Какво е УЗО: устройство, принцип на действие, съществуващи видове и маркировка на УЗО

Всяка електрическа мрежа трябва да има защитно устройство, но какво е УЗО и какъв е принципът на неговото действие знае далеч не всеки. Разшифровката на съкращението изглежда така – устройство за защитно изключване.

Този електрически нисковолтов апарат е предназначен за изключване на защитавания участък от веригата при възникване на диференциален ток, надвишаващ номиналната стойност за този прибор.

В нашата статия ще се постараем да разгледаме подробно устройството и принципа на действие на УЗО, да разгледаме съществуващите разновидности и да разберем каква информация съдържа маркировката на устройствата за защитно изключване.

Предназначение на защитния апарат

Устройството на контура на заземяване на УЗО е РЕ-проводник на неутрални токопроводящи корпуси или части на електрически механизми със съпротивление не по-високо от 4 ома.

При възникване на ток на утечка посочените елементи на оборудването може да бъдат под напрежение, което представлява опасност за живота на човека и животните при допир с тях, както и за имуществото като цяло.

Да спасят от получаване на електротравми — призвание на защитните апарати. При откриване на ток на утечка те изключват напрежението.

Най-голямата опасност се крие в това, че такива нарушения във веригата са невидими и в редки случаи осезаеми, когато при докосване на апарата може да се почувства лек токов удар.

Основната причина за това явление е нарушение на изолационния слой на окабеляването. Неконтролирани процеси могат да нанесат големи щети, поради което защитното оборудване придобива голяма популярност в битови условия.

Въздействието на токопроводящите мрежи върху човешкия организъм може да доведе до плачевни последици. Този проблем беше решен с помощта на контролно-измерителни апарати УЗО, отнасящи се към защитния сегмент. Основните изисквания за монтаж и използване са описани в МЕК 60364.

Приложението на УЗО получи най-голямо разпространение в еднофазни мрежи с променлив ток и заземяване на неутралната линия, както и с показатели на напрежение до 1 kW в формат на битово електроснабдяване.

Конструктивно изпълнение на УЗО

Допълнителните особености на защитния механизъм ще помогнат да се разбере принципът на действие на УЗО, а именно възпроизвежданата реакция на апарата при изтичане на ток.

Към ключовите работни възли се отнасят:

• трансформаторен диференциален датчик;
• пусков орган — механизъм, който прекъсва неправилно функционираща електрическа верига;
• електромагнитно реле;
• контролен блок.

Към датчика са свързани насрещни намотки – фаза и нула. При нормален режим на работа на мрежата, тези полупроводникови елементи образуват в сърцевината магнитни потоци, които имат противоположна посока един спрямо друг. Благодарение на това магнитният поток е равен на нула.

Трансформаторът се състои от затворена стоманена сърцевина, върху която са надянати две намотки: първична – свързана към източник на променлив ток, вторична – свързана към товара. Колкото пъти трансформаторът увеличава напрежението на променливия ток, толкова пъти намалява силата на тока.

Към вторичната намотка, навита на магнитопровода на трансформатора, е свързано реле от електромагнитен тип. Ако в мрежата са спазени стандартните условия на работа, то не е задействано.

При възникване на изтичане на ток цялата работа кардинално се променя. Фазният и нулевият проводник започват да пропускат различни стойности на ток. Сега стойността и посоката на магнитните потоци в сърцевината на трансформатора също ще имат различни параметри.

Във вторичните навивки се появява ток и при достигане на зададените стойности, се осъществява задействането на електромагнитното реле. То е свързано в двойка с механизма за разединяване. Тази връзка в точния момент реагира и разединява електрическата мрежа.

Съгласно изискванията за пожарна безопасност, контролните проверки на устройството за диференциална защита се извършват редовно, най-малко веднъж месечно. За целта на прибора има специален бутон «ТЕСТ».

Проверочният възел е представен от механизъм на съпротивление — определен товар, свързан заобикаляйки диференциалния датчик. Този елемент имитира изтичане на ток и по този начин се извършва проверка на работоспособността на апарата. Повече подробности за методите на проверка сме говорили в тази статия.

Принципът на действие/работа на УЗО се състои в следното: подаване на ток от фазната линия към контролното съпротивление и след това — към нулевия проводник, заобикаляйки датчика.

По този начин се създават условия за различни показатели на тока на входа и изхода на прибора. Този дисбаланс трябва да доведе до задействане на възела за изключване.

В зависимост от разработчиците, схемотехническото устройство може да се различава, но принципът, използван в работата на УЗО, ще бъде идентичен при всички модели.

Принцип на задействане на защитния механизъм

Нека разгледаме за какво е необходимо да се използва УЗО. Функционирането на защитното устройство се основава на измервателния метод.

Регистрират се входящите и изходящите параметри на токовете, протичащи през трансформатора. Ако първата стойност е по-голяма от втората, това означава, че в електрическата верига възниква изтичане на ток и уредът извършва изключване. Ако параметрите са идентични, устройството не се задейства.

В двупроводната система диференциалното устройство не се задейства, ако по проводниците на фазата и нулата преминава ток с еднаква сила. Ако има разлика в тези стойности, това означава, че в мрежата има изолационен пробив и защитният механизъм ще изключи повредения участък.

За по-добро разбиране, нека разгледаме как ще работи УЗО в битово разпределително табло с двуполюсна система.

Към горните клемни блокове е свързан входният двужилен проводник (фаза и нула). Към долните клемници са свързани фаза и нула, които са положени до участъка на натоварването, например до захранващия контакт на бойлера или електрическата кана. Защитното заземяване на уреда ще се осъществява чрез кабел, заобикаляйки УЗО.

При стандартен работен режим, движението на електроните се осъществява по линията фаза от входящия кабел до електрическия нагревател на бойлера/каната, преминавайки през устройството за диференциална защита. Обратно те се придвижват към земята отново през УЗО, но по линията нула.

Ако човек докосне корпуса на токопроводящ уред, на който поради пробив се е появил потенциал, в тази ситуация утечката на ток ще премине през тялото на човека, на което устройството реагира практически мигновено, като изключва захранващата система.

Например, в нагревателния елемент на уреда беше повредена изолацията. Така, през водата, намираща се вътре, токът частично ще се провежда от корпуса, а след това ще отиде в земята посредством проводката на защитното устройство.

Остатъците от тока ще се върнат по нулевата линия през УЗО. Въпреки това неговата сила ще стане по-малка с размера на утечката в сравнение с входящата.

Разликата в показателите се изчислява от диференциалния трансформатор. Ако стойността е по-голяма от допустимата, уредът моментално реагира и прекъсва веригата.

В друга наша статия дадохме препоръки относно избора и правилното свързване на УЗО за бойлер.

Целесъобразност на използването на УЗО

Нека разгледаме за какво е необходимо да се използва УЗО и от какви негативни фактори на въздействие устройството осигурява защита.

На първо място – затваряне на фазата към корпуса на електротехниката. Основно към проблемните участъци се отнасят нагревателните елементи на бойлери и перални машини. Струва си да се отбележи, че пробив се образува само в случай, когато топлообразуващата част се нагрява под действието на тока.

Също така при неправилно свързване на проводниците. Например, ако се използват усуквания без клемна кутия, които впоследствие се вграждат в стената и се покриват със слой мазилка. Тъй като повърхността има повишена влажност, това усукване ще бъде пробив, който причинява изтичане в стената.

Диференциалният защитен механизъм в този случай постоянно ще изключва захранването на линията, докато участъкът напълно изсъхне или докато съединителният възел бъде преработен.

Автоматичната защита се прилага ефективно в битови условия: в електрическите групи за баня, кухня и контакти с голям брой захранвани уреди. Идеален вариант е, когато такива устройства са инсталирани на всяка група контакти.

Сферата на приложение на разглежданите устройства е доста разнообразна – от обществени сгради до мащабни предприятия. С тях се комплектоват електротехнически конструкции и схеми, предназначени за приемане и разпределение: табла в жилищни сгради, системи за захранване с ток за индивидуално потребление и т.н. Основното при това е правилното избиране на УЗО по мощност.

Видове апарати и тяхната класификация

Фирмите разработчици предоставят на своите продукти разнообразни възможности, които трябва да се вземат предвид при определяне на необходимия вид УЗО, като се изхожда от конкретните условия на експлоатация на електрическата мрежа.

За да може обикновеният потребител да избере необходимото устройство за защитно изключване сред многообразието от предлагани модели, беше създадена класифицираща система, основана на следните характеристики:

• принцип на задействане;
• вид на диференциалния ток;
• закъснение във времето на изключващия диференциален ток;
• брой полюси;
• метод на инсталиране.

Нека разгледаме по-подробно всяка от тези класификации.

Класификация #1 — по метод на включване

Съществуват общо два метода на включване – електромеханичен и електронен. В първия случай автоматът ще изключи захранването на повредената линия независимо от напрежението на мрежата. Основният работен орган е тороидална сърцевина с намотки.

При образуване на изтичане, във вторичната верига се формира напрежение за задействане на работата на реле за поляризация, което води до активиране на механизма за изключване.

За устройствата от електромеханичен тип не се изисква външно напрежение. Източник за тяхното задействане е диференциалният ток на повредената линия.

Функционирането на устройството с електронна начинка напълно зависи от допълнително напрежение, т.е. изисква се външно захранване. Тук работният орган е представен от електронна платка с усилвател.

Вътре в такъв механизъм няма допълнителни източници, акумулиращи енергия, затова за работата на схемата се използва електричество от външната мрежа и ако няма напрежение, устройството няма да прекъсне веригата.

Определяне на типа на устройството: към клемите на батерия тип «АА» запоете два проводника. Включете УЗО и свържете към входа на защитния блок, а следващия – към изхода. Линиите се свързват на един полюс. Ако апаратът се изключи – това означава, че е представен електромеханичен тип, ако не – електронен.

Пример за работа на електронно УЗО, инсталирано на линия с контакт, откъдето се захранва микровълнова фурна: възникна прекъсване на нулевата фаза, в допълнение към това, в същия период се образува неизправност на електропроводката на микровълновата и настъпва късо съединение на фазата към корпуса, т.е. върху него се появява опасен потенциал.

Ако докоснете фурната, електронният тип защита няма да бъде задействан, тъй като няма захранваща мрежа. Именно поради ненадеждността в сравнение с електромеханичния аналог този уред получи по-малко разпространение.

Класификация #2 — по вид на тока на утечка

Всички модели на произвежданите автомати за безопасност допълнително се разделят по ток на натоварване, преминаващ през устройството. Те обработват напрежение със зададен формат на колебанията.

На корпуса на всички уреди и в паспорта се записва номиналната стойност на работното напрежение. Този параметър трябва да съответства на диапазона на номиналния ток на електротехниката.

Тип АС ще бъде активиран при моментално възникване на променливо напрежение на утечка в подконтролната схема или при неговото вълнообразно нарастване. Тези апарати се маркират с надпис «АС» или със символен знак «~».

Най-подходящият форм-фактор за битово приложение – УЗО-АС. Моделът е най-евтиният сред уредите с аналогично действие. В паспорта към електротехниката производителите не рядко посочват конкретния модел на защитния автомат, подходящ за това изделие.

Тип А се задейства при моментално образуване на променлив или пулсационен пробивен ток в контролираната верига, или при тяхното бавно нарастване.

Такъв механизъм може да се използва във всички представени ситуации. На корпуса на автомата е нанесена абревиатурата «А» или символ, както на графичното изображение в правоъгълник. .

Най-често тип А се свързва към схема, където се осъществява регулиране на натоварването посредством отрязване на върха на синусоидата, например, коригиране на показателите на скоростта на въртеливите движения на двигателя с тиристорен преобразувател.

Цената на модел А е многократно по-висока в сравнение с АС, тъй като тук допълнително се осъществява контрол на постоянното напрежение, възникващо в силовата преобразувателна техника.

УЗО от подтип В са ефективни за възпроизвеждане на реакция в подчинената електрическа схема при постоянен, променлив или преобразуван (изправен) ток на утечка.

Това е скъпо оборудване, предназначено за обекти с промишлена дейност. В битови условия то не се използва.

Представените устройства за защита от изключване тип А, В и АС са изчислени за време на активиране от 0,02-0,03 s.

Класификация #3 — по тип закъснение по време

Тази класификация предполага различие по два типа: S и G. Автоматичната защита тип S може да се характеризира с реакция на селективен формат. Задържането по време на сработване съответства на диапазон 0,15-0,5 s. Него е целесъобразно да се избере в случай на групово свързване на УЗО.

Схема на апартаментно табло с две групи натоварване, където са свързани два различни типа защитни устройства: АС или А, и S

Според схемата, в таблото са разположени две товарни групи под формата на контакт №1 и №2, към които е свързано УЗО тип А, а на входа на помещението втори автомат – S.

Ако възникне пробив в един сноп, входното устройство се активира само когато колективното устройство не изпълни своята функция и не изключи дефектния участък.

Селективността на активиране на прекъсване на веригата може да се изпълни, използвайки друг метод – чрез настройки на ток на утечка. Този способ получи най-голямо разпространение.

Схема на апартаментно табло с две групи товар, където са свързани два различни типа защитни устройства: АС с настройка на пробив, и второ А, но с по-голяма стойност

Да вземем аналогична на предишната схема и я видоизменим по следния начин: груповият автомат избираме тип АС, но вече с настройка на диференциален ток 0,03 А, а на входа ще бъде аналогично устройство, но с 0,1 А.

Има ситуации, когато диференциалният ток във веригата на повреда превишава номиналните настройки на два защитни прибора. За първата схема селективността няма да бъде нарушена, а във втората – токът на изключване може да подаде всяко от свързаните устройства.

Апарат форм-фактор G също е представен с селективен принцип на сработване и притежава задържане 0,06-0,08 s. Всички описани селективни видове са изчислени за въздействие на екстремни токове – до 15 kA.

Някои модели УЗО притежават система за регулиране на настройката на диференциалния орган, други нямат такава възможност. Обаче за битови цели подхожда вторият вариант на изпълнение

Токът на ограничение е важен параметър за избор, тъй като именно за сметка на това се осигурява безопасността.

Например, в помещения с повишена влажност, захранването на електроуредите се осъществява с включване в схема на устройства за изключване с настройка 0,01 А. За стандартни битови условия – 0,03 А.

За организацията на противопожарна безопасност на сгради – 0,1-0,3 А. Препоръчваме да се запознаете със съветите за избор на противопожарно УЗО и тънкостите на неговия монтаж.

Класификация #4 — по брой полюси

Поради факта, че автоматичното устройство функционира на принципа на сравнение на големините на тока, които преминават през него, броят на полюсите на автомата ще бъде идентичен на броя на токопроводящите линии.

Двуполюсното УЗО се обозначава като 2Р. То се включва в еднофазна схема за осигуряване на защита на човека и предотвратяване на възможни причини за пожар.

Маркировката на четириполюсните УЗО е 4Р. Те са предназначени за работа в мрежа с три фази. Също така е възможен вариант на комбинация на инсталацията, например, уред с четири полюса се въвежда в двупроводна мрежа.

Обаче при това няма да бъде реализиран целият потенциал на устройството, което е икономически неизгодно.

При инсталиране на защитния автомат трябва да се вземе предвид вероятността токът на натоварване да надвиши максималните работни стойности на устройството. Поради това допълнително се инсталира автоматичен прекъсвач с номинално напрежение не по-голямо от работния ток на системата за безопасност.

Класификация #5 — по начин на инсталиране на апарата

Тъй като диференциалните защитни устройства се изработват в различни корпуси, те могат да се използват като стационарни или преносими.

Във втория случай апаратът се снабдява с удължаващ кабел. Уредите, които се фиксират на din-рейка, се монтират в електротабло, което се разполага или в коридора, или в апартамента.

Също така има варианти на изпълнение от вида УЗО-контакт и УЗО-щепсел. И в първия, и във втория случай всеки електроуред, свързан чрез такъв механизъм, при повреда не представлява опасност за човека.

Пълна разшифровка на маркировъчните стойности

Задължително на корпуса на устройството присъства името на фирмата-разработчик. Следва стандартизирана маркировка с обозначение на серийния номер.

За декодиране на абревиатурата ще използваме такъв пример [F][X]00[X]-[XX]:

• [F] – устройство за защитно изключване;
• [X] – формат на изпълнение;
• 00 – цифрови или буквено-цифрови обозначения на серията;
• [X] – брой полюси: 2 или 4;
• [XX] – характеристики по вид на тока на утечка: АС, А и В.

Също така тук ще бъдат обозначени и номиналните параметри на уреда, на които при избора трябва да се обърне особено внимание.

Декодиране на абревиатурата: 1 – бранд; 2 – тип устройство; 3 – селективен вид; 4 – съответствие на европейските стандарти; 5 – номинален работен ток и уставка; 6 – максимално променливо работно напрежение; 7 – номинален ток, който уредът може да издържи; 8 – диференциална включваща и изключваща способност; 9 – електросхема; 10 – ръчна проверка на работоспособността; 11 – маркировка на положението на превключвателя

Към максималните параметри, за които са проектирани устройствата, се отнасят: напрежение Un, ток In, диференциална стойност на тока на разкъсване на веригата IΔn, способност за включване и изключване Im, комутационна способност при къси съединения Icn.

Основните маркировъчни стойности трябва да бъдат разположени така, че да останат видими след монтажа на уреда. Някои параметри могат да се нанасят отстрани или на задния панел, видими само преди монтажа на изделието.

Изходите, предназначени само за свързване на нулевия проводник, се обозначават с латински символ «N». В изключен режим на УЗО сочи символът «О» (окръжност), а включен – къса вертикална черта «I».

Не на всяко изделие са нанесени оптималните температурни показатели на околната среда. В онези модели, където има символ — това означава, че диапазонът на работния режим е от -25 до +40 °C, ако няма никакви обозначения – се имат предвид стандартните показатели от -5 до +40 °C.

Изводи и полезно видео по темата

Видеоматериал с подробен преглед на всички съставни елементи на защитните механизми, тяхното предназначение и принцип на взаимодействие помежду им:

Описание на всички типове защитни автомати, както и съвети как правилно да направите своя избор:

Отговор на вечния въпрос, на какво да спрете своя избор – на диференциален автомат или на УЗО + тайните на монтажа:

Приложението на УЗО е изгодно и правилно решение не само от гледна точка на икономия, но и от гледна точка на пожарна безопасност и защита на човека.

Препоръчва се максимално да се използва неговият потенциал в битови условия, като се инсталира на всички групи електротехника за осигуряване на пълна изолация от въздействието на електричество.

Останали ли са ви въпроси относно принципа на действие или класификацията на устройствата за защитно изключване? Или искате да допълните изложения материал с полезни сведения? Пишете, моля, своите уточнения в блока за коментари, задавайте въпроси – експертите и компетентните посетители на нашия сайт ще се постараят да ви отговорят максимално подробно.