5.2. Классификация узо

Все УЗО, по виду входного сигнала, классифицируют на несколько типов (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 Классификация УЗО по виду входного сигнала

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 (заданная величина);

– время срабатывания устройства.

Рассмотрим УЗО более подробно.

УЗО, реагирующее на потенциал корпуса относительно земли, предназначено для обеспечения безопасности при возникновении на заземленном (или зануленном) корпусе электроустановки повышенного потенциала. Датчиком в этом устройстве (рисунок 5.2) служит реле Р, обмотка которого включена между корпусом электроустановки и вспомогательным заземлителем R_в. Электроды вспомогательного заземлителя R_в располагаются вне зоны растекания токов заземлителя R_з.

Рисунок 5.2 Схема УЗО, реагирующего на потенциал корпуса

При замыкании на корпус защитное заземление R_з снизит потенциал корпуса относительно земли до величины U_з=I_зR_з. Если по каким–либо причинам окажется, что U_з>U_здоп, где U_здоп – потенциал корпуса, при котором напряжение прикосновения не превышает допустимого, то срабатывает реле Р, которое своими контактами замкнет цепь питания катушки коммутационного аппарата и произойдет отключение поврежденной электроустановки от сети.

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.

Такие УЗО, как реагирующие на дифференциальный (остаточный) ток, находят широкое применение во всех отраслях промышленности. Характерной их особенностью является многофункциональность. Они 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.

Меры защиты

Защита как от прямого так и от непрямого касания

Защита от прямого касания

Защита от непрямого касания

Защита за счёт пониженного напряжения.

– защита за счёт изоляции активных деталей;

– защита за счёт заключения в кожух или оболочку;

– защита за счёт препятствий;

– защита за счёт расстояния.

– защита за счёт автоматического отключения электропитания;

– защита за счёт непроводящих зон;

– защита за счёт незаземлённого, местного выравнивания потенциалов.

Защита должна быть обеспечена за счет:

– самого оборудования;

– применения мер защиты при постройке;

– комбинации из вышеперечисленных пунктов.

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 I_h.

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 TN – S, представлена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 Схема подключения к сети УЗО (система TN – S), реагирующего на дифференциальный ток.

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.

По условиям функционирования дифференциальные УЗО подразделяются на следующие типы:

• УЗО типа АС – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно, либо медленно возрастающий;

• УЗО типа А – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный дифференциальный ток, возникающие внезапно, либо медленно возрастающий;

• УЗО типа В – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи;

• УЗО типа S – устройство защитного отключения, селективное (с выдержкой времени отключения);

• УЗО типа G – то же, что и типа S, но с меньшей выдержкой времени.

Конструктивно дифференциальные УЗО разделяются на два типа:

1) электромеханические УЗО, функционально не зависящие от напряжения питания. Источником энергии, необходимой для функционирования таких УЗО – выполнения защитных функций, включая операцию отключения, является сам входной сигнал – дифференциальный ток, на который оно реагирует;

2) электронные УЗО, функционально зависящие от напряжения питания. Их механизм для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от внешнего источника.

Основными параметрами УЗО дифференциального типа являются:

– уставка (дифференциальный отключающий ток);

– время срабатывания;

– ток нагрузки;

– напряжение питания.

В настоящее время отечественной промышленностью выпускается целый ряд УЗО различного назначения. Кроме того, широко используются УЗО известных зарубежных фирм, таких как Siemens, ABB, GE Power, ABL Sursum, Hager, AEG, Baco, Legrand, Merlin–Gerin, Circutor и др.

В России УЗО становится привычным и обязательным оборудованием электроустановок промышленного и социально–бытового назначения, обязательным элементом каждого распределительного щита – стационарного, временного (на стройплощадке) или мобильного. УЗО оборудуются в обязательном порядке все передвижные объекты (жилые домики–прицепы на кемпинговых площадках, торговые фургоны, фургоны общественного питания, малые временные электроустановки наружной установки, например, устраиваемые на площадях на время праздничных гуляний), ангары, гаражи.

УЗО встраивают в розеточные блоки или вилки, через которые подключаются компьютерное оборудование, периферийные устройства, электроприборы, эксплуатируемые в особо опасных – влажных, пыльных, с проводящими полами и т.п. помещениях.

Представляет интерес еще один аспект применения УЗО – борьба с хищениями электроэнергии путем использования локального заземлителя.

В основе действия защитного отключения, как электрозащитного средства, лежит принцип ограничения (за счет быстрого отключения) продолжительности протекания тока через тело человека при непреднамеренном прикосновении его к элементам электроустановки, находящимся под напряжением.

На рисунке 5.4 приведен разработанный Международной электротехнической комиссией МЭК график областей физиологического действия на человека переменного тока.

Из графика следует, что токовые характеристики УЗО расположены значительно ниже даже области 3 – ощутимых, но не вызывающих опасности фибрилляции сердца токов. Это означает, что УЗО обеспечивает надежную защиту человека от поражения электрическим током. Статистические данные по электротравматизму, полученные за почти 30–летний период с начала широкого внедрения УЗО, подтверждают высокую эффективность данного электрозащитного средства – количество смертельных травм снизилось почти в 100 раз.

Термин "устройство защитного отключения – УЗО", принятый в отечественной специальной литературе, наиболее точно определяет назначение данного устройства и его отличие от других коммутационных электрических аппаратов – автоматических выключателей, выключателей нагрузки, магнитных пускателей и т.д.

Рис. 5.4. График областей физиологического действия на человека переменного тока (50–60 Гц) по МЭК 479–94

Токовые характеристики УЗО:

1 – неощутимые токи;

2 – ощутимые, но не вызывающие физиологических нарушений;

3 – ощутимые, но не вызывающие опасность фибрилляции сердца;

4 – ощутимые, вызывающие опасность фибрилляции сердца (вероятность < 5%);

5 – ощутимые, вызывающие опасность фибрилляции сердца (вероятность < 50%);

6 – ощутимые, вызывающие опасность фибрилляции сердца (вероятность > 50%);

А и В – времятоковые характеристики УЗО, А – реального устройства типа АСТРО*УЗО (I_Dn=30 мА) и В – определяемая ГОСТ Р 51326.1–99.

В настоящее время действует международная классификация УЗО, разработанная МЭК (IEC). Принято общее название – RCD – residual current protective device. Точный перевод – защитное устройство по разностному (дифференциальному) току. Существует также ряд дополнительных названий для различных вариантов исполнения устройств защитного отключения, которые приведены ниже.

RCD residual current protective device – защитное устройство по дифференциальному (разностному) току (общее название УЗО);

PRCD portable residual current protective device – переносное защитное устройство по дифференциальному току;

PRCD–S portable residual current protective device – safety – переносное защитное устройство по дифференциальному току (в кабеле–удлинителе);

SRCD fixed socket outlets residual protective current device – защитное устройство по дифференциальному току (встроенное в розетку);

RCCB residual current operated circuit – breakers without integral overcurrent protection – защитное устройство по дифференциальному току без встроенной защиты от сверхтоков;

RCBO residual current operated circuit breakers with integral overcurrent protection – защитное устройство по дифференциальному току со встроенной защитой от сверхтоков;

RCM residual current monitor – устройство контроля дифференциального тока (тока утечки).

Устройства защитного отключения (УЗО), реагирующие на дифференциальный ток, наряду с устройствами защиты от сверхтока, относятся к дополнительным видам защиты человека от поражения электрическим током при косвенном прикосновении, обеспечиваемой путем автоматического отключения питания.

Принцип действия УЗО поясняется на примере электрической цепи, представленной на рисунке 5.5.

Рис. 5.5. Схема, иллюстрирующая принцип действия УЗО

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, который в результате пробоя изоляции оказался под напряжением, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I₁ потечет дополнительный ток I_D (ток утечки), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным). Неравенство токов в первичных обмотках – I₁ + I_D в фазном проводнике и I₂ = I₁ в нулевом рабочем проводнике – вызывает дисбаланс магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока. Если этот ток превышает заданное значение тока порогового элемента пускового органа 2, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3. Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается.

Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4. При нажатии кнопки "Т" искусственно создается цепь протекания отключающего дифференциального тока. Срабатывание УЗО в этом случае означает, что устройство в целом исправно.

Применение УЗО целесообразно и оправдано по социальным и экономическим причинам в электроустановках всех возможных видов и самого различного назначения.

Затраты на установку УЗО несоизмеримо меньше возможного ущерба – гибели и травм людей от поражения электрическим током, возгораний, пожаров и их последствий, произошедших из–за неисправностей электропроводки и электрооборудования. Если учесть, что стоимость одного УЗО не превышает стоимости простого бытового электроприбора, а возможный ущерб, который можно было избежать, если бы УЗО было установлено, исчисляется огромными суммами, то становится совершенно очевидной и не требующей дополнительных доказательств необходимость скорейшего и самого широкого внедрения УЗО нового поколения во всех электроустановках.

Исключение составляют электроустановки, не допускающие по технологическим причинам перерыва в электроснабжении. В таких установках для защиты людей от поражения электрическим током должны применяться другие электрозащитные меры – контроль изоляции, разделительные трансформаторы и др.