Устройство дифференциального тока

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «УЗО»)
Перейти к: навигация, поиск
ВДТ с отключающим дифференциальным током IΔn 0,03 А

Устройство дифференциального тока (УДТ)[1], (англ. residual current device, RCD): Контактное коммутационное устройство, предназначенное включать, проводить и отключать электрические токи при нормальных условиях эксплуатации и размыкать контакты, когда дифференциальный ток достигает заданного значения при установленных условиях[2]. В качестве УДТ используют автоматический выключатель, управляемый дифференциальным током, без встроенной защиты от сверхтока (ВДТ) и автоматический выключатель, управляемый дифференциальным током, со встроенной защитой от сверхтока (АВДТ).

Назначение[править | править вики-текст]

УДТ с номинальным отключающим дифференциальным током, не превышающим 30 мА предназначены для дополнительной защиты человека от поражения электрическим током[3].

УДТ отключает питающую сеть:

  • при прямом прикосновении человека или животного к электрооборудованию, находящимуся под напряжением;
  • при повреждении основной изоляции и контакте токоведущих частей с открытой проводящей частью.

Требования по установке и применению УДТ приведены в серии стандартов на электроустановки зданий МЭК 60364.

Принцип действия[править | править вики-текст]

Схема, поясняющая принцип работы УДТ
УДТ в разобранном виде

Главным компонентом УДТ является дифференциальный трансформатор, который предназначен для обнаружения дифференциального тока. Если дифференциальный ток превысит значение отключающего дифференциального тока или равен ему произойдет размыкание электрической цепи.

Внутреннее устройство УДТ, подключаемого в разрыв провода

На фотографии показано внутреннее устройство одного из типов УДТ. Данное УДТ предназначено для установки в разрыв провода. Линейный и нейтральный проводники от источника питания подключаются к контактам (1), главная цепь УДТ подключается к контактам (2).

При нажатии кнопки (3) контакты (4) (а также ещё один контакт, скрытый за узлом (5)) замыкаются, и УДТ пропускает ток. Соленоид (5) удерживает контакты в замкнутом состоянии после того, как кнопка отпущена.

Вторичная обмотка (6), к которой подключен расцепитель дифференциального тока. В нормальном состоянии ток линейного проводника, равен току нейтрального проводника, однако эти токи противоположны по направлению. Таким образом, токи взаимно компенсируют друг друга и в катушке дифференциального трансформатора ЭДС отсутствует.

Ток замыкания на землю приводит к нарушению баланса в дифференциальном трансформаторе: через линейный проводник протекает больший ток, чем по нейтральному проводнику (часть тока протекает через тело человека, то есть в обход трансформатора). Дифференциальный ток в первичной обмотке дифференциального трансформатора приводит к появлению ЭДС во вторичной обмотке. Эта ЭДС сразу же регистрируется следящим устройством (7), которое отключает питание соленоида (5). Отключенный соленоид больше не удерживает контакты (4) в замкнутом состоянии, и они размыкаются под действием силы пружины.

Устройство спроектировано таким образом, что отключение происходит за доли секунды, что значительно снижает тяжесть последствий от поражения электрическим током.

Кнопка проверки (8) позволяет проверить работоспособность устройства путём пропускания небольшого тока через оранжевый тестовый провод (9). Тестовый провод проходит через сердечник дифференциального трансформатора, поэтому ток в тестовом проводе эквивалентен нарушению баланса токонесущих проводников, то есть УДТ должно отключиться при нажатии на кнопку проверки. Если УДТ не отключилось, значит оно неисправно и должно быть заменено.

Ограничения[править | править вики-текст]

УДТ не сработает, если человек оказался под напряжением, но тока замыкания на землю при этом не возникло, например, при прикосновении одновременно к линейному, и нейтральному проводникам защищаемой цепи. Предусмотреть защиту от таких прикосновений невозможно, так как нельзя отличить протекание тока через тело человека от нормального протекания тока в нагрузке. В подобных случаях действенны только механические защитные меры (изоляция, непроводящие кожухи и т. п.), а также отключение электроустановки перед её обслуживанием.

УДТ функционально зависимое от напряжения сети нуждается в питании, которое получает от защищаемой цепи. Поэтому потенциально опасной является ситуация, когда выше УДТ произошел обрыв нейтрального проводника, а линейный остался под напряжением. В этом случае УДТ будет неспособно отключить цепь, так как напряжения в защищаемой цепи недостаточно для функционирования. УДТ функционально не зависимое от напряжения свободно от указанного недостатка.

История[править | править вики-текст]

Первый патент (патент Германии № 552678 от 08.04.28) на УДТ был получен в 1928 году германской фирмой RWE (Rheinisch — Westfalisched Elektrizitatswerk AG). Первый действующий образец устройства защиты был изготовлен этой же фирмой в 1937 г. В качестве датчика использовался маленький дифференциальный трансформатор, а исполнительным элементом служило поляризованное реле с чувствительностью 0,01 ампер и быстродействием 0,1с[4].

Чувствительность прототипа устройства была 80 мА[5] дальнейшее повышение чувствительности тормозилось отсутствием материалов с нужными магнитными свойствами. В 1958 г. доктором Биглмайером из Австрии было предложено новое схемное решение конструкции УДТ. Сейчас такие УДТ маркируются буквой G. В конструкции были устранены ложные срабатывания от грозовых разрядов и увеличена чувствительность до 30 мА[5].

Граничные кривые переменного тока и физиологическое действие тока на организм человека[6] были установлены путём тестов в 1940—1950 годы в университете Berkeley американским ученым Чарльзом Дальцилом. В ходе тестов добровольцы подвергались воздействию электрического тока с известным напряжением и силой тока[4]. В начале 1970-х годов большинство УДТ выпускались в корпусах типа автоматических выключателей. С начала 1980-х годов, в США, большинство бытовых УДТ были уже встроенными в розетки.

В СССР первые эксперименты по проектированию УДТ начались в 1964 году[7]. Первое серийное УДТ для укомплектования трехфазного электрифицированного инструмента было изготовлено в 1966 г. Выборгским заводом «Электроинструмент» по разработке ВНИИСМИ. Первое бытовое УДТ в СССР было разработано в 1974 году, но в серию не пошло[8]. Серийное бытовое УДТ производилось с 1988 года в значительных количествах (до 200 тысяч штук в год). Типичный вид УДТ того времени — удлинитель с розеткой на шнуре. С 1982 года все учебное электротехническое оборудование, поступавшее в школы, в обязательном порядке оснащалось УДТ, которое получило наименование «школьное». Серийность изделия доходила до 60 тыс. штук в год. Для нужд промышленности и сельского хозяйства выпускались защиты ИЭ-9801, ИЭ-9813, УЗОШ 10.2 (еще выпускается), РУД-0,5. В настоящее время используются преимущественно УДТ для монтажа в электрощите на DIN-рейку, а встроенные УДТ пока широкого распространения не получили.

Классификация[править | править вики-текст]

По способу управления[править | править вики-текст]

  • УДТ без вспомогательного источника питания
  • УДТ со вспомогательным источником питания:
    • выполняющие автоматическое отключение при отказе вспомогательного источника с выдержкой времени и без неё:
      • производящие автоматическое повторное включение при восстановлении работы вспомогательного источника
      • не производящие автоматическое повторное включение при восстановлении работы вспомогательного источника
    • не производящие автоматическое отключение при отказе вспомогательного источника:
      • способные произвести отключение при возникновении опасной ситуации после отказа вспомогательного источника
      • не способные произвести отключение при возникновении опасной ситуации после отказа вспомогательного источника

По виду установки[править | править вики-текст]

  • стационарные с монтажом стационарной электропроводкой
  • переносные с монтажом гибкими проводами с удлинителями

По числу полюсов[править | править вики-текст]

  • однополюсные;
  • двухполюсные;
  • трехполюсные;
  • четырехполюсные.

По возможности регулирования отключающего дифференциального тока[править | править вики-текст]

  • нерегулируемые;
  • регулируемые:
    • с дискретным регулированием;
    • с плавным регулированием.

По стойкости при импульсном напряжении[править | править вики-текст]

  • допускающие возможность отключения при импульсном напряжении;
  • стойкие при импульсном напряжении.

По условиям функционирования при наличии составляющей постоянного тока[править | править вики-текст]

УДТ типа АС: УДТ, срабатывание которого обеспечивается дифференциальным синусоидальным переменным током путем или внезапного его приложения, или при медленном нарастании[9].

УДТ типа А: УДТ, срабатывание которого обеспечивается и синусоидальным переменным, и пульсирующим постоянным дифференциальным током путем или внезапного приложения, или медленного нарастания[9].

УДТ типа В: УДТ, которое гарантирует срабатывание как устройство типа F и дополнительно срабатывает:

  • при дифференциальном синусоидальном переменном токе частоты до 1000 Гц;
  • при дифференциальном синусоидальном переменном токе, наложенном на сглаженный постоянный ток;
  • при дифференциальном пульсирующем постоянном токе, наложенном на сглаженный постоянный ток;
  • при дифференциальном пульсирующем выпрямленном токе от двух или более фаз;
  • при дифференциальном сглаженном постоянном токе, приложенном внезапно или постепенно возрастающем, вне зависимости от полярности[10].

УДТ типа F: УДТ, которое гарантирует срабатывание как устройство типа А в соответствии с требованиями МЭК 61008-1 и МЭК 61009-1 и дополнительно срабатывает:

  • при составном дифференциальном токе, приложенном внезапно или постепенно возрастающем между фазой и нейтралью или фазами и средним заземленным проводником;
  • при дифференциальном пульсирующем постоянном токе, наложенном на сглаженный постоянный ток[10].

По наличию задержки по времени (в присутствии дифференциального тока)[править | править вики-текст]

  • УДТ без выдержки времени — тип для общего применения;
  • УДТ с выдержкой времени — тип S для обеспечения селективности.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. В нормативных документах наряду с термином «устройство дифференциального тока» применяют устаревший термин «устройство защитного отключения»
  2. ГОСТ IEC 60050-442—2015. Международный электротехнический словарь. Часть 442. Электрические аксессуары
  3. ГОСТ Р 50571.3—2009. Электроустановки низковольтные. Часть 4-41. Требования для обеспечения безопасности. Защита от поражения электрическим током.
  4. 1 2 Гуревич В. И. Электрические реле. Устройство, принцип действия и применения. Настольная книга электротехника. Серия «Компоненты и Технологии». — М.: СОЛОН-Пресс, 2011. С. 341.
  5. 1 2 Штепан Ф. Устройства защитного отключения, управляемые дифференциальным током. Прага, 2004. С 10.
  6. Штепан Ф. Устройства защитного отключения, управляемые дифференциальным током. Прага, 2004. С. 13-16.
  7. Развитие и современное состояние УЗО в СССР и России / Ю. Водяницкий // Автоматизация и производство. — 1996. — № 3.
  8. Развитие и современное состояние УЗО в СССР и России / Ю. Водяницкий // Автоматизация и производство. — 1996. — № 4.
  9. 1 2 ГОСТ IEC 61008-1—2012. Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения без встроенной защиты от сверхтока. Часть 1. Общие требования и методы испытаний
  10. 1 2 ГОСТ IEC 62423—2013. Автоматические выключатели, управляемые дифференциальным током, типа F и типа В со встроенной и без встроенной защиты от сверхтока бытового и аналогичного назначения

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]