УЗО. Принцип действия,конструкция

В данной статье речь пойдет о принципе действия и из каких составных частей состоит УЗО.

Устройство защитного отключения управляемое дифференциальным током или выключатель дифференциальный (УЗО-Д или просто УЗО) – коммутационный аппарат или совокупность элементов, которые при достижении заданного значения дифференциальным током в процессе эксплуатации, должен отключать нагрузку.

Принцип действия и конструкцию УЗО рассмотрим на примере двухполюсного устройства функционально независимого от напряжения питающей сети, см. рис.1 и 2.

УЗО состоит из, см.рис.1:

• дифференциального (суммирующего) трансформатора тока – 1, состоящего из двух первичных обмоток ω1 и ω2 и одной вторичной обмотки ω0 — 2;
• электромагнитного расцепителя – 3;
• пружинного привода – 4;
• коммутационный аппарат QF – 5;
• кнопки «ТЕСТ» для проверки работоспособности УЗО – 6;

В нормальном режиме работы электроустановки при протекании рабочего тока, нагрузки векторов тока в фазном (прямом) проводе I₁ и нулевом (обратном) проводе I₂, направлены встречно и равны между собой:

|I₁| = |I₂| или I₁ + I₂ = 0

соответственно через первичные обмотки ω1 и ω2 трансформатора тока 1 дифференциальный ток (ток утечки) – отсутствует.

При этом намагничивающее действие магнитодвижущих сил I₁ω₁, I₂ω₂ – взаимокомпенсируются, то есть:

I₁ω₁ = I₂ω₂

а магнитные потоки Ф1, Ф2 в сердечнике трансформатора тока пропорциональны магнитодвижущим силам.

Ф1 = I₁ω₁; Ф2 = I₂ω₂ или Ф1 = Ф2

Из всего выше изложенного, можно сделать вывод, что через вторичную обмотку ω0 трансформатора тока, дифференциальный ток (ток утечки) отсутствует и УЗО не срабатывает.

В случае пробоя изоляции фазного провода на корпус электроприемника или на землю, а также когда человек дотронулся к открытым токоведущим частям, возникает ток утечки.

В этом случае нарушается баланс токов в фазном и нулевом проводе, т.е I₁ не равно I₂.

В результате в сердечнике ТТ появляется магнитный поток, который наводит ЭДС во вторичной обмотки ω0.

Ток возникающий при наведении ЭДС, является током отключения для электромагнитного расцепителя 3 и определяется по формуле:

Iч = Uф/R0+ Rч

где:

• Iч – ток, протекающий через тело человека, А;
• Uф – фазное напряжение, В;
• R0 – рабочее сопротивление заземления нейтрали, Ом (данное значение сопротивления нужно брать с ПУЭ глава 1.7, как правило оно составляет 4 Ом), в принципе данным сопротивлением в расчетах можно пренебречь;
• Rч – среднее значение сопротивления тела человека, в расчетах принимается – 1000 Ом при напряжении прикосновения Uпр=50 В и выше, а при Uпр=36 В сопротивление тела человека равно – 6000 Ом.

Например, если человек прикоснется к оголенному фазному проводу, ток протекающий через тело человека при фазном напряжении 220 В, определяются по соотношению:

Iч = Uф/R0+ Rч = 220/4 +1000 = 0,22 А

Данный ток опасен для жизни человека. При таком токе сработает электромагнитный расцепитель и отключит коммутационный аппарат QF, который своими контактами разомкнет поврежденный участок электрической цепи.

В данном примере сопротивления диэлектрической обуви (Rоб = 45 кОм) и пола (Rп = 100 кОм) не учитывалось, так как нету никакого смысла тогда использовать УЗО для таких электроустановок.

Предельно допустимые значения Uпр и Iч в электроустановках до 1000 В в зависимости от продолжительности воздействия в секундах приведены в таблице 1.