Устройство защитного отключения (УЗО)

1. Назначение устройств защитного отключения.

Устройство защитного отключения (УЗО)—современное, высокоэффективное, во многих случаях безальтернативное средство защиты человека от поражения электрическим током. УЗО также осуществляют защиту электроустановок от возгораний и пожаров, возникающих вследствие протекания токов утечки. Наряду с устройствами защиты от сверхтока, УЗО относятся к дополнительным видам защиты человека от поражения электрическим током, обеспечиваемой путем автоматического отключения питания. Защита автоматическим отключением питания в варианте защитного зануления обеспечивает защиту человека при косвенном прикосновении — путем отключения автоматическими выключателями или предохранителями поврежденного участка цепи при замыкании на корпус. При малых токах замыкания, большом сопротивлении петли «фаза-ноль», а также при обрыве нулевого проводника зануление действует недостаточно эффективно, поэтому в этих случаях УЗО является единственным средством защиты человека от электропоражения. В основе действия защитного отключения, как электрозащитного средства, лежит принцип ограничения (за счет быстрого отключения) продолжительности протекания тока через тело человека при случайном непреднамеренном прикосновении к токоведущим частям электроустановок (прямом прикосновении) или при прикосновении к проводящим нетоковедущим элементам оборудования, оказавшимся под опасным потенциалом при повреждении изоляции (косвенном прикосновении). Из всех известных электрозащитных средств УЗО является единственным, обеспечивающим защиту человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении к одной из токоведущих частей. Другим не менее важным свойством УЗО является его способность осуществлять защиту от возгораний и пожаров, возникающих на объектах вследствие возможных повреждений изоляции, неисправностей электропроводки и электрооборудования.

2. Принцип действия УЗО

Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на разницу токов (дифференциальный ток) в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке. Принцип действия УЗО дифференциального типа основан на применении электромагнитного векторного сумматора токов—дифференциального трансформатора тока. Сравнение текущих значений двух и более (в четырехполюсных УЗО — четырех) токов по амплитуде и фазе наиболее эффективно, т.е. с минимальной погрешностью, осуществляется электромагнитным путем — с помощью дифференциального трансформатора тока (рис.1).

Рис.1

Основные блоки электромеханического УЗО представлены на структурной схеме (рис. 2).

Рис.2

Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока 1. Пороговый элемент (пусковой орган) 2 выполняется на чувствительных магнитоэлектрических реле прямого действия, а в устройствах, зависимых от напряжения питания — на электронных компонентах. Исполнительный механизм состоит из механизма привода 3 с группой силовых контактов 5. Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования (4—тестовый резистор, 6—защитный контакт цепи тестирования). При нажатии кнопки «Тест» искусственно создается цепь протекания отключающего дифференциального тока. Срабатывание УЗО в этом случае означает, что устройство в целом исправно. Суммарный магнитный поток в сердечнике Ф_ОБЩ, пропорциональный разности токов в проводниках, являющихся первичными обмотками трансформатора, I₁ и и I₂ (показаны на рис.1) наводит во вторичной обмотке трансформатора тока соответствующую ЭДС, под действием которой в цепи вторичной обмотки протекает ток и I₂ (показаны на рис. 1) наводит во вторичной обмотке трансформатора тока соответствующую ЭДС, под действием которой в цепи вторичной обмотки протекает ток I_ΔBT также пропорциональный разности токов в первичных обмотках.

В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока—тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитного трансформатора тока 1, протекает рабочий ток нагрузки. Проводники, проходящие сквозь окно магнитопровода, образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока.

Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке как  I₁, а от нагрузки I₂, то справедливо равенство:

I₁= I₂

Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но век-торно встречно направленные магнитные потоки Ф₁ и Ф₂. Результирующий магнитный поток Ф_ОБЩ равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю. Пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя. При возникновении утечки тока, вызванной, например, пробоем изоляции на корпус электроприемника или непреднамеренным прикосновением человека к открытым проводящим частям, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I₁ протекает дополнительный ток—ток утечки I_ут ,т, являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным)—I_Δ. В данном случае I_ут= I_Δ.

Неравенство токов в первичных обмотках (I₁ + I_Δ в фазном проводнике и I₂ равный I₁ в нулевом рабочем проводнике) вызывает небаланс магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока I_ΔBT.

Если ток I_ΔBT превышает значение уставки порогового элемента 2, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3. Исполнительный механизм 3, состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов 5, размыкает электрическую цепь. В результате, защищаемая УЗО электроустановка обесточивается. В абсолютном большинстве УЗО, производимых и эксплуатируемых в настоящее время во всем мире, в качестве датчика дифференциального тока используется именно трансформатор тока.

В литературе по вопросам конструирования и применения УЗО этот трансформатор иногда называют трансформатором тока нулевой последовательности — ТТНП, хотя понятие «нулевая последовательность» применимо только к трехфазным цепям и используется при расчетах несимметричных режимов многофазных цепей.

На рис.3 показано устройство современного магнитоэлектрического реле.

 

1 —магнитопровод, 2—обмотка, 3—постоянный магнит, 4—якорь, 5—пружина, 6 - шток

В режиме покоя — при токе в обмотке реле 2, меньшем порогового значения, под действием магнитного поля постоянного магнита 3 якорь реле 4 удерживается в притянутом состоянии, несмотря на усилие пружины 5, стремящейся оторвать якорь от магнитопровода. При увеличении дифференциального тока I_BT и достижении им порогового значения, при котором поле, создаваемое током I_BT в обмотке 2, становится равным или превышает поле постоянного магнита 3, якорь 4 под действием тяги пружины 5 отрывается от магнитопровода 1 и толкает шток 6, в свою очередь воздействующий на спусковой механизм пружинного привода силовых контактов.

Принцип действия УЗО поясняется схемой, представленной на рис. 4.

3.Пример расшифровки маркировки УЗО

Позиция 1. Торговая марка. Бренд - Techna. CTEC "Center for Testing and European Certification" - Центр испытаний и европейской сертификации. Директива 2006/95/ЕС Низковольтное оборудование Серия RCCB - означает, что это устройство - УЗО (выключатель дифференциального тока) .

Позиция 2. Графическое обозначение типа устройства - тип "АС" – устройство размыкает цепь при медленном или быстром увеличении переменного тока утечки.

Позиция 3. Данное устройством является селективным УЗО типа S Селективность обеспечивается задержкой времени срабатывания УЗО. Тип S — задержка срабатывания 200-300 мс (0,2-0,3 с). Селективные УЗО дольше обычных могут находятся под воздействием экстремальных токов, поэтому они обычно рассчитаны на большие токи короткого замыкания — до 15 кА.

Позиция 4. Маркировка CE — специальный знак, наносимый на изделие ("Conformite Europeenne" — европейское соответствие). Маркировка CE указывает на то, что изделие не является вредным (опасным) для здоровья его потребителей, а также безвредно для окружающей среды.

Позиция 5. 100 А. - номинальный рабочий ток, на который расчитано устройство. 0,1 А. - номинальный отключающий дифференциальный ток (уставка) - 100 мАмпер.

Позиция 6. Устройство рассчитано на номинальное рабочее переменное напряжение 230 В.

Позиция 7. Номинальный условный ток короткого замыкания равен номинальному условному дифференциальному току короткого замыкания и составляет 3 000 Ампер. Максимальный ток, который устройство может выдержать при заданных условиях без нарушения его работоспособности согласно ГОСТа Р 51326.1 - 99 и международного стандарта МЭК 61008 - 1 - 96.

Позиция 8. 1000 А. - номинальная включающая и отключающая способность УЗО. Сила тока, при котором устройство многократно отключается без потери работоспособности.

Позиция 9. Принципиальная электрическая схема двухполюсного УЗО

Позиция 10. Тисненая буква Т (Тест) на кнопке для ручной проверки работоспособности автомата.

Позиция 11. Маркировка положения пакетного переключателя 0 - OFF (УЗО отключено), на противоположной стороне рычага 1 - ON (УЗО включено).

Более подробную информацию о типах,характеристиках и настроиках УЗО вы можете узнать из книги Монакова В.К. "УЗО.Теория и практика" Скачать книгу

Как правильно подключить УЗО

5 ошибок электрика при подключении УЗО