Термин устройство защитного отключения — УЗО, принятый в отечественной специальной литературе, наиболее точно определяет назначение данного устройства и его отличие от других коммутационных электрических аппаратов — автоматических выключателей, выключателей нагрузки, магнитных пускателей и т.д.
Но иногда встречается неточность, даже вкравшаяся в стандарты. Это определение УЗО, как «устройства, управляемого остаточным током». Здесь нарушена элементарная причинно-следственная связь. Устройство не управляется этим током, а реагирует на него!
В последних отечественных стандартах (серии ГОСТ Р 51326, 51327) также нарушена терминология: в отличие от принятого в основном стандарте (ГОСТ Р 50807-95) определения, УЗО называется то «выключатель дифференциального тока — ВДТ», то «автоматический выключатель дифференциального тока — АВДТ», что вводит в заблуждение специалистов.
Часто применяется другое, не соответствующее стандартам название УЗО — «дифференциальный выключатель». Это название распространилось из переведенных не специалистами-электриками проспектов зарубежных фирм.
За рубежом приняты следующие обозначения [125]:
· В Германии, Австрии — Fehlerstrom-Schutzschalter (Fehlerstrom-Schutzeinrichtung). Сокращенно: FI-Schutzschalter (F-Fehler — повреждение, неисправность, утечка, I — символ тока в электротехнике, Schutzschalter — защитный выключатель, Schutzeinrichtung — защитное устройство);
· Во Франции — DD — disjoncteur differentiel (дифференциальный выключатель).
· В Великобритании — e.l.c.b. (earth leakage circuit breaker — выключатель тока утечки на землю).
· В США — GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter — размыкатель тока утечки на землю).
В настоящее время действует международная классификация УЗО, разработанная международной электротехнической комиссией (МЭК):
· RCD (residual current protective device) — защитное устройство по дифференциальному (разностному) току, общее название УЗО.
· PRCD (portable residual current protective device) — переносное защитное устройство по дифференциальному току.
· PRCD-S (portable residual current protective device-safety) — переносное защитное устройство по дифференциальному току (в кабеле-удлинителе).
· SRCD (fixed socket outless residual current protective device) — защитное устройство по дифференциальному току (встроенное в розетку).'
· RCCB (residual current operated circuit-breakers without integral overcurrent protection) — защитное устройство по дифференциальному току без встроенной защиты от сверхтоков.
· RCBO (residual current operated circuit-breakers with integral overcurrent protection) — защитное устройство по дифференциальному току со встроенной защитой от сверхтоков.
· RCM (residual current monitor) — устройство контроля дифференциального тока (тока утечки).
Кроме того, принято общее название — RCD — residual current protective device. Точный перевод — защитное устройство по разностному (дифференциальному) току.
Принцип действия УЗО
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 рис. 24.1.
Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока. В абсолютном большинстве УЗО, производимых и эксплуатируемых в настоящее время во всем мире, в качестве датчика дифференциального тока используется именно трансформатор тока.
Пусковой орган (пороговый элемент) выполняется, как правило, на чувствительных магнитоэлектрических реле прямого действия или
электронных компонентах. Исполнительный
механизм включает в себя силовую контактную группу с механизмом Привода (рис. 24.2). Рис. 24.1. Структура УЗО
Режимы работы УЗО
УЗО предназначено для непрерывной, продолжительной работы. Оно должно отключать защищаемый участок сети при появлении в нем синусоидального переменного или пульсирующего постоянного (в зависимости от модификации) тока утечки, равного отключающему дифференциальному току устройства. УЗО, функционально не зависящее от напряжения питания, не должно срабатывать при снятии и повторном включении напряжения сети. УЗО не должно производить автоматическое повторное включение. УЗО, функционально не зависящее от напряжения питания, не должно зависеть от наличия напряжения в контролируемой сети, должно сохранять работоспособность при обрыве нулевого или фазного проводов. УЗО должно срабатывать при нажатии кнопки TECTJ
Конструкция контрольного эксплуатационного устройства должна исключать возможность попадания сетевого напряжения в цепь, подключенную к выходным выводам УЗО при нажатии кнопки ТЕСТ, когда УЗО находится в разомкнутом состоянии. Это означает, что тестовая цепь должна быть подключена к входному выводу УЗО через контакт, сблокированный с силовой контактной группой.
УЗО защищается от токов короткого замыкания последовательным защитным устройством (ПЗУ): автоматическим выключателем или предохранителем, отвечающими требованиям соответствующих стандартов. Яри этом номинальный ток ПЗУ не должен превышать номинальный рабочий ток УЗО.
Рассмотрим основные режимы работы УЗО.
Режим №1. В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока — тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока, протекает рабочий ток нагрузки. Проводники, проходящие сквозь окно магнитопровода, образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока. Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке, как 1Ь а от нагрузки как Е, то можно записать равенство: I, = Е.
Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф[ и Ф:. Результирующий магнитный поток равен нулю ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю. Пусковой орган находится в этом случае в состоянии покоя.
Режим №2. При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки 1ь протекает дополнительный ток — ток утечки (ID), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным).
Неравенство токов в первичных обмотках (I1 + ID в фазном проводнике) и (1г, равный lh в нейтральном проводнике) вызывает неравенство магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока. Если этот ток превышает значение уставки порогового элемента пускового органа, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм.
Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается.
Режим №3. Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования. При нажатии кнопки ТЕСТ искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно. К УЗО, в силу его особого назначения — защиты жизни и имущества человека, предъявляются чрезвычайно высокие требования по надежности, помехоустойчивости, термической и электродинамической стойкости, материалам и исполнению конструкции. Этими особыми требованиями отчасти объясняется сравнительно высокая стоимость современных УЗО.
Схемы включения УЗО
Конструкции УЗО различных производителей могут отличаться друг от друга не только параметрами, но и схемами подключения. На рис. 24.3 приведены наиболее распространенные схемы включения УЗО. Кроме того, показано включение УЗО в одно-, двух- и трехфазном вариантах [125].
При включении УЗО по не полнофазному варианту необходимо обратить внимание на правильность подключения проводников к клеммам устройства — должна быть подключена цепь тестирующего резистора. Схема подключения приведена на лицевой или боковой поверхности корпуса УЗО.