что такое удт в электрике и для чего он нужен
Устройство дифференциального тока: правила выбора и использования
Электрический ток представляет собой не только полезное явление, но и несет в себе опасность при различных неполадках и перебоях сети. Кроме того, перебои в электроснабжении могут негативно сказаться на многих процессах в жизни современного человека. Именно для решения данных проблем и используется устройства дифференциального тока, о которых я бы хотел поподробнее поговорить в этой статье.
Для чего нужно устройство дифференциального тока
Прямое назначение устройства дифференциального тока (УДТ) – защита владельца от поражения электрическим током при непосредственном контакте. Автомат отслеживает как признаки короткого замыкания, так и возможность утечки электричества посредством неработоспособных токопроводящих компонентов электросети. Оборудование обесточивает подконтрольную ему линию при следующих признаках:
Таким образом, довольно простое по своей конструкции оборудование может улучшить безопасность вашего жилища, предотвращая возникновение всевозможных чрезвычайных ситуаций, которые обусловлены перебоями электричества.
Виды устройства дифференциального тока
Устройства дифференциального тока разделяются по следующим критериям:
По своей конструкции УДТ разделяют на:
По форме утечки тока в землю УДТ можно разделить на следующие типы:
По своей чувствительности устройства дифференциального тока можно разделить на:
Последний критерий, по которому подразделяются УДТ – скорость срабатывания устройства. Итак, существуют следующие два вида устройств:
Как выбрать и правильно установить устройство дифференциального тока
Установка устройства дифференциального тока – довольно простая работа. В своей верхней части аппаратура содержит контактные пластики и винты для зажимов. Они необходимы для подключения нуля N и фазы L от счетчика. В нижней части находятся контакты, с которыми как раз и соединяется линия с потребителями. Пошагово установку устройства дифференциального тока можно описать в следующем виде:
При однофазной сети в 220 В, которая наличествует в большей части жилищ, нужно применять двухполюсное оборудование. В таком случае для монтажа устройства дифференциального тока вы можете воспользоваться следующими методами:
В данной статье я раскрыл несколько вопросов: какие существуют вариации устройств дифференциального тока, их целевое назначение и особенности установки. Последнее не представляет собой особой сложности, но все же следует внимательно ознакомиться с параметрами конкретного оборудования. На этапе выбора устройства дифференциального тока будьте внимательны и обязательно обратите внимание на критерии, по которым устройства отличаются друг от друга. В таком случае вы сможете подобрать самый оптимальный вариант и обеспечить безопасность и бесперебойность работы электросети.
Применение УДТ (УЗО) в системах TN-C
Согласно пункта 411.4.5 ГОСТ Р 50571.3-2009 следует, что защитное устройство дифференциального тока (УДТ) (которое часто до сих пор некорректно именуют как УЗО) не должно применяться в системе TN-C. Другими словами, действующий национальный стандарт запретил использование УДТ в низковольтных электроустановках, соответствующих типу заземления системы TN-C.
Причина запрета.
Причина этого запрета указана в п. 411.4.3 ГОСТ Р 50571.3-2009: «Включение каких-либо коммутационных или разъединительных устройств в PEN-проводник не допускается.». В пункте 543.3.3 ГОСТ Р 50571.5.54-2013 такое же требование сформулировано в общем виде: «В цепях защитных проводников не следует устанавливать отключающие устройства, однако в них могут быть соединения, предназначенные для проведения испытаний и разбираемые с помощью инструментов.»
Процитированные требования полностью соответствуют основополагающему правилу, распространяющемуся на все защитные проводники, которое предписывает обеспечивать электрическую непрерывность их цепей. Поэтому в цепи защитных проводников запрещено включать коммутационные устройства, которые во время своего оперирования могут их разомкнуть.
Применение УДТ в электроустановках зданий, соответствующих типу заземления системы TN-C, обоснованно запрещено требованиями ГОСТ Р 50571.3-2009 для тех случаев, когда после УДТ (со стороны нагрузки) пытаются использоваться PEN-проводник. Однако вполне допустимо применять УДТ в тех частях электроустановок зданий, где электрические цепи с PEN-проводниками расположены до их входных выводов. Также до УДТ должны быть выполнены присоединения защитных проводников к PEN-проводникам стационарных электропроводок или к PEN-шинам низковольтных распределительных устройств.
А что говорит ПУЭ по этому поводу?
Требования п. 1.7.80 ПУЭ не содержат категорического запрета на использование УДТ в системах TN-C:
«Не допускается применять УЗО, реагирующие на дифференциальный ток, в четырехпроводных трехфазных цепях (система TN-C). В случае необходимости применения УЗО для защиты отдельных электроприемников, получающих питание от системы TN-C, защитный РЕ-проводник электроприемника должен быть подключен к PEN-проводнику цепи, питающей электроприемник, до защитно-коммутационного аппарата»
Это требование допускает ограниченное использование устройств дифференциального тока в системах TN-C, которое было запрещено требованиями п. 413.1.3 ранее действовавшего ГОСТ Р 50571.3–94, а в настоящее время запрещено следующими требованиями п. 411.4.5 действующего ГОСТ Р 50571.3.
Харечко Ю.В. на основании своего анализа заключил, что процитированное требование ПУЭ имеет ошибки. А именно:
« Во-первых, как установил стандарт МЭК 60364-1 и разработанный на его основе ГОСТ 30331.1, четырёхпроводные трёхфазные цепи могут содержать следующие комбинации проводников:
Первую комбинацию проводников имеют трёхфазные электрические цепи в низковольтных электроустановках, соответствующих типу заземления системы TN-C. Вторую комбинацию проводников могут иметь электрические цепи в низковольтных электроустановках, соответствующих типам заземления системы TN-S, TN-C-S, TT и IT. Поэтому для исключения неопределённости из рассматриваемых требований следует изъять слова «четырехпроводных трехфазных цепях», оставив в них упоминание о системе TN-C.
Во-вторых, фраза «электроприемников, получающих питание от системы TN-C» противоречит определению системы распределения электроэнергии (см. 20.65 ГОСТ 30331.1), для которой установлено пять типов заземления системы. Электроприёмник является составной частью этой системы. То есть в рассматриваемых требованиях должно быть сказано о защите отдельных электроприёмников в системе TN-C.
В-третьих, устаревший термин «устройство защитного отключения» необходимо заменить термином «устройство дифференциального тока».
В-четвёртых, в требованиях ПУЭ использовано некорректное словосочетание «защитно-коммутационный аппарат», которое характеризует любое защитное и коммутационное устройство. Поскольку таким устройством может быть, например – плавкий предохранитель, в анализируемых требованиях следует указать конкретное защитное устройство – УДТ.
В-пятых, возникает естественный вопрос: является ли система TN-C таковой, если в ней происходит разделение РЕN-проводника на нейтральный и защитный проводники хотя бы для одного электроприёмника? »
Рассматриваемое требование в ПУЭ следует сформулировать так (так как это сделано в примечании 1 к пункту 411.4.5 ГОСТ Р 50571.3-2009:
«При применении УДТ в системах TN-C и TN-C-S PEL-проводник или PEN-проводник не должен быть использован на стороне нагрузки. Присоединение защитного проводника к PEL-проводнику или PEN-проводнику должно осуществляться на стороне источника питания по отношению к УДТ. »
Таким образом, допускается использование УДТ в тех частях низковольтных электроустановок, соответствующих типу заземления TN-C-S, в которых применяют PEN-проводники.
На рисунке 1 показано применение УДТ в электроустановке здания, соответствующей типу заземления системы TN-C-S, в которой PEN-проводник разделяют для части электроустановки здания. Первый электроприёмник установлен в той части электроустановки здания, в которой имеются PEN-проводники. Второй электроприёмник используют в части электроустановки здания, где применяют только защитные проводники. Требования ГОСТ Р 50571.3-2009 допускают представленный на рисунке 1 способ использования УДТ.
Рис. 1. Применение УДТ в электроустановке здания, соответствующей типу заземления системы TN-C-S
На рисунке 1 показано:
Харечко в своей книге [4] сделал следующий вывод:
Однако построение электрических цепей в электроустановке здания, соответствующей типу заземления системы TN-C-S, в месте подключения первого электроприёмника аналогично устройству электрических цепей, которые имеются в низковольтной электроустановке, соответствующей типу заземления системы TN-C. Поэтому нельзя признать обоснованным запрет на применение УДТ в низковольтных электроустановках с типом заземления системы TN-C, установленный требованиями ГОСТ Р 50571.3-2009. Его появление можно объяснять распространённым ошибочным представлением о наличии в таких низковольтных электроустановках только PEN-проводников и об отсутствии в них защитных проводников PE.
Харечко предложил, какие изменения нужно внести в ГОСТ Р 50571.3-2009:
«Для устранения погрешности нормативных требований в примечании 1 к п. 413.1.3.8 ГОСТ Р 50571.3-2009 целосообразно внести следующие изменения:
На рисунке 2 представлен пример использования УДТ в низковольтной электроустановке специального назначения, соответствующей типу заземления системы TN-C. Открытые проводящие части электроприёмников класса I присоединены к PEN-проводнику посредством защитных проводников. Защитные проводники, в свою очередь, присоединены к PEN-проводнику со стороны источника питания по отношению к УДТ. Главные цепи УДТ присоединены только к фазным и нейтральным проводникам, что является одним из условий их корректного оперирования в качестве защитных устройств.
Рис. 2. Применение УДТ в электроустановке здания, соответствующей типу заземления системы TN-C
Электромеханические и электронные УЗО
В последние десятилетия ассортимент защитных электрических аппаратов дополнился устройствами защитного отключения (УЗО), дифференциальными автоматическими выключателями (дифавтоматами), устройствами защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Перечисленные аппараты защиты позволяют повысить безопасность эксплуатации электрических сетей. Этот материал посвящен УЗО. Точнее одной из разновидностей устройств защитного отключения — электромеханическому УЗО.
На заметку! Часто УЗО называют устройствами дифференциального тока (УДТ). Это название связано с принципом действия защитных аппаратов. Об устройстве и принципе действия УДТ будет рассказано ниже.
Назначение УЗО
Большинство аппаратов токовой защиты (предохранители, автоматические выключатели и другое) защищают электропроводку и подключенные к ней электроприемники от токов перегрузки и короткого замыкания. Устройства защитного отключения выполняют другие функции. В зависимости от тока срабатывания они обеспечивают защиту людей от поражения электрическим током или предотвращают возникновения пожара.
Каждый электрик знает, что переменный ток промышленной частоты, протекающий через тело человека, становится опасным для здоровья, если его величина превышает 0.01 ампера. Токи свыше 0.1 А опасны смертельно. Поэтому пороговый ток срабатывания (уставка) УЗО защищающего человека от удара током обычно выбирается из номиналов 10 мА или 30 мА. Первая уставка используется для сырых помещений, детских комнат и так далее. Уставка 30 мА применяется для обычных условий.
Для предотвращения пожаров устанавливают аппараты, настроенные на дифференциальные токи, превышающие 300 мА.
Принцип действия электромеханического УЗО
Устройства защитного отключения реагируют на токи утечки, возникающие при нарушении изоляции электропроводки или в момент прикосновения человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением. Главной особенностью токов утечки является то, что они нарушают баланс (равенство) токов протекающих через фазные провода и нулевой провод.
Для обнаружения утечки применяется дифференциальный трансформатор. Конструктивно он состоит из:
При отсутствии токов утечки суммарный магнитный поток, создаваемый в сердечнике трансформатора первичными обмотками, равен нулю. При этом во вторичной обмотке ЭДС отсутствует. В случае возникновения утечки, баланс токов нарушается и во вторичной обмотке начинает наводиться ЭДС. На выводах измерительной обмотки возникает разность потенциалов. Разность потенциалов тем выше, чем больше ток утечки.
На заметку! Электрические защиты, основанные на сравнении токов, называются дифференциальными токовыми защитами.
Напряжение, снятое с вторичной обмотки дифференциального измерительного трансформатора подается на пороговый орган (устройство сравнения). Пороговый орган вырабатывает сигнал отключения при достижении током утечки установленного значения.
В качестве порогового органа в электромеханических отключающих устройствах применяется поляризованное реле. В электронном УЗО устройством сравнения выступает усилитель постоянного тока, выполненный на микросхеме операционного усилителя.
Устройство электромеханического УДТ
Электромеханические УЗО состоят из следующих основных деталей:
Назначение некоторых элементов
Поляризованное реле
Исполнительным органом в электромеханических устройствах дифференциального тока является поляризованное реле. Поляризованное реле относится к классу бистабильных реле постоянного тока. Оно может находиться как в отключенном, так и во включенном состоянии в отсутствие напряжения на его обмотке. В УЗО на обмотку поляризованного реле поступает выпрямленное напряжение от измерительного трансформатора. При достижении порогового значения происходит переключение реле, которое механически связано с расцепителем. В результате происходит отключение УДТ.
Кнопка «ТЕСТ»
В отличие от автоматических выключателей и других аппаратов защиты, в УЗО имеется возможность выполнения проверки работоспособности устройства. Проверка выполняется нажатием кнопки «Тест». Эта кнопка вместе со специально подобранным резистором образует цепочку, которая имитирует возникновение тока утечки. Концы цепочки соединяются с нулевым и фазным проводом. Проводники цепочки не проходят через кольцевой сердечник дифференциального трансформатора. Поэтому при проведении теста нарушается баланс магнитных потоков в измерительной системе. Номинал резистора выбирают таким образом, чтобы ток искусственной утечки был равен номинальному току срабатывания дифференциальной защиты.
Отличие электронного УЗО от электромеханического УДТ
Электронные и электромеханические устройства защиты отличаются только типом порогового устройства. Как уже отмечалось выше, в электронных аппаратах защиты в качестве порогового устройства используется электронный усилитель, который вырабатывает сигнал отключения. Этот сигнал подается на обычное реле, которое воздействует на механический расцепитель. Электронные компоненты, в отличие от электромеханических реле, обходятся дешевле и имеют меньший технологический разброс. Поэтому электронное УЗО, как правило, стоит меньше электромеханического аппарата защиты.
Люди, не сталкивавшиеся ранее с устройствами защитного отключения, часто задают вопрос: как отличить электромеханическое УЗО от электронного? Отличить устройства можно по маркировке, нанесенной на лицевую часть корпуса аппарата. У всех УЗО на корпусе можно увидеть символическое изображение дифференциального трансформатора. Он изображается в виде эллипса, охватывающего силовые проводники. От трансформатора прочерчивается символическая линия связи, идущая к устройству сравнения. Устройство сравнения изображается в виде прямоугольника или треугольника. Если нарисован треугольник, то это электронное УЗО. Если прямоугольник — это электромеханическое устройство.
Важно! Если на одном или всех изображениях фазных проводников, соединенном с подвижным контактам, есть изгибы в виде дуги или прямоугольного выступа, то вы имеете дело с автоматическим выключателем. Эти изгибы обозначают электромагнитный и тепловой расцепитель соответственно. Если к «изгибам» добавляется измерительный трансформатор и устройство сравнения, то это дифавтомат.
На заметку! У всех УЗО всегда четное число полюсов. Устройства, применяемые в однофазной сети, имеют два полюса — фазу и ноль. Трехфазные УДТ соответственно имеют 4 полюса. Нулевые клеммы всегда маркируются латинской буквой «N».
Вечный спор об УЗО
На форумах электриков не затихают споры на тему: какое устройство защиты лучше использовать, УЗО электронное или электромеханическое?
В принципе функциональных различий между аппаратами с разными пороговыми устройствами нет. Оба типа устройств дифференциального тока с успехом выполняют свои функции. Но дотошные исследователи подметили одну особенность, которой обладает электронное УЗО. Для работы операционного усилителя нужно питание. Оно берется с входных клемм аппарата защиты. Поэтому, в случае обрыва нуля или фазы питающей электронную схему, устройство теряет работоспособность. Электромеханическое УЗО лишено этого недостатка, так как исполнительный орган питается от вторичной обмотки трансформатора. Поэтому при обрыве нулевого провода «электромеханика» все равно сработает в случае возникновения утечки фазы.
Как правильно выбрать УЗО
Вопрос применения электронных и электромеханических аппаратов мы рассмотрели выше. О выборе уставки для разных типов помещений рассказывали тоже. Есть еще один параметр, который следовать учитывать при выборе УДТ. Этот параметр — номинальный рабочий ток. То есть ток, который УЗО выдерживает неограниченное количество времени. При выборе рабочего «номинала» можно следовать простому правилу. Рабочий ток должен быть не ниже рабочего тока автомата, который защищает питающую линию от короткого замыкания и перегрузки.
Как правильно подключать устройства защитного отключения
При подключении устройств защиты от токов утечки необходимо соблюдать несколько базовых правил.
Первое и самое важное. УЗО и дифавтоматы должны эксплуатироваться в сетях с глухозаземленной нейтралью с отдельным заземляющим проводом (трехпроводная или пяти проводная система). При этом корпуса всех электроприемников защищаемых устройствами от токов утеки должны быть надежно заземлены. Заземление может осуществляться через контакты розеток или отдельным проводом «под болт».
Опасно! Никогда не используйте нулевой провод в качестве заземления. Только отдельная земля!
Второе. Необходимо следить за правильностью подключения проводов. Ноль должен подключаться к клеммам, помеченным буквой «N», а фазы к фазным клеммам. Это правило, на первый взгляд неочевидное, связано с подключением тестовой кнопки и электронной схемы защиты.
Третье. Нельзя соединять между собой одноименные проводники защищаемые разными УЗО. Такую ошибку часто совершают неопытные электрики, используя общий ноль для нескольких блоков розеток. Такое соединение при подключении нагрузки моментально приводит к срабатыванию защиты.
Как быстро проверить УЗО не подключая к сети
У каждого аппарата защиты от токов утечки есть тестовая кнопка. С ее помощью легко выполнять периодическую проверку УДТ во время эксплуатации. Для проверки большой партии отключающих устройств, не подключенных к сети, можно воспользоваться обычной пальчиковой батарейкой 1.5 В.
Если ее подключить к одноименным полюсам, (например к клеммам 1-2) исправное устройство сработает мгновенно, так как импульс тока при подключении не будет уравновешен обратным током. УЗО с номинальным током дифференциального расцепителя 10 или 30 мА срабатывают даже от севшей батарейки.