Подключение автоматов в щитке: как правильно подключить УЗО
Ложные срабатывания устройств защитного отключения, как правило, являются следствием ошибок электромонтажа. Существует несколько разновидностей УЗО с различными принципами действия и незначительными отличиями в схеме подключения, которые нужно знать для правильной организации электросетей.
По механизму действия УЗО может быть электромеханическим и электронным. В первом случае основным функциональным элементом служит дифференциальный трансформатор на кольцевом сердечнике. Трансформатор имеет две первичные обмотки, по которым проходит основная нагрузка, а также третью управляющую. В нормальном режиме работы по первичным обмоткам протекают противоположно направленные токи, равные по значению, таким образом, их электромагнитная индукция взаимно компенсируется. Если в любой точке цепи, подключенной после УЗО, происходит утечка, токи в первичных обмотках теряют эквивалентность, соответственно, во вторичной обмотке появляется наводка. Когда наведённый ток превышает установленное значение, срабатывает расцепитель, который разрывает основную группу контактов.
Принцип работы электромеханического УЗО
Электронные УЗО имеют иной принцип действия, их работа основана на полупроводниковых приборах. Первым звеном электронной схемы выступает делитель тока, задача которого — преобразовать действующую на основных контактах устройства нагрузку к такой, которая допустима при работе полупроводниковых элементов. Пропорциональный, но меньший по величине ток приходит на компаратор (сравнивающее полупроводниковое устройство), который при существенной разнице на входах формирует выходной сигнал, приводящий в действие устройство размыкания основной цепи.
Cхема электронного УЗО: А — компаратор; К — реле; Т — кнопка «Тест»; R — резистор
Практическая разница устройств защитного отключения электронного и электромеханического действия заключается в следующем:
Слева: электромеханическое УЗО. Справа: электронное УЗО
По назначению УЗО принято классифицировать на устройства защиты от поражения электрическим током и приборы, защищающие от пожароопасных утечек тока через изоляцию. Помимо незначительных отличий в устройстве, эти приборы попросту имеют разные номиналы дифференциальных токов, на которые срабатывает защитный механизм.
Противопожарное УЗО типа S (селективное)
Нагрузочная способность УЗО свидетельствует в первую очередь о проводимости элементов основной контактной группы. Также имеются отличия в:
Дифференциальный автомат
Главным образом цепи переменного тока отличаются наличием и схемой соединения нулевого и защитного проводников. Таким образом, можно выделить схемы электропитания с глухо заземлённой и изолированной нейтралью. На практике отличие заключается в месте объединения нулевого рабочего и нулевого защитного проводников. Для правильной работы УЗО общая точка нуля должна располагаться по схеме раньше места установки прибора.
Цепи, контролируемые УЗО, не должны иметь потенциальной возможности сбрасывать часть тока на землю, иначе ложные срабатывания гарантированы. Поэтому защитой от утечек оснащают преимущественно сети с изолированной нейтралью (IT и TT), то есть не имеющие связи с защитным нулевым проводником на всей протяжённости сети после ВРУ. В этот же разряд входят системы с глухозаземлённой нейтралью TN-S и TN-C-S, хотя установка дифференциальной защиты в них требует дополнительной осторожности.
Тем не менее, в системах типа TN-C устройства защитного отключения всё же могут корректно работать. Их подключение выполняется по 3-х или 5-проводной схеме, то есть защитный проводник тянется к распределительному узлу для объединения с рабочим нулём до места врезки УЗО. Защита от дифференциального тока в таком случае ограничена в селективности: трудно защищать целые группы проводников, приборы удаётся устанавливать только на крайних ответвлениях, то есть сразу перед токоприёмниками. Частный пример — розетки со встроенной защитой от утечек.
Первая степень электрической травмы характеризуется судорогами без потери сознания и не наносит непоправимого ущерба. Такое поражение характерно при протекании через организм мизерных величин тока: порядка 10 мА для детей и до 30 мА у взрослых. Поэтому УЗО с уставкой по утечке на такие значения применяют для защиты основных розеточных групп. При этом наиболее чувствительные УЗО используют для розеток, расположенных вблизи пола, где к ним возможен доступ детей, а также для групп, подключенных по двухпроводной схеме. Розетки для бытовой техники, имеющие контакт защитного заземления, подключают через УЗО с чувствительностью в 30 мА. Для защиты от поражения электрическим током принято использовать приборы электромеханического типа как наиболее надёжные.
Основные характеристики УЗО
Общая защита кабельных линий электропередач от утечек через изоляцию обеспечивается противопожарными УЗО с уставкой дифференциального тока в 100, 200 или 500 мА. Более точное значение определяется характеристиками кабельной продукции и длиной линии. Чем хуже диэлектрические свойства и выше протяжённость, тем больше суммарное значение утечки. Высокая собственная ёмкость кабеля не вызывает ложных срабатываний, поскольку накопление заряда сопровождается пропорциональной по величине работой тока в обоих проводниках.
Нагрузочная способность УЗО устанавливается с обеспечением запаса надёжности порядка 10–20% в зависимости от режима работы защищенной линии. Выбор номинала точно по значениям действующего тока чреват перегревом устройства, если же запас будет существенно больше — возможно снижение чувствительности. В свою очередь, для дифференциальных автоматов уставка максимального тока и характеристика отключения имеют ключевое значение и определяются требованиями по защите линии от перегрузок.
Схема подключения трёхфазного УЗО: 1 —вводной автомат; 2 — трёхфазный счётчик; 3 — четырёхполюсное УЗО; 4 — автомат для подключения трёхфазной нагрузки; 5 — автоматы двухфазной нагрузки
Подключение трёхфазных УЗО также в обязательном порядке происходит с проведением рабочего нуля через устройство. В конечном итоге даже асинхронный двигатель — три линейных проводника, которые не имеют строгой балансировки нагрузки, поэтому их подключение по схеме «звезда» выполняется через симметрирующий ноль. Если при этом сам двигатель зануляется через систему защитного заземления, УЗО гарантированно не будет корректно работать.
В плане сборки щитовой проводки имеются свои тонкости. Подключение входного рабочего нуля к общей шине или кросс-модулю должно выполняться сразу после выхода с УЗО одним проводником без ответвлений. При этом к данной шине должны подключаться только те линии, защита которых контролируется устройством, с которого взят рабочий нуль. Таким образом, в стандартном щитке действует следующая схема подключения:
Схема подключения УЗО: 1 — вводной автомат; 2 — счётчик; 3 — общее селективное УЗО; 4 — кросс-модуль; 5 — автоматы осветительной сети; 6 — автомат для защиты УЗО; 7 — УЗО первой группы 10 мА; 8 — УЗО второй группы 30 мА; 9 — нулевая шина; 10 — шина заземления
Поскольку нулевой контакт устройств дифференциальной защиты расположен справа, сами приборы располагают в правой части ряда, чтобы впоследствии выполнить раздачу фаз по автоматическим выключателям гребёнкой. После УЗО 1 и 2 группы устанавливаются дополнительные шины или кросс-модули, к которым подключаются все линии, входящие в соответствующую группу защиты. Если устройство защитного отключения или дифференциальный автомат устанавливаются в местных групповых щитках, они всегда следуют по схеме первыми. Исключение составляют линии освещения, питание на которые подаётся со входных клемм защитных устройств. Для снижения переходного сопротивления многопроволочные жилы следует обжать наконечниками. Контроль усилия затяжки для модульных устройств не критичен, однако требуется перетяжка контактов спустя 48–72 часа после завершения монтажа.
Ложное срабатывание УЗО практически всегда является следствием какого-либо действия человека: прикосновения к корпусу техники, включения прибора в розетку и т. д. Таким образом, место утечки в большинстве случаев удаётся достаточно быстро локализовать. Если срабатывает вводное УЗО, контролирующее несколько групп, линию со слабой изоляцией определяют путём последовательного отключения розеточных групп и контроля за работоспособностью электросети. Обнаруженная сеть может переключаться на питание в обход УЗО, но только с переподключением обоих проводников и только если такое изменение схемы допустимо с точки зрения электробезопасности. В остальных случаях требуется либо установка диффзащиты на большее значение тока утечки, либо восстановление изоляции линии.
Периодически нужно тестировать работоспособность механизма. Для этого в каждом устройстве предусмотрена тестовая кнопка, замыкающая один выходной полюс с противоположным входным через токоограничивающее сопротивление. Таким образом, имитируется утечка, значение которой с высокой точностью приближено к порогу срабатывания. Отсутствие реакции на нажатие тестовой кнопки может служить как о неисправности прибора, так и о слишком низком рабочем напряжении.
Виды УЗО
Устройства защиты от утечек тока, известные под аббревиатурами УЗО, АДЗ, ВДТ, АВДТ, несут основную функцию — оградить живые организмы от электротравм, а также предупредить паразитные диэлектрические потери, способные привести к возгоранию. Весь спектр приборов, описанных в этом обзоре, имеет отличия по принципу действия, назначению, чувствительности, роду тока в контролируемой цепи, способности выдерживать нагрузку, а также по ряду прочих факторов. Чтобы иметь чёткое и ясное представление о возможностях того или иного прибора, следует понимать специфику его работы.По механизму действия УЗО может быть электромеханическим и электронным. В первом случае основным функциональным элементом служит дифференциальный трансформатор на кольцевом сердечнике. Трансформатор имеет две первичные обмотки, по которым проходит основная нагрузка, а также третью управляющую. В нормальном режиме работы по первичным обмоткам протекают противоположно направленные токи, равные по значению, таким образом, их электромагнитная индукция взаимно компенсируется. Если в любой точке цепи, подключенной после УЗО, происходит утечка, токи в первичных обмотках теряют эквивалентность, соответственно, во вторичной обмотке появляется наводка. Когда наведённый ток превышает установленное значение, срабатывает расцепитель, который разрывает основную группу контактов.
Принцип работы электромеханического УЗОЭлектронные УЗО имеют иной принцип действия, их работа основана на полупроводниковых приборах. Первым звеном электронной схемы выступает делитель тока, задача которого — преобразовать действующую на основных контактах устройства нагрузку к такой, которая допустима при работе полупроводниковых элементов. Пропорциональный, но меньший по величине ток приходит на компаратор (сравнивающее полупроводниковое устройство), который при существенной разнице на входах формирует выходной сигнал, приводящий в действие устройство размыкания основной цепи.
Cхема электронного УЗО: А — компаратор; К — реле; Т — кнопка «Тест»; R — резисторПрактическая разница устройств защитного отключения электронного и электромеханического действия заключается в следующем:
- Электромеханические УЗО могут ложно срабатывать при высоких составляющих реактивной и индуктивной нагрузок. Другими словами, запаздывание или опережение кривой тока в одной обмотке относительно другой порождают наводки на управляющий контур.
- Электронные УЗО не имеют достаточно высокой точности из-за погрешностей номиналов, свойственных для всех радиоэлектронных компонентов. Также на эффективность работы электронных УЗО оказывает существенное влияние значение напряжения, действующее в контролируемой цепи.
Слева: электромеханическое УЗО. Справа: электронное УЗОПо назначению УЗО принято классифицировать на устройства защиты от поражения электрическим током и приборы, защищающие от пожароопасных утечек тока через изоляцию. Помимо незначительных отличий в устройстве, эти приборы попросту имеют разные номиналы дифференциальных токов, на которые срабатывает защитный механизм.
Противопожарное УЗО типа S (селективное)Нагрузочная способность УЗО свидетельствует в первую очередь о проводимости элементов основной контактной группы. Также имеются отличия в:
- Массивности магнитного сердечника, способного выдерживать нагрев при взаимной компенсации индукционных воздействий.
- Классе мощности радиоэлектронных компонентов.
Дифференциальный автоматНулевой и защитный проводники
С принципами работы УЗО мы разобрались, осталось только провести корреляцию с существующими схемами электропитания переменным током. Большая часть инцидентов, связанных с неправильной работой устройств дифференциальной защиты, вызвана именно неверным применением в различных схемах электроснабжения.Главным образом цепи переменного тока отличаются наличием и схемой соединения нулевого и защитного проводников. Таким образом, можно выделить схемы электропитания с глухо заземлённой и изолированной нейтралью. На практике отличие заключается в месте объединения нулевого рабочего и нулевого защитного проводников. Для правильной работы УЗО общая точка нуля должна располагаться по схеме раньше места установки прибора.
Цепи, контролируемые УЗО, не должны иметь потенциальной возможности сбрасывать часть тока на землю, иначе ложные срабатывания гарантированы. Поэтому защитой от утечек оснащают преимущественно сети с изолированной нейтралью (IT и TT), то есть не имеющие связи с защитным нулевым проводником на всей протяжённости сети после ВРУ. В этот же разряд входят системы с глухозаземлённой нейтралью TN-S и TN-C-S, хотя установка дифференциальной защиты в них требует дополнительной осторожности.
Тем не менее, в системах типа TN-C устройства защитного отключения всё же могут корректно работать. Их подключение выполняется по 3-х или 5-проводной схеме, то есть защитный проводник тянется к распределительному узлу для объединения с рабочим нулём до места врезки УЗО. Защита от дифференциального тока в таком случае ограничена в селективности: трудно защищать целые группы проводников, приборы удаётся устанавливать только на крайних ответвлениях, то есть сразу перед токоприёмниками. Частный пример — розетки со встроенной защитой от утечек.
Выбор номинальных параметров
Сферу применения и назначение УЗО определяют два ключевых параметра: нагрузочная способность и величина утечки, при которой происходит разрыв цепи. Если дифференциальная защита призвана сократить тяжесть последствий от электротравмы, её номинал выбирается исходя из допустимых значений тока, действующего на организм.Первая степень электрической травмы характеризуется судорогами без потери сознания и не наносит непоправимого ущерба. Такое поражение характерно при протекании через организм мизерных величин тока: порядка 10 мА для детей и до 30 мА у взрослых. Поэтому УЗО с уставкой по утечке на такие значения применяют для защиты основных розеточных групп. При этом наиболее чувствительные УЗО используют для розеток, расположенных вблизи пола, где к ним возможен доступ детей, а также для групп, подключенных по двухпроводной схеме. Розетки для бытовой техники, имеющие контакт защитного заземления, подключают через УЗО с чувствительностью в 30 мА. Для защиты от поражения электрическим током принято использовать приборы электромеханического типа как наиболее надёжные.
Основные характеристики УЗООбщая защита кабельных линий электропередач от утечек через изоляцию обеспечивается противопожарными УЗО с уставкой дифференциального тока в 100, 200 или 500 мА. Более точное значение определяется характеристиками кабельной продукции и длиной линии. Чем хуже диэлектрические свойства и выше протяжённость, тем больше суммарное значение утечки. Высокая собственная ёмкость кабеля не вызывает ложных срабатываний, поскольку накопление заряда сопровождается пропорциональной по величине работой тока в обоих проводниках.
Нагрузочная способность УЗО устанавливается с обеспечением запаса надёжности порядка 10–20% в зависимости от режима работы защищенной линии. Выбор номинала точно по значениям действующего тока чреват перегревом устройства, если же запас будет существенно больше — возможно снижение чувствительности. В свою очередь, для дифференциальных автоматов уставка максимального тока и характеристика отключения имеют ключевое значение и определяются требованиями по защите линии от перегрузок.
Однофазное и трёхфазное подключение
Важнейшее правило подключения устройств дифференциальной защиты — к ним должны подключаться все проводники, по которым осуществляется перемещение электрического заряда. Для однофазных сетей используются двухполюсные приборы: левая группа контактов предназначена для фазного проводника, правая — для рабочего нулевого. Условное направление прохождения тока не имеет значения для электромеханических УЗО, в то время как электронные устройства требуют подключения нагрузки исключительно снизу с подачей питания на верхние клеммы.Схема подключения трёхфазного УЗО: 1 —вводной автомат; 2 — трёхфазный счётчик; 3 — четырёхполюсное УЗО; 4 — автомат для подключения трёхфазной нагрузки; 5 — автоматы двухфазной нагрузкиПодключение трёхфазных УЗО также в обязательном порядке происходит с проведением рабочего нуля через устройство. В конечном итоге даже асинхронный двигатель — три линейных проводника, которые не имеют строгой балансировки нагрузки, поэтому их подключение по схеме «звезда» выполняется через симметрирующий ноль. Если при этом сам двигатель зануляется через систему защитного заземления, УЗО гарантированно не будет корректно работать.
Правильный электромонтаж
Большая часть УЗО относится к категории модульной техники для установки на 35 мм DIN-рейку. Высота модуля и размер шейки соответствуют стандартным габаритам, поэтому с размещением диффзащиты в обычных рядных ящиках проблем не возникает.В плане сборки щитовой проводки имеются свои тонкости. Подключение входного рабочего нуля к общей шине или кросс-модулю должно выполняться сразу после выхода с УЗО одним проводником без ответвлений. При этом к данной шине должны подключаться только те линии, защита которых контролируется устройством, с которого взят рабочий нуль. Таким образом, в стандартном щитке действует следующая схема подключения:
- Входные фазные и нулевой провод с вводного кабеля подключают напрямую на клеммы УЗО. С обратной стороны снимается рабочий ноль и фазы, каждый проводник на отдельную шину.
- К общей нулевой шине подключаются:
- нулевые проводники осветительной сети напрямую;
- ноль подключения УЗО 1 группы на 10 мА;
- ноль подключения УЗО 2 группы на 30 мА.
- К фазной шине подключается вся нагрузка, включая УЗО 1 и 2 группы.
Схема подключения УЗО: 1 — вводной автомат; 2 — счётчик; 3 — общее селективное УЗО; 4 — кросс-модуль; 5 — автоматы осветительной сети; 6 — автомат для защиты УЗО; 7 — УЗО первой группы 10 мА; 8 — УЗО второй группы 30 мА; 9 — нулевая шина; 10 — шина заземленияПоскольку нулевой контакт устройств дифференциальной защиты расположен справа, сами приборы располагают в правой части ряда, чтобы впоследствии выполнить раздачу фаз по автоматическим выключателям гребёнкой. После УЗО 1 и 2 группы устанавливаются дополнительные шины или кросс-модули, к которым подключаются все линии, входящие в соответствующую группу защиты. Если устройство защитного отключения или дифференциальный автомат устанавливаются в местных групповых щитках, они всегда следуют по схеме первыми. Исключение составляют линии освещения, питание на которые подаётся со входных клемм защитных устройств. Для снижения переходного сопротивления многопроволочные жилы следует обжать наконечниками. Контроль усилия затяжки для модульных устройств не критичен, однако требуется перетяжка контактов спустя 48–72 часа после завершения монтажа.
Проверка и устранение неисправностей
Установка УЗО практически в любую систему электроснабжения позволяет точно проверять подключенные к сети устройства и линии на предмет проблем с изоляцией и пробоя на корпус. Для этого УЗО и стараются сдвинуть как можно ближе к вводному автомату: область защиты при этом становится только шире, при этом проблемная точка легко детектируется путём последовательного перебора подключенных линий.Ложное срабатывание УЗО практически всегда является следствием какого-либо действия человека: прикосновения к корпусу техники, включения прибора в розетку и т. д. Таким образом, место утечки в большинстве случаев удаётся достаточно быстро локализовать. Если срабатывает вводное УЗО, контролирующее несколько групп, линию со слабой изоляцией определяют путём последовательного отключения розеточных групп и контроля за работоспособностью электросети. Обнаруженная сеть может переключаться на питание в обход УЗО, но только с переподключением обоих проводников и только если такое изменение схемы допустимо с точки зрения электробезопасности. В остальных случаях требуется либо установка диффзащиты на большее значение тока утечки, либо восстановление изоляции линии.
Периодически нужно тестировать работоспособность механизма. Для этого в каждом устройстве предусмотрена тестовая кнопка, замыкающая один выходной полюс с противоположным входным через токоограничивающее сопротивление. Таким образом, имитируется утечка, значение которой с высокой точностью приближено к порогу срабатывания. Отсутствие реакции на нажатие тестовой кнопки может служить как о неисправности прибора, так и о слишком низком рабочем напряжении.