Принцип действия узо

Назначение УЗО

Основное назначение УЗО является защита людей от поражения электрическим током при неисправности электрооборудования(оказавшиеся под напряжением в результате повреждения изоляции) в результате случайного или неосознанного контакта человека с токоведущими частями. Также предотвращение пожаров вызванных возгоранием электропроводки при протекании токов утечки.

Принцип работы УЗО

Принцип работы УЗО. — этим вопросом задаются многие.

Как известно из курса электротехники, электрический ток течет из сети по фазному проводу через нагрузку и возвращается обратно в сеть по нейтральному проводу. Это закономерность легла в основу работы УЗО.

Принцип работы устройства защитного отключения основан на сравнивании величины тока на входе и выходе защищаемого объекта.

При равенстве этих токов I_вх = I_вых УЗО не реагирует. Если I_вх > I_вых УЗО чувствует утечку и срабатывает.

То есть, токи протекающие по фазному и нейтральному проводу, должны быть равны (это касается однофазной двухпроводной сети, для трехфазной четырехпроводной сети ток в нейтрали равен сумме токов которые протекают в фазах). Если токи не равны – значит имеется утечка, на которую и реагирует УЗО.

Рассмотрим принцип работы УЗО более детально.

Основным элементом конструкции устройства защитного отключения является дифференциальный трансформатор тока. Это тороидальный сердечник на который намотаны обмотки.

При нормальной работе сети, электрический ток протекающий в фазном и нулевом проводе создает в этих обмотках переменные магнитные потоки, которые равны по величине, но противоположны по направлению. Результирующий магнитный поток в тороидальном сердечнике будет равен:

Как видно из формулы магнитный поток в тороидальном сердечнике УЗО будет равен нулю, следовательно ЭДС в контрольной обмотке наводится не будет, ток в ней, соответственно тоже. Устройство защитного отключения в этом случае не работает и находится в спящем режиме.

Теперь представим что человек коснулся электроприбора который в результате повреждения изоляции оказался под фазным напряжением. Теперь через УЗО кроме тока нагрузки будет протекает дополнительный ток — ток утечки.

В этом случае, токи в фазном и нулевом проводе не будут равны. Результирующий магнитный поток также не будет равен нулю:

Под воздействием результирующего магнитного потока в контрольной обмотке возбуждается ЭДС, под действием ЭДС в ней возникает ток. Ток возникший в контрольной обмотке приводит в действие магнитоэлектрическое реле которое отключает силовые контакты.

Максимальный ток в контрольной обмотке появится тогда когда в одной из силовых обмоток тока не будет. То есть, это ситуация когда человек коснется фазного провода, например в розетке в этом случае ток в нулевом проводе протекать не будет.

Несмотря на то, что ток утечки весьма невелик, УЗО оснащают магнитоэлектрические реле с высокой чувствительностью, пороговый элемент которого способен среагировать на ток утечки 10 мА.

Ток утечки это один из основных параметров по которому выбирают УЗО. Существует шкала номинальных дифференциальных токов отключения 10 мА, 30 мА, 100 мА, 300 мА, 500 мА.

Следует понимать, что устройство защитного отключения реагирует только на токи утечки и не работает при перегрузках и коротких замыканиях. Не сработает УЗО и в том случае, если человек одновременно возьмется за фазный и нулевой провод. Это происходит по тому, что человеческое тело в этом случае можно представить как нагрузку, через которую проходит электрический ток.

Из-за этого вместо УЗО устанавливают дифференциальные автоматы, которые по своей конструкции объединяют одновременно УЗО и автоматический выключатель.

Проверка работоспособности УЗО

Для того чтобы осуществлять контроль исправности (работоспособности) УЗО, на его корпусе предусмотрена кнопка «Тест». при нажатии на которую искусственно создается ток утечки (дифференциальный ток). Если устройство защитного отключения исправно, то при нажатии на кнопку «Тест» оно отключится.

Специалисты рекомендуют производить такой контроль примерно один раз в месяц.

Похожие материалы на сайте:

Принцип работы и устройство УЗО (устройства защитного отключения)

Для многих уже не новость, что современная бытовая электрическая сеть обязательно должна иметь защиту УЗО. Тем, кто ещё ничего не знает о таких защитных элементах, скажем, что это – основа человеческой безопасности. Также устройство способствует предотвращению пожаров, вызванных возгоранием электрической проводки. Поэтому знакомство с этим элементом защиты и автоматики не будет лишним. Давайте поговорим подробно об устройстве, из чего оно конструктивно устроено и каков принцип действия УЗО?

Как возникает ток утечки?

Чуть ниже мы рассмотрим для чего необходимо УЗО, но сначала разберёмся, что такое токовая утечка? Вся работа устройства связана именно с этим понятием.

Если сказать простыми словами, то утечкой тока называют его протекание из фазного проводника в землю по пути, который для этого является нежелательным и совсем непредназначенным. Это может быть корпус электрического оборудования или бытового прибора, прутья металлической арматуры либо водопроводные трубы, сырые оштукатуренные стены.

Токовая утечка возникает при нарушениях изоляции, которые могут произойти по ряду причин:

• старение в результате длительного срока эксплуатации;
• механическое повреждение;

• термическое воздействие в случае, когда электрооборудование работает в режиме перегруза.

Опасность токовой утечки состоит в том, что при нарушении изоляции электрической проводки на описанных выше объектах (корпус прибора, водопроводная труба или оштукатуренная сырая стена) появится потенциал. Если человек к ним прикоснётся, то выступит в роли проводника, через который ток будет уходить в землю. Величина этого тока может быть таковой, что вызовет самые печальные последствия, вплоть до смерти.

На видео демонстрация действия УЗО

Как определить, есть ли в вашем доме токовая утечка? Первым признаком этого явления станет еле ощутимое воздействие электричества, то есть когда вы к чему-то прикасаетесь, вас как бы слегка бьёт током. Наиболее часто это опасное явление наблюдается в ванных комнатах. Для того чтобы гарантировать себе безопасность в собственной же квартире, её надо оборудовать защитными элементами.

Применяют для этой цели УЗО (расшифровываются как устройства защитного отключения) либо дифференциальные автоматы.

Что лежит в основе срабатывания УЗО?

Принцип работы УЗО основывается на методе измерений. На входе и выходе регистрируются показания протекающих через трансформатор токов.

Если входное токовое показание выше, чем на выходе, значит, в цепи где-то имеется токовая утечка и защитное устройство отключается. Если эти показания одинаковые, то срабатывания УЗО не происходит.

Поясним немного подробнее этот принцип для двухпроводной и четырёхпроводной системы. УЗО в однофазной сети не срабатывает, когда по проводникам фазы и нейтрали протекают одинаковой величины токи. Для трёхфазной сети необходимы одинаковые показания тока в нулевом проводе и суммы токов, проходящих по фазным жилам. В обоих вариантах сети, когда есть разница в токовых величинах, это свидетельствует об изоляционном пробое. Значит, через это место пройдёт токовая утечка, и устройство защитного отключения сработает.

УЗО после этого нельзя включать, пока не будет обнаружено место повреждения.

Давайте весь этот теоретический принцип работы УЗО переведём на практический пример. В домашнем распредщитке произведена установка устройства защитного отключения с двумя полюсами. К его верхним клеммам выполнено подключение вводного двухжильного кабеля (фазы и ноля). На нижние клеммы подсоединяются ноль с фазой, идущие к какой-то нагрузке, предположим, в розетку, питающую водонагревательный бойлер.

Защитное заземление корпуса бойлера выполняется проводом в обход УЗО.

Если в электросети нормальный режим, то перемещение электронов осуществляется по фазному проводу от вводного кабеля на ТЭН бойлера через УЗО. Обратно они двигаются на землю снова через УЗО, но уже по нейтральному проводу.

Проходящие через устройство токи имеют одинаковую величину, но направление у них противоположное (встречное).

Предположим ситуацию, когда на ТЭНе повредилась изоляция. Теперь ток через воду частично окажется на корпусе бойлера, а потом уйдёт в землю через провод защитного заземления. Остаток тока вернётся по нейтральному проводу через УЗО, только он уже будет меньше входящего ровно на показание токовой утечки. Эту разницу определяет УЗО, и если цифра будет выше уставки срабатывания, устройство сразу реагирует на разрыв цепи.

Такой же принцип действия и срабатывания УЗО, если человек прикоснётся к оголённому проводнику или корпусу бытового прибора, на котором появился потенциал. Токовая утечка в такой ситуации происходит через человеческое тело, устройство моментально обнаруживает это и прекращает подачу электричества путём отключения.

Серьёзных травм не последует, потому что УЗО реагирует почти моментально.

Конструктивное исполнение

Конструкция УЗО поможет нам разобраться, каким образом оно реагирует на токовую утечку. Основными рабочими узлами УЗО являются:

• Трансформатор дифференциального тока.
• Механизм, с помощью которого происходит разрыв электрической цепи.
• Электромагнитное реле.
• Проверочный узел.

К трансформатору выполнено подключение встречных обмоток – фазы и ноля. Когда сеть работает в нормальном режиме, то эти проводники в трансформаторном сердечнике способствуют наведению магнитных потоков, которые имеют встречное направление относительно друг друга. За счёт противоположной направленности магнитный поток в сумме равняется нулю.

Наглядно устройство и принцип действия УЗО на следующем видео:

Во вторичной трансформаторной обмотке выполнено подключение электромагнитного реле, при нормальных рабочих условиях оно находится в покое. Возникла токовая утечка, и картина сразу меняется. Теперь по фазному и нейтральному проводникам начинают проходить различные токовые величины. Соответственно и на трансформаторном сердечнике теперь не будет равных магнитных потоков (они будут разными и по величине, и по направлению).

Во вторичной обмотке появится ток и, когда его значение достигнет заданного, сработает электромагнитное реле. Его подключение выполнено в связке с расцепляющим механизмом, он мгновенно отреагирует и разорвёт цепь.

В качестве проверочного узла служит обычное сопротивление (какая-то нагрузка, подключение которой выполнено, минуя трансформатор). С помощью этого механизма имитируется токовая утечка и проверяется работоспособное состояние устройства. Каков принцип работы этой проверки?

Имеется специальная кнопка «ТЕСТ» на УЗО. Её главное назначение – подать ток с фазного провода на проверочное сопротивление и далее на нейтральный проводник, минуя трансформатор. За счёт сопротивления ток на входе и на выходе будет разный, и созданный небаланс запустит механизм отключения. Если при проверке УЗО не отключилось, значит, придётся отказаться от его установки.

Обратите внимание! Проверку УЗО необходимо проводить регулярно, идеальный вариант – один раз в месяц. Это является требованием пожарной безопасности и не стоит им пренебрегать.

У разных производителей УЗО внутреннее конструктивное исполнение может отличаться, но общий принцип работы остаётся неизменным.

Все устройства различаются по принципу срабатывания. Они бывают электронного и электромеханического типа. Электронные УЗО отличаются сложной схемой, им для работы необходимо дополнительное питание. Устройствам электромеханического типа внешнее напряжение не нужно.

Как обозначается УЗО на схеме?

Для подключаемых УЗО имеется по два общепринятых символа на схемах.

Несмотря на конструктивную сложность, обозначение устройства постарались сделать максимально простым. Лишнего ничего нет, только следующие элементы:

1. Трансформатор дифференциального тока, который схематически изображается как сплюснутое кольцо.
2. Полюса (два для однофазной сети, четыре для трёхфазной сети).
3. Выключатель, действующий на разрыв контактов.

При этом именно полюса имеют два вида обозначения:

• Иногда они рисуются ровными вертикальными линиями в зависимости от количества (две или четыре).
• В других случаях из соображения компактности рисуется одна вертикальная ровная линия, а количество полюсов наносится на неё в виде маленьких косых чёрточек.

Основные рабочие характеристики УЗО

Чтобы устройство сработало в нужный момент, необходимо его правильно выбрать согласно рабочим характеристикам и подключить.

• Основным параметром является значение номинального тока. Это максимальный ток, который выдерживает данное устройство при длительном эксплуатационном сроке, оставаясь в рабочем состоянии и сохраняя защитные характеристики. Вы найдёте эту цифру на лицевой панели устройства, она должна соответствовать одному из показаний в стандартном ряду – 6, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 80, 100 А. Этот параметр УЗО зависит от нагрузки защищаемой линии и сечения проводников.

Схема подключения УЗО предусматривает совместную установку этого устройства с автоматическими выключателями.

Это важно помнить, потому что УЗО защищает лишь от токовых утечек, а автомат среагирует на отключение цепи в режиме короткого замыкания и перегруза.

На видео показано, можно ли подключать УЗО, если в квартире нет заземления:

По номинальному току УЗО надо выбирать на порядок выше, чем установленный с ним в паре автомат.

• Следующий важный параметр – номинальный отключающий дифференциальный ток. Это и есть необходимое значение токовой утечки для отключения УЗО. У дифференциальных токов также существует стандартный ряд, величины в нём нормируются в миллиамперах – 6, 10, 30, 100, 300, 500 мА. Но на УЗО эту цифру обозначают в амперах – соответственно, 0,006, 0,01, 0,03, 0,1, 0,3, 0,5 А. Этот параметр вы тоже найдёте на корпусе устройства.

Чтобы защищать людей на УЗО надо выставлять уставку по току утечки 30 мА, потому что величины, которые выше, приведут к поражению, электротравме и даже летальному исходу. Так как наиболее опасной считается среда во влажных помещениях, то на защищающих их УЗО выбирают уставку 10 мА.

Надеемся, что поняв основное назначение УЗО и принцип его работы, вы не станете пренебрегать этим важным элементом защиты, и сделаете свою жизнь безопасной.

Принцип работы УЗО

Аббревиатура УЗО создана от словосочетания «Устройство защитного отключения», которое определяет назначение прибора, заключающееся в снятии напряжения с подключенной к нему схемы при возникновении случайных пробоев изоляции и образовании через них токов утечек.

Для работы УЗО используется принцип сравнения входящих в контролируемую часть схемы и выходящих из нее токов на основе дифференциального трансформатора, который переводит первичные величины каждого вектора в строго пропорциональные по углу и направлению вторичные для геометрического сложения.

Метод сравнения можно представить обыкновенными весами или балансиром.

Когда равновесие соблюдено, то все работает нормально, а при его нарушениях изменяется качественное состояние всей системы.

У однофазной цепи сравниваются подходящий к измерительному органу вектор тока фазы и выходящий из нее — нуля. При нормальном режиме работы с надежной целой изоляцией они равны, уравновешивают друг друга. Когда возникает неисправность в схеме и появляется ток утечки, то баланс между рассматриваемыми векторами нарушается на его величину, которая замеряется одной из обмоток трансформатора и передается блоку логики.

Сравнение токов в трехфазной цепи осуществляется по этому же принципу, только через дифференциальный трансформатор пропускаются токи всех трех фаз, а небаланс создается на основе их сравнения. В нормальном режиме работы токи трех фаз при геометрическом сложении сбалансированы, а при нарушениях изоляции любой фазы возникает ток утечки в ней. Его величина определяется суммированием векторов в трансформаторе.

Упрощенно работу устройства защитного отключения можно по блокам представить структурной схемой.

Небаланс токов из измерительного органа направляется на логическую часть, которая работает по принципу реле:

2. или электронного.

Важно понимать различие между ними. Электронные системы сейчас бурно развиваются и пользуются все большей популярностью по многим причинам. Они имеют широкий функционал, большие возможности, но требуют для работы логики и исполнительного органа электрическое питание, которое обеспечивает специальный блок, подключаемый к основной цепи. Если электричество отключится по различным причинам, то такое УЗО, как правило, не сработает. Исключение составляют редкие электронные модели, оснащенные этой функцией.

Электромеханические реле использует механическую энергию взведенной пружины, которая напоминает по принципу работы обыкновенную мышеловку. Чтобы реле сработало достаточно минимального механического усилия на очуствленный исполнительный элемент.

Как мышка дотрагивается до приманки подготовленной мышеловки, так и возникающий при небалансе в дифференциальном трансформаторе ток от утечки ведет к срабатыванию исполнительного элемента и отключению напряжения со схемы. Для этого в реле встроены силовые контакты в каждую фазу и контакт подготовки тестера.

Любой тип реле обладает определенными преимуществами и недостатками. Электромеханические конструкции надежно работают на протяжении многих десятилетий и хорошо себя зарекомендовали. Они не требует наличия внешнего питания, а электронные модели — зависят от него полностью.

Компоновка однофазного УЗО представлена на картинке ниже.

В ней на входные клеммы подводится напряжение, а на выходные — подключается контролируемая схема.

Трехфазное устройство защитного отключения изготовлено так же, но в нем контролируются токи всех фаз.

На представленном рисунке показано четырехпроводное УЗО, хотя в продаже есть трехпроводные конструкции.

Как проверить УЗО

В любой модели конструкции встроена функция проверки работоспособности. Для этого используется блок «Тестер», представляющий собой разомкнутый контакт — кнопку с пружинным самовозвратом и токоограничивающий резистор R. Его величина подобрана для создания минимально достаточного тока, искусственно имитирующего утечку.

При нажатии кнопки «Тест» подключенное в работу УЗО должно отключиться. Если этого не произошло, то его следует браковать, искать поломку и ремонтировать или заменять исправным. Ежемесячное тестирование устройства защитного отключения повышает надежность его эксплуатации.

К слову, исправность электромеханических и отдельных электронных конструкций легко проверить в магазине до покупки. С этой целью достаточно при включенном реле кратковременно подать ток в цепь фазы или нуля от батарейки с любой полярностью подключения по варианту 1 и 2.

Исправное УЗО с электромеханическим реле сработает, а электронные изделия в подавляющем большинстве случаев так не проверить. Им для работы логики нужно питание.

Как подключить УЗО к нагрузке

Устройства защитного отключения разрабатываются для использования в схемах электроснабжения по системе TN-S либо TN-C-S с подключением в электропроводке защитной нулевой шины РЕ, к которой подключаются корпуса всех электрических приборов.

В этой ситуации при нарушении изоляции возникающий на корпусе потенциал сразу стекает через проводник РЕ на землю и орган сравнения вычисляет неисправность.

В нормальном режиме электроснабжения УЗО не отключает нагрузку, поэтому все электроприборы работают оптимально. От тока каждой фазы в магнитопроводе трансформатора наводится свой магнитный поток Ф. Поскольку они равны по величине, но противоположно направлены, то взаимно уничтожают друг друга. Суммарный магнитный поток отсутствует и не может навести в обмотке реле ЭДС.

При возникновении утечки опасный потенциал стекает на землю через защитную шину РЕ. В обмотке реле наводится ЭДС от возникшего небаланса магнитных потоков (токов в фазе и нуле).

Устройство защитного отключения мгновенно вычисляет таким способом неисправность и в доли секунды обесточивает схему силовыми контактами.

Особенности работы УЗО с электромеханическим реле

Использование механической энергии взведенной пружины в отдельных случаях может быть выгоднее, чем применение специального блока для электрического питания логической схемы. Рассмотрим это на примере, когда ноль питающей сети оборван, а фаза поступает.

В такой ситуации статические электронные реле не будут получать питание, а, следовательно, не смогут работать. В то же время в этой ситуации у трехфазной системы возникает перекос фаз и повышение напряжения.

Если произойдет в ослабленном месте пробой изоляции, то потенциал появится на корпусе и будет уходить через РЕ-проводник.

В УЗО с электромеханическим реле защиты отработают нормально от энергии взведенной пружины.

Как работает УЗО в двухпроводной схеме

Неоспоримые преимущества защит от токов утечек в электрооборудовании, выполненном по системе TN-S посредством использования УЗО, привели к их популярности и желанию отдельных владельцев квартир устанавливать УЗО в двухпроводке, не оборудованной РЕ-проводником.

В этой ситуации корпус электроприбора изолирован от земли, не сообщается с ней. Если возникает пробой изоляции, то потенциал фазы появляется на корпусе, не стекает с него. Человек, имеющий контакт с землей и случайно прикоснувшийся к прибору, попадает под действие тока утечки точно так же, как и в ситуации без УЗО.

Однако, в схеме без устройства защитного отключения ток может проходить через тело длительно. Когда же УЗО установлено, то оно почувствует неисправность и отключит напряжение за время уставки в течение долей секунды, чем снизит поражающее действие тока и степень получения электротравмы.

Таким образом, защита облегчает спасение человека при попадании под напряжение в зданиях, оборудованных по схеме TN-C.

Многие домашние мастера пытаются самостоятельно устанавливать УЗО в старых домах, ожидающих реконструкцию для перехода на систему TN-C-S. При этом в лучшем случае выполняют самодельный контур заземления или просто подключают корпуса электроприборов к водопроводной сети, батареям отопления, железным деталям фундамента.

Такие подключения могут создать критические ситуации при возникающих неисправностях и причинить серьезный ущерб. Работы по созданию контура заземления должны выполняться качественно и контролироваться электрическими замерами. Поэтому их выполняют подготовленные специалисты.

Большинство УЗО выполняется в стационарном исполнении для крепления на распространенную Din-рейку в электрощитке. Однако, в продаже можно встретить переносные конструкции, которые подключаются в обычную электророзетку, а от них дальше запитывается защищаемый прибор. Они стоят чуть дороже.

Статьи и схемы

Полезное для электрика

Источники: http://electricvdome.ru/uzo/princip-raboti-uzo.html, http://yaelectrik.ru/jelektroshhitok/printsip-dejstviya-uzo, http://electricalschool.info/main/osnovy/1540-princip-raboty-uzo.html