Устройство защитного отключения (УЗО)

Содержание

1. 1. Принцип действия УЗО
2. 2. Применение
3. 3. Основные характеристики
4. 4. Технология

1. Принцип действия УЗО

Принцип действия УЗО изображен на рисунке 1.1. Определение алгебраической суммы токов в активных проводниках (фазы и нейтраль) определяется датчиком, состоящим из сердечника, который охватывает активные проводники. Обмотка сердечника образована таким образом, чтобы определить изменения потока, вызванные дифференциальным током нулевой последовательности.

В случае отсутствия пробоя изоляции алгебраическая сумма токов в активных проводниках равна нулю и сердечник не подвержен действию никакого потока.

В случае пробоя изоляции эта сумма не равна нулю и ток повреждения создает в сердечнике поток, который генерирует ток в катушке. Этот ток выпрямляется, фильтруется и усиливается.

Если полученный сигнал выше определенного порога, то запускается таймер (он может быть нулевым для мгновенной реакции).

Если неисправность по-прежнему присутствует в конце времени задержки, то срабатывает управляющее устройство.

Использование УЗО недостаточно для TN-C , так как нейтраль не отделена от защитного проводника, который не позволяет отделить дифференциальный ток от тока в нулевом проводе.

2. Применение

2.1. Дополнительная защита от прямых контактов

УЗО позволяет определять малые токи утечки, которые могут пройти через тело человека. Следовательно, он может обеспечить дополнительную защиту в случае выхода из строя обычных средств защиты (например, старая или поврежденная изоляция, неосторожность и т.д.). Эту защиту иногда также называют усиленной защитой, поскольку она может прерывать ток, в то время как другие устройства терпят неудачу.

Использование УЗО 30 мА на всей цепи с током до 20 А является обязательным согласно СЕ1 60364–4–41 (электрические установки низкого напряжения – Часть 4–41: Защита для обеспечения безопасности – Защита от электрического удара).

Необходимо помнить, что УЗО не ограничивает мгновенный ток, который протекает через тело, но ограничивает время, на протяжении которого тело находится под действием электрического тока.

Также отметим, что в случае прямого контакта с фазным проводом 230 В, ток, протекающий через тело будет примерно равен 150 мА. Если УЗО с чувствительностью 10 или 30 мА , то ток будет протекать такой же.

Обе эти чувствительности обеспечивают эквивалентную защиту. Граничное значение 30 мА позволяет найти экономический компромисс между безопасностью и непрерывностью обслуживания: можно питать несколько нагрузок и схем после УЗО, так как ток утечки его не отключит. Для того же тока утечки снизить необходимое граничное значение можно с помощью увеличения количества аппаратов защиты.

2.2. Защита от непрямых контактов

Использование УЗО является единственным решением для обеспечения защиты от непрямых контактов в системе ТТ, так как величина опасного тока повреждения слишком мала для того, чтобы этот ток был обнаружен устройствами защиты максимального тока.

Также это простое решение для систем TN-C и IТ. Например, когда питающий кабель очень длинный, то низкое значение тока короткого замыкания затрудняет регулировку защиты максимального тока. Тем более, если длина кабеля неизвестна, расчет тока короткого замыкания становится невозможным, и использование УЗО будет единственным возможным решением.

В этих условиях ток отключения УЗО будет скорректирован до нескольких ампер или десятков ампер, к примеру.

2.3. Защита от пожаров

Нормы СЕ1 60364–4–42 (Электрические установки в зданиях – Часть 4–42: Защита для обеспечения безопасности – Защита от термических воздействий) также признают эффективность УЗО для защиты от пожаров, требуя использование таких устройств с максимальным током срабатывания 500 мА. В ближайшем будущем этот ток должны снизить до 300 мА, как предлагают некоторые национальные нормы, например NF С 15–100 во Франции.

3. Основные характеристики

Устройства защитного отключения должны выбираться в зависимости от типа питаемой нагрузки. Эта рекомендация относится в основном к полупроводниковым устройствам, у которых токи повреждений не всегда синусоидальны.

3.1. Типы АС, А, В

Норма CEI 60755 (Общие правила для устройств защиты дифференциального остаточного тока) определяет три типа УЗО в соответствии с характеристиками тока повреждения.

• Тип АС

Дифференциальные устройства, для которых отключение обеспечивается альтернативными переменными синусоидальными токами.

• Тип А

Дифференциальное устройство, которое срабатывает:

• переменными дифференциальными синусоидальными токами;
• дифференциальными непрерывными пульсирующими токами;
• дифференциальными непрерывными пульсирующими токами с постоянной составляющей 0,006 А , с контролем угла фаз или без него, вне зависимости от полярности.
• Тип B

Устройство, срабатывание которого обеспечивается:

• случаями, как и в устройстве типа А;
• дифференциальными синусоидальными токами до 1000 Гц;
• дифференциальными синусоидальными токами, наложенными на неискаженные постоянные токи;
• непрерывными пульсирующими токами, наложенными на чистые постоянные токи;
• дифференциальными токами, которые могут вытекать из выпрямительных цепей, то есть:
• трехфазный простой выпрямитель или трехфазный двойной выпрямительный мост;
• двойной выпрямительный мост между фазами, с контролем угла фазы или без него, вне зависимости от полярности.

Некоторые электронные устройства могут генерировать токи повреждения, форма которых не описана в предыдущих случаях.

3.2. Чувствительность

Чувствительность УЗО определяется его «дифференциальным током срабатывания», обозначенным 1Ап.

Предпочитаемые величины определены CEI, что позволяет распределить УЗО на 3 группы в зависимости от их величины IΔn:

• высокая чувствительность (В): 6–10–30 мА;
• средняя чувствительность (СЧ): 0,1–0,3–0,5–1 А;
• низкая чувствительность (НЧ): 3–10–30 А.

УЗО домашнего или аналогового применения могут быть только высокой или средней чувствительности. Очевидно, что высокая чувствительность (ВЧ) используется чаще при защите от прямых контактов и что СЧ и в частности величины 300 и 500 мА являются существенными для защиты от пожаров. Другие чувствительности (СЧ и НЧ) позволяют удовлетворить другие потребности, такие как защита от косвенного прикосновения (обязательно в схемах ТТ) или защита машин.

3.3. Время отключения

Последствия" электрических токов являются функцией от их амплитуды и длительности. Время реакции УЗО поэтому было указано в нормах:

• CEI 61008 «Автоматические выключатели дифференциального остаточного тока для домашнего и аналогового использования без устройств защиты от сверхтоков;
• CEI 61009 «Автоматические выключатели дифференциального остаточного тока с защитой от сверхтоков для домашнего и аналогового использования»;
• CEI 60947–2, приложение В: «Оборудование низкого напряжения – Выключатели комплексной защиты дифференциального остаточного тока»;
• CEI 60947–2, приложение М: «Оборудование низкого напряжения – Модульные устройства дифференциального остаточного тока».

Нормированные величины времени срабатывания сведены в таблицу 3.1 и показаны на графике, изображенном на рисунке 3.1 для устройств типа G и S:

• G (общие) для мгновенных УЗО;
• для УЗО, называемых «селективными» с наиболее слабым уровнем запаздывания.

Таблица 3.1 – Нормированные величины максимального времени срабатывания и времени несрабатывания согласно CEI 61008

4. Технология

4.1. Классификация УЗО по режиму питания:

«От чистого тока», где «функционально зависимый от напряжения питания». Это такое устройство, энергия отключения которого подается от тока короткого замыкания.

Этот режим питания рекомендуется применять в жилых домах или для подобных применений, когда пользователь не уведомлен или не осознает опасности электричества.

Многие страны, в основном европейские, знают об эффективности этих устройств для жилых установок или аналогичных.

«От вспомогательного источника питания», где «функционально зависимый от напряжения питания». Это такое устройство, энергия которого требует дополнительной независимой энергии тока повреждения. Источником, как правило, является контролируемая цепь. Таким образом, когда цепь под напряжением, УЗО питается. При отсутствии напряжения УЗО неактивно, но опасности нет.

Устройства работают даже не смотря на низкие напряжения, тогда как напряжение контакта может превысить 50 В (предельное значение безопасного напряжения). Это условие выполняется, если устройство всегда работает, питаясь только от двух фаз с падением напряжения между фазами до 85 В. Это случай с блоками Vigi, УЗО вместе с выключателями «Compact» марки Merlin Gerin.

УЗО различаются по своим видам, питанию, тогда как их функционирование безотказно либо нет.

Существует два типа безотказных устройств:

• Те, чье срабатывание зависит только от тока повреждения («от чистого тока»);
• И вторые, используемые реже, которые находятся автоматически в положении срабатывания (безопасном положении), когда условия больше не удовлетворяют, гарантии отключения в настоящее время тока повреждения (например, снижение напряжения до 25 В).

Примечания:

Нормы СЕI 60364, п. 531–2–2–2 указывают для устройств со вспомогательным источником, который не надежны: «Их использование разрешено в установках, которые эксплуатируют, испытывают и проверяют опытные квалифицированные работники».

Норма NF С15–100, п.531.2.2.2 еще уточняет, что такие устройства не должны использоваться в жилых или подобных им помещениях.

Технология «чистого тока», функционирование которой не зависит от условий питания защищаемой цепи, особенно приспособлена и эффективна в конструкциях УЗО высокой чувствительности в домашних условиях или для конечных цепей, в которых повторное включение предназначено для неосторожных людей по следующим причинам:

• Концевые цепи используются и иногда устанавливаются некомпетентными людьми (не обладающими знаниями об установке, о рисках);
• В основном концевые цепи однофазные, то есть фаза + нейтраль (иногда двухфазные);
• Эта технология позволяет продолжать обеспечивать безопасность, даже в случае обрыва нейтрали или фазы, питающей УЗО;
• Устройства работают даже в случае понижения напряжения до 0 В;
• Для дополнительной защиты от прямых контактов УЗО высокой чувствительности признается эффективным в случае выхода из строя защитного провода РЕ (РЕ не существует, не подключен или неисправен). Эта технология обеспечивает дополнительное преимущество в случае значительного увеличения сопротивления заземления до 500 Ом, так как некоторые УЗО «с дополнительным источником», питающиеся между фазой и ЭП, в этом случае работают неправильно;
• Эта технология особенно надежна, поскольку ни один из электронных составляющих не подключен к сети постоянно. Это приводит к отличной сопротивляемости к перенапряжениям и старению компонентов;
• Такая устойчивость подходит для домашних установок, контроль которых не производится.

4.2. Проверка работоспособности

УЗО – защитное устройство. Независимо от используемой технологии, важно располагать испытательным устройством. Если устройства чистого тока считаются более безопасными, внедрение положительной безопасности с другими источниками энергии «вспомогательными» дает УЗО повышенную безопасность, и это не должно уменьшать практику периодических испытаний.

Зачем УЗО периодически тестируют?

На самом деле, полной положительной безопасности, особенно с точки зрения внутренней неисправности, не существует. Поэтому, во Франции, УЗО, использующие дополнительные источники, находятся в резерве на промышленных установках, а УЗО собственного тока – в домашних условиях, что согласуется с присущими ему возможностями, упомянутыми ранее.

Во всех случаях периодические испытания необходимы, чтобы обнаружить возможные внутренние неисправности.

Принцип испытания базируется на создаваемом токе, который протекает в единственном активном проводнике вокруг сердечника, как показано на рисунке 4.3. Сопротивление определяется таким образом, чтобы протекал наименьший ток срабатывания УЗО, принимая во внимания все возможные токи утечки. Максимальное принятое значение сопротивления равно 2,51Ап.

Этот принцип испытания весьма распространен, поскольку он позволяет проверить совокупность цепи: сердечник – реле – аппарат отключения. Принцип испытания, упомянутый ранее, используется для розеток, высоковольтных и низковольтных выключателей.

Что касается дифференциального реле с отдельным сердечником, используется такой же принцип. Реле Vigirex марки Merlin Gerin, например, имеют собственную функцию испытаний и, к тому же, постоянно контролирует непрерывность испытуемой цепи.