Назначение, принцип действия, область применения. Защитным отключением называется автоматическое отключение электроустановок при однофазном (однополюсном) прикосновении к частям, находящимся под напряжением, недопустимым для человека, и (или) при возникновении в электроустановке тока утечки (замыкания), превышающего заданные значения.

Назначение защитного отключения - обеспечение электробезопасности, что достигается за счет ограничения времени воздействия опасного тока на человека. Защита осуществляется специальным устройством защитного отключения (УЗО), которое, работая в дежурном режиме, постоянно контролирует условия поражения человека электрическим током.

Область применения: электроустановки в сетях с любым напряжением и любым режимом нейтрали.

Наибольшее распространение защитное отключение получило в электроустановках, используемых в сетях напряжением до 1 кВ с заземленной или изолированной нейтралью.

Принцип работы УЗО состоит в том, что оно постоянно контролирует входной сигнал и сравнивает его с наперед заданной величиной (устав-кой). Если входной сигнал превышает уставку, то устройство срабатывает и отключает защищенную электроустановку от сети. В качестве входных сигналов устройств защитного отключения используют различные параметры электрических сетей, которые несут в себе информацию об условиях поражения человека электрическим током.

Все УЗО по виду входного сигнала классифицируют на несколько типов (рис. 4.11).

Кроме того УЗО могут классифицироваться по другим критериям, например, по конструктивному исполнению.

Основными элементами любого устройства защитного отключения являются датчик, преобразователь и исполнительный орган.

Основными параметрами, по которым подбирается то или иное УЗО являются: номинальный ток нагрузки т.е. рабочий ток электроустановки, который протекает через нормально замкнутые контакты УЗО в дежурном режиме; номинальное напряжение; уставка; время срабатывания устройства.

При замыкании на корпус защитное заземление

Фактически данный тип УЗО дублирует защитные свойства заземления или зануления и применяется в качестве дополнительной защиты, повышая надежность заземления или зануления.

Данный тип УЗО может применяться в сетях с любым режимом нейтрали, когда заземление или зануление неэффективно.

УЗО, реагирующее на дифференциальный (остаточный) ток, находят широкое применение во всех отраслях промышленности. Характерной их особенностью является многофункциональность. Такие УЗО могут осуществлять защиту человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении, при косвенном прикосновении, при несимметричном снижении изоляции проводов относительно земли в зоне защиты устройства, при замыканиях на землю и в других ситуациях.

Принцип действия УЗО дифференциального типа заключается в том, что оно постоянно контролирует дифференциальный ток и сравнивает его с уставкой. При превышении значения дифференциального тока уставки УЗО срабатывает и отключает аварийный потребитель электроэнергии от сети. Входным сигналом для трехфазных УЗО является ток нулевой последовательности. Входной сигнал УЗО функционально связан с током, протекающим через тело человека

Область применения УЗО дифференциального типа – сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ (система TN - S).

Схема включения УЗО, реагирующего на дифференциальный ток в сети с заземленной нейтралью типа

Датчиком такого устройства является трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП), на выходных обмотках которого формируется сигнал, пропорциональный току через тело человека I h . Преобразователь УЗО (П) сравнивает значение входного сигнала с уставкой, значение которой определяется допустимым током через человека, усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для управления исполнительным органом (ИО). Исполнительный орган, например, контактор, отключает электроустановку от сети в случае возникновения опасности поражения электрическим током в зоне защиты УЗО.

Защитное отключение особенно актуально когда в доме используется большое количество различных электроприборов. В этой статье мы рассмотрим приборы защитного отключения, которые рекомендуются и используются при строительстве частных домов. Будет приведена схема устройство защитного отключения. Разберем вопрос что и когда использовать - УЗО или дифавтомат (дифференциальный автомат). Кроме того, выясним основные отличия автоматов защитного отключения.

Виды автоматов защитного отключения

Важной ступенью в организации электробезопасности являются защитные электрические аппараты или, как их чаще называют, автоматы. Условно, их можно разделить на три вида:

• автоматические выключатели (АВ);
• устройства дифференциального отключения (УЗО);
• дифференциальные автоматические выключатели (ДАВ).

Рис 1. Автоматический выключатель

Рис 2. Устройство защитного отключения (УЗО)

Рис 3. Дифференциальный автоматический выключатель (ДАВ)

Принцип работы аппаратов защитного отключения

Автоматические выключатели (АВ) , см. рис.1, устанавливаем для защиты электропроводки от перегрузок по току, а электропотребителей от коротких замыканий. Перегрузки по току приводят к нагреву проводника, что ведет к возгоранию проводки и выходу ее из строя.

Устройство защитного отключения (УЗО) принцип работы (рис.2). Устанавливаем для защиты от поражения электрическим током, в случае пробоя изоляции аппаратуры и проводки. УЗО защитит нас и в случае прикосновения к открытым неизолированным участкам проводки или аппаратуры, находящихся под напряжением 220 В и не даст возникнуть пожару, если проводка неисправна.

Если появляется разность токов, то УЗО отключает подачу напряжения. Выбирать УЗО необходимо по двум параметрам: чувствительности и номинальному току. Обычно для домашних целей выбирают УЗО с чувствительностью 300 мА. Номинальный ток выбирается в зависимости от суммарной мощности электропотребителей и должен быть равен или быть на порядок ниже номинального тока вводного автоматического выключателя (АВ), потому что УЗО не защищает от короткого замыкания и перегрузок по току. Устройство защитного отключения УЗО устанавливают обычно в схеме после счетчика для защиты всей проводки в доме, см. рис. 4, 5. По современным нормам, установка УЗО является обязательной.

Рис. 4. Схема подключения УЗО

Рис. 5 Схема монтажная электроснабжения дома с использованием УЗО

1 - щиток распределительный; 2 - нейтраль; 3 - ш ина заземления; 4 - ф аза; 5 - УЗО; 6 - ав томатический выключатель; 7 - п итание потребителей.

Дифференциальные автоматические выключатели (ДАВ) объединяют в себе функции УЗО и АВ. Схема дифференциального автомата основана на защите цепей от коротких замыканий и перегрузок, а также защита людей от поражения электрическим током при касании к токоведущим частям, см. рис. 6.

Рис. 6. Схема работы ДАВ

Эти устройства получили широкое распространение в бытовых электрических сетях (220/380 В), в розеточных сетях. Дифференциальный автоматический выключатель состоит из быстродействующего автоматического выключателя и устройства защитного отключения, который реагирует на разность токов в прямом и обратном направлениях.

Принцип работы дифференциального автомата. Если изоляция электропроводки не повреждена и отсутствует касание человека к токоведущим частям, значит в сети отсутствует ток утечки. Значит токи в прямом и обратном (фаза-ноль) проводниках нагрузки равны. Эти токи наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока ДАВ равные, но встречно направленные магнитные потоки. В результате чего ток во вторичной обмотке равен нулю и не вызывает срабатывание чувствительного элемента - магнитоэлектрической защелки.

При возникновении утечки, например: при прикосновении человека к фазному проводнику, баланс токов и магнитных потоков нарушается, во вторичной обмотке появляется ток небаланса, который вызывает срабатывание магнитоэлектрической защелки, воздействующей в свою очередь на механизм расцепителя автомата с контактной системой.

Для осуществления периодического контроля работоспособности УЗО и ДАВ предусмотрена цепь тестирования. При нажатии кнопки "Тест" искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание аппаратов защиты означает, что оно в целом исправно.

Выбор защитного автомата

Теперь, определимся в каком случае и какому защитному автомату нам отдать предпочтение:

• Для защиты проводки осветительной сети, от которой питаются все наши светильники, выбираем автоматические выключатели (АВ) с токами срабатывания 16 А.
• Розеточную сеть в доме, которая используется для включения утюгов, настольных ламп, телевизора, компьютера и т.д., должны защищать автоматические выключатели с дифференциальной защитой (ДАВ).
• Для розеточной сети мы выбираем ДАВ с током срабатывания 25 А и дифференциальным током отключения 30 мА.
• Для подключения в доме кондиционера, посудомоечной машины, электропечи, СВЧ-печи и других, так необходимых нам в быту мощных приборов, требуется своя индивидуальная розетка и следовательно свой автоматический выключатель с дифференциальной защитой. Например, для подключения электропечи мощьностью 6кВт необходим дифференциальный автоматический выключатель с токами отключения 32 и 30 мА.

Обращаю внимание, что розетки все должны быть с заземляющим контактом. Силовое оборудование, например точильный станок, советую подключать к автоматическому выключателю. Так как вся сеть у нас в доме на напряжение 220 В, то и перечисленные автоматические выключатели выбираем на соответствующее напряжение.

Поговорим об автоматическом выключателе, который в целях безопасности требуется поставить на вводе. Если мы все розеточные линии защитили автоматическими выключателями с дифференциальной защитой, то на вводе мы ставим автоматический выключатель (АВ) с номинальным током определенным техническими условиями и однолинейной схемой проекта «Электрооборудование жилого дома».

Но можно после вводного автоматического выключателя (АВ) поставить устройство защитного отключения (УЗО) с током дифференциальной защиты 300 мА. Такую схему включения смотрите на рис.5. Если мы выбираем такой вариант защиты, то он не обязывает нас устанавливать дифференциальные автоматические выключатели для розеточной сети, а просто установим автоматический выключатель (АВ), смотрите тот же рис. 5. Такая схема приемлема если у нас всего одна розеточная линия с рядом розеток. Но она совершенно не рациональна, если у нас ряд самостоятельных приемников, включенных в индивидуальные розетки.

Например: У вас имеется токовая утечка на корпус стиральной машины и вы случайно прикасаетесь к ней. Мгновенно сработает дифференциальная защита и ДАВ стиральной машины отключится. Вам не трудно будет определить и устранить причину. А представьте, сколько необходимо поработать, чтобы найти причину отключения УЗО на вводе.

Хочу сказать, что на современном рынке автоматических выключателей и УЗО очень большой выбор аппаратов, как отечественного производства, так и зарубежного. Надо учесть, что продукция отечественного производства отличается большими габаритными размерами, возможностью регулирования по току, меньшей ценой, а срок службы в бытовых условиях практически одинаков.

Таблица 1. Сравнение стоимости автоматических выключателей

Заключение

Итак, в статье мы с Вами рассмотрели вопросы электробезопасности. Особенно актуальны они стали, когда в наш дом вошло огромное количество электроприборов, бытовой электроники и компьютеров. Проводка несет очень высокую нагрузку и защитное отключение необходимо. Современная техника очень дорогая и требовательная к качеству сетей. Поэтому не стоит экономить на мерах защиты, потому что стоимость УЗО не соизмерима со стоимостью оборудования в вашем доме, и тем более с ценой человеческой жизни.

Внимание: Цены актуальны на 2009 год.

Большую опасность представляет переход напряжения на металлические конструктивные нетоковедущие части. Наиболее совершенным способом защиты от появления опасного напряжения на конструктивных частях электрооборудования является защитное отключение.

Для защиты от появления опасного напряжения применяется защитное отключение.

Отключение электроустановок при замыканиях на корпус в этом случае обеспечивается специальными устройствами, автоматически снимающими напряжение с установки. Такими устройствами служат автоматические выключатели или контакторы, снабженные специальным реле защитного отключения.

Реле состоит из электромагнитной катушки, сердечник которой в обесточенном состоянии замыкает свои контакты. Контакты реле соединены последовательно с кнопкой «стоп» в цепи управления контактора.

При появлении напряжения на зажимах катушки реле и протекании по ней достаточного по величине тока сердечник катушки втягивается и размыкает свои контакты в цепи управления, вследствие чего контактор отключает от сети поврежденный приемник тока.

Схемы присоединения реле защитного отключения могут быть различны. Так, на рис. 1 приведена схема защитного отключения со вспомогательным заземлителем, в которой катушка реле присоединяется на корпус защищаемого объекта и на землю.

Электромагнит отрегулирован таким образом, что при появлении на защищаемом объекте напряжения 24-40 В через обмотку катушки проходит ток, сердечник электромагнита втягивается под воздействием этого реле размыкает свой контакт и происходит отключение электродвигателя от сети. Сопротивление заземления может быть весьма высоким (300-500 Ом), что делает заземление легко осуществимым.

На рис. 2 приведена еще одна схема защитного отключения. Реле защитного отключения присоединено к к корпусу защищаемого объекта и к точке, общей для подключенных к сети столбиков из селеновых выпрямительных пластинок, соединенных в звезду. Катушка может быть отрегулирована так, что при протекании через нее тока силой 0,01 А происходит втягивание сердечника и размыкание контакта реле с последующим отключением самого объекта от сети посредством контактора.

Защитное отключение применяют в следующих случаях:

• в электроустановках с изолированной нейтралью, к которым предъявляются повышенные требования в отношении безопасности, в дополнение к устройству заземлений (например, подземные работы и т. п.);
• в электроустановках с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В вместо присоединения корпусов оборудования к заземленной нейтрали, если выполнение этого присоединения вызывает затруднения, при этом защищаемая установка должна иметь заземляющее устройство, удовлетворяющее требованиям электроустановок с изоляционной нейтралью;
• в передвижных установках, когда устройство заземления представляет значительные трудности.

Защитное отключение - это быстродействующая защи­та, обеспечивающая автоматическое отключение электро­установки при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током.

настоящее время защитное отключение является наиболее эффективным электрозащитным средством. Опыт развитых зарубежных стран показывает, что массовое применение устройств защитного отключения (УЗО) обес­печило резкое снижение электротравматизма.

Защитное отключение находит все более широкое при­менение в нашей стране. Оно рекомендовано к использо­ванию в качестве одного из средств по обеспечению электробезопасности нормативными документами (НТД): ГОСТ 12.1.019-79, ГОСТ Р 50571.3-94 ПУЭ и др. В ряде случаев требуется обязательное применение УЗО в элек­троустановках зданий (см. ГОСТ Р 5066.9-94). К объектам, подлежащим оснащению УЭО, относятся: вновь стро­ящиеся, реконструируемые, капитально ремонтируемые жилые дома, общественные здания, промышленные соору­жения независимо от форм собственности и принадлеж­ности. Не допускается применение УЗО в тех случаях, когда внезапное отключение может привести по техноло­гическим причинам к возникновению ситуаций, опасных для персонала, к отключению пожарной, охранной сигна­лизации и т.п.

Основными элементами УЗО являются прибор защитного отключения и исполнительное устройство - автоматиче­ский выключатель. Прибор защитного отключения - это совокупность отдельных элементов, которые восприни­мают входной сигнал, реагируют на его изменение и при заданном значении сигнала воздействую на выключатель. Исполнительное устройство - автоматический выключа­тель, обеспечивающий отключение соответствующего участка электроустановки (электрической сети) при по­лучении сигнала от прибора защитного отключения.

Основные требования, предъявляемые к УЗО:

1) Быстродействие - время отключения (),скла­дываемое из времени действия прибора (t п) и времени действия выключателя (t в) , должно отвечать условию

Существующие конструкции приборов и аппаратов, применяемых в схемах защитного отключения, обеспечи­вают время отключения t o ткл = 0,05 - 0,2 с.

2) Высокая чувствительность - способность реагиро­вать на малые значения входных сигналов. Высокочув­ствительные устройства УЗО позволяют задавать уставки выключателям (значения входных сигналов, при которых выключатели срабатывают), обеспечивающие безопасность прикосновения человека к фазе.

3) Селективность - избирательность действия УЗО, т.е. способность отключать от сети тот участок, в котором возникла опасность поражения человека током.

4) Самоконтроль - способность реагировать на соб­ственные неисправности путем отключения защищаемого объекта является желательным свойством для УЗО.

5) Надежность - отсутствие отказов в работе, а также ложных срабатываний. Надежность должна быть до­статочно высокой, так как отказы УЗО могут создавать ситуации, связанные с поражением персонала током.

Область применения УЗО практически не ограничена: они могут применяться в сетях любого напряжения и с любым режимом нейтрали. Наибольшее распространение УЗО получили в сетях до 1000 В, где они обеспечивают безопасность при замыкании фазы на корпус, снижении сопротивления изоляции сети относительно земли ниже определенного предела, прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением, в пере­движных электрических установках, в электроинстру­менте и др. Причем УЗО могут применятся как самостоятельные защитные устройства, так и в качестве дополнительной меры к занулению или защитному зазем­лению. Эти свойства определяются типом применяемого УЗО и параметрами защищаемой электроустановки.

Типы устройств защитного отключения. Работа элек­трической сети как в нормальном, так и в аварийном режиме сопровождается наличием определенных пара­метров, которые могут изменяться в зависимости от условий и режима работы. Степень опасности поражения человека определенным образом зависит от этих пара­метров. Следовательно, их можно использовать в ка­честве входных сигналов для УЗО.

На практике для создания УЗО используются следую­щие входные сигналы:

Потенциал корпуса относительно земли;

Ток замыкания на землю;

Напряжение нулевой последовательности;

Дифферинциальный ток (ток нулевой последователь­ности) ;

Напряжение фазы относительно земли;

Оперативный ток.

Кроме того, применяются и комбинированные уст­ройства, реагирующие на несколько входных сигналов.

Ниже рассмотрена схема и работа устройства защит­ного отключения, реагирующего на потенциал корпуса относительно земли.

Назначение УЗО данного типа - устранение опасности поражения людей током при возникновении на заземлен­ном или зануленном корпусе повышенного потенциала. Обычно эти устройства являются дополнительной мерой защиты к заземлению или занулению. Устройство сраба­тывает, если возникший на корпусе поврежденного обо­рудования потенциал φ к окажется выше потенциала φ кдоп, которое выбирается, исходя из наибольшего длительно допустимого напряжения прикосновения U пр.доп.

Датчиком в этой схеме служит реле напряжения РН,

Рис.28. Принципиальная схема УЗО, реагирующего на

потенциал корпуса, соединенного с землей с помощью вспомогательного заземлителя R воп

При замыкании фазы на заземленный (или зануленный) корпус вначале действует защитное заземление, обеспечивающее понижение напряжения на корпусе до значения U к = I з * R з,

где R з - сопротивление защитного заземления.

Если это напряжение превысит напряжение уставки реле РН U уст, то реле за счет тока I р сработает, ра­зомкнув своими контактами цепь питания магнитного пускателя МП. А силовые контакты магнитного пускате­ля, в свою очередь, обесточат поврежденное оборудова­ние, т.е. УЗО выполнит свою задачу.

Оперативное (рабочее) включение и выключение оборудо­вания осуществляется кнопками ПУСК, СТОП. Контакты БК магнитного пускателя обеспечивают его питание после отпускания кнопки ПУСК.

Достоинством этого типа УЗО является простота его схемы. К недостаткам относятся необходимость вспомогательного заземления, отсутствие самоконтроля ис­правности, неселективность отключения в случае при­соединения нескольких корпусов к одному защитному за­землителю, непостоянство уставки при изменении R воп.

Далее рассмотрим вторую схему, реагирующую на диф­ференциальный ток (или ток нулевой последователь­ности) – УЗО(Д). Эти устройства наиболее универсальны, и поэтому находят широкое применение на произ­водстве, в общественных зданиях, в жилых домах и т.д.

Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки (через 0,05–0,2 с) при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током.

Защитная функция устройств защитного отключения (УЗО) заключается в ограничении не тока, проходящего через человека, а времени его протекания гак, чтобы выдерживались условия "ГОСТ 12.1.038-82. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов" (утвержденного постановлением Госстандарта СССР от 30.06.1982 № 2987).

Согласно этому ГОСТу, например, при токе, проходящем через человека, равном 500 мА, время его воздействия не должно превышать 0,1 с, при 250 мА – 0,2 с, при 165 мА – 0,3 с, при 100 мА – 0,5 с и т.д. Область применения УЗО весьма широка (электроустановки общественных и жилых зданий, административные и производственные помещения, мастерские, автозаправочные станции (АЗС), ангары, гаражи, складские помещения и т.д.).

Принцип действия УЗО основан на изменении каких- либо электрических величин, происходящих при замыкании фазы на корпус, снижении сопротивления изоляции сети ниже определенного предела при непосредственном прикосновении человека к токоведущим частям электроустановки и в других опасных для него случаях, на которые реагирует исполнительный орган, подающий сигнал для срабатывания защитного отключения.

Наиболее распространенным и совершенным является УЗО-Д, реагирующее на ток утечки (дифференциальный ток). Такие УЗО состоят из трех функциональных элементов: датчика, исполнительного органа и коммутационного (отключающего) устройства. Датчик улавливает токи утечки, стекающие с фазных проводов на землю в случае прикосновения человека к частям под напряжением. Сигнал о наличии тока утечки поступает в исполнительный орган, где усиливается и преобразуется в команду на отключение коммутационного устройства. Исполнительный орган УЗО может быть электронным или электромеханическим (с магнитоэлектрической защелкой). Второй вариант более надежный.

На рис. 24.13 приведена схема УЗО-Д (УЗО с дифференциальной защитой). Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока с кольцевым магнитопроводом 1. При отсутствии тока утечки, т.е. тока, проходящего через человека, рабочие токи в прямом (фазном) и обратном (нулевом рабочем) проводах будут равны и наводят в дифференциальном трансформаторе тока 1 с кольцевым магнитопроводом равные, но противоположно направленные потоки. При этом результирующий магнитный поток равен нулю и ток во вторичной обмотке отсутствует, УЗО не срабатывает. При появлении тока утечки (например, при прикосновении человека к корпусу электроустановки, на которой произошел пробой изоляции и появилось напряжение) ток в прямом проводе будет превышать обратный ток на величину тока утечки (ток утечки на рисунке показан точечной линией). Неравенство тока вызывает небаланс магнитных потоков, в результате чего в магнитопроводе дифференциального трансформатора 1 возникает магнитный поток, а в его вторичной обмотке – дифференциальный ток. Этот ток поступает к пусковому органу 2, и если его величина превышает пороговое (заданное) значение, то он срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3 , который за счет своего пружинного привода, спускового механизма и группы контактов размыкает электрическую сеть. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается. Для периодического контроля исправности УЗО нажимают кнопку Т (тест), создается искусственный дифференциальный (разностный) ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно.

Следует заметить, что из всех известных электрозащитных средств УЗО-Д – единственное, обеспечивающее защиту человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении к токоведущим частям. Кроме того, оно осуществляет защиту электроустановок от возгораний, первопричиной которых являются утечки тока, вызванные повреждением изоляции, неисправной электропроводкой. Поэтому УЗО называют еще и "противопожарным сторожем".

Устройство защитного отключения характеризуется номинальным рабочим током подключаемой нагрузки (16, 25, 40 А), номинальным дифференциальным отключающим током (10, 30 или 100 мА), быстродействием (20–30 мс) и другими параметрами.

Согласно п. 1.7.80 ПУЭ не допускает применение УЗО, реагирующих на дифференциальный ток, в четырехпроводных трехфазных цепях (система TN-C). Но в случае необходимости применения УЗО для защиты отдельных электроприемников, получающих питание от системы TN-C, защитный РЕ -проводник электроприемника должен быть подключен к PEN -проводнику цепи, питающей электроприемник, до защитно-коммутационного аппарата (УЗО).

Рис. 24.13.

Следует заметить, что в системах TN-C (без отдельного защитного проводника), в незаземленных электроприемниках, изолированных от земли (например, холодильник или стиральная машина на изолирующем основании), УЗО, включенное в цепь питания этого электроприемника, не сработает, поскольку не будет цепи протекания тока утечки, т.е. не будет разностного (дифференциального) тока. При этом на корпусе электроустановки образуется опасный потенциал относительно земли.

Но если человек при этом коснется корпуса электроприемника и протекающий через него ток будет больше отключающего дифференциального тока УЗО (тока уставки), то

УЗО сработает и отключит электроприемник от сети. Жизнь человека будет спасена. О тсюда следует, что применение УЗО в сетях TN-C все же оправданно.