С самых ранних лет детей предостерегают по поводу опасного воздействия электричества. Позже, на уроках физики они узнают, что смертельно опасной является сила тока больше 0,1А или 100мА. Но многие люди путают это понятие и напряжение.

Прежде, чем знакомиться с устройством прибора, способного защитить от губительного действия электричества, нужно освежить в памяти его основные концепции. Поток электрических зарядов, благодаря способности создавать тепловые, электромагнитные, электрохимические взаимодействия является энергоносителем, в корне определившим развитие человечества.

Но, при прохождении сквозь человеческое тело, эти взаимодействия пагубно влияют на строение клеток на молекулярном уровне, вызывая их гибель. Также парализованной становится нервная система, работающая по принципу обмена электрическими зарядами. Чем больше электронов проходит через проводник, тем большей является сила тока, тем больше его поражающее действие.

Визуализация электричества

Наглядно эту силу можно сравнить с объёмом двигающейся воды, тогда как напряжение с разницей уровней. Падающая с большого вертикального расстояния тонкая струя не окажет ощутимого воздействия на человеческое тело, в сравнении с метровой высоты потоком, сбивающим с ног.

Напряжение U создаёт электрический ток, прямо пропорциональный U, а его сила I, согласно закону Ома, обратно пропорциональна сопротивлению R источника питания, питающих проводов и самого проводника, которым является человеческое тело в момент поражения, I=U/R. Поскольку напряжение сети стандартно, её сопротивление очень мало, степень поражающего влияния электричества зависит от сопротивления организма, сухости кожи, наличия обуви.

Измерение утечки вызывающей поражение.
В идеальной двухпроводной системе токи в фазном и нулевом проводе равны: IL= IN. Если где-нибудь в цепи произойдёт контакт провода с землёй через плохую изоляцию, или человеческое тело, то IL= IN+IΔn, где IΔn — ток утечки, вызывающий поражение, или воспламенение кабеля. Соответственно IΔnравен разнице входного и выходного токов: IΔn= IL-IN.

Измерение данной разницы (англ. different) с помощью дифференциального трансформатора дало возможность создать устройство защитного отключения (сокращённо УЗО), которое размыкает цепь, отключая напряжение, если IΔn превышает опасное для здоровья значение, или пожароопасный ток больше 100мА.

Дифференциальный трансформатор тока имеет две первичные обмотки (катушки), включённые разнонаправлено, и вторичную обмотку, которая имеет подключение к исполнительному устройству отключающего механизма. Если в первичных катушках IL= IN, то магнитный поток в тороидальном сердечнике будет взаимно скомпенсированным ФL = ФN, соответственно на вторичной обмотке не будет наводится электродвижущая сила, не будет тока и его воздействия на электромагнитное реле выключателя.

Момент срабатывания устройства

В случае появления утечки IL> IN , что приводит к дисбалансу магнитных потоков, ФL > ФN, а их разница, благодаря электромагнитной индукции, будет воздействовать на вторичную катушку, в ней возникнет ток IΔ>0, отключающий защитный выключатель.

Таким образом, принцип работы УЗО состоит в срабатывания размыкающего механизма (расщепителя) при сопоставлении входных и выходных токов, если превышение их разницы выше установленного значения, которое называют уставкой. В виду того, что существуют потери тока, вызванные электромагнитным излучением, конденсаторным эффектом, статичным разрядом, а также, потому что изоляция не идеальна, уставка принимается выше нулевого значения и зависит от сферы применения устройств защиты.

Данный принцип измерения дифференциального тока справедлив и для трёхфазного напряжения. В данном случае применяются четверо первичных обмоток: три фазные и одна нулевая, и в идеальной системе сумма всех токов равна нулю. При утечке на одном из фазных проводов равновесие нарушается и возникает IΔ, вызывающий срабатывание защиты.

Номинальный отключающий ток (уставка)

Для кабелей электрических линий, согласно ПУЭ, принимается значение потерь 0,01мА на каждый метр провода, и для электроприборов применяется коэффициент 0,4 мА потерь на каждый Ампер нагрузки.

Поэтому для подключения с помощью коротких проводов сравнительно небольшой нагрузки применяют как можно меньшую уставку из ряда унифицированных значений отключающего номинального дифференциального тока IΔn, который указывают на корпусе УЗО: 10; 30; 100; 300;500 мА.

Например, для подключения бойлера, розеток, освещения в ванной, где вероятность поражения велика в виду высокой влажности воздуха и мокрых поверхностей, применяется IΔn=10мА. Также данная уставка подходит для кухни или электрификации подвала, гаража. Для всего дома нужно выбрать устройство защитного отключения с IΔn=30мА, во избежание ложных срабатываний из-за большого количества потребителей при значительной протяжённости сети.

Для обеспечения пожарной безопасности энергосетей большой протяжённости применяют значения уставки выше 100мА. Для разных групп потребителей возможно параллельное подключение нескольких УЗО с разным дифференциальным током отключения. Также распространена схема последовательного включения УЗО с различной уставкой для обеспечения селективной защиты.

Практическое использование

Чтобы принцип работы УЗО был более понятен, нужно рассмотреть варианты его практического использования. В случае, если используется двухпроводная система питания, если внутренняя схема электроприбора дала сбой и появилось опасное напряжение на его корпусе, при прикосновении к нему или оголённому проводу под напряжением, ток пойдёт через человеческое тело в землю, тем самым нарушая баланс токов в дифференциальном трансформаторе, из за чего возникший IΔ отключит питание.

Пострадавший при этом получит шок из-за краткосрочного действия тока, превышающего уставку, значение которого будет зависеть от суммы сопротивлений кожи, тканей организма, обуви, пола.

Влажность и площадь контакта тоже имеют существенное значение, поэтому травматизм и глубина шока зависят от условий в каждом конкретном случае, но степень поражения не является фатальной ввиду краткосрочности воздействия поражающего фактора, из-за высокого быстродействия УЗО.

При условии использования дополнительного третьего заземляющего проводника РЕ, при пробое изоляции внутри электроприбора, поражения вообще не случится, так как в этот момент при появлении тока утечки тут же сработает УЗО. Без его использования, поражения хоть и не произойдёт ввиду заземления корпуса, но токи утечки опасны своим тепловыделением, которое может привести к дальнейшему разрушению электроприбора и даже спровоцировать его возгорание, приводящее к пожару.

Считается, что при токе большем 100мА в точке пробоя изоляции выделяется достаточно тепла, чтобы нагреть контактирующие материалы до температуры их плавления и возгорания.

Поэтому УЗО, помимо защиты от смертельного электрического шока также с успехом применяется для обеспечения пожарной безопасности сети. Очевидно, что данную функцию выполняют УЗО с любой уставкой, но нужно помнить, что устройства защиты с IΔn>100мА применяются только для предотвращения пожаров при токах утечки в пробоях изоляции.

Важно

При контакте выходного нулевого провода УЗО с землёй, заземлением или входным нулём, будет ложное срабатывание защиты.
Поскольку УЗО не защищает от короткого замыкания и перегрузок по току, его надо устанавливать вместе с защитным автоматом.
Работоспособность УЗО следует периодически проверять с помощью кнопки «Тест».

Ошибочно считать, что для предохранения человека от поражения при утечке тока на корпус бытовых приборов установлены автоматические прерыватели тока. Для этих целей щитки оснащаются защитным устройством. Выяснив принцип работы узо, можно не бояться, за жизнь своих близких и детей.

Защита предохраняет от воздействия на организм тока, при касании корпуса приборов. Произошедшей утечке электричества, на величину силы, тока которой не среагирует автомат. Еще одной важной работой защиты является предохранение вашего дома от пожара.

Функциональные особенности оборудования защиты

Корпус прибора из токопроводящего материала, а также отдельные детали и даже трубопроводы иногда оказываются опасными для человека. На них пробивает фаза, при различных поломках проводки и другим причинам. Возникает такая опасная ситуация, как правило, в 2 случаях:

Основная же задача – утечка должна быть незамедлительно обнаружена и прекращена подача электроэнергия на эту группу контактов. А также осуществлять отключение при касании человеком оголенного провода и препятствовать возникновению пожаров в здании.

Важно. Защита срабатывает при утечках, но следует помнить, что корпус любого бытового прибора станет смертельно опасным, если при монтаже, вы перепутаете провода фазы и заземления на входе в здание.

На что следует обратить внимание при выборе УЗО

Для правильной покупки и безопасности вашего жилища, необходимо обратить внимание на следующие показатели:

Важно. Не зависимо от марки и фирмы производителя прибора защиты и различной маркировки, 2 основные характеристики показывают значение рабочего и тока утечки. Эти величины указаны, не зависимо от типа устройства и его цены.

Принцип действия устройства защиты

Принцип действия защитного устройства заключается в реакции датчиков при изменении входящего значения дифферециональных токов. Исполнять роль датчика тока может обыкновенный трансформатор. По конструктивным особенностям он изготовляется как тороидальный сердечник. Магнитоэлектрическое реле обладает достаточно значительной чувствительностью к утечкам, на нем выставляем определенную величину сработки устройства.

Устройства, в которых принцип работы узо выполняется с установкой контролирующего реле – на сегодняшний день самые надежные, безотказные. Даже электронные устройства выпускаемые промышленностью, в которых контролируется утечка с помощью электронной схемы, в некоторых случаях уступают электромеханическим приборам.

Принцип выключения электроэнергии потребителям в устройстве с реле основан на срабатывании его и воздействии на механизм прерывания электрической цепи. Он состоит из 2 частей:

1. Согласно паспорту устройства, подбирается контактная группа, для максимального значения тока в сети.
2. При возникновении аварийной ситуации и касании рукою оголенного участка, предусмотрена установка пружины для срабатывания устройства.

Исправность защиты можно проверить при помощи, оборудованной на корпусе прибора, кнопки «Тест». Нажимая ее, мы создаем искусственную неисправность электрической сети при утечке электротока. Значение установлено достаточное для включения в работу защиты.

Этим простым способом можно самостоятельно обследовать и проверить на исправность УЗО, не вызывая техника и не оплачивая его визит. Такая проверка проводится не реже 1 раза в месяц.

Замерив значения тока и времени срабатывания УЗО, специалист электрик с помощью специального прибора может провести более точную проверку .

Правильная работа защиты в разных режимах

Как работает узо в нормальных условиях? Без утечек, рабочее напряжение, до 12 В, течет на встречу и параллельно, при этом на вторичной обмотке трансформатора наводятся магнитные потоки с одинаковой величиной. Они уравниваются между собой. Такая работа не вызывает срабатывания устройства защитного отключения по причине значение тока поступающего на вторичную обмотку имеет нулевую величину.

Ток утечки возникает при случайном касании оголенного участка проводки или корпуса приборов с замкнутой на него фазой. При этом нарушается правильное направление и величины проходящих через трансформатор токов. На вторичной обмотке происходит разбалансировка величин тока, от которого срабатывает реле. Оно воздействует на пружину, подача напряжения в сеть прекращается.

Это простое объяснение действия УЗО, при необходимости в Интернете достаточно информации для более подробного изучения этого вопроса.

Необходимо помнить, что назначение устройства защитного отключения – это дополнительная мера безопасного пользования электроприборами. Этот прибор реагирует на ток утечки. По этой причине необходимо устанавливать УЗО совместно автоматами для отключения сети при коротком замыкании.

Многие знают что для того чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию электропроводки требуется установить не только автоматы, но и УЗО. Но не все представляют зачем устанавливают, а так же как действует этот дополнительный прибор.

Устройство защитного отключения (УЗО) предназначено для проведения токов при штатных условиях эксплуатации и их отключения путем размыкания контактов при возникновении утечки токов, которые могут возникнуть по различным причинам:

• При прикосновении человека или животных к токонесущим частям и протекании через них электрического тока такой величины, которая может привести к поражению.
• При повреждении изоляции и утечке тока на заземленный корпус.
• При контакте нулевого рабочего (N) проводника и защитного заземляющего (PE) проводников.
• При смене нулевого рабочего (N) и нулевого защитного (PE) проводников.
• При обрыве или обгорании нуля (N), которое сопровождается прикосновением человека или животных к фазному (L) проводнику и протекании тока через тело при контакте с землей.

При замыкании фазы на корпус электроустановки, если она, по каким-либо причинам не была заземлена, появляется опасность поражения током при прикосновении к элементам корпуса. Для защиты здоровья человека в подобных ситуациях было создано Устройство Защитного Отключения. При случайном прикосновении к проводам находящимся под напряжением, ток, протекающий через человека на землю, может достигать опасной величины, достаточной для трагического исхода.

Аппарат УЗО обесточит опасную электроустановку в момент возникновения тока утечки (через человека на землю или через заземленные части корпуса электроустановки) предотвратив тем самым удар электротоком или возможность возникновения пожара.

Очевидно, что УЗО сможет обезопасить человека и животных в большинстве ситуаций, которые приводят к поражению электрическим током, поэтому в развитых странах применение УЗО обязательно, а некоторые производители даже встраивают УЗО в электрические схемы своих приборов. Применение УЗО в России также рекомендовано Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) 7-го издания от 1999 года.

На чём основан принцип работы защитных устройств

Работа приборов УЗО электромеханического и электронного типа основана на измерении токов утечки. Чувствительным элементом, способным измерять токи утечки, в УЗО является дифференциальй трансформатор с тремя обмотками.

Такой трансформатор представляет из себя обычный трансформатор тока на торроидальном сердечнике изготовленном из ферромагнита. Две первые обмотки в этом трансформаторе образуются фазным и нулевым проводами, по которым ток течет к нагрузке и обратно. При нормальной работе эти токи равны и наводимые в сердечнике трансформатора магнитопотоки также окажутся равными, но направленными встречно, что вызовет их взаимную компенсацию.

Результатом сложения магнитных потоков будет величина, равная нулю. И, следовательно, в третьей обмотке (обмотке управления) ничего происходить не будет. Если же образовался пробой изоляции на корпус, или же человек коснулся токоведущих частей, то по фазному проводу потечет ток, который по величине будет больше тока в нулевом проводе.

Увеличение тока в фазном проводе вызовет увеличение магнитного потока образуемого в первой обмотке от фазного провода, и суммарный поток магнитной индукции при этом изменится и станет отличным от нуля. Возникший магнитный поток явится причиной наведения тока в управляющей обмотке подключенной к высокоточному исполнительному реле, и при достаточной силе тока в цепи управляющей обмотки произойдет срабатывание реле, что приведет в движение расцепитель силовых контактов защитного устройства.

Опасная электроустановка останется без электричества. Время срабатывания УЗО составляет доли секунды, за которые электрический ток не может нанести вреда человеку.

Чем отличаются электронные и электромеханические устройства?

Отличием в работе электронного и электромеханического узо является потребность первого в дополнительном источнике питания. Обусловлено это тем что сигнал, снимаемый с обмотки управления дифференциального трансформатора обладает малой мощностью. Для его усиления используется специальная электронная схема, увеличивающая величину сигнала во много раз и посылающая мощный электрический импульс на электромагнитную катушку токового расцепителя главных контактов устройства отключения.

Обычно электронная схема питается от защищаемой ею цепи. При этом, в случае обрыва нейтрального провода электронное узо останется без напряжения питания и не сможет защитить объект.

Отличия устройств предназначенных для трёхфазных цепей

В трехфазных электрических цепях также применяют специальные УЗО, предназначенные именно для трехфазных потребителей электрической энергии. Принцип работы этих устройств основан на сравнении разниц сумм токов по всем фазным проводникам (L1, L2, L3) с нулевым, которая при нормальных режимах должна быть нулевой. При возникновении утечки тока аналогично однофазному УЗО, происходит срабатывание расщепляющего устройства, предотвращающего поражение током или возникновения больших токов утечки.

Различие аппаратов только в конструкции. Если в 2х полюсном приборе находится один дифференциальный трансформатор, то в 4х полюсном их 3 – по одному на каждую фазу. Соответственно имеется 3 исполнительных элемента, каждый из которых подсоединен к механизму расцепителя силовых контактов устройства.

Срабатывание расцепителя происходит от любой фазы в которой узо обнаруживает протекание тока утечки независимо от состояния других.

Работа устройств защитного отключения электронного либо электромеханического типа основана на преобразовании маломощного электрического сигнала, снимаемого с обмотки управления чувствительного элемента, в механическое действие на механизм расцепления.

Видео о том, зачем устанавливать УЗО

Лёгкое для понимания объяснение того зачем устанавливают УЗО и какие они бывают.

Дорогие гости, рад Вас приветствовать на страницах сайта «Заметки электрика».

Сегодня разберем с Вами интересную статью на тему принцип работы УЗО.

Что же такое УЗО? Для чего оно необходимо?

Устройство защитного отключения (УЗО) предназначено для:

• защиты людей от при появлении неисправности в электроустановке
• отключения напряжения при случайном или ошибочном соприкосновении с токоведущими частями электроустановки во время утечки тока
• защиты от воспламенения электропроводки при замыкании на землю (корпус)

На рынке электрических товаров появились альтернативы УЗО — это дифференциальные автоматы. Их особенность заключается в том, что они объединяют в себе и УЗО, и автоматический выключатель.

Дифференциальные автоматы занимают меньше места в , но зато по стоимости превышают в несколько раз. Но обо всех особенностях дифференциальных автоматов мы поговорим в следующих статьях. Чтобы не пропустить интересное — подписывайтесь на получение новостей.

В основе принципа работы УЗО лежит реакция датчика тока на изменяющуюся входную величину дифференциального тока в проводниках.

Датчик тока - это и есть обычный , который по конструкции выполнен в виде тороидального сердечника. Уставка по току срабатывания выставляется на магнитоэлектрическом реле, которое обладает очень высокой чувствительностью.

УЗО, выполненные с релейным контролирующим органом являются очень надежными и безотказными.

Но развитие электротехники не стоит на месте, поэтому не так давно появились электронные УЗО, в которых контролирующим органом является не реле, а специальная электронная схема.

Реле действует на исполнительный механизм, который в свою очередь размыкает электрическую цепь.

Исполнительный механизм состоит из:

• контактной группы (выбирается на максимальный ток - смотрим по паспорту УЗО)
• пружины (для размыкания электрической цепи в случае ненормального режима работы)

Чтобы самостоятельно проверить исправность УЗО необходимо нажать кнопку «Тест». При этом создается искусственная утечка по току, которой достаточно для срабатывания УЗО. Таким образом, можно самостоятельно производить проверки УЗО без привлечения специалистов . Проверку УЗО кнопкой «Тест» необходимо проводить ежемесячно. Для более тщательной проверки УЗО мы производим .

А теперь мы рассмотрим принцип работы УЗО более подробно.

Работа УЗО при нормальном состоянии сети

В нормальном состоянии электропроводки (без утечек) рабочий ток (I1=I2) протекает встречно-параллельно и наводит во вторичной обмотке трансформатора тока магнитные потоки (Ф1=Ф2) одинаковой величины, которые компенсируют друг друга. В этот момент реле не срабатывает, т. к. ток вторичной обмотки трансформатора тока близок к нулю.

Работа УЗО при утечке

При случайном или ошибочном соприкосновении с токоведущими частями электроустановки появляется ток утечки. В этот момент нарушается величина токов проходящих через трансформатор тока (I1 не равно I2), поэтому во вторичной цепи трансформатора тока появится ток (не баланс), которого будет достаточно для срабатывания реле. Реле приводит в работу пружинный механизм и происходит отключение УЗО.

Как выглядит УЗО изнутри смотрите на рисунке ниже.