Введение и область действия.
Прежде всего следует заметить, что устройств защитного отключения существует несколько видов, причем реагируют они на различные параметры электросети и защищают от различных поражающих факторов. В данной методике будут рассматриваться только электромеханические УЗО, реагирующие на дифференциальный ток (выключатели дифференциального тока), в дальнейшем тексте только они подразумеваются под аббревиатурой «УЗО».
Весь материал методики относится к электрическим сетям стандарта TN-C и TN-C-S.
Материалы данной методики рекомендуются к включению в программу обучения электротехнического персонала на 3-ю группу по электробезопасности и к включению в экзаменационные билеты.
Устройство и принцип действия УЗО.
Устройство УЗО демонстрирует Рисунок 1.
Рисунок 1 . Устройство электромеханического дифференциального УЗО.
Нормальный режим работы УЗО.
Характеризуется тем, что результирующий магнитный поток 4-ех проводов электросети, пропущенных через магнитопровод 1, равен нулю или недостаточен для срабатывания электромагнитной защелки 2. Это условие выполняется при любом распределении нагрузки (одно-, двух-, трехфазная), так как любой ток, прошедший слева направо по схеме, вернется и обратно – на магнитопроводе ничего не наведется (магнитные потоки токов «туда» и «обратно» взаимно уничтожатся, ток I2 равен нулю).
Срабатывание УЗО.
Происходит, если появляется ток утечки - Iут, то есть появляется электрическая связь между цепью, защищенной данным УЗО и любой другой цепью. В результате такой связи какая-то часть тока, проходящего через УЗО, вернется к источнику тока (на рисунке – «трансформаторная подстанция») помимо УЗО. В этом случае на магнитопроводе 1 образуется магнитный поток, пропорциональный току утечки, что, в свою очередь, наведет ток I2, который вызовет срабатывание электромагнитной защелки 2, которая при помощи механизма расцепления 3 отключит защищаемый участок сети (то, что правее по рисунку) от источника тока («трансформаторная подстанция»).
Ток утечки - Iут также называется дифференциальным (разностным, IД или IΔ) током.
Электронные УЗО.
Наиболее дорогая часть УЗО – магнитопровод 1, так как для срабатывания электромагнитной защелки 2 магнитопровод должен иметь очень хорошее качество (или большие габариты). Удешевить магнитопровод оказалось возможно, если питать электромагнитную защелку не от тока I2, а непосредственно от сети, а от I2 питать только электронный ключ, управляющий защелкой. Таким образом, электронные УЗО имеют существенный конструктивный недостаток – при ухудшении качества питающей сети (пропадание ноля, падение напряжения) они не отключаются даже в случае возникновения тока утечки.
Параметры УЗО.
УЗО подразделяются по следующим основным параметрам:
числу полюсов – два для однофазной (трехпроводной) сети, четыре – для трехфазной (пятипроводной) сети;
номинальному току нагрузки – 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100 Ампер;
-
номинальному отключающему дифференциальному току – 10, 30, 100, 300 мА, 500 мА
по типу дифференциального тока – AC (переменный синусоидальный ток, возникший внезапно либо медленно нарастающий), A (то же, что и AC, плюс выпрямленный пульсирующий ток), B (переменный и постоянный), S (задержка времени срабатывания для обеспечения селективности), G (то же, что и S, но время задержки меньше).
Следует отметить, что ток нагрузки УЗО ограничить не в состоянии и его (УЗО) необходимо защищать от токовых перегрузок и токов короткого замыкания (КЗ) аппаратами защиты (автоматическими выключателями, обеспечивающими как защиту от перегрузки по току, так и от токов КЗ. Ток нагрузки УЗО следует выбирать так, чтобы он был на ступень (номинального ряда токов) больше номинала тока автоматического выключателя защищаемой линии. То есть, если имеется нагрузка, защищенная автоматическим выключателем на ток 16 Ампер, то УЗО следует выбирать на ток нагрузки больше 16 Ампер.
Обозначение УЗО на электрических схемах.
Рисунок 2. Обозначение УЗО на принципиальных электрических схемах. Слева – однофазное УЗО с током срабатывания 30 мА, справа – трехфазное УЗО на 100 мА. Сверху развернутое изображение, снизу – однолинейное. Число полюсов при однолинейном представлении можно изображать и числом (вверху) и числом черточек.
Классификация УЗО по условиям функционирования.
АС — устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно, либо медленно возрастающий;
А — устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный дифференциальный ток, возникающие внезапно, либо медленно возрастающие;
В — устройство защитного отключения, реагирующее на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи;
S — устройство защитного отключения, селективное (с выдержкой времени отключения);
G — то же, что и типа S, но с меньшей выдержкой времени.
Проверка УЗО.
Настоятельно необходима, так как их высокая стоимость воодушевляет злоумышленников на выпуск и продажу разнообразных имитаций УЗО. Особенно актуальна стала проверка после введения в действие новых ПУЭ, предписывающих в ряде случаев обязательную установку УЗО, что расширяет рынок сбыта фальшивок.
Проверка постоянным током.
Обычно подделка заключается в том, что в корпусе электромеханического УЗО стоит электронное. Приведенная ниже методика проверки позволяет выяснить, является ли данное УЗО электромеханическим и убедиться в целостности внутренних сильноточных цепей УЗО.
Берем «пальчиковую» батарейку типоразмера АА (1.5 Вольта). Заготавливаем два отрезка гибкого (многопроволочного) медного провода сечением 0.35-0.75 мм2, зачищаем и облуживаем их на 7-10 мм с обеих сторон. Зачищаем оба полюса батарейки надфилем или шкуркой и мощным паяльником (60-100 Ватт) облуживаем полюса и припаиваем к ним отрезки провода.
Взводим УЗО. Если не взводится – неисправно.
Отрезками провода нашего «тестера» прикасаемся к двум выводам одного из полюсов УЗО (сверху и снизу). Если не срабатывает – меняем полярность (переворачиваем батарейку) и пробуем снова. Если не срабатывает при любой полярности – УЗО неисправно. Если сработало – идем дальше.
Повторяем пункты 2 и 3 для всех полюсов УЗО. Если не сработало хотя бы на одном – УЗО неисправно.
Проверка переменным током.
Позволяет проверить не только тип УЗО, но и соответствие тока срабатывания заявленному. Такую проверку можно проводить как при установленном по месту УЗО, так и при отключенном. Принцип проверки заключается в преднамеренном пропускании переменного тестового тока, имитирующего ток утечки, через полюса УЗО.
Для выполнения подобных проверок используются специализированные тестеры (смотри Рисунок 3). Подробности проверки переменным током смотри в технических описаниях тестеров (Приложение 1.).
Рисунок 3 . Тестер УЗО универсальный.
Возможна также проверка типа и срабатывания смонтированных в электроустановку УЗО при помощи контрольных ламп – смотри Приложение 2. Контрольные лампы..
Назначение УЗО.
УЗО предназначены для отключения участка сети, из которого произошла утечка тока, численно равная или большая дифференциального тока данного УЗО.
Электробезопасность.
Наиболее важное применение УЗО – обеспечение электробезопасности людей. УЗО обеспечивает:
защиту от прикосновения к токоведущим частям;
быстродействующее отключение электроприборов при замыкании на корпус.
Защита от прикосновения к токоведущим частям.
Рассмотрим случай прикосновения человека к фазному проводу сети – Рисунок 1. Через тело человека потечет ток, который для УЗО является током утечки. Если ток утечки превысит дифференциальный ток УЗО, то оно отключит участок сети, чем ограничит время протекания тока через тело пострадавшего. Тут следует отметить, что если человек прикоснется к фазе и к рабочему нулю, то для УЗО сопротивление тела человека ничем не будет отличаться от штатной нагрузки и отключения не произойдет, человек получит электротравму.
Для обеспечения минимально необходимого уровня безопасности людей от прикосновения к токоведущим частям требуется выбирать дифференциальный ток УЗО не более чем 30 мА.
Быстродействующее отключение при замыкании на корпус.
В случае защиты УЗО электроприемников с металлическим корпусом обеспечивается быстродействующая защита от короткого замыкания (КЗ) на корпус. Рассмотрим пример – защиту при помощи УЗО электронагревателя – Рисунок 4.
Рисунок 4 . Защита УЗО электронагревателя.
Схема состоит из УЗО (QF1 по схеме) с дифференциальным током 30 мА, розетки с заземляющим контактом (з/к) XS1, вилки с з/к XP1 и электрического обогревателя, представляющего собой ТЭН, смонтированный в металлическом корпусе. Аппарат токовой защиты находится выше по схеме и условно не показан. Разделение PEN-проводника на схеме показано условно, для наглядности цепи тока утечки.
Если в электронагревателе произойдет короткое замыкание на корпус, то ток КЗ окажется для УЗО током утечки, и оно быстро сработает, отключив аварийный участок сети.
Тут следует разоблачить один предрассудок: считается, что при двухпроводной сети установка УЗО не имеет смысла. Действительно, в двухпроводной сети при замыкании на корпус электроприбора УЗО не отключит напряжение, так как нет тока утечки – Рисунок 5.
Рисунок 5 . УЗО в двухпроводной сети.
Однако при прикосновении к корпусу аварийного электроприбора человека, стоящего на земле, ток утечки появится, и УЗО спасет человека от электротравмы. Таким образом, УЗО в двухпроводных сетях обеспечивает защиту человека от прикосновения к токоведущим частям, в том числе и при замыкании на корпус.
Противопожарная безопасность.
Некоторая часть пожаров вызывается токами утечки на землю, разогревающими место утечки вплоть до возгорания. Для пресечения подобных пожаров достаточно установить УЗО с дифференциальным током 100 мА или менее.
Установка УЗО в схему.
Разделение объединенного нулевого (PEN) проводника.
В тех случаях, когда УЗО устанавливается в электроустановку, питающуюся по 4-ехпроводной схеме (3 фазы + объединенный нулевой проводник, PEN-проводник), то есть по стандарту TN-C, требуется выполнять разделение объединенного нулевого проводника (PEN-проводника) на нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) проводники (перейти к системе TN-C-S). Подробнее о различиях нулевого рабочего и нулевого защитного проводников смотри в пункте 5.2.
Требования ПУЭ к разделению PEN–проводника гласят:
нулевой рабочий и нулевой защитный проводники запрещено присоединять под один болт;
PEN-проводник для разделения присоединяется к PE-клемме, надежно соединенной с N-клеммой.
Для щитов с металлическим (токопроводящим) корпусом.
Разделение PEN-проводника предпочтительно осуществлять на металлическом корпусе щита. Такое разделение демонстрирует Рисунок 6.
Рисунок 6 . Разделение PEN-проводника на корпусе щита.
Совмещенный PEN-проводник вводного кабеля присоединяется к болтовому соединению XN2, смонтированному на корпусе щита. XN2 соединен также с ноль-клеммой «PE», служащей для распределения защитного нуля. Рабочий ноль берется от болтового соединения XN1, также смонтированного на корпусе щита. С XN1 допустимо брать несколько проводников рабочего ноля (например, для нескольких УЗО), но нельзя присоединять к нему PE или PEN проводники нагрузок.
В том случае, если нагрузкой является распределительный щит, питаемый по 4-ехпроводной схеме, то ее PEN-проводник следует присоединять к XN2 (не к ноль-клемме «PE» и не к цепям рабочего ноля).
Типоразмеры болтовых соединений XN1 и XN2 здесь и далее должны соответствовать требованиям пункта 5.3.
Типичные ошибки при разделении PEN–проводника в щитах с металлическим корпусом.
Нельзя разделять PEN-проводник в нулевой клемме входного УЗО – Рисунок 7.
Рисунок 7 . Ввод PEN-проводника во входную клемму "N" УЗО – ОШИБКА!
Запрещено также соединять N, PE и PEN проводники под один болт – Рисунок 8.
Рисунок 8 . Объединение N, PE и PEN проводников под один болт – ОШИБКА!
Для устройств с не проводящим электрический ток корпусом.
В случаях, когда разделение PEN-проводника требуется выполнить в устройстве с не проводящим электрический ток корпусом (например, в пластиковом боксе) следует вводить PEN-проводник на ноль-клемму PE – Рисунок 9. При этом особое внимание следует уделить надежности соединения PEN-проводника с ноль-клеммой PE, например, зажать этот проводник под два винта ноль-клеммы. От надежности этого соединения зависит безопасность людей.
Рисунок 9 . Разделение PEN-проводника в токонепроводящем корпусе.
Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники.
Нулевым рабочим называется проводник, присоединенный к нулевому выводу питающего трансформатора (к общей точке соединенных в «звезду» обмоток трансформатора) и по которому течет ток нагрузки. Рабочий нулевой проводник обозначается “N”.
Нулевым защитным называется проводник, присоединенный к нулевому выводу питающего трансформатора с одной стороны, и к токопроводящим частям электроприемников, подлежащим защите от появления на них опасного для жизни людей напряжения – с другой. К таким «токопроводящим частям электроприемников» относятся части, к которым при эксплуатации не исключено прикосновение человека – в основном корпуса (подробнее смотри в ПУЭ – «части, подлежащие занулению»). Нулевой защитный проводник обозначается “PE”. В нормальном режиме работы сети по нулевому защитному проводнику ток не течет.
Из определения рабочего и защитного нолей следует, что до определенной точки это один и тот же проводник (PEN-проводник), присоединенный к нейтрали трансформатора. Для сетей с глухозаземленной нейтралью можно считать, что PEN-проводник и нейтраль трансформатора – одно и тоже (Рисунок 10). Обычно разделение PEN-проводника производится на главной заземляющей шине, устанавливаемой на вводе (по схеме) в электроустановку.
 
Рисунок 10 . Рабочий и защитный ноль.
Следует отметить, что называть нулевой защитный проводник «землей» неточно, так как с землей соединяются в равной степени оба ноля – и рабочий, и защитный (так как заземляется PEN-проводник – смотри Рисунок 10). Более того, срабатывание защиты при замыкании фазы на корпус электроприбора происходит от тока, идущего по нулевому защитному проводнику, а не от тока через землю.
Резюмируя, следует отметить основное, с точки зрения использования УЗО, различие рабочего и защитного нолей – в рабочем ноле ток течет в нормальном режиме, а в защитном ноле – только при аварии электроустановки.
Выбор типоразмера болтового соединения для ноля сети по току нагрузки.
Для выбора типоразмера болтового соединения, обеспечивающего присоединение защитного (и рабочего) ноля составлена Таблица 1.
Таблица 1 . Типоразмер болтовых соединений защитного зануления.
Тог нагрузки, Ампер.
|
Типоразмер резьбы
соединения
|
Наименьший диаметр контактной площадки, мм
|
до 16
|
М4
|
12
|
свыше 16 до 25
|
М5
|
14
|
свыше 25 до 100
|
М6
|
16
|
свыше 100 до 250
|
М8
|
20
|
свыше 250 до 630
|
М10
|
25
|
свыше 630
|
М12
|
28
|
|
