С другой стороны, УЗО может одновременно защищать несколько групповых линий, тогда как дифавтомат может защищать только одну. Кроме того, в практическом применении не всегда ясно, по какой причине отключается дифавтомат — это может быть связано с током утечки, перегрузкой или коротким замыканием. Поэтому процесс выявления и устранения проблемы может оказаться значительно сложнее, чем при использовании УЗО.
Что такое УЗО, как оно работает и чем отличается УЗО от дифавтомата. Полный обзор
В нашем блоге мы уже рассматривали устройство защитного отключения (УЗО): обсуждали расчёты токов утечки, выбор автоматов и их номиналов по нагрузке. В материалах о сборке электрощита также упоминалось противопожарное УЗО. В различных формах в них уже были затронуты аспекты работы дифференциальной защиты, и теперь мы соберём все эти знания в единый обзор, посвящённый характеристикам и принципу работы УЗО, а также проведём различие между УЗО и дифавтоматом. Начнём.
Что такое УЗО
УЗО — это устройство защитного отключения. Хотя это название не совсем говорит о функции устройства, оно стало широко применяемым. Более точный термин — ВДТ, то есть выключатель дифференциального тока, который на английском языке называется residual current device (RCD). Чтобы понимать, что такое дифференциальный ток, необходимо знать, что это ток разности, который УЗО измеряет и на который реагирует отключением электрической цепи.
Дифференциальный ток возникает в результате утечки электричества на землю по различным причинам, чаще всего из-за неисправностей или повреждений оборудования. Следовательно, УЗО — это устройство, которое отключает электрическую цепь в случае, если обнаруживает такую утечку.
Основная цель УЗО заключается в том, чтобы предотвратить опасные ситуации, связанные с утечкой тока в проводке или бытовых приборах, и защитить человека от серьёзного поражения электрическим током. Однако не всё так просто, как может показаться на первый взгляд.
Два примера, чтобы понять принцип работы УЗО
Представьте следующую ситуацию: в розетку без заземления подключён холодильник, и со временем, вследствие износа, на его корпус начинает утекать электрический потенциал. Когда человек касается дверцы такого холодильника, он чувствует пощипывание. Это распространённый пример, объясняющий, что такое утечка тока: за отсутствие заземления ток начинает накапливаться на корпусе холодильника, и, не имея надлежащего пути (например, на землю), остаётся потенциально опасным для человека.
В противоположном случае, если розетка и корпус холодильника были бы заземлены, то утечка тока из корпуса напрямую уходила бы в землю. Однако даже при наличии заземления, если человек касается холодильника, он также может почувствовать пощипывание. В этом случае часть тока уходит в землю по меньшему сопротивлению заземляющего проводника, но это всё-таки остаётся опасным.
Теперь рассмотрим, как ведёт себя УЗО в обоих сценариях. Установка УЗО в электрическом щите отключит цепь в первом примере (где нет заземления) в момент прикосновения к холодильнику. В случае со заземлённым холодильником, существует высокая вероятность, что УЗО сработает без вмешательства человека, просто зафиксировав факт возникновения утечки. Это будет сигналом о наличии аварийной ситуации, что требует проверки всей конструкции цепи.
Таким образом, наличие УЗО в электрической сети как бы увлажняет сигнал о наличии потенциальной опасности своей активацией и тем самым жизни может быть спасено. Без УЗО же существует высокий риск того, что ток пройдет презжую жизнь человека, не заполнив буфером защитное устройство.
Как работает УЗО
Концепция работы устройства защитного отключения заключается в непрерывном измерении токов утечки в цепи, которую оно защищает. Если ток утечки превышает заранее заданный порог, устройство автоматически отключает цепь. Мы опишем этот процесс более простым языком — это гораздо яснее, так как мы здесь не про экзамен на знание электротехники.
Как УЗО осуществляет контроль за утечкой? Когда в цепь передаётся нагрузка, электрический ток течёт от фазы к нулевому проводу. При этом цепь замыкается, обеспечивая выполнение полезной работы (нагрев, свет, вращение и другие преобразования). УЗО измеряет количество тока, проходящего через него по фазному проводу и по нулевому. По логике, эти величины должны совпадать — сколько тока прошло по фазе, столько должно вернуться по нулю. Американский пример — 20 вагонов, зашедших в тоннель, должны также выйти. Возможно ли, что из тоннеля выйдет только 19?
Что такое УЗО и зачем оно нужно
Важно отметить, что название устройства — устройство защитного отключения — можно считать устаревшим и неточным. Более корректное название — выключатель дифференциального тока (ВДТ); чтобы понять, что такое дифференциальный ток, читайте далее. УЗО предназначено для защиты людей от поражений электрическим током как при прямом, так и косвенном контакте с токоведущими частями. К таким частям можно отнести не только кабели, но и электрические приборы (клеммы выключателей и реле, обмотки трансформаторов и электродвигателей, токопроводящие дорожки в электронных платах и прочие).
Например, трещина в изоляции нагревательного элемента может привести к тому, что корпус таких устройств, как водонагреватель, стиральная машина или электрический чайник, окажутся под напряжением. Прикосновение к ним может стать причиной удара током, который в некоторых случаях может быть смертельным.
Распространено заблуждение, что на нас воздействует именно напряжение, однако это не совсем так. На самом деле влияние оказывается именно током, и эффект, который он вызывает, зависит от его величины:
- Токи до 1 мА человек обычно не чувствует.
- Ток величиной до 10 мА ощущается как легкое пощипывание.
- Ток свыше 11 мА становится неотпускающим — он вызывает непроизвольное сокращение мышц, из-за чего человек не может самостоятельно отпустить зажатый провод в руке.
- Ток превышением 50 мА может вызвать хаотичные сокращения сердца — фибрилляцию — и остановку сердца.
- Ток свыше 5 А может привести к немедленной остановке сердечной деятельности.
Для акцента: обычная лампа мощностью 60 Вт потребляет ток в 270 мА, а стиральная машина при нагреве воды — порядка 10 А. Это означает, что любой электроприбор использует ток, величина которого в десятки и сотни раз превышает уровень, представляющий опасность для человека.
Ключевой момент заключается в том, что УЗО способно функционировать независимо от наличия заземления в электрической системе. В старых домах, где заземление не предусмотрено, УЗО становится единственным и при этом эффективным методом защиты людей от электрического удара вследствие неисправностей проводки или оборудования.
В домах с установленным заземлением УЗО становится дополнительным уровнем защиты. Например, при нарушении изоляции ТЭНа стиральной машины ее корпус оказывается под напряжением. В случае исправного заземления УЗО немедленно отключает подачу тока ко всем розеткам линии, питающей эту стиральную машину. Если заземления нет, то работа стиралки продолжится, пока человек не прикоснется к корпусу. УЗО сработает и отключит питание только в этот момент. В обоих сценариях устройство всё равно защищает нас.
Принцип действия УЗО
Электроприбор подключается к питающей сети с помощью двух проводов. В исправной электрической цепи ток движется по замкнутому кругу — от источника тока к прибору через один провод и обратно к источнику через другой. Один провод называется фазным, другой — нулевым, и ток в обоих проводниках должен быть одинаковым.
УЗО непрерывно осуществляет контроль величины тока в каждом из двух проводов. Если токи равны, то это значит, что утечек не существует — проводка и устройства действуют исправно.
Это схема работы УЗО в исправной электрической цепи. Источник: shutterstock.com
Теперь представим, что в электроприборе случилась неисправность. Например, если в изоляции нагревательного элемента чайника образуется трещина, а затем человек, стоящий на земле, касается хрупкого места. В такой ситуации возникает еще одна электрическая цепь, и часть электрического тока из розетки проходит через человека в землю — происходит утечка. В итоге токи в двух проводах, питающих чайник, начинают отличаться на величину утечки тока.
Когда разница в величине токов достигает установленного порога срабатывания УЗО (обычно 30 мА), оно за доли секунды отключает подачу тока к неисправному устройству, таким образом защищая человека от удара током.
Это схема работы УЗО в электроцепи с утечкой тока. Источник: shutterstock.com
Принцип работы УЗО
Если величины токов не равны, значит, часть тока уходит в обход нагрузки, возможно, на корпус прибора или на человека. УЗО сравнивает токи, проходящие по фазному и нулевому проводам, благодаря встроенному трансформатору. Он анализирует величину тока, идущего к прибору (например, лампочке), и величину, которая возвращается в сеть. Если эти токи не совпадают, это свидетельствует о наличии утечки, и устройство отключает питание сети для предотвращения повреждений.
Дмитрий Соловьев, директор по маркетингу TDM Electric:
— Для групповой розеточной сети в комнате с медными проводами сечением 2,5 мм² можно выбрать УЗО номиналом 25 А и дифференциальным током 30 мА. Однако групповое УЗО должно иметь более высокий дифференциальный ток по сравнению с отдельными УЗО, так как учитывает длину электрической сети и нагрузки, что сделано согласно указаниям СНИП.
Например, для небольшой квартире групповое УЗО может быть рассчитано на 50 А и дифференциальный ток 100 мА. Электроприборы, такие как стиральная машина, холодильник и обычные розетки, лучше распределить по разным УЗО. Хотя нет строгого запрета на использование одного УЗО для всех приборов, всё же важно следовать требованиям расчётов, основанных на длине проводки и общей нагрузке; точный расчет может сделать только квалифицированный проектировщик.
Какие бывают УЗО
Существует несколько видов УЗО, между которыми различия заключаются в конструкции, назначении и технических характеристиках. По типу утечки тока, по словам Тимерджана Сафина, генерального директора ООО «Стандарт Энергетика», УЗО делятся на следующие типы:
- AC — реагирует на переменные токовые утечки, подходит для стандартных бытовых условий;
- A — реагирует как на переменные, так и на пульсирующие постоянные утечки тока, рекомендуется для применения с электронными устройствами, например, стиральными машинами и компьютерами;
- B — реагирует на переменные и постоянные утечки тока, используется в специализированных установках, таких как солнечные панели и промышленные системы.
По принципу срабатывания УЗО разделяются на:
- электромеханические;
- электронные;
- селективные;
- противопожарные.
По числу полюсов:
- двухполюсные (220 В);
- четырехполюсные (380 В).
По способу монтажа:
Тимерджан Сафин, генеральный директор ООО «Стандарт Энергетика»:
— Электронное УЗО зависит от наличия питающего напряжения, поэтому, если происходит отключение электроэнергии, оно не сможет сработать. В отличие от него, электромеханическое УЗО не требует внешнего питания и может отключить цепь в любой момент, когда обнаруживает утечку тока. При выборе УЗО следует учитывать условия эксплуатации: для жилых помещений, где стабильное напряжение, можно использовать электронное устройство, а для мест с частыми отключениями электричества или уличных распределительных щитов лучше остановить свой выбор на электромеханическом УЗО. Необходимо также принимать во внимание климатические условия: если устройство будет установлено на улице или в неотапливаемом помещении, стоит выбирать УЗО с защитой от низких температур и влаги.
Хотя УЗО — это важное устройство для защиты от электрических травм, оно не является абсолютным средством обеспечения безопасности. Например, если ребенок сооружает своеобразный эксперимент с засовыванием карандаша в розетку, УЗО может не сработать, так как дерево не проводит электричество. Или если на корпусе стиральной машины возникнет еле заметное пробивание тока, то утечка может оказаться настолько маленькой, что УЗО её не обнаружит. Поэтому важно не полагаться только на УЗО, а обеспечить комплексную защиту: использовать розетки с защитными шторками, регулярно проверять состояние проводки и быттехники, а также устанавливать дополнительные системы защиты от перегрузок и коротких замыканий.
Особенности применения
Как утверждается, необходимо устанавливать защитные устройства в электрической цепи именно с целью обеспечения безопасности: в результате скачков напряжения или других аварийных ситуаций такие устройства отключают подачу электроэнергии, применяя специальные методы. После срабатывания защитного устройства, специалисту предстоит установить причину отключения, которая может быть как замыканием, так и утечкой тока. Однако при использовании автоматического выключателя дифференциального тока (АВДТ) такие причины могут быть не всегда очевидными.
Тем не менее, при использовании комбинированной схемы, состоящей из автоматического выключателя и УЗО, легко понять ситуацию: если отключилось УЗО — это значит, проблема кроется в утечках тока, а если сработал автомат, это может быть вызвано коротким замыканием или перегрузкой линии.
Что такое УЗО
УЗО представляет собой защиту человека от удара электрическим током и выступает как превентивный механизм, предотвращающий случайные возгорания кабелей и электрических приборов.
Функциональная идея данного устройства основана на законах электротехники, утверждающих, что входящий и выходящий токи в замкнутых электрических цепях с активными нагрузками должны быть равными.
Следовательно, ток, который проходит через фазный провод, должен быть равен току, который проходит через нулевой провод в однофазной цепи с двухпроводной разводкой; в нейтральном проводе ток должен соответствовать сумме токов, протекающих в фазах для трехфазной цепи с четырьмя проводами.
Если в таком контуре произойдет случайное прикосновение какого-либо человека к неизолированным частям проводки или оголенной части провода, произойдет так называемая утечка тока — равенство входящего и выходящего токов будет нарушено.
Это нарушение может быть зафиксировано и использовано как сигнал для отключения всей электрической цепи. На этом принципе и была разработана работа УЗО. Ток утечки в электротехнике теперь называется дифференциальным током, который УЗО может регистрировать даже в минимальных величинах и, таким образом, выполнять региональные функции выключателя.
При выборе УЗО важно иметь в виду, что оно не обладает внутренним механизмом защиты от сверхтоков; УЗО реагирует исключительно на токи утечек. Поэтому обязательным условием является установка автоматического выключателя последовательно с УЗО. Номинальный ток автомата должен быть равен или меньше номинального тока УЗО.
Отличия от автомата
Таким образом, чем же отличается УЗО от автоматического выключателя в области электротехники? Упрощая, автоматическое устройство срабатывает при превышении предельной нагрузки на сеть (например, существуют автоматы на 10, 16, 25 ампер), в то время как для наиболее распространённых моделей защитного отключения параметр срабатывания составляет 30 миллиампер (мА). Таким образом, ток, выявляемый УЗО, оказывается почти в 1000 раз слабее. Момент срабатывания составляет всего 100 миллисекунд (0,1 секунды). За этот короткий промежуток воздействия человек даже не заметит поражения.
В отличие от автоматических выключателей УЗО требует регулярного профилактического обслуживания. Тем не менее, это не так сложно, это можно делать самостоятельно — владельцу следует нажимать кнопку на корпусе устройства хотя бы один раз в месяц.
Куда и зачем ставят УЗО
Устройство может быть установлено как на отдельных ветках электрической сети, которые обслуживают потенциально опасные зоны (такие как ванная комната, сауна, гараж, улица), так и на всю электросистему дома. В западных странах обычно не практикуется экономить на защите, в некоторых случаях УЗО могут ставить чуть ли не на каждую группу розеток.
Для мокрых зон и улицы
Для защиты от электрических ударов во влажных помещениях или на улице применяются УЗО с максимальным порогом 30 мА (реже 10 мА). Эти устройства обеспечивают хороший уровень безопасности, однако они также могут быть излишне чувствительными, и если их установить на всю систему, могут происходить ложные срабатывания.
Для всей домовой сети
Устройства с порогом срабатывания 100 мА или даже 300 мА подходят менее эффективно; любой удар током, который они могут зафиксировать, будет не столь критичным, но они окажутся менее чувствительными. Обычно такие устройства устанавливаются для защиты всего дома как дополнительная мера, а также для предотвращения рисков пожара. Они способны выявлять утечки, возникающие в скрытых участках проводки, например, в стенах или в розетке за мебелью, где поврежден провод или ослабли винтовые зажимы контактов. Это значит, что провода или розетка могут начать перегреваться, и если утечка недостаточно велика (т.е. меньшая, чем ток, соответствующий короткому замыканию), автомат по-прежнему не реагирует. Поэтому именно для таких ситуаций и нужны специальные устройства, которые реагируют при достижении 100 или 300 мА.
Места установки
Чаще всего устройства устанавливают в распределительные щитки, располагающиеся в общих помещениях. Порядок подключения УЗО и автоматического выключателя может быть любым (главное — корректная схема подключения), однако чаще всего сначала устанавливают УЗО, а затем автомат — такая схема проще, и в ней меньше шансов запутаться для неопытного монтажника.
Основное внимание следует уделять не только очередности, но и номинальным характеристикам по току этих устройств. УЗО должно быть рассчитано на прохождение тока, равного или большего, чем значение автоматического выключателя. Например, если у вас установлен автомат на 10 А, то УЗО должно быть рассчитано на ток не менее 10 А. В целях обеспечения большей безопасности обычно выбирают прибор, рассчитанный на один уровень выше. То есть в паре с автоматом на 10 А устанавливают УЗО на 16 А, а для 16 А — на 25 А и так далее.
Интересной разновидностью УЗО являются модели с встроенной защитой от превышения напряжения. Если в сети вместо стандартных 220 В подается 260-270 В, это может вызвать серьёзные проблемы с оборудованием в доме. Для предотвращения таких скачков используются специальные устройства.
Автоматические выключатели и УЗО могут объединяться в одно устройство, называемое автоматическим выключателем дифференциального тока (АВДТ или дифавтоматом). Какой вариант удобнее использовать (два последовательно подключённых устройства или одно) зависит от схемы подключения всех нагрузок сети, однако в большинстве случаев это дело личных предпочтений.
