Назначение, конструкция и принцип работы устройства защитного отключения
Прежние советские стандарты отличались от европейских. Теперь же, когда эксплуатируемая в зданиях и производственных помещениях электротехника на 90 % зарубежного производства, предъявляемые требования расходятся с возможностями электросетей и оборудования тех времен, которые продолжают эксплуатироваться и еще долго не выйдут из строя. Неизменными остаются лишь общие требования к электросети, такие как заземление и зануление, применение малых (до 42 Вольт) напряжений и двойной изоляции в электроприборах, использование разделительных трансформаторов, выравнивание потенциалов. Отвечая на потребности времени, Главгосэнергонадзор РФ в 1994 году повысил требования безопасности при эксплуатации электросетей и электрооборудования в жилых и общественных зданиях и ввел изменения в Правила устройства электроустановок.
Если прежде в нашей стране в основном действовала двухпроводная система сети для бытового потребителя, то сейчас повсеместно вводится трехпроводная – фазовый проводник, нулевой и защитный.
С учетом перехода еще в начале 90-х годов специалистами-электроэнергетиками была разработана проектная документация жилых и общественных зданий с применением устройств защитного отключения (УЗО). В жилых домах они устанавливаются на вводе в каждую квартиру.
Таблица 1 – Основные технические характеристики УЗО для объектов
Жилищного строительства
| Технические требования | Этажные и квартирные щитки | |
| Вывод | Линии | |
| Номинальное напряжение | 220 + 10, - 15 В | |
| Номинальный ток | (10), 16, 25, 32, 40, 63 А | |
| Время для срабатывания (для неселективных УЗО) | До 100 мс | |
| Максимальный коммутируемый ток | 1,5; 3; 6; 10 кА | 1,5; 3 кА |
| Номинальный отключающий дифференциальный ток | 30; 100; 300 мА | 10; 30 мА |
| Испытательное напряжение изоляции | 2000 В | |
| Срок службы | Не менее 10 лет | |
| Коммутационная износостойкость (число циклов) | Не менее 4000 |
Наиболее уязвимыми местами в проектировании и проведении электротехнических работ являются выбор проводников, способов прокладки кабеля, в первую очередь по основанию из воспламеняющегося материала, крепление и соединение проводников, выбор аппаратов защиты и предохранителей. Одной из причин пожаров является адаптация импортных устройств, рассчитанных на подключение к сети с отдельным нулевым проводом, к однофазным отечественным электросетям.
К примеру, в импортной газовой плите, имеющей электроподсветку и электрозажигающее устройство, один проводник трехжильного провода заземлен на корпус плиты. Неквалифицированный «мастер» совмещает его с другим проводом в стандартной двухштыревой вилке, поскольку евророзетка в доме отсутствует. При перемене места фазового и нулевого проводников на корпусе газовой плиты появляется напряжение, что представляет собой реальную угрозу возгорания и электрошока. Аналогичная ситуация может возникнуть при неправильном подключении импортных стиральных машин, водонагревателей, холодильников, электропечей и иных приборов, имеющих открытые металлические поверхности.
Применение УЗО в комплексе с автоматическими выключателями сводит к минимуму риск поражения человека током и практически исключает возможность возгорания электроприборов и электропроводки в случаях перегрузки или короткого замыкания в сети.
В каталогах иностранных компаний УЗО нередко называют устройством дифференциальной защиты, дифференциальными реле, дифференциальными модулями и т.п. Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.
Структура УЗО формируется из следующих основных функциональных блоков:
1 – дифференциальный трансформатор тока; 2 – пороговый элемент; 3 – исполнительный механизм; 4 – цепь тестирования; Т – время отключения;N – нулевой рабочий проводник; I1 и I2 – рабочий ток нагрузки; Ф1 и Ф2 – векторно встречно направленные магнитные потоки; Iн – номинальный ток нагрузки.
Рисунок 3 – Структура УЗО
В УЗО в качестве датчика тока используется дифференциальный трансформатор тока. Пороговый элемент выполняется на чувствительном магнитоэлектрическом реле. Исполнительный механизм состоит из пружинного привода с сильноточной контактной группой. Цепь тестирования, искусственно создающая дифференциальный ток, предназначена для периодического контроля исправности устройства путем нажатия кнопки «Тест» 4. В нормальном режиме – при отсутствии тока утечки – рабочий ток нагрузки, протекая в прямом и обратном проводниках, образующих встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока 1, наводит в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф1 и Ф2, компенсирующие друг друга. В результате, ток во вторичной обмотке равен нулю и не вызывает срабатывания порогового элемента 2.
При утечке тока на землю или прикосновении человека к токоведущим частям баланс токов в прямом и обратном проводниках, а следовательно, и магнитных потоков, нарушается, во вторичной обмотке появляется трансформированный дифференциальный ток (ток небаланса), что вызывает срабатывание порогового элемента 2, воздействующего на исполнительный механизм 3. Действующий по принципу защелки, исполнительный механизм приводит в действие пружинный привод контактной группы, и защищаемая цепь обесточивается.
При выборе УЗО обязательно следует учесть принцип действия устройства. Существует две основные категории УЗО: зависимые от напряжения питания – «электронные» и независимые от напряжения питания – «электромеханические».
Электромеханические УЗО дороже электронных. В европейских странах: Германии, Франции; Австрии; Бельгии; Италии и др. подавляющее большинство УЗО – электромеханические. Преимущество электромеханического УЗО – их полная независимость от колебаний и даже наличия напряжения в сети. Это особенно важно, поскольку в электрических сетях часто случается обрыв нулевого провода, в результате чего возрастает опасность поражения электротоком, ведь человек предполагает, что напряжения в сети нет, и спокойно прикасается к токоведущим частям.
В электронных УЗО функции порогового элемента и, частично, исполнительного механизма выполняет электронная схема. По электротехническим нормам этих стран электронные устройства устанавливаются только в дополнение к уже имеющимся электромеханическим. Применение электронных УЗО целесообразно, когда необходима подстраховка в целях безопасности, например, в особо опасных, влажных помещениях. В США вы не сможете купить фен, у которого в вилке не встроено УЗО, там это определено законом. Письмом Главгосэнергонадзора в Российской Федерации рекомендованы к применению и электронные, и электромеханические УЗО, отвечающие требования действующих стандартов и имеющие сертификат соответствия.
При выборе УЗО наиболее важное значение имеют следующие факторы:
- место установки УЗО;
- параметры УЗО; номинальный ток нагрузки, номинальный дифференциальный отключающий ток, термическая стойкость;
- решение схем при различных системах заземления питающих сетей;
- выбор типа УЗО.
Монтаж УЗО должен осуществляться только квалифицированным персоналом, имеющим лицензию на выполнение электромонтажных работ.
В связи с вводом системы электроснабжения с третьим нулевым защитным проводом и применением УЗО в старых (двухпроводных) системах при монтаже этих устройств необходимо четкое разделение нулевого рабочего и нулевого защитного проводов в зоне действия УЗО, т.е. нулевой рабочий провод не должен соединяться с заземленными элементами установки.
Перед вводом электроустановки с УЗО в эксплуатацию рекомендуется провести замеры фоновых токов утечки на землю при одновременном или последовательном включении всех электроприемников. Разумеется, для этого необходимо обратиться в специализированную организацию. Повреждение изоляции возможно и в фазных, и в нулевом проводах (при этом УЗО реагирует на утечку в обоих случаях), однако при применении в электроустановке одно- и трехфазных автоматических выключателей без демонтажа схемы невозможно найти утечку с нулевого провода методом последовательного отключения. Поэтому в схемах сетей с нулевым защитным проводником целесообразно применение двух- и трехполюсных автоматических выключателей, коммутирующих как фазные, так и нулевые провода.