2. Устройство и требования к защитному отключению
Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.
Основные функциональные блоки УЗО представлены на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Структура УЗО (основные функциональные блоки)
Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока 1.
В абсолютном большинстве УЗО, применяемых в настоящее время, в качестве датчика дифференциального тока используется трансформатор тока.
В литературе по вопросам конструирования и применения УЗО этот трансформатор иногда называют трансформатором тока нулевой последовательности - TTHП, хотя понятие «нулевая последовательность» применимо только к трехфазным цепям для расчетов несимметричных режимов.
Пороговый элемент 2 выполняется, как правило, на чувствительных магнитоэлектрических реле или электронных компонентах.
Исполнительный механизм 3 включает в себя силовую контактную группу с механизмом привода.
В нормальном режиме, при протекании в силовой цепи рабочего тока нагрузки и отсутствии дифференциального (разностного) тока - тока утечки, токи в прямом и обратном проводниках, образующих встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока УЗО 1, равны по модулю (I1 = I2) и наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф1 и Ф2, в результате чего ток во вторичной обмотке трансформатора равен нулю и не вызывает срабатывания порогового элемента 2.
При возникновении дифференциального тока (I) - например, при пробое изоляции на корпус электроприемника или на землю, или прикосновении человека к открытым токопроводящим частям - баланс токов, а, следовательно, и магнитных потоков, нарушается и во вторичной обмотке появляется трансформированный дифференциальный ток (ток небаланса), который вызывает срабатывание порогового элемента 2, воздействующего на исполнительный механизм 3.
Исполнительный механизм воздействует на привод контактной группы и защищаемая цепь обесточивается.
Цепь тестирования, искусственно создающая дифференциальный ток 4, предназначена для осуществления периодического контроля исправности устройства в целом путем нажатия кнопки «ТЕСТ».
Принципиальное значение при рассмотрении конструкции УЗО имеет разделение устройств по способу технической реализации на следующие два типа:
УЗО, функционально не зависящие от напряжения питания (электромеханические). Источником энергии, необходимой для функционирования - выполнения операции отключения, является для устройства сам сигнал - дифференциальный ток, на который оно реагирует;
УЗО, функционально зависящие от напряжения питания (электронные). Их механизм для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от .внешнего источника.
Область применения устройств, функционально зависящих от напряжения питания, более ограничена в силу их меньшей надежности, подверженности воздействию внешних факторов и др.
Однако наиболее важной причиной их меньшего распространения является их неработоспособность при наиболее часто встречающейся и наиболее опасной по условиям вероятности электропоражения неисправности электроустановки, а именно - при обрыве нулевого проводника.
В этом случае "электронное" УЗО, не имея питания, не действует, т.е. перестает функционировать, а на электроустановку по фазному проводнику выносится опасный для жизни человека потенциал.
В целях упорядочения нормативной базы по применению УЗО Главгосэнергонадзор выпустил циркулярное письмо № 42-6/34-ЭТ от 23.10.95, в котором были сформулированы основные принципы применения УЗО, в полной мере отвечающие соответствующим мировым стандартам:
"...на основе изучения отечественного и зарубежного опыта эксплуатации УЗО и по результатам проведенной экспертизы, применять для жилых, общественных и других зданий УЗО, не требующие источника питания (электромеханические)".
"Применение электронных устройств, для работы которых необходим источник питания, допускается только в качестве дополнительных (дублирующих) к основному».
Эти положения полностью соответствуют требованиям ГОСТ Р 50571.16-98 "Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Коммутационная аппаратура и аппаратура управления"[4].
В конструкции "электронных" УЗО, производимых в США, Японии, Южной Корее и в некоторых европейских странах, как правило, заложена функция отключения питания защищаемой электроустановки при исчезновении входного напряжения. Данная функция обеспечивает защиту от поражения человека в отключенной электроустановке в случае обрыва нулевого проводника. К сожалению, эта функция отсутствует в отечественных УЗО типа УЗО-2000, УЗО-20, но имеется в модификации АСТРО*УЗО Ф-1271 (УЗО-вилка) производства ОАО "Технопарк-Центр".
В европейских странах - Германии, Австрии, Франции электротехнические нормы допускают применение УЗО только первого типа - не зависящих от напряжения питания. УЗО второго типа разрешено применять в цепях, защищаемых электромеханическими УЗО, только в качестве дополнительной защиты для конечных потребителей, например, для электроинструмента, передвижных электроприемников и т.д.
Электромеханические УЗО производит ряд ведущих европейских фирм - Siemens, ABB, Schupa, Legrand, Merlin-Gerin и др.
В России наибольшее распространение получили электромеханические устройства - АСТРО*УЗО, производимые предприятием - ОАО "Технопарк-Центр".
Основными техническими параметрами УЗО являются:
Номинальное напряжение (Un) - действующее значение напряжения, при котором обеспечивается работоспособность УЗО:
Un = 220,380 В.
Номинальный ток нагрузки (In) - значение тока, которое УЗО может пропускать в продолжительном режиме работы:
In = 16; 25; 40; 63; 80 А.
Номинальный отключающий дифференциальный ток (In) - значение дифференциального тока, которое вызывает отключение УЗО при заданных условиях эксплуатации:
In = 0,01; 0,03; 0,1; 0,3; 0,5 А.