Устройство и принцип действия УЗО

Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

Устройство однофазного УЗО.

1 – дифференциальный трансформатор тока (трансформатором тока нулевой последовательности);

2 – пусковой орган (электромеханическое или электронное реле);

3 – исполнительный механизм (контактная группа с приводом);

4 – цепь тестирования.

В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока - тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока 1 протекает рабочий ток нагрузки. Проводники, проходящие сквозь окно магнитопровода, образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока. I ₁ = I ₂. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю.

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I ₁ протекает дополнительный ток - ток утечки (I _D), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным). Возникает неравенство магнитных потоков и, как следствие, возникает дифференциальный ток во вторичной обмотке. Если этот ток превышает значение уставки порогового элемента пускового органа 2, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3. Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь.

Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4. При нажатии кнопки "Тест" искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно.

По условиям функционирования УЗО подразделяются на следующие типы:

· УЗО типа АС - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно, либо медленно возрастающий.

· УЗО типа А - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный дифференциальный ток, возникающие внезапно, либо медленно возрастающие. Применение УЗО типа А целесообразно в обоснованных случаях, например, в цепях, содержащих потребители с тиристорным управлением без разделительного трансформатора.

· УЗО типа В - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи. УЗО типа В применяют в промышленных электроустановках со смешанным питанием - переменным, выпрямленным и постоянным токами.

· УЗО типа S - устройство защитного отключения, селективное (с выдержкой времени отключения).

· УЗО типа G - то же, что и типа S, но с меньшей выдержкой времени.

Принципиальное значение при рассмотрении конструкции УЗО имеет разделение устройств по способу технической реализации на следующие два типа:

· УЗО, функционально не зависящие от напряжения питания (электромеханические). Источником энергии, необходимой для функционирования - выполнения защитных функций, включая операцию отключения, является для устройства сам сигнал - дифференциальный ток, на который оно реагирует;

· УЗО, функционально зависящие от напряжения питания (электронные). Их механизм для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от внешнего источника. Применение устройств, функционально зависящих от напряжения питания, более ограничено в силу их меньшей надежности, подверженности воздействию внешних факторов и др. Однако основной причиной меньшего распространения таких устройств является их неработоспособность при часто встречающейся и наиболее опасной по условиям вероятности электропоражения неисправности электроустановки, а именно - при обрыве нулевого проводника в цепи до УЗО по направлению к источнику питания. В этом случае "электронное" УЗО, не имея питания, не функционирует, а на электроустановку по фазному проводнику выносится опасный для жизни человека потенциал.

Существует класс приборов – УЗО со встроенной защитой от сверхтоков (дифференциальные автоматические выключатели).

Конструктивной особенностью УЗО со встроенной защитой от сверхтоков является то, что механизм размыкания силовых контактов запускается при воздействии на него любого из трех элементов - катушки с сердечником токовой отсечки, реагирующей на ток короткого замыкания, биметаллической пластины, реагирующей на токи перегрузки и магнитоэлектрического расцепителя, реагирующего на дифференциальный ток.

Основные параметры УЗО

1. Номинальное напряжение.

2. Номинальный ток нагрузки. 6; 16; 25; 40; 63; 80; 100; 125 А.

3. Номинальный отключающий дифференциальный ток. 0,006; 0,01; 0,03; 0,1; 0,3; 0,5 А. Реальное значение дифференциального тока, при котором УЗО срабатывает, находится в диапазоне от половины до целого значения номинального отключающего тока.

4. Номинальный условный ток короткого замыкания. 3000; 4500; 6000; 10 000 А.

5. Время-токовая характеристика.

Выбор УЗО

Применение УЗО обязательно:

· для групповых линий, питающих электроприемники наружной установки

· для мобильных (инвентарных зданий из металла или с металлическим каркасом);

· для защиты штепсельных розеток ванных и душевых помещений.

В особо опасных помещениях, для ответственных и конечных потребителей дополнительно применяются УЗО, встроенные в розеточные блоки. Для переносных электроприборов и электроинструмента рекомендуется использовать УЗО-розетки и УЗО-вилки, входящие в комплект электроприборов, или в виде шнура-удлинителя.

Не допускается применение УЗО в группах электроустановок, питающих части электроустановки, внезапное отключение которых может привести по технологическим причинам к возникновению ситуаций, опасных для пользователей и обслуживающего персонала, к отключению пожарной сигнализации и т.п.

УЗО, предназначенные для осуществления противопожарной защиты, должны устанавливаться на главном вводе объекта.

Номинальное напряжение.

Номинальное напряжение УЗО должно соответствовать номинальному напряжению сети.

Номинальный ток нагрузки.

Номинальный ток УЗО должен быть согласован с номинальным током автоматического выключателя или предохранителя, включаемого последовательно.

В ряде стран имеется требование повышения на ступень номинального тока нагрузки УЗО относительно номинального тока последовательного защитного устройства.

Если выбирается дифференциальный автоматический выключатель, то номинальный ток нагрузки выбирается также, как и для автоматического выключателя.

Номинальный отключающий дифференциальный ток.

Согласно требованиям ПУЭ номинальный дифференциальный отключающий ток УЗО должен быть не менее чем в три раза больше суммарного тока утечки защищаемой цепи электроустановки.

Суммарный ток утечки электроустановки замеряется специальными приборами, либо определяется расчетным путем. ПУЭ предписывают принимать ток утечки электроприемников из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки цепи из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника.

УЗО с номинальным отключающим диффренциальным током 100 мА и выше применяется только как устройство противопожарного назнчения.

Временные указания предписывают: для сантехнических кабин, ванных и душевых устанавливать УЗО с током срабатывания:

· 10 мА, если на них выделена отдельная линия; в остальных случаях, (например, при использовании одной линии для сантехнической кабины, кухни и коридора) допускается использовать УЗО с уставкой 30 мА;

· в индивидуальных жилых домах для групповых цепей, питающих штепсельные розетки внутри дома, включая подвалы, встроенные и пристроенные гаражи, а также в групповых сетях, питающих ванные комнаты, душевые и сауны УЗО с уставкой 30 мА;

· для устанавливаемых снаружи штепсельных розеток УЗО с уставкой 30 мА.

Селективность.

Селективность работы УЗО может быть обеспечена применением модификаций УЗО с выдержкой времени срабатывания (УЗО с индексами S или G).

УЗО с индексом S имеют выдержку времени от 0,13 до 0,5 с, с индексом G - меньшую выдержку.