Устройства защитного отключения. УЗО

Прежние советские стандарты отличались от европейских. Теперь же, когда эксплуатируемая в жилищах и производственных помещениях электротехника на 70 % зарубежного производства, предъявляемые требования и вовсе расходятся с возможностями электросетей и оборудования тех времен, которые продолжают эксплуатироваться и еще долго не выйдут из строя. Неизменными остаются лишь общие требования к электросети, такие как заземление и зануление, применение малых (до 42 В) напряжений и двойной изоляции в электроприборах, использование разделительных трансформаторов, выравнивание потенциалов. Отвечая на потребности времени, Главгосэнергонадзор РФ в 1994 г. повысил требования безопасности при эксплуатации электросетей и электрооборудования в жилых и общественных зданиях и ввел изменения в ПУЭ (Правила устройства электроустановок).

Если прежде в нашей стране в основном действовала двухпроводная система сети для бытового потребителя, то сейчас повсеместно вводится трехпроводная - фазовый проводник, нулевой и защитный.

С учетом перехода на евростандарты еще в начале 90-х годов специалистами-электроэнергетиками была разработана проектная документация жилых и общественных зданий с применением устройств защитного отключения (УЗО). В жилых домах они устанавливаются на вводе в каждую квартиру.

Основные технические характеристики УЗО для объектов жилищного строительства
Технические требования	Этажные и квартирные щитки
	Вывод	Линии
Номинальное напряжение	220 ± 10 - 15 В
Номинальный ток	(10), 16, 25, 32, 40, 63 А
Время срабатывания (для неселективных УЗО)	до 100 мс
Максимальный коммутируемый ток	1,5; 3; 6; 10 кА	1,5; 3 кА
Номинальный отключающий дифференциальный ток	30; 100; 300 мА	10; 30 мА
Испытательное напряжение изоляции	2000 В
Срок службы	Не менее 10 лет
Коммутационная износостойкость (число циклов)	Не менее 4000

Наиболее уязвимыми местами в проектировании и проведении электротехнических работ являются выбор проводников по токовой нагрузке, способов прокладки кабеля, в первую очередь по основанию из воспламеняющегося материала, крепление и соединение проводников, выбор автоматов защиты и предохранителей. Одной из причин пожаров является адаптация импортных устройств, рассчитанных на подключение к сети с отдельным нулевым проводником, к однофазным отечественным электросетям.

К примеру, в импортной газовой плите, имеющей электроподсветку и электрозажигающее устройство, один проводник трехжильного провода заземлен на корпус плиты. Неквалифицированный «мастер» совмещает его с другим проводом в стандартной двухштыревой вилке, поскольку евророзетка в доме отсутствует. При перемене места фазового и нулевого проводников на корпусе газовой плиты появляется напряжение, что представляет собой реальную угрозу возгорания и электрошока. Аналогичная ситуация может возникнуть при неправильном подключении импортных стиральных машин, водонагревателей, холодильников, электропечей и иных приборов, имеющих открытые металлические поверхности.

Применение устройств защитного отключения (УЗО) в комплексе с автоматическими выключателями сводит к минимуму риск поражения человека током и практически исключает возможность возгорания электроприборов и электропроводки в случаях перегрузки или короткого замыкания в сети.

В каталогах иностранных компаний УЗО нередко называют устройствами дифференциальной защиты, дифференциальными реле, дифференциальными модулями и т. п. Функционально УЗО, можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

Структура УЗО формируется из следующих основных функциональных блоков, представленных на рисунке. В УЗО в качестве датчика тока используется дифференциальный трансформатор тока.

Структура УЗО:
1 - дифференциальный трансформатор тока; 2 - пороговый элемент; 3 - исполнительный механизм; 4 - цепь тестирования; Т - время отключения; N - нулевой рабочий проводник; I₁ и I₂ - рабочий ток нагрузки; Ф₁ и Ф₂ - векторно встречно направленные магнитные потоки; I_n - номинальный ток нагрузки.

Пороговый элемент выполняется на чувствительном магнитоэлектрическом реле. Исполнительный механизм состоит из пружинного привода с сильноточной контактной группой. Цепь тестирования, искусственно создающая дифференциальный ток, предназначена для периодического контроля исправности устройства путем нажатия кнопки «Тест». В нормальном режиме - при отсутствии тока утечки - рабочий ток нагрузки, протекая в прямом и обратном проводниках, образующих встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока, наводит в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, компенсирующие друг друга. В результате ток во вторичной обмотке равен нулю и не вызывает срабатывания порогового элемента.

При утечке тока на землю или прикосновении человека к токоведущим частям баланс токов в прямом и обратном проводниках, а следовательно, и магнитных потоков нарушается, во вторичной обмотке появляется трансформированный дифференциальный ток (ток небаланса), что вызывает срабатывание порогового элемента, воздействующего на исполнительный механизм. Действующий по принципу защелки, исполнительный механизм приводит в действие пружинный привод контактной группы, и защищаемая цепь обесточивается.

При выборе УЗО обязательно следует учесть принцип действия устройства. Существуют две основные категории УЗО: зависимые от напряжения питания («электронные») и независимые от напряжения питания («электромеханические»).

Электромеханические УЗО дороже электронных. В Германии, Франции, Австрии, Бельгии, Италии и других европейских странах подавляющее большинство УЗО - электромеханические. Преимущество электромеханических УЗО - их полная независимость от колебаний и даже наличия напряжения в сети. Это особенно важно, поскольку в электрических сетях часто случается обрыв нулевого провода, в результате чего возрастает опасность поражения электротоком: ведь человек предполагает, что напряжения в сети нет, и спокойно прикасается к токоведущим частям.

В электронных УЗО функции порогового элемента и частично исполнительного механизма выполняет электронная схема. По электротехническим нормам этих стран электронные устройства устанавливаются только в дополнение к уже имеющимся электромеханическим. Применение электронных УЗО целесообразно, когда необходима подстраховка в целях безопасности, например в особо опасных, влажных помещениях. В США вы не сможете купить фен, у которого в вилку не встроено УЗО, там это определено законом. Письмом Главгосэнергонадзора в Российской Федерации рекомендованы к применению и электронные, и электромеханические УЗО, отвечающие требованиям действующих стандартов и имеющие сертификат соответствия.

При выборе УЗО наиболее важное значение имеют следующие факторы:
- место установки УЗО;
- параметры УЗО:
- номинальный ток нагрузки;
- номинальный дифференциальный отключающий ток;
- термическая стойкость;
- решения схем при различных системах заземления питающих сетей;
- выбор типа УЗО.

Монтаж УЗО должен осуществляться только квалифицированным персоналом, имеющим лицензию на выполнение электромонтажных работ.

В связи с вводом системы электроснабжения с третьим нулевым защитным проводом и применением УЗО в старых (двухпроводных) системах при монтаже этих устройств необходимо четкое разделение нулевого рабочего и нулевого защитного проводов в зоне действия УЗО, т. е. нулевой рабочий провод не должен соединяться с заземленными элементами установки.

Перед вводом электроустановки с УЗО в эксплуатацию рекомендуется провести замеры фоновых токов утечки на землю при одновременном или последовательном включении всех электроприемников. Разумеется, для этого необходимо обратиться в специализированную организацию. Повреждение изоляции возможно и в фазных, и в нулевых проводах (при этом УЗО реагирует на утечку в обоих случаях), однако при применении в электроустановке одно- и трехфазных автоматических выключателей без демонтажа схемы невозможно найти утечку с нулевого провода методом последовательного отключения. Поэтому в схемах сетей с нулевым защитным проводником целесообразно применение двух- и четырехполюсных автоматических выключателей, коммутирующих как фазные, так и нулевые провода. Серьезной проблемой при выборе УЗО является и отсутствие ориентиров у потенциального покупателя (а это, как правило, человек, основательно знающий электротехнику). УЗО - весьма сложный прецизионный прибор. Дать квалифицированную оценку соответствия параметров конкретного устройства требованиям стандарта на УЗО - ГОСТ Р 50807-95 - могут лишь несколько специализированных лабораторий. Длительность эксплуатации уже установленных в России УЗО пока слишком мала, чтобы сделать выводы о показателях надежности. Основные параметры устройства - номинальный ток нагрузки I_n, номинальный отключающий дифференциальный ток (ток утечки) I_Dn, номинальный неотключающий дифференциальный ток I_Dn0, время отключения T_n, рабочее напряжение U_n и некоторые другие показатели у большей части УЗО примерно одинаковы. Поэтому при покупке приходится руководствоваться в первую очередь информацией о репутации на рынке фирмы-производителя. Качество изделия оборонного завода традиционно выше того, что произведено предприятием, выпускающим ширпотреб. За рубежом это, как правило, крупные электротехнические концерны, с которыми по качеству и надежности не в состоянии конкурировать поставщики из Индокитая.

Другой важный критерий при выборе устройства - наличие сертификата. Причем не «экспортного», выдаваемого обычно на небольшую партию импортируемых устройств, а сертификата установленной формы с прямым указанием о соответствии изделий указанному ГОСТ. Это важно, поскольку в последнее время наблюдается наплыв сомнительных изделий, залежавшихся на складах фирм, произведенных компаниями, прекратившими свое существование, из ГДР, Польши, Китая, Кореи, Индии и т. д.

Применительно к зарубежным изделиям стоимость устройства соразмерна их качеству.

Ставропольский завод «Сигнал» производит электронное УЗО-20. Они получили многочисленные нарекания специалистов и пользователей из-за частых отказов в работе. Стоимость УЗО-20 - одна из самых низких для электрозащитных изделий данного типа.

ОАО «Технопарк-Центр» производит по австрийской лицензии электромеханическое устройство АСТРО УЗО. Оно разрешено для применения в жилых, общественных и производственных зданиях, имеет сертификат соответствия. АСТРО УЗО сохраняет работоспособность при любых колебаниях и даже при отсутствии напряжения в сети, например при обрыве нулевого или фазного проводников. Семейство АСТРО УЗО насчитывает 9 модификаций, отличающихся друг от друга количеством полюсов (двух- и четырехполюсные), параметрами номинального тока (16, 25, 40 и 63 А) и номинального отключающего тока (30 и 100 мА).

Срок службы АСТРО УЗО - не менее 10 лет, ресурс - 4000 электрических и 10000 механических циклов.

В ОАО «НИИЛпроектэлектромонтаж» в комбинации с автоматическим выключателем производится электронное У30-2000. Особенность этого УЗО - способность сохранения работоспособности при кратковременных (до 5 секунд) провалах напряжения до 50% от номинального. Этот режим возможен при коротких замыканиях на время срабатывания системного АВР (устройство автоматического ввода резерва). Коммутационная износостойкость У3О-2000 - 20000 циклов.

Из импортных УЗО хорошо себя зарекомендовала продукция электротехнических гигантов, таких как Siemens, ABB, Schneider и Legrand. Средняя стоимость УЗО этих производителей - около 90 у.е.

Фирма ABB предлагает устройства F 360, F 370, DS 640/DS 650, DS 652 и DS 654. Широкий выбор УЗО предлагает концерн Siemens. В его каталогах десятки устройств, разнообразие которых может удовлетворить любые требования покупателей. Наиболее популярная модель - двухполюсное УЗО NF15 82 3227.

Французская фирма Merlin-Gerin, входящая в промышленную группу Schneider, выпускает УЗО DPN NVigi, C60Vigi, Vigi NC 100, С 60, NC 100 и NC 125. В России производятся У3О-01 двух- и четырехполюсные.

Устройство защитного отключения серии УЗО-01 предназначено для защиты людей от поражения электрическим током при неисправностях электрооборудования или при непреднамеренном контакте с открытыми токопроводящими частями электроустановок, а также для предотвращения возгораний и пожаров, возникающих вследствие протекания токов утечки и замыканий на землю.

Устройства применяются в низковольтных электрических сетях бытового и промышленного назначения.

УЗО-01 соответствует требованиям ГОСТ Р 51326.1-99 и НПБ-243-97.

Технические характеристики УЗО-01
Ряд номинальных токов нагрузки In, А - 2-полюсное - 4-полюсное	16, 25, 32, 40, 63, 80, 100 16, 25, 32, 40, 63, 80
Число полюсов	2, 4
Номинальное напряжение, В	230/400 50 Гц
Номинальный отключающий дифференциальный ток (уставка) IΔn, mA	10, 30, 100, 300
Номинальный неотключающий дифференциальный ток IΔno, mA	0,5 IΔn
Номинальная включающая и отключающая способностьIm, A	1500
Номинальный условный ток короткого замыкания (КЗ) Inc, А	3000
Износостойкость, циклов не менее	10000
Время отключения (срабатывания) при IΔn, не более сек.	0,05
Сечение подключаемого провода, мм²	1 - 25
Степень защиты	IP20
Функциональное исполнение	АС*
* - Данное исполнение означает, что УЗО обеспечивает срабатывание при синусоидальных переменных дифференциальных токах, прикладываемых скачком, либо медленно растущих (ГОСТ Р 51326.1-99).

Если вы хотите увидеть соответствие покупаемого УЗО или дифференциального автомата требуемым параметрам, то соотнесите характеристики вашего прибора с аналогичными для УЗО-2000 и для АСТРО УЗО. Если импортные аналоги им уступают, купите отечественные изделия. По возможности советуйтесь со специалистами. Что касается качества и надежности устройств, тут можно положиться на репутацию их производителей и продавцов. Предпочтение следует отдавать специализированным магазинам и электротехническим торговым домам.