Как выбрать узо. пример расчета

Принцип работы защиты

Электрооборудование, как известно, получает энергию по проводам. Бытовые приборы при этом используют два проводника – фазу и ноль. Если оборудование промышленное или просто мощное, то оно может использовать три фазы, но суть проблемы это не меняет. Итак, грубо говоря, ток бежит по фазе (фазам), приводит в действие электрооборудование и убегает через ноль*. При этом входящее и выходящее значения токов всегда равны – сколько энергии в прибор вошло по фазному проводу, столько же и вышло через нулевой.

Предположим, произошла нештатная ситуация – потек сальник в стиральной машине и залило плату управления, внутрь электромясорубки попала вода, перетерлась изоляция провода из-за вибрации, или случился тепловой пробой электромотора. По этой причине на металлических частях агрегата появилось напряжение. Если прибор заземлен, то это напряжение с шасси или кожуха стекает в контур заземления, вызывая дифток. В незаземленном оборудовании утечки не будет, но она появится, если человек, стоящий на токопроводящей поверхности (бетонный пол, металлический или деревянный, но мокрый настил и т.п.), коснется кожуха.

Возникновение дифтока через заземляющий контур или тело человека

В этой ситуации входящий по фазному проводнику ток уже не будет равен выходящему по нулевому. К нему добавится значение утечки, стекающей в землю: Iфазный = Iнулевой + Iутечки.

Задача УЗО как раз и заключается в определении этого расбаланса. В процессе работы устройство постоянно сравнивает значение токов, проходящих по фазе и нулю. Пока они равны, все в порядке. Как только фазный ток превысит нулевой, устройство аварийно отключит напряжение.

Две конструктивные группы

Первые модели УЗО и по конструкции, и по принципу работы имели сходство с реле. То есть конструктивно они были электромеханическими изделиями. Их основой являлся трансформатор, в сердечнике которого две одинаковые первичные обмотки создавали магнитные потоки разного направления. Через одну обмотку пропускался ток от фазы к нагрузке, а через другую – от нагрузки к нулю. Такой трансформатор именуется дифференциальным. Если токи в обмотках равны, значит, в сердечнике нет магнитного поля.

Так же, как и нет напряжения в третьей обмотке, которая, по сути, является вторичной. К ней присоединялось реле, управляющее контактами УЗО. При появлении тока утечки баланс в трансформаторе нарушался, на вторичной обмотке появлялось напряжение и реле срабатывало, отключая питающую сеть. По мере развития элементной базы полупроводников и коммутаторов в традиционные электромеханические модели вносились соответствующие времени изменения.

Например, изменилась конструкция дифференциального трансформатора. Появились модели, в которых вместо вторичной обмотки используется геркон, запирающий полупроводниковые ключи. В результате время срабатывания УЗО существенно уменьшилось, а чувствительность увеличилась. То есть появились модели либо электронно-механические, либо полностью электронные, без механических контактов и дифференциального трансформатора. Распознать конструктивные особенности УЗО легко.

На корпусе устройства обычно указывается принципиальная схема, примеры которой показаны на изображении далее.


Две конструктивные группы УЗО

Если этой схемы нет на корпусе, она должна быть приведена в технической документации, которая вложена в упаковку изделия. Если такая информация нигде не обнаружена, не стоит покупать это УЗО. Наверняка перед вами дешевая подделка, которая лишь создаст иллюзию безопасности. Время задержки отключения, измеряемое в секундах и обозначаемое буквами S (0,15…0,5) и G (0,06…0,08), также необходимо учесть, особенно в каскадных схемах с несколькими коммутаторами.


УЗО
Еще одно УЗО
Примеры отображения на корпусе изделия его конструктивных особенностей

Какое из этих двух выбрать, рекомендовать сложно. Даже китайские и прочие производители ранее дешевых моделей развивают свое производство, постоянно улучшая качество продукции. Поэтому лучше всего покупать УЗО в крупном магазине, основываясь на консультации продавца. То, чего он не скажет вам, скорее всего, уже изложено в этой статье. И хотя во многих инсталляциях срабатывание УЗО не происходит многие годы, не стоит сожалеть о потраченных средствах. Безопасность того стоит.

Основные характеристики устройства

Для того чтобы определиться, какое УЗО является лучшим, при его покупке необходимо учитывать все параметры и технические характеристики.

После информации о производителе и названия торговой марки на корпус наносятся данные о рабочих характеристиках и номинальных значениях, как то:

  1. Наименование и серии. В надписи необязательно должно встречаться слово “УЗО”, многие производители называют его “ВТД” (выключатель дифференциального тока).
  2. Значение номинального напряжения. Оно должно быть однофазным (220 В) или трехфазным (330 В) на стандартную частоту 50 Гц. Если устройство выбирается для частного дома, то брать необходимо то, которое рассчитано на трехфазное напряжение.
  3. Номинальный рабочий ток – максимальное значение, которое защитное устройство способно перерабатывать. Есть устройства на 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80 и 100 А.
  4. Номинальный дифференциальный ток – это значение утечки, при которой срабатывает защита и происходит автоматическое выключение электричества. Эта величина может быть в 6 мА, 10 мА, 30 мА, 100 мА, 300 и 500 мА.

На корпусе предусмотрена маркировка, которая рассказывает о дополнительных характеристиках:

  1. Значение номинального условного тока короткого замыкания – это максимум КЗ, при котором УЗО может продолжать нормально функционировать с тем условием, что дополнительно с ним установлен автовыключатель.
  2. Время срабатывания защиты. Это промежуток времени от возникновения утечки и до ее устранения, за которое срабатывает защита. Максимальное значение – 0,03 с.
  3. Обязательная схема устройства.

Что необходимо знать об УЗО

Главным элементом УЗО является дифференциальный трансформатор, состоящий из трёх катушек. Первая включается в фазу, вторая — в нулевой проводник. При этом протекающие по этим катушкам токи генерируют магнитные поля с противоположно направленными силовыми линиями.

Если токи в фазовом и нулевом проводниках будут равны, то геометрическая сумма силовых линий полей окажется равной нулю, то есть они попросту уничтожат друг друга. Если же токи будут отличаться, то в приборе сформируется остаточное поле, которое возбудит ток в 3-й катушке, а он в свою очередь заставит сработать отключающее реле.

Таким образом, если говорить доступным языком, УЗО сравнивает токи на входе и выходе подключённой к нему цепи и если «дебет с кредитом не сходится», блокирует подачу электричества. Из этого можно сделать два важных вывода:

  1. УЗО не защищает ни от сверхтоков (короткое замыкание), ни от перегрузки, так как в таких ситуациях токи на входе и выходе цепи остаются равными (утечка отсутствует). Таким образом, данный прибор нельзя рассматривать как альтернативу предохранителю или автоматическому выключателю — как минимум одно из этих устройств в обязательном порядке должно быть установлено на вводе в квартиру или дом. Вместо отдельных УЗО и автоматического выключателя можно применить так называемый дифференциальный автомат, в котором оба эти устройства совмещены.
  2. УЗО не отключится, если человек коснётся одновременно токоведущего элемента и нулевого провода. В данном случае будет иметь место поражение электротоком, но утечки не будет — весь ток останется в цепи.

Поэтому даже при наличии УЗО нельзя терять бдительности: токоведущие части должны быть защищены кожухами, потенциально опасные места нужно ограждать и обозначать предупреждающими символами и надписями.

Подключение УЗО и автоматических выключателей

Если электропотребители в доме или квартире разделены на несколько групп, каждая из которых защищена собственным автоматическим выключателем, то с целью экономии средств можно устанавливать одно УЗО на 2 – 3 таких группы. Сегодня организовать подключение таким образом можно практически в любой бытовой сети: среди современных УЗО с уставкой диф. тока 30 мА имеются модели, рассчитанные на довольно высокие номинальные токи — до 100 А.

Подбирая УЗО для группы автоматов, следует учитывать номинальный ток не только вышестоящего автомата, но и нижестоящих. Поясним на примерах.

Пример 1

Схема к примеру 1

Напомним, что в общем случае рекомендуется устанавливать УЗО с номинальным током, на одну ступень превосходящим номинальный ток выше установленного автомата. Но в данном случае, как видно, каждое из двух УЗО по номинальному току не превосходит, а наоборот уступает вводному автомату: его номинальный ток составляет 50 А, тогда как номинальный ток каждого из УЗО — только 40 А.

Тем не менее, выключатели диф. тока надёжно защищены от перегрузки: суммарный номинальный ток подключённых к каждому из них автоматов составляет всего 32 А (2х16 А), что на 20% меньше номинального тока УЗО в 40 А.

Пример 2

Следующая схема является не столь надёжной:

Схема к примеру 2

Номинальный ток 1-го УЗО составляет 25 А и вводный автомат с номинальным током 40 А его не защищает. Но перегрузка этому прибору не грозит, так как проходящий по нему ток не может превышать 22 А (к УЗО подключены автоматы на 6 и 16 А). А вот 2-е УЗО, рассчитанное на номинальный ток в 40 А, может перегореть: подключёнными к нему автоматами оно не защищается, так как их суммарный номинальный ток составляет 58 А (3х16 + 10), а вводным автоматом защищается, так сказать, впритык.

Если будет иметь место перегрузка, то до срабатывания вводного автомата через УЗО №2 будет протекать ток выше номинального, вследствие чего оно может выйти из строя. Рекомендуется либо установить УЗО с более высоким номинальным током (следующая ступень — 50 А), либо защитить его дополнительным автоматом с номинальным током на ступень ниже (32 А).

Пример 3

А вот эта схема однозначно является неверной:

Схема к примеру 3

Оба УЗО с номинальным током 40 А не защищаются ни вышестоящим автоматом (50 А), ни нижестоящими (суммарные номинальные токи составляют 57 и 48 А).

Оптимальный вариант подключения УЗО

Если имеется несколько УЗО со своей группой автоматов каждое, то очень важно не смешивать провода от разных групп. Для каждой группы лучше предусмотреть свою нулевую шину — при подключении всех потребителей на общую нулевую шину возможны ложные срабатывания УЗО

Подключение с отдельными шинами отображено на следующей схеме. Также здесь показано подключение селективного УЗО.

Схема подключения УЗО

Красным цветом обозначена фаза (L), синим — нулевой проводник (N), жёлто-зелёным — заземление (РЕ).

Как видно, селективное УЗО с уставкой тока утечки 300 мА (поз. 3) подстраховывает УЗО 7 и 14 с уставкой тока утечки 30 мА и одновременно защищает цепи освещения (автоматы поз. 5, 6, 12). Защищать осветительную проводку УЗО с уставкой диф. тока 30 мА не имеет смысла, так как здесь вероятность поражения электротоком практически равна нулю.

Подразумевается, что дифференциальный автомат 13 обслуживает выделенную линию, предназначенную для подключения, например, компьютера или стиральной машины, поэтому нулевой проводник от него проложен прямо к нагрузке, а не к нулевой шине.

Дополнительные нулевые шины обозначены поз. 11 и 18. К первой подключены группы розеток 2, 3, 4 и от неё прокладывается провод к УЗО 7; ко второй — группы розеток 5, 6, 7, сама же шина подключается к УЗО 14.

Заметим, что данная схема имеет тот же недостаток, что и приведённая в примере №2: номинальный ток вводного автомата (поз. 1) является таким же, как и УЗО поз.7 и 14 — 40 А, в то время как суммарный номинальный ток подключённых к каждому из этих УЗО автоматов составляет 3х16 = 48 А. Для большей надёжности следовало бы установить УЗО, рассчитанное на более высокий номинальный ток.

При подключении УЗО на группу автоматов выявить место утечки достаточно просто. К примеру, сработало УЗО поз. 7. Нужно отключить автоматы поз. 8, 9 и 10, затем включить УЗО и по одному включать упомянутые автоматы. Как только будет включён автомат цепи с утечкой, УЗО тут же отключится.

От того, правильно ли вы выбрали и установили УЗО, зависит, сумеет ли оно спасти вашу жизнь в случае внештатной ситуации. Поэтому к данному вопросу следует подходить со всей обстоятельностью. Изложенные в нашей статье рекомендации помогут избежать ошибок, которые могли бы стать фатальными.

Место установки

В каждом жилище, независимо от того, дом ли это или квартира, существует электрический щит. На нем располагаются все элементы электросети, выполняющие коммутации, в том числе и УЗО. Оно так же относится к коммутирующим устройствам, но срабатывает не от нажатия на рычажки или кнопки. УЗО выполняет защитное отключение. Это происходит при различных ситуациях. Например, появилось повреждение в изоляции проводов стиральной машины, и человек попал под удар током.

Или старая электропроводка не выдержала нагрузки электрообогревателя, и началось возгорание. В общем, все события, которые связаны с тяжелыми последствиями от разрушительного действия электричества, предотвращаются установкой УЗО в электрощите. Поэтому его применение просто обязательно сегодня. У этого устройства существует и несколько иное название – Выключатель Дифференциального Тока, то есть ВДТ. Это необходимо знать при поиске и покупке УЗО.  


УЗО от разных производителей

Как УЗО действует

Альтернативное название – ВДТ – как раз и связано с принципом действия УЗО. Как известно, между фазой и землей существует разность потенциалов, вызывающая ток в электрической цепи, к которой она приложена. Но нагрузка работает между потенциалами фазы и нуля. Если ток поступает только в нагрузку, его величина на входе и выходе из нее одна и та же. Но если он ответвляется, уходя в землю, токи утрачивают равенство величин. На пути тока нагрузки ставится УЗО, которое определяет, что его величина в направлении УЗО > нагрузка отличается от величины нагрузка > УЗО. То есть сравнивается сила тока в фазном и нулевом проводе.


Иллюстрация принципа работы УЗО

Если появляется ток утечки на землю, независимо от причины этого, при его критической величине, которая обычно равна нескольким десяткам миллиампер, УЗО отключит нагрузку. На это будет потрачено в среднем тридцать миллисекунд. Если причиной утечки является контакт с человеком, за это время никаких неприятностей для этого человека не произойдет.

Несколько групп

Допустим, в квартире предусмотрены еще две группы освещения с автоматами защиты на 16 A, две розеточные с автоматами на 20 A и 25 А. В группах освещения длина проводников по 50 м, а нагрузка составляет 0,3 и 0,6 кВт. В розеточных длина фазных проводов 40 и 60 м соответственно, а общая (переменная и постоянная) нагрузка 17 и 22 A соответственно.

Произведем расчеты по группам.

Расчет для первой осветительной:

P – мощность осветительных приборов,

U – напряжение сети.

IΔn= 3*(0,4* IΣ +0,01*L)=3(0,4х1,4+0,01х50)=3,18 mA.

Расчет для второй осветительной:

IΔn= 3*(0,4* IΣ +0,01*L)=3(0,4х2,8+0,01х50)=9,9 mA.

Расчет для первой розеточной:

IΔn= 3*(0,4* IΣ +0,01*L)=3(0,4х17+0,01х40)=21,6 mA.

Расчет для второй розеточной:

IΔn= 3*(0,4* IΣ +0,01*L)=3(0,4х22+0,01х60)=28,2 mA.

Так как УЗО по IΔn имеют номиналы 10, 30, 100, 300, 500 миллиампер, то некоторые группы электроснабжения можно объединить. При этом нужно помнить, что прибор срабатывает при достижении 50-100% IΔn.

По расчетам первая осветительная и розеточная группы в сумме по IΔn составляют 24,78 мА. Их можно подключить к устройству с отключающим током 30 миллиампер. Вторая розеточная подсоединяется к такому же 30 миллиамперному устройству. Вторая осветительная – к УЗО с током отключения 10 мА. Суммарный рассчитанный отключающий ток получился равным:

IΔn Σ=9,36+3,18+9,9+21,6+28,2=72,24 mA.

Приступаем к подбору УЗО. Ближайшее по отключающему току – на 100 мА. Его и нужно установить в качестве противопожарного.

Классификация устройств защитного отключения по разным критериям

По количеству полюсов УЗО подразделяются на несколько групп, из которых для нас имеют интерес:

  • Двухполюсные УЗО — предназначенные для работы в однофазных сетях. Они чаще всего выпускаются в виде модульного оборудования и занимают в стандартных электрощитках два места по стандарту DIN (35 мм).
  • Четырехполюсные УЗО работают в трехфазных сетях и занимают 4 места по стандарту DIN (70 мм).

По виду конструкции УЗО бывают:

  • Электромеханические УЗО, в которых механизм измерения дифференциальных токов работает независимо от пропадания напряжение в сети из-за обрыва нуля, так как дифференциальный трансформатор реагирует только на разность токов. Такие УЗО имеют очень тонкую механику, что объясняет их более высокую стоимость.
  • Электронные УЗО – в которых сравнение токов происходит в электронных компараторах, затем разностный сигнал усиливается для приведения в действие расщепителя. Такие УЗО имеют электронные схемы, которые требуют стабильного питающего напряжения.

Надежность электронных УЗО меньше, но более низкая цена оправдывает их широкое применение.

  • Типа AC, реагирующие на переменный синусоидальный дифференциальный ток, который может нарастать медленно, а может возникнуть скачком.
  • Типа А, реагирующие на синусоидальный ток, а также на выпрямленный пульсирующий постоянный, которые тоже могут медленно нарастать или возникать скачкообразно.

УЗО типа А более сложны и поэтому имеют большую цену. Необходимость их применения обычно рекомендуется производителями электрооборудования, в которых есть пульсирующее постоянное напряжение. Это стиральные и посудомоечные машины, телевизоры, компьютеры и множество других бытовых приборов.

Кроме модульных, устанавливаемых в щитки, существуют специальные виды УЗО, которые имеют форму розетки или даже электрической вилки. Такое применение оправдано в тех случаях, когда в квартире или доме электрическая проводка ветхая, имеющая малое сопротивление изоляции и соответственно большие токи утечки. УЗО, установленные в щитках в таких случаях будут иметь частые ложные срабатывания, что сделает невозможным работу электроприборов.

Почему УЗО должно быть качественным и надёжным?

Разновидности УЗО

Предъявляемые к УЗО высокие требования покажутся вполне обоснованными, если разобраться с назначением данного прибора. Функция у него только одна: отключать электроснабжение при наличии утечки тока определённой (пороговой) величины. Утечка тока чревата вовсе не безобидным экономическим ущербом, как может показаться на первый взгляд, а гораздо более серьёзными последствиями — она всегда свидетельствует о том, что имеет место одна из следующих ситуаций:

  • поражён электротоком человек либо животное;
  • из-за повреждения изоляции появился контакт между токоведущим элементом и какой-нибудь заземлённой металлической конструкцией, который может привести к возгоранию;
  • оказался под напряжением заземлённый корпус какого-либо прибора или оборудования, вследствие чего прикоснувшийся к нему пользователь рискует получить удар током.

Таким образом, от того, сработает ли УЗО в нужный момент, зависит ни много ни мало жизнь пользователя. Поэтому экономить на качестве этого устройства ни в коем случае не следует.

Расчет мощности для УЗО

Каждый отдельный прибор имеет свою пороговую токовую нагрузку, при котором он будет нормально работать и не перегорит. Естественно она должна быть выше, чем совокупная токовая нагрузка всех приборов, подключенных к УЗО. Существует три типа схем подключения УЗО, для каждой из которых расчет мощности прибора свой:

  • Простая одноуровневая схема с одним прибором защиты.
  • Одноуровневая схема с несколькими приборами защиты.
  • Двухуровневая схема защиты отключения.

Рассчитываем мощность для простой одноуровневой схемы

Простая одноуровневая схема характеризуется наличием одного УЗО, который устанавливается после счетчика. Его номинальная токовая нагрузка должна быть выше, чем суммарная токовая нагрузка всех потребителей, подключенных к нему. Предположим в квартире установлен бойлер мощностью 1.6 кВт, стиральная машина на 2.3 кВт, несколько лампочек суммарно 0.5 кВт и другие электроприборы на 2.5 кВт. Тогда расчет токовой нагрузки будет следующим:

(1600+2300+500+2500)/220 = 31.3 А

Значит для данной квартиры необходимо будет устройство с токовой нагрузкой не ниже 31.3 А. Ближайшее УЗО по мощности на 32 А. Его хватит даже если все бытовые приборы будут включены одновременно.

Одним из таких подходящих приборов является УЗО ЭРА NO-902-126 ВД63, рассчитанный на номинальный ток в 32 А и ток утечки в 30 мА.

Рассчитываем мощность для одноуровневой схемы с несколькими приборами защиты

Такая разветвленная одноуровневая схема предполагает наличие дополнительной шины в устройстве счетчика, от которой отходят провода, формирующиеся в отдельные группы для отдельных УЗО. Благодаря этому можно установить несколько приборов на разные группы потребителей или на разные фазы (при трехфазном подключении сети). Обычно отдельное УЗО устанавливается на стиральную машину, а остальные приборы монтируются для потребителей, которые формируются в группы. Предположим вы решили установить УЗО для стиральной машины мощностью 2.3 кВт, отдельный прибор для бойлера мощностью 1.6 кВт и дополнительное УЗО для остального оборудования суммарной мощностью 3 кВт. Тогда расчеты будут следующими:

  • Для стиральной машины — 2300/220 = 10.5 А
  • Для бойлера — 1600/220 = 7.3 А
  • Для остального оборудования — 3000/220 = 13.6 А

Учитывая расчеты для данной разветвленной одноуровневой схемы потребуется три прибора мощностью 8, 13 и 16 А. В большинстве своем такие схемы подключения применимы для квартир, гаражей, временных построек и т.д.

Кстати, если не хотите особо заморачиваться с монтажом подобной схемы, то обратите внимание на переносные УЗО-адаптеры, которые можно быстро переключать между розетками. Они рассчитаны на один электроприбор

Рассчитываем мощность для двухуровневой схемы

Принцип расчета мощности устройства защитного отключения в двухуровневой схеме такой же, как и в одноуровневой, с единственной разницей в наличии дополнительного УЗО, расположенного на вводе в квартиру, до счетчика. Его номинальная токовая нагрузка должна соответствовать суммарной токовой нагрузке всех приборов в квартире включая счетчик. Отметим наиболее распространенные показатели УЗО по токовой нагрузке: 4 А, 5 А, 6 А, 8 А, 10 А, 13 А, 16 А, 20 А, 25 А, 32 А, 40 А, 50 А и т.д.

УЗО на вводе защитит квартиру от возникновения пожара, а приборы, установленные на отдельные группы потребителей, защитят человека от поражения электрическим током. Данная схема наиболее удобная в плане ремонта электропроводки, так как позволяет отключать отдельный участок без отключения всего дома. Также, если нужен будет ремонт кабельных систем на предприятии, не придется отключать все офисные помещения, а значит не будет массовых простоев в работе. Единственным минусом являются немалые затраты на установку УЗО (зависит от количества приборов).

Если вам необходимо выбрать УЗО на группу автоматов для однофазной сети, то можем посоветовать модель ЭРА NO-902-129 ВД63 с номинальной токовой нагрузкой в 63 А — этого с головой хватит на все электроприборы в доме.

Важность мероприятия

Если Вы неправильно выберите модель УЗО, то есть ошибетесь с его характеристиками, это чревато следующими последствиями:

  1. Автоматика будет срабатывать во время ложной тревоги, т.к. незначительные утечки электричества всегда присутствуют в проводке, особенно если она старая (в деревянном доме на даче).
  2. Слишком высокие характеристики УЗО по мощности, которым Вы отдадите предпочтения, не будут срабатывать во время опасной ситуации, в результате чего можно получить поражение электрическим током.
  3. Устройство не сможет функционировать при подключении алюминиевых жил Вашей домашней проводки, т.к большинство современных моделей предназначены только для подсоединения медных проводников.

Чтобы не допустить данные ошибки, сначала необходимо разобраться с характеристиками дифференциального выключателя, после чего переходить к его выбору.

Ссылка на основную публикацию