадать невозможно.
Но надо понимать, что в электросети может произойти отгорание нулевого провода (или его неумышленное повреждение при выполнении ремонтных или монтажных работ). Электроприборы, конечно, в этом случае работать не будут, а при пробое на корпус, занулении корпуса (чего делать категорически не рекомендуется) или при случайном прикосновении к фазному проводнику, казалось бы, причины отсутствуют для неправильной работы УЗО. На самом деле надо учитывать, что существует два типа устройств защитного отключения:
- с классическим электромагнитным реле;
- с электронным реле.
В первом случае на самом деле нет препятствий к срабатыванию УЗО при отсутствии нулевого провода – возникающий магнитный поток создаст достаточную ЭДС для работы исполнительного реле. Если используется электронное реле, то надо помнить, что для его работы нужно питание, которое берётся от защищаемой сети, и для правильной работы нужно присоединение схемы к фазному и нулевому проводам. Если нулевой провод будет оборван, электронное реле останется без питания, и УЗО будет выведено из работы и не отключит сеть при случайном прикосновении. Следует учитывать, что большинство устройств защитного отключения, доступных к приобретению, имеет электронное реле, потому что оно дешевле.
Обрыв нулевого провода, конечно, может случиться и в сетях с отдельным защитным проводником. В этом случае электронное реле также будет неработоспособным. Однако в сети TN-S корпус электропотребителя будет заземлён, и в случае замыкания на корпус с большой вероятностью сработает автомат защиты сети, среагировав на ток короткого замыкания, хотя это может произойти с большой выдержкой времени.
Принцип работы устройства защитного отключения прост, что обеспечивает надежность работы защиты. Но это справедливо лишь для случая правильного подключения прибора, в противном случае гарантий безопасности нет.
Похожие статьи:
Загрузка...