Устройство защитного отключения

Когда-то, защитным устройством квартирной электросети были пробки. Следующим шагом в защитных устройствах стали автоматические выключатели - "автоматы". К сожалению, "автомат" не спасет человека, коснувшегося оголенного провода или металлического корпуса испорченной стиральной машинки, тем более этого не сделает "пробка". Но это может сделать УЗО - устройство защитного отключения. Самый частый случай поражения током, имеющий серьезные последствия - это ситуация, когда происходит утечка из сети через человека.

Например, упомянутая стиральная машина, в которой провод с нарушенной изоляцией касается корпуса. Человек рукой касается корпуса, при этом другой рукой держась за металлическую ванну, соединенную с металлическими же трубами подвода воды. Возникает цепь - бытовая сеть - корпус - человек - ванна - труба - земля. Ток уходит в землю через человека. За ванную можно и не держаться, достаточно стоять на влажном полу. Еще один пример - домашний мастер, сверлящий стену, чтобы повесить полку и попавший, на свою беду в электропроводку. На моей памяти был подобный случай, увы, со смертельным исходом, когда стоящий с дрелью на стремянке человек придерживался для равновесия за трубу отопления.

В правильно функционирующей электросети сколько тока вошло в квартиру по фазовому проводу, ровно столько должно и выйти (микроскопические утечки, конечно будут через стены, влажный воздух и т.п., но они не существенны). В ситуациях, описанных выше, возникает существенная разница между этими токами. Именно это служит сигналом для УЗО о том, что необходимо прекратить подачу электричества.

Устройство защитного отключения (УЗО), таким образом, можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в электрических проводниках, питающих защищаемую электроустановку или сеть. Принцип действия УЗО дифференциального типа основан на применении электромагнитного векторного сумматора токов — дифференциального трансформатора тока. Кстати, сразу проясним некоторую бытовую терминологию. Автомат - отключает в случае замыкания, УЗО - в случае утечки, дифавтомат - это УЗО и автомат (несколько автоматов для разных фаз) в одном корпусе.

УЗО предназначено для защиты от поражения человека электрическим током или возникновения пожара из-за токов скользящего разряда при утечке на землю. Устройства используются в электрических сетях бытового и промышленного назначения (220/380В). На рисунке показана кинематическая схема УЗО, из которой виден принцип его действия.

До тех пор, пока утечка отсутствует, (а следовательно нет пробоя или повреждения изоляции электроприёмника или нет прямого прикосновения человека к токоведущим частям) токи идущие в прямом и обратном (по фазовому и нулевому проводам) направлениям равны и наводят в магнитном сердечнике (1) трансформатора тока УЗО равные, но встречно направленные магнитные потоки, в результате чего ток I2 во вторичной обмотке равен нулю и не вызывает срабатывание чувствительного элемента - магнитоэлектрической защелки (2).

При возникновении тока утечки Iут - например, при прикосновении человека к фазному проводнику, баланс проходящих токов и магнитных потоков нарушается, во вторичной обмотке появляется ток небаланса I2, который вызывает срабатывание магнитоэлектрической защелки (2), воздействующей в свою очередь на механизм расцепителя с контактной системой. Электромеханическая система УЗО рассчитывается на срабатывание при определённых значениях тока утечки: 10, 30, 300 мА. Для осуществления контроля работоспособности УЗО предусмотрена цепь тестирования. При нажатии кнопки "Тест" искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно.

По стандартам США, устройства защитного отключения, предназначенные для защиты людей, должны размыкать цепь при утечке тока 4-6 мА за время не более 25 мс. Для устройств GFCI, защищающих оборудование (то есть не для защиты людей), отключающий дифференциальный ток может составлять до 30 мА. В Европе используются УЗО с отключающим дифференциальным током 10-500 мА.

Эти значения были установлены путем тестов, при которых добровольцы и животные подвергались воздействию электрического тока с известным напряжением и силой тока. Обнаружение токов утечки при помощи УЗО является дополнительным защитным мероприятием, так как УЗО никак не реагирует на неисправности, если они не сопровождаются утечкой тока (например, короткое замыкание между фазным и нулевым проводниками).

В России применение УЗО стало обязательным с принятием 7-го издания Правил устройства электроустановок (ПУЭ). Выдержки из документов, регламентирующих применение УЗО, собраны здесь. Как правило, в случае бытовой электропроводки одно или несколько УЗО устанавливаются на DIN-рейку в электрощите.

Многие производители бытовых устройств, которые могут быть использованы в сырых помещениях (например, фены), предусматривают для таких устройств встроенное УЗО. В ряде стран подобные встроенные УЗО являются обязательными.

УЗО может значительно увеличить безопасность электросети, но оно не может полностью исключить риск поражения электрическим током или пожара. УЗО не реагирует на аварийные ситуации, если они не сопровождаются утечкой из защищаемой цепи. В частности, УЗО не реагирует на короткие замыкания между фазами и нейтралью.

УЗО также не сработает, если человек оказался под напряжением, но утечки при этом не возникло, например, при прикосновении пальцем одновременно и к фазному, и к нулевому проводникам. Предусмотреть электрическую защиту от таких прикосновений в принципе невозможно, поскольку невозможно отличить протекание тока через тело человека от протекания тока в нагрузке. Таким образом, заповедь домашнего электрика должна гласить: на УЗО надейся, а сам не плошай!