УЗО: Характеристики устройств дифференциальной защиты

Большое количество оборудования и бытовой техники, установленных в квартирах и частных домах, существенно повышает вероятность поражения электротоком, возгораний проводки, выхода из строя приборов из-за неисправностей сети. Избежать неприятных последствий помогают защитные устройства – автоматические выключатели и УЗО. При неисправности проводки или самого бытового прибора, возникает ток утечки, он же дифференциальный ток. Для того чтобы защита была максимально эффективной, требуется правильно подобрать характеристики УЗО. Выбор параметров защитного устройства зависит от его целевого назначения и особенностей домашней электрической сети.

Что такое УЗО?

Для начала отвечу на этот элементарный вопрос. “УЗО” это аббревиатура, которая расшифровывается как “Устройство Защитного Отключения“. УЗО ещё называют так:

• Выключатель дифференциальный (от этих слов происходит аббревиатура “ВД” в названии и на корпусе УЗО),
• Выключатель дифференциального тока (ВДТ),
• Устройство дифференциального тока,
• Выключатель дифференциальной защиты,
• Автоматический выключатель, управляемый дифференциальным током.

Из названия видно, что основные свойства этого устройства – различать (дифференцировать), выключать, защищать.

А если хотите узнать официальную информацию по УЗО, обратитесь к ГОСТ Р 51326.1-99.

Обновление. С 01.03.21 ГОСТ Р 51326.1-99 не действует. Вместо него вступил в действие ГОСТ IEC 61008-1-2020. Для электромеханических УЗО (не зависящих от напряжения питания), дополнительно существует ГОСТ 31601.2.1-2012, для электронных – ГОСТ 31601.2.2-2012.

Для АВДТ новый ГОСТ имеет номер ГОСТ IEC 61009-1 –2020.

Как работает

Дифференциальный ток появляется благодаря свободным носителям и электрическому полю, появляющемуся при пробитой кабельной изоляции или некачественном проводном соединении. Движется по электрической проводке или полупроводниковым элементам в виде светодиодов и процессора. При этом проводником может выступать металл, а полупроводником — элемент кремния, германия, галия и прочего.

Принцип действия

Что нужно защищать?

Если речь идет о УЗО, то нужно понять, что защищаем мы в первую очередь человека. Защищаем от прямого прикосновения к частям оборудования и электропроводки, на которых имеется опасный потенциал. Потенциал там может быть штатно, для обеспечения нормальной работы (как на фазной клемме розетки), а может появиться в результате аварии (например, 220 В может появиться на корпусе стиральной машины из-за плохой изоляции ТЭНа).

ПУЭ рекомендует ставить УЗО на все розеточные линии (ПУЭ 7.1.71), но обычно в сухих помещениях их не ставят. А я думаю, что лучше не экономить, а ставить их на каждую группу (линию).

УЗО является дополнительной защитой от прямого прикосновения. Основная защита от прямого прикосновения – это, прежде всего, изоляция и автоматический выключатель. С изоляцией всё понятно, а автомат должен сработать, если фаза попала на землю.

“Должен” – но не всегда это у него получится, так как ток короткого замыкания бывает недостаточен для отработки по электромагнитной защите, а по тепловой он может отработать и через секунду, и через час, и никогда. Писал об этом не раз. В этом случае нужно ставить УЗО обязательно (ПУЭ 7.1.72).

Защита работает на принципе сравнения разницы (дифференциала) токов по фазе и нулю. Ток может “утекать” по разным причинам – плохая изоляция, КЗ, прикосновение – но во всех случаях, если ток утечки достаточный, УЗО обесточит свою линию.

Здесь можно вспомнить первый закон Кирхгофа для замкнутого контура, который можно выразить так – “вытекающий” из источника питания ток равен “втекающему” току. Если эти токи не равны, значит, где-то утечка, и УЗО должно среагировать.

Кстати, утечка может быть не только с фазы на землю. Она может быть и с нулевого провода, и на другую фазу. В любом случае, если ток найдёт “лазейку”, и начнет утекать из замкнутой цепи, и при достижении определенной величины тока утечки УЗО выключится.

Область появления тока

Физиками точно не дано понятия дифференциального токового значения, поэтому оно максимально приближено к понятию короткого замыкания. Оно, в свою очередь, возникает из-за высокого напряжения, плохой изоляции электрических элементов, внешнего механического воздействия, наличия посторонних предметов в электрических проводниках и прямом ударе молнии. Появляется подобное явление, как в домашней, так и производственной сети. Сопровождается искрами, неприятным запахом и порчей электрооборудования.

Сфера появления

УЗО, дифференциальный автомат и АВДТ – в чем разница?

Все эти устройства с успехом выполняют функцию выключения при токовой утечке, и имеют в своем названии букву “Д” – дифференциальный. Разница в том, что диф.автоматы имеют дополнительную встроенную защиту от сверхтоков. То есть, они дополнительно защищают и от токов перегрузки, и от токов КЗ, имея на борту тепловой и электромагнитный расцепитель.

Три устройства дифференциальной защиты – ВД, АД, АВДТ

По функциям всё просто, а вот в реале отличить УЗО от Диф.автоматов с первого раза может не получиться. Рассказываю.

Основные внешние признаки УЗО (дифференциального выключателя, ВД):

1. УЗО имеет в названии обозначение “ВД” – выключатель дифференциальный. Правда, это есть только у производителей, которые используют русские буквы в названиях.
2. У УЗО перед значением номинального тока не стоит буква защитной характеристики (чаще всего это буква “С”).
3. У УЗО после значения тока пишется буква “А”. Примеры – 16А, 25А, 32А.
4. На боковой стенке УЗО иногда пишут “Выключатель Дифференциальный (УЗО)”.
5. На схеме, указанной на корпусе УЗО, отсутствуют обозначения тепловых и электромагнитных расцепителей.

Основные внешние признаки дифференциальных автоматов (АД и АВДТ):

1. В названии модели на корпусе всегда есть буква “А” (АД, АВДТ).
2. Всегда указана буква защитной характеристики (В, С, D).
3. После номинального тока буква, обозначающая амперы, не ставится. Примеры – С16, С25, С32.
4. На боковой стенке, как правило, написано, что перед нами – автомат.
5. На схеме указаны тепловой и электромагнитный расцепитель.

Отличия в схемах ВД, АД, АВДТ по наличию расцепителей и защиты от сверхтоков видны ниже:

ВД, АД, и АВДТ – схемы защиты есть только на 2-й и 3-й схемах

Отличий дифавтоматов АД от АВДТ особо нет, разве что по конструкции. АД имеет последовательно соединенные автоматический выключатель и УЗО в разных корпусах, соединенные в монолитную конструкцию. АД – более компактное устройство.

Главное внешнее отличие устройств дифференциальной защиты от обычных защитных автоматов – кроме номинального тока In, на ВД, АД, АВДТ указан номинальный дифференциальный ток IΔn (10, 30, 100, 300, 500 мА).

Кстати, в ПУЭ 7.1.76 прямо говорится, что рекомендуется использовать УЗО с устройством защиты от сверхтоков в виде единого устройства. Это нужно для того, чтобы гарантированно обеспечить наличие защиты и правильный ток защиты. Ведь потребитель может поставить автомат на бОльший ток, либо не поставить его вообще. Мало ли.

Во второй части статьи рассмотрим внутреннее устройство и отличия устройств дифзащиты более подробно.

Основные характеристики УЗО и Дифавтоматов

Характеристики, обозначенные на корпусе УЗО

В качестве примера, на котором я покажу различные характеристики, возьмем УЗО TEXENERGO ВД67 2Р 16А/10мА.

Посмотрим, какие надписи и знаки расположены у него на корпусе.

УЗО (выключатели дифференциальные) TEXENERGO ВД67 и ВД1-63. Характеристики на передней панели

1. TEXENERGO – торговая марка. Тут может быть написано что угодно, суть остается прежней.
2. Кнопка оранжевая, с буквой “Т” – кнопка “Тест”. При её нажатии искусственно создается ток утечки через встроенный резистор. УЗО должно выключиться. Такой тест потребитель должен проводить сам, что крайне неудобно. Но делать это нужно – ведь УЗО может выйти из строя, и в нужный момент не спасет от удара током.
3. ВД67, ВД1-63 – модель УЗО (серия).
4. Номинальный ток In (на фото – 16 А, 32 А). Стандартный ряд значений: 16, 25, 32, 40, 50, 63 А. Это ток, который может выдерживать УЗО длительное время. При этом УЗО должен обязательно быть защищен от сверхтоков защитным автоматом с тем же номинальном током, или меньшим на ступень. Например, для УЗО, показанных на фото, следует устанавливать автоматы на 16 (13) А и 32 (25) А. Если УЗО работает на несколько групп, защищенных отдельными автоматами, то сумма номинальных токов АВ не должна превышать номинального тока УЗО. Не стоит рассчитывать, что не произойдет ситуации, когда на всех группах будет максимальная мощность нагрузки. Например, если УЗО на 32А, то могут быть 2 автомата (16+16, или 25+6 А) или 3 автомата (16+10+6 А).
5. Номинальное рабочее напряжение Ue и номинальная частота (∼230В 50Гц). Для четырехполюсных автоматов это напряжение равно 400 В.
6. Номинальный ток утечки IΔn (30 мА) (номинальный отключающий дифференциальный ток). Это самый главный параметр для устройств дифференциальной защиты. Стандартный ряд – 10, 30, 100, 300 мА. Существует и Неотключающий дифференциальный ток IΔn0, значение которого обычно (в реальной модульно-бытовой жизни – всегда) равно 0,5 IΔn. При IΔn0 отключения по утечке происходить не должно. Иначе говоря, отключение может произойти в диапазоне 0,5 IΔn < IΔ < IΔn. При токе утечки выше или равном IΔn (IΔ ≥ IΔn) отключение должно произойти в любом случае. Чем больше IΔn, тем меньше время отключения. В ГОСТ Р 51327.1-2010, табл. п.5.3.8 указано точнее – при IΔn время отключения не более 0,3 с, а при 5IΔn и больше время отключения должно быть не более 0,04 с. В реальной жизни время отключения у всех моделей при любом токе IΔ ≥ IΔn – менее 0,04 с (но это не точно))
7. Номинальный условный ток короткого замыкания Inc (6000 А). В защитных автоматах похожий параметр называют “Номинальная наибольшая отключающая способность”, и обозначают Icn. Почему “условный”? Дело в том, что УЗО не предназначен для того, чтобы выключать цепь при КЗ – это должен сделать автоматический выключатель в той же цепи. Чем выше параметр Inc у УЗО, тем качественнее его контактная система. Стандартный ряд значений – 3000, 4500, 6000, 10000 А. Не знаю, с чем это связано, но на корпусе данного УЗО указано значение 6000, а в его паспорте Inc ≥10000 А.
8. Тип УЗО по роду дифференциального тока. Существует два основных вида УЗО по току утечки. Первый – АС. Это самый распространенный и дешевый вид, на чистый переменный ток, обозначается синусоидой (∼), как на фото. Второй – А, он реагирует не только на переменный, но и на постоянный (однополярный) пульсирующий ток. Это бывает нужно, когда в нагрузке есть полупроводниковые входные цепи питания. Более универсальный тип. Есть устройства, реагирующие и на другие виды дифференциального тока, но в быту они практически не применяются.
9. Температурный диапазон (-25 °С) – минимальная рабочая температура.

Характеристики, обозначенные на корпусе диф.автомата АД

Как я уже говорил, АД и АВДТ имеют те хе функции и характеристики, что и ВД (УЗО), но плюсом у них есть тепловая и электромагнитная защита от сверхтока, как у обычных автоматических выключателей. Поэтому коротко.

В нашем примере дифавтомат TEXENERGO АД67-2 на корпусе имеет те же характеристики, относящиеся к дифзащите:

АД67-2-дифавтомат TEXENERGO

Отличия (кроме конструкции, которая будет рассмотрена позже) относятся к защите от сверхтокам. Главное отличие – надпись “С25”.

Характеристики, обозначенные на корпусе диф.автомата АВДТ

АВДТ TEXENERGO на номинальный ток 16А

В принципе, то же самое – номинальный ток 16А, характеристика отключения типа “С”.

Дальше рассмотрим параметры УЗО, которые не указаны на его корпусе.

Число полюсов УЗО

Тут возможны только два варианта –

1. двухполюсный (2п, или 2Р), для однофазного напряжения питания,
2. четырехполюсный (4п, или 4Р), для трехфазных сетей.

В отличии от обычных автоматических выключателей, тут в качестве УЗО добавляется ещё один, нулевой полюс. Поскольку ноль нужен для нормального функционирования УЗО.

Принцип срабатывания УЗО

УЗО могут различаться на электромеханические и электронные по принципу измерения дифференциального тока.

Электромеханические УЗО обладают большей надежностью, поскольку не зависят от параметров и скачков питающего напряжения, а срабатывание происходит только за счет дифференциального тока. Так же, как в автоматических выключателях – их срабатывание зависит только от протекания и действия сверхтока.

Электронные УЗО имеют внутри электронную схему, которая критична к питанию. Они немного дешевле механических, поскольку имеет внутри сравнительно небольшой дифференциальный трансформатор, играющий роль датчика, а электроника стоит копейки. Да и надежность у них пока не высока.

Подробная статья про то, чем отличаются электронное и электромеханическое УЗО, и как они ведут себя при обрыве нуля и фазы.

Как отличить электромеханический УЗО от электронного? Прежде всего, по схеме, которая у электронного УЗО содержит треугольник, обозначающий операционный усилитель:

ВД, АД, и АВДТ. Усилитель дифференциального тока обозначен треугольником

Усилитель дифференциального тока может быть обозначен и прямоугольником, но обязательно на него приходят провода питания от фазного и нулевого проводов.

Вот схема, указанная на корпусе УЗО в верхней части:

Верхняя часть УЗО – схема электромеханического УЗО

Номинальная наибольшая включающая и отключающая способность Im

В данном случае эта характеристика равна 630 А и означает, что УЗО может включать, проводить и отключать без негативных последствий для себя.

Номинальная наибольшая дифференциальная включающая и отключающая способность IΔm

Это тот же самый параметр, что и Im, но относящийся к дифференциальному току. Обычно IΔm = Im.

Селективность УЗО

Этот параметр подразумевает селективность УЗО по времени, хотя ещё может быть селективность по дифференциальному току. Используется и та, и другая селективность для того, чтобы УЗО, установленные ближе ко вводу, отрабатывали позже, а ближе к нагрузке – раньше.

Селективность УЗО – общая и с задержкой. Таблица из ГОСТ Р 51326.1-99

Обратите внимание, в таблице этого ГОСТ допущена грубая ошибка – минимальное время неотключения УЗО с выдержкой времени при 2IΔn должно быть не 0,006 с, а 0,06 с. В новом ГОСТ IEC 61008-1-2020 эта ошибка устранена.

Аппараты дифференциальной защиты TEXENERGO, рассматриваемые в статье, не имеют выдержки времени (общий тип селективности). УЗО и диф.автоматы, обладающие выдержкой времени, обозначаются буквой “S” (Selective).

Нормативы для установки

По Российским нормативам для жилых помещений устанавливается УЗО с током отключения не более 30 мА. Время срабатывания УЗО, то есть время от появления токов утечки до отключения электрицепи, должно быть в диапазоне 0,1-0,3 секунды этого времени отключения достаточно, чтобы защитить человека от гибели. Но не надо думать, что при установленном УЗО вы совсем не почувствуете удар тока. Удар тока будет, но устройство должно вовремя ток отключить и спасти вам жизнь.

Отмечу, что такие же нормативы действуют и в Европе. В америке,по их стандарту National Elektrical Code, УЗО устанавливаемы в жилых помещениях должны иметь ток срабатывания 5 мА

Примечание: Исправность устройства нужно проверять до установки УЗО, после установки УЗО и каждые пол года используя для этого кнопку «Тест» на корпусе. Если при нажатии на кнопку «Тест» УЗО сработает, тоесть отключит сеть, значит оно полностью исправно. Если не сработает его нужно заменить.

Скачать

Для тех, кто хочет глубже углубиться в тему, выкладываю ГОСТ, по которому производятся и выбираются УЗО (дифференциальные выключатели). И книгу-справочник по УЗО.

• ГОСТ Р 51326.1-99 / ГОСТ Р 51326.1-99 (МЭК 61008-1-96) Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения без встроенной защиты от сверхтоков. Часть 1. Общие требования и методы испытаний, pdf, 1.64 MB, скачан: 1132 раз./

• ГОСТ Р 50571.3-2009 (МЭК 60364-4-41:2005) / ГОСТ Р 50571.3-2009 (МЭК 60364-4-41:2005) Электроустановки низковольтные. Часть 4-41. Требования для обеспечения безопасности. Защита от поражения электрическим током, pdf, 263 kB, скачан: 1023 раз./

• Душкин Н.Д. и др. УЗО, учебно-справочное пособие. / УЗО — устройства защитного отключения, учебно-справочное пособие., pdf, 8.44 MB, скачан: 1581 раз./

Напоминаю – вторая часть про устройство УЗО и дифавтоматов находится здесь.

Как всегда, буду рад обсуждению!