Что такое УЗО: устройство, работа, виды и маркировка

Каждая электрическая система нуждается в защитном устройстве, однако не все знают, что собой представляет УЗО и каковы его принципы функционирования. Данная аббревиатура расшифровывается как устройство защитного отключения.

Этот низковольтный электроприбор предназначен для отключения конкретного участка цепи при возникновении дифференциального тока, который превышает допустимый уровень для данного устройства.

В этом материале мы подробно рассмотрим устройство и принцип работы УЗО, изучим его основные виды и разберемся с информацией, содержащейся на маркировке приборов защитного отключения.

Назначение защитного устройства

УЗО предоставляет защиту заземляющего контура от токов, протекающих через нейтральные токопроводящие конструкции или элементы электрических систем с сопротивлением, не превышающим 4 Ом.

При возникновении утечки тока, упомянутые элементы могут оказаться под напряжением, что в свою очередь создает опасность для человека и животных при контакте, а также представляет угрозу для имущества в целом.

Основная функция защитных устройств состоит в предотвращении электрических травм — они отключают питание при обнаружении утечки тока.

Наибольшую опасность представляют собой невидимые нарушения в цепи, которые редко ощущаются, и только в случаях прикосновения к устройству можно почувствовать легкий удар током.

Причиной таких явлений чаще всего служит повреждение изоляционного слоя проводки. Неконтролируемые процессы могут причинить значительный вред, поэтому защитные устройства становятся всё более популярными в быту.

Воздействие электрических систем на человеческий организм может иметь серьезные последствия. Эта проблема успешно решается с помощью контрольных и измерительных приборов типа УЗО, относящихся к защитной категории. Основные требования к монтажу и эксплуатации изложены в стандартах МЭК 60364.

Чаще всего УЗО используется в однофазных электрических сетях с переменным током и заземленной нейтралью, а также при напряжении до 1 кВт для бытового электроснабжения.

Конструкция устройства УЗО

Конструктивные особенности защитного механизма позволяют понять принцип работы УЗО, в частности, реакцию прибора на утечку тока.

К ключевым компонентам устройства относятся:

• дифференциальный трансформатор;
• пусковой механизм, который отключает неисправную электрическую цепь;
• электромагнитное реле;
• блок контроля.

К трансформатору подключены обмотки — фаза и нейтраль. В нормальном режиме работы сети эти полупроводниковые компоненты создают магнитные потоки в сердечнике, направленные в противоположные стороны, таким образом, результирующий магнитный поток будет равен нулю.

Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, на который намотаны две катушки: первая — подключена к источнику переменного тока, вторая — к нагрузке. Если трансформатор увеличивает напряжение, то сила тока снижается в той же пропорции.

Во вторичной обмотке, расположенной на магнитопроводе трансформатора, подключено реле электромагнитного типа. При условии, что в сети соблюдаются нормальные параметры, реле не активируется.

Если возникает утечка тока, работа системы кардинально меняется. Фазные и нейтральные провода начинают проводить разные значения тока, что приводит к изменениям в параметрах магнитных потоков в сердечнике трансформатора.

Во вторичных обмотках возникает ток, и при достижении определенных значений срабатывает электромагнитное реле. Оно соединено с отключающим механизмом, который в нужный момент отключает электросеть.

В соответствии с правилами пожарной безопасности, проверки устройств дифференциальной защиты должны проводиться регулярно, не реже одного раза в месяц. Для этого на приборе предусмотрена специальная кнопка для тестирования.

Проверочный механизм представляет собой элемент с сопротивлением — нагрузка, подключенная параллельно дифференциальному датчику. Этот элемент моделирует утечку тока, что позволяет проверить работоспособность устройства. Далее мы подробнее обсуждаем методы проверки.

Работа УЗО заключается в следующем: ток подается с фазного провода на контрольное сопротивление, а затем на нейтральный провод, минуя датчик.

Таким образом, создаются разные токовые параметры на входе и выходе прибора. Это несоответствие и инициирует срабатывание отключающего узла.

В зависимости от производителя, схемы могут варьироваться, однако принципы работы УЗО остаются схожими для всех моделей.

Механизм срабатывания защитного устройства

Теперь давайте рассмотрим, зачем необходимо использование УЗО. Работа защитного прибора основана на методе измерения.

Фиксируются входящие и выходящие токи, протекающие через трансформатор. Если входящее значение превышает выходящее, это говорит о том, что в цепи происходит утечка тока, и устройство отключится. Если параметры равны, УЗО не сработает.

В двухпроводной системе устройство не сработает, если ток в фазной и нейтральной проводах одинаков. В случае разницы этих величин возникает изоляционный пробой, и защитный механизм отключает поврежденный сегмент.

Для большей ясности рассмотрим работу УЗО в бытовом распределительном щитке с двухполюсной системой.

К верхним клеммам подключается входной двухжильный провод (фаза и ноль). Нижние клеммы соединены с фазой и нейтралью, ведущими к нагрузочному сегменту, например, к розетке для электрочайника или бойлера. Защита устройства осуществляется кабелем, минуя УЗО.

В нормальном рабочем режиме электроны движутся по фазовому проводу от входного кабеля к электрическому нагревателю бойлера/чайника, проходя через устройство дифференциальной защиты. Возвращаются они через нейтральный контакт тоже через УЗО.

Если человек прикоснется к корпусу токоведущего устройства, на котором из-за повреждения возник потенциал, то утечка будет проходить через тело человека, и УЗО практически мгновенно отключит питание.

Например, если изоляция в ТЭНе бойлера повреждена, ток будет частично проходить через воду, находящуюся внутри, и затем уходить в землю через защитный провод.

Остаток тока вернется по нейтральному проводу через УЗО, но его величина будет меньше на величину утечки относительно входящего тока.

Дифференциальный трансформатор вычисляет разницу значений. Если этот показатель превышает допустимый предел, устройство моментально отключает цепь.

В нашей другой статье мы привели рекомендации по выбору и правильному подключению УЗО для бойлеров.

Польза использования УЗО

Теперь давайте разберем, для чего нужно УЗО и от каких негативных факторов оно обеспечивает защиту.

В первую очередь важен его защитный механизм от короткого замыкания на корпусе электрических приборов. Наиболее проблемные участки — это ТЭНы в стиральных машинах и нагревателях. Следует отметить, что пробой происходит только тогда, когда деталь нагревается под действием тока.

Также существует риск при неправильном подключении проводов. Например, если используются скрутки без клемм, которые затем прячутся в стене и закрываются штукатуркой. В условиях повышенной влажности такая скрутка может привести к утечке тока.

В этом случае дифференциальное устройство будет постоянно отключать линию, пока участок не высохнет или соединительный узел не будет исправлен.

Автоматическая защита активно используется в бытовых условиях: в электрических группах ванной и кухни, а также в розетках, к которым подключено множество приборов. Идеально, когда такое устройство установлено на каждых розетках.

Сфера применения УЗО очень разнообразна — от общественных зданий до крупных предприятий. Они устанавливаются в электротехнические системы и конструкции, предназначенные для приема и распределения: щитки в жилых домах, системы электроснабжения для индивидуальных нужд и пр. Главное — правильно выбрать УЗО в зависимости от его мощности.

Классификация приборов

Производители оснащают свои устройства множеством возможностей, которые необходимо учитывать при выборе подходящего УЗО, исходя из конкретных условий эксплуатации электропроводки.

Чтобы обычному пользователю было проще выбрать нужное устройство защитного отключения среди множества моделей, была разработана классифицирующая система, основанная на следующих характеристиках:

• принцип срабатывания;
• тип дифференциального тока;
• время задержки отключения дифференциального тока;
• количество полюсов;
• способ установки.

Теперь подробней рассмотрим каждую из этих классификаций.

Классификация #1 — по методу включения

Существует два основных метода включения — электромеханический и электронный. В первом случае устройство отключит питание на поврежденной линии независимо от напряжения сети. Основной элемент в этом случае — тороидальный сердечник с обмотками.

При наличии утечки в вторичной цепи формируется напряжение, что приводит к активации механизма выключения.

Устройства электромеханического типа не нуждаются в подключении к внешнему источнику питания. Они активируются благодаря дифференциальному току, который возникает на поврежденной линии.

Работа электронных аппаратов, в свою очередь, полностью зависит от внешнего напряжения. Внутри таких устройств расположена электронная плата с усилителем, которая требуется для их функционирования.

Поскольку в конструкции отсутствуют внутренние источники энергии, для работы используется электричество из внешней сети. В случае отключения напряжения устройство не сможет разорвать электрическую цепь.

Чтобы определить тип устройства, необходимо припаять два провода к клеммам батарейки типа «АА». Затем включите устройство защитного отключения (УЗО) и подключите один провод к его входу, а второй — к выходу. Линии должны быть соединены с одним полюсом. Если устройство отключится, значит, это электромеханический тип; если нет, значит, оно электронное.

В качестве примера такого типа работы можно рассмотреть электронное УЗО, установленное на линии, обслуживающей микроволновую печь. При обрыве нулевой фазы может возникнуть неисправность в электропроводке печи, при этом происходит замыкание фазы на корпуса устройства, что приводит к появлению опасного потенциала.

При прикосновении к микроволновке электронное устройство защиты не сработает, так как в данный момент отсутствует подключение к электросети. Именно из-за недостаточной надежности по сравнению с электромеханическими аналогами, подобные устройства используются реже.

Классификация #2 — по характеру тока утечки

Все модели автоматических защитных устройств дополнительно классифицируются в зависимости от тока нагрузки, который проходит через них. Эти приборы обрабатывают напряжение определенного типа колебаний.

На корпусе каждого устройства и в его паспорте указываются номинальные значения рабочего напряжения, которые должны соответствовать диапазону номинального тока электросетей.

Тип AС активируется при мгновенном возникновении переменного тока утечки в контролируемой цепи либо при его постепенном увеличении. Эти устройства обозначаются маркировкой «АС» или символом «~».

Наилучшим выбором для использования в быту является модель УЗО-АС, так как она является самой доступной по цене среди аналогичных приборов. Производители часто указывают конкретные марки защитных устройств, подходящих для использования с данным изделием в его паспорте.

Тип A включается при возникновении переменного или пульсационного пробивного тока в контролируемой цепи, либо при их медленном нарастании.

Такое устройство можно применять в любых упомянутых ситуациях. На корпусе автомата имеется маркировка «А» или соответствующий символ, представленный в виде прямоугольника.

Чаще всего тип A используется в схемах, где осуществляется контроль нагрузки посредством обрезки верхней части синусоиды, например, при корректировке скорости вращения двигателя с помощью тиристорного преобразователя.

Стоимость модели A значительно выше, чем у модели AС, так как здесь также контролируется постоянное напряжение, возникающее в устройствах силового преобразования.

Устройства типа В эффективны для реагирования на утечку как постоянного, так и переменного тока, а также преобразованного (выпрямленного) тока в подчиненной электросхеме.

Эти приборы имеют высокую стоимость и предназначены для использования в промышленных условиях, в быту они не применяются.

Автоматы защиты категорий А, В и АС рассчитаны на время срабатывания в диапазоне 0,02-0,03 с.

Классификация #3 — по временной задержке

Эта классификация делит устройства на два типа: S и G. Устройства защиты типа S характеризуются селективной реакцией. Их время срабатывания варьируется от 0,15 до 0,5 с. Такие устройства разумно использовать при групповых подключениях УЗО.

В квартире может быть установлена схема, где две группы нагрузок соединены с разными типами защитных устройств, например, AС или А, и S.

По данной схеме в щитке располагаются две группы: розетки №1 и №2, к которым подсоединены УЗО типа A, а на вводе помещения установлен автомат типа S.

При возникновении короткого замыкания в одной из групп вводной автомат сработает только в том случае, если коллективное устройство не выполнит свою функцию и не отключит неисправный участок.

Достижение селективности можно обеспечить также с помощью установки различных значений тока утечки, что на сегодняшний день используется наиболее часто.

Схема квартирного щитка с двумя группами нагрузки может выглядеть так: одно устройство защиты будет типа АС с установленной чувствительностью 0,03 А, а вводной автомат будет аналогичной конструкции, но с настройкой на 0,1 А.

В некоторых ситуациях дифференциальный ток в цепи повреждения превышает установленные значения двух защитных приборов. В первом варианте селективность не будет нарушена, тогда как во втором случае отключение может произвести любое из подключенных устройств.

Устройства формата G также работают по селективному принципу и имеют время задержки в пределах 0,06-0,08 с. Все описанные устройства рассчитаны на работу с экстремальными токами до 15 кА.

Некоторые устройства УЗО имеют системы регулировки чувствительности, в то время как другие — нет. Тем не менее, для бытового применения обычно подойдет второй вариант.

Ограничивающий ток — важный параметр выбора, так как именно он обеспечивает безопасность.

Например, в помещениях с повышенной влажностью необходимо подключать электроприборы через защитные устройства с установленной чувствительностью 0,01 А. Для стандартных бытовых условий эта настройка составляет 0,03 А.

Для обеспечения противопожарной безопасности зданий следует использовать оборудование с настройками от 0,1 до 0,3 А. Рекомендуем ознакомиться с рекомендациями по выбору противопожарных УЗО и тонкостями их установки.

Классификация #4 — по количеству полюсов

Поскольку автоматические устройства основывают свою работу на сравнении токов, протекающих через них, количество полюсов будет соответствовать количеству проводимых током линий.

Двухполюсные УЗО обозначаются как 2Р и используются в однофазных схемах для защиты людей и предотвращения возгораний.

Четырехполюсные УЗО имеют маркировку 4Р и предназначены для работы в трехфазных сетях. Также можно установить комбинированные варианты подключения, например, четырехполюсный прибор в двухпроводной системе.

Однако в этом случае не будет использоваться весь потенциал устройства, что является нецелесообразным с экономической точки зрения.

При установке защитного автомата необходимо учитывать возможность превышения тока нагрузки за пределы максимальных рабочих значений прибора. Поэтому дополнительно устанавливается автоматический выключатель с номинальным напряжением, не превышающим рабочий ток системы безопасности.

Классификация #5 — по способу установки

Поскольку устройства защиты дифференциального типа могут иметь различные корпуса, их можно использовать как в стационарном, так и в переносном варианте.

Во втором случае устройства оснащены удлиняющими проводами. Приборы, которые фиксируются на din-рейке, устанавливаются в электрощит, расположенный либо в коридоре, либо в квартире.

Существуют также модели в виде УЗО-розеток и УЗО-вилок. В обоих случаях любое электрическое устройство, подключенное через такие механизмы, при возникновении неисправностей не представляет опасности для человека.

Полная расшифровка маркировок

На корпусе каждого устройства обязательно указано название производителя. Затем следует стандартизированный код с серийным номером.

Для расшифровки аббревиатуры воспользуемся следующим примером [F][X]00[X]-[XX]:

• [F] означает устройство защитного отключения;
• [X] указывает формат исполнения;
• 00 соответствует цифровым или буквенно-цифровым обозначениям серии;
• [X] обозначает количество полюсов: 2 или 4;
• [XX] указывает характеристики по виду тока утечки: АС, А и В.

Здесь же будут обозначены и номинальные параметры прибора, на которые необходимо обратить особое внимание при выборе.

Расшифровка может выглядеть следующим образом: 1 – бренд; 2 – тип устройства; 3 – селективный тип; 4 – соответствие европейским стандартам; 5 – рабочий номинальный ток и его настройка; 6 – максимальное рабочее переменное напряжение; 7 – номинальный ток, который устройство может выдерживать; 8 – способность включения и отключения; 9 – схема электроснабжения; 10 – возможность ручной проверки функционирования; 11 – маркировка расположения переключателя.

Максимальные параметры, на которые рассчитаны устройства, включают : напряжение Un, ток In, размыкающее дифференциальное значение тока IΔn, возможности включения и отключения Im, и коммутирующая способность при коротком замыкании Icn.

Основные параметры маркировки должны быть размещены так, чтобы были видны после установки прибора. Некоторые характеристики могут быть указаны на боковой стороне или задней панели, что делает их видимыми только до монтажа.

Выходы, предназначенные только для подключения нулевого провода, обозначаются латинской буквой «N». На отключенный режим УЗО указывает символ «О» (окружность), а включенный — короткая вертикальная черта «I».

Не на всех устройствах указаны оптимальные температурные условия эксплуатации. Если на модели есть символ

— это означает, что диапазон работы составляет от -25 до +40 °C, без таких обозначений — стандартные параметры от -5 до +40 °C.

Выводы и полезное видео по теме

В этом видеоролике представлен детальный анализ всех компонентов механизмов защиты, их функций и взаимодействия между собой:

Здесь вы найдете полное описание всех видов защитных автоматов, а также полезные рекомендации по тому, как правильно выбрать подходящий вариант:

Мы ответим на важный вопрос, что выбрать – дифференциальный автомат или устройства УЗО, а также поделимся секретами их установки:

Использование УЗО является эффективным и разумным решением не только с точки зрения экономии, но и с позиции пожарной безопасности, а также защиты людей от электрического шока.

Рекомендуется максимально использовать его возможности в домашних условиях, подключая ко всем группам электроприборов для обеспечения полной защиты от электричества.

Остались ли у вас вопросы по принципу работы или классификации устройств защитного отключения? Или, может быть, вы хотите дополнить приведенную информацию ценными сведениями? Не стесняйтесь оставлять свои комментарии, задавайте вопросы — наши эксперты и опытные посетители сайта с радостью помогут вам получить исчерпывающие ответы.