Немного истории
Убивает не напряжение, а ток. С этой фразы начинается глава, посвященная устройствам, которые обуздали опасные свойства электрического тока и позволяют использовать любые электроприборы в любых условиях без риска для жизни. Рассмотрим Устройство Защитного Отключения – УЗО.
Об опасности воздействия электрического тока на человека стало известно, как только начались опыты с высоким напряжением и лейденской банкой. В разной литературе по разному описаны случаи демонстрации «ударного» действия электричества на человека и даже на группу людей.Возможно, сам термин – ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ зародился во время таких опытов.
Аббат Жан-Антуан Ноллев 1736 году собрал цепь из ста восьмидесяти королевских мушкетеров в Версале. Первый из них держал саму банку,а последний коснулся центрального электрода.Результат такого эксперимента – массовое поражение людей электрическим током.Естественно, столь масштабные эксперименты проводились не просто так, а для забавы короля и знати.Ни один из элементов той электрической цепи серьезно не пострадал, хотя удар, конечно, почувствовали все.
Проводились опыты и на животных, и на птицах. В результате довольно длительных исследований были получены данные по самому механизму воздействия электричества на отдельные органы, ткани человека и в целом на весь организм.Существует много справочных изданий с таблицами: какой ток какое воздействие оказывает. Необходимо учитывать, что эти данные весьма усреднены и для реальной жизни мало в сем вам помогут.
Если коснуться фазного провода…
Если вы коснетесь оголенного фазного провода, существует всего два сценария развития событий.
Первый сценарий – линия защищена с использованием УЗО, и вы получите чувствительный укол, похожий на тот, когда приходится сдавать кровь на анализ,и все. Как такового вреда или опасности для жизни не будет.
Второй сценарий часто эксплуатируется в кино. В щитке стоят автоматические выключатели, реагирующие на ток которого замыкания или сверхток при значительной перегрузке. Сам щит никто не показывает, но от неисправной проводки летят искры, и от этого места надо быть как можно дальше. Жизнь человека, или, как минимум, его здоровье под серьезной угрозой. Можно получить смертельный удар током или термические ожоги. Возникает вопрос, на который у автора пока нет ответа – а почему все линии не защищены с использованием УЗО?
Для чего применяют УЗО
Основное назначение УЗО – защита человека от поражения электрическим током и предупреждение пожаров, вызванных неисправностями электропроводки. Несмотря на то, что УЗО относятся к дополнительным средствам защиты, иногда только они и способны предотвратить несчастный случай.
Особый случай – дети.Они исследователи по сути, вот только правил никаких не соблюдают и (или) их не знают.В этом случае взрослые несут полную ответственность за неправильную или неисправную проводку в квартире, и за отсутствие УЗО тоже. Рассмотрим подробнее принцип работы УЗО.Он хоть и прост, но правильнок понятие и понимание снимают все вопросы по дальнейшей эксплуатации этого нашего защитника.
Как работает УЗО
При подключении любого электроприбора или электрический ток. Так как он у нас переменный, то направление роли не играет.Главное, что бы величина протекающего тока в одном проводнике соответствовала величине в другом, естественно с противоположенным направлением. При этом сумма токов равна нулю, а это происходит только при исправных элементах схемы.
Рычаг включения позволяет механически управлять контактами устройства.Проводники от линии к нагрузке проходят через кольцо дифференциального трансформатора тока. Когда ток І1 ровен І2 на обмотке трансформатора не возникает никакого напряжения.Это случай полной исправности электрооборудования и подводящих линий представлен на Figura 1.
Рис.1. Как работает УЗО: случай полной исправности электрооборудования и подводящих линий
В случае повреждения изоляции или касания токоведущих частей оборудования человеком, часть тока уже не идет по пути І2. В этой ситуации только своевременно установленное УЗО способно предотвратить трагедию.
Как только возникает ток утечки (Figura 2), изменяется режим работы дифференциального трансформатора тока.
Рис.2. Действие УЗО при возникновении тока утечки
При этом на обмотке возникает напряжение, пропорциональное разнице токов, проходящих через кольцо трансформатора. При достижении заданного порога, устройство измерения и принятия решения P подает команду на расцепитель, и УЗО отключает питающую линию от нагрузки. Условие срабатывания – І (утечки) превышает заданный порог.
Если где-то в проводе, или в самом электроприборе, происходит повреждение изоляции, а электрический ток находит другой путь для себя, то возникает третья составляющая – ток утечки. При появлении такого тока утечки сумма токов в точке контроля (УЗО) уже не равна нулю. В УЗО установлен пороговой элемент, который прерывает линию в случае превышении тока утечки этого порогового значения. Это классическое разъяснение принципов работы устройства защитного отключения.
Для простоты восприятия можно привести совсем простое объяснение. Для наглядности процесса можно использовать трубы системы отопления. Как ни странно, но принцип работы отопительной системы понятен всем. Итак, горячая вода циркулирует по трубам и совершает работу по обогреву жилья. Система потенциально опасна (в случае прорыва батареи отопления – потоп принесет массу проблем), но при нормальной эксплуатации никаких проблем не возникает. Если в трубе возникнет повреждение, то вода начнет из нее вытекать.
По аналогии с электричеством – это повреждение изоляции провода. Причем, если повреждение маленькое, то и воды может вытекать совсем чуть-чуть. Эта ситуация не несет опасности и можно дождаться плановых профилактических работ.
Другое дело, если ручеек уже грозит испортить отделку в квартире. В этом случае пороговым элементом служит сантехник, перекрывающий кран. По сути эти две системы работают АБСОЛЮТНО одинаково – до аварии никаких действий, при протекании тока (воды) мимо провода (трубы) оценивает величину утечки и при превышении определенного уровня-перекрытие системы, отключение.
Разновидности УЗО
Существуют УЗО на токи 10, 30, 100, 300 и 500 мА. Почему именно такая градация. Абсолютных диэлектриков в нашем окружении нет. Изоляция проводов обладает конечным сопротивлением, и минимальный ток утечки присутствует всегда во всех электроприборах и устройствах.
Для человека считается опасным протекающий через него ток 10-20 мА. Кратковременное воздействие, иногда и значительно большего тока, человек может пережить, но начиная с десяти миллиампер, у человека начинаются судорожные сокращения мышц,и он сам зачастую просто не в силах отпустить проводник, который против его воли сжимает его рука.Отсюда и идут рекомендации по применению УЗО.
10 мА – для установки во влажных помещениях. Например, стиральная машина или душевая кабинка должны подключаться через защитное устройство, рассчитанное на ток утечки 0,01 А. Просто розетка, предназначенная для фена или электробритвы, устанавливаемая в ванной комнате, также должна иметь такую защиту.
30мА – самый широкий спектр применения. Практически все линии можно защищать УЗО, рассчитанными на срабатывание при токе утечки 0,03А. Розеточные группы, кухонное оборудование, электроинструмент – везде, где стоит задача обеспечения максимальной электробезопасности для человека, только установка защитного устройства с током срабатывания 30 мА может гарантированно справится с такой сложной задачей.
100 мА, 300 мА и 500 мА – это противопожарные УЗО. Их устанавливают для защиты групп потребителей, и как таковые эти устройства жизнь человека уже могут не защищать. 0,1 А – это очень большой ток для человеческого организма, и он может привести к смертельному поражению. Но для перегрева поврежденной изоляции, а также ее возгорания нужен достаточно большой ток, и именно для такой защиты и предназначены подобные УЗО.
Простой пример из жизни. Утро, никого в помещении нет, и не было с вчера, все электроприборы выключены.Вдруг происходит возгорание…Как такое может быть? Все началось с вчера. Провод удлинителя под столами имел небольшое повреждение изоляции. Уборщица, во время влажной уборки, намочила его, и в месте повреждения возник ток (грязная вода – это совсем не изолятор). У швабры была пластмассовая ручка и саму уборщицу током не ударило. Через некоторое время место повреждения нагрелось и воспламенилось.
При наличии противопожарного УЗО – такой сценарий НЕВОЗМОЖЕН.
Реальный ток срабатывания
Очень важный параметр УЗО, который нигде на нем не прописан – РЕАЛЬНЫЙ ТОК СРАБАТЫВАНИЯ. Если провести эксперимент по измерению тока утечки, при котором происходит выключение защитного устройства, то обнаружится явное расхождение с заявленным током, значение которого написано на самом устройстве. Причем разница со значением в паспорте будет значительная. Речь идет о половинном токе срабатывания, и надо всегда учитывать, что если на УЗО написано 30 мА, то он должен гарантированно среагировать на ток утечки, начиная с 16 мА до 30 мА. То же самое относится и к остальным номиналам.
Автоматический Выключатель Дифференциального Тока – АВДТ
Естественно прогресс не стоит на месте, и давно появились комплексные аппараты защиты, сочетающие в себе и УЗО, и автоматический выключатель.Автоматический выключатель Дифференциального Тока – АВДТ. Это устройство вытесняет УЗО, так как полностью обладая его свойствами, оно также выполняет все функции по ограничению сверхтоков. Внутреннее устройство АВДТ-63 приведено на Figura 3.
Спор профессионалов и самоучек о том, что лучше – связка из автоматического выключателя и устройства защитного отключения или АВДТ (где в одном корпусе совмещены функции обоих устройств) еще не окончены.
Также существенен процесс подбора номиналов для связки ВА+УЗО. Некоторые используют проектную документацию, а другие берут то, что есть под рукой. АВДТ собирается в заводских условиях, с применением контактной сварки и устройство проверяется на стенде уже целиком. Со всем сторон АВДТ выигрывает при сравнении, к сожалению, и при сравнении цены – тоже. Особенно если в распределительном щитке реализована схема, когда после одного УЗО установлено сразу несколько автоматических выключателей на расходящиеся линии.
Это не всегда удобно для обслуживания, но значительно снижает затраты на электромонтажные работы.
АВДТ – многофункциональное защитное устройство. В качестве примера можно подробно рассмотреть весь функционал выполняемый устройством АВДТ -63 компании ЕКF.
Защита от токов перегрузки. Биметаллическая пластина реагирует на ток, превышающий номинальный, нагревается и отключает линию.
Защита от токов утечки. Встроенный блок УЗО анализирует протекающие токи и при превышении порогового значения утекающих «на сторону» токов – происходит отключение линии.
Защита от повышенного напряжения. В случае превышении входного напряжения выше 270 В – срабатывает расцепитель максимального напряжения, интегрированный в корпус АВДТ. Эта защита необходима для защиты электронной начинки аппарата. Высокое напряжение может вывести из строя элементы электронного УЗО. Происходит отключение линии и вместе с защитой начинки АВДТ происходит защита и всего оборудования, которое питалось по ней.
Защита от высоковольтных импульсных помех. Для нормальной работы блока защиты в нем установлен ВАРИСТОР. Его назначение – улучшение качества питающего напряжения. Варистор поглощает высоковольтные импульсные помехи, техногенного или природного характера. При этом отключение линии не происходит. В фильтрах сетевого напряжения, например, как предназначенных для подключения персональных компьютеров – установлены точно такие же варисторы. Как итого – качество питающего напряжения по защищаемой линии значительно улучшается.
Отличия электронного и електромеханического УЗО
Более подробно следует рассмотреть отличия электронного УЗО от электромеханического. Основное отличие уже определено в названии. Электронное УЗО для принятия решения об уровне тока утечки и необходимости отключения поврежденной линии использует схему, собранную на электронных компонентах.
Очень редко, а при правильной эксплуатации и своевременном обслуживании, вообще никогда, но, тем не менее ситуация может возникнуть – нулевой проводник поврежден , и через защитное устройство проходит только фазовый провод. И именно в этот момент кто-то случайно качается оголенного провода. Человек создает новый путь для электрического тока, и его уровень может быть любым – защитное устройство все равно не может оценить уровень угрозы, так как нарушена схема подачи питания на само устройство.
Это похоже на электрический фонарик с вытащенными батарейками – пока нет питания, не будет и света .Многие страны Европы запретили электронные УЗО к применению. У нас тоже в этому, несомненно , придут , но сначала необходимо пройти путь насыщения ЛЮБЫХ защитных устройств.
У электронных УЗО есть не только минусы, но и плюсы. И не самый последний из них – низкая цена. Электронные компоненты постоянно дешевеют и защитное устройство тоже. Также, немалым плюсом, является многофункциональность. Электронное устройство очень просто наделять дополнительными функциями. О защите от повышенного напряжения или высоковольтных импульсных помехах писалось выше.
Ну и самое главное – отказ в работе возможен только при отсоединении питающего провода, а это очень легко диагностируемый случай и быстро устранимый. Электромеханические устройства защитного отключения не имеют и не требуют собственного питания. В качестве исполнительного элемента используется обычный постоянный магнит. В случае появления тока утечки на этот магнит оказывается воздействие по его размагничиванию, и как только он оказывается не в силах удерживать металлическую защелку, – происходит отключение.
Описание принципа работы простое, но в реализации данные устройства довольно сложны и высокотехнологичны. Этим объяснятся достаточно высокая стоимость подобных устройств. Споры о целесообразности применения электронных и электромеханических устройствах шли ранее и будут идти. Статистика поражения человека электрическим током, как таковая, не ведется.
Но с точки зрения здравого смысла, преимущества электромеханических защитных устройств не столь очевидны. Если не нарушать элементарных правил электробезопасности при работе в электрощите, то разницы нет, электроника или механика входят в состав УЗО.
Новые задачи УЗО
УЗО разрабатывалось для защиты человека, и в поставленной задаче было четкое условие – защита от поражении в сетях переменного тока. Именно поэтому все первые разработки защитных устройств реагировали только на переменный ток утечки. На сегодняшний момент ситуация кардинально изменилась. Кроме защиты от привычного для нас переменного напряжения в бытовой сети, появилась необходимость в защите и от импульсного постоянного напряжения.
Это связано с изменением применяемой в быту техники. Практически все современные бытовые электроприборы содержат в себе импульсные блоки питания. Повреждения этих блоков, зачастую, проводят к появлению высокого напряжения на корпусах неисправных приборов. Импульсы выпрямленного напряжения представляют большую опасность для находящихся рядом людей. Именно поэтому в ассортименте защитных отключающих устройств появились устройства типа «А».
УЗО типа «АС» – реагируют на переменный ток утечки, типа «А» – на переменный пульсирующий постоянный ток.
Общие рекомендации по применению
Электронные УЗО – в промышленных и административных помещения, торговых павильонах и любых других местах находящихся под обслуживанием квалифицированного персонала.
Электромеханические УЗО – нет ограничений по применению.
УЗО типа А – обязательная установка для защиты в случае применения медицинского оборудования, сварочных аппаратов, вычислительных устройств.
При монтаже и эксплуатации УЗО или АВДТ иногда возникают вопросы и сложности. Это связано, в основном, с невысокой квалификацией работников и ветхостью старой электропроводки. Если со старой, в основном алюминиевой проводкой, – все просто – менять без вариантов, то в остальных случаях все сложнее.
