Защита от тока утечки. Схема, описание. Что такое утечка тока и как ее найти? Функциональные особенности оборудования защиты

В.КОНОВАЛОВ, лаборатория "Автоматика и связь", г.Иркутск.
Подавляющее большинство бытовых электроприборов не имеют защитного заземления. Международный стандарт требует наличия дополнительного контакта заземления в сетевых вилках и розетках, но даже с ним не обеспечивается полная безопасность при пользовании электроприборами. А использовать в качестве заземляющей линии нулевой провод сети категорически запрещено, так как обрыв линии может привести к появлению на нулевом проводе сетевого напряжения!

Кроме того, сетевые предохранители и автоматические защитные устройства могут не сработать при небольшом токе утечки, возникающем при касании человеком фазного провода сети, но этого тока вполне достаточно для поражения человека (например, автоматы в электрощитах срабатывают от тока свыше 5 А, а поражающий ток для человека составляет 0,1 А).
Избежать электротравм поможет предлагаемое автоматическое устройство, которое отключит неисправный электроприбор, как только на его корпусе появится напряжение утечки, т.е. раньше, чем сработает защита сети. Защитное устройство электрически не связано с нагрузкой и выполнено как переходник.


Блок-схема устройства защиты (рис.1) содержит:
- транзисторный триггер;
- тиристорное релейное устройство;
- трансформаторы тока;
- стабилизированный источник для питания устройства;
- светодиодную сигнализацию. Работа устройства основана на контроле тока в цепях питания нагрузки. Напряжения на обмотках трансформаторов тока Т1 и Т2, пропорциональные протекающему току нагрузки, алгебраически суммируются, и их сумма при отсутствии утечки равна нулю.
Превышение тока в одной из цепей питания нагрузки (утечка) создает разность магнитных полей в трансформаторах, возникает разностное напряжение, которое выпрямляется мостом VD1, сглаживается конденсатором фильтра С4 и поступает на транзисторный триггер VT1, VT2. Конденсатор С2 на
входе выпрямительного моста VD1 устраняет ложные срабатывания устройства от помех в сети.

В исходном состоянии транзистор VT1 закрыт, a VT2 открыт, напряжение на управляющем электроде тиристора VS1 близко к напряжению на его катоде (-Uпит), и он также закрыт. Реле К1 выключено, поэтому через его нормально замкнутые контакты К1.1 и К1.2 сетевое напряжение подается на нагрузку (подключенный электроприбор).
Когда уровень напряжения на базе VT1 превышает пороговый, т.е. ток утечки становится больше заданного, транзистор VT1 открывается, a VT2 закрывается. Напряжение на управляющем электроде тиристора стремится к нулю (анодному потенциалу), тиристор открывается и включает реле. Контакты реле при этом размыкаются и обесточивают нагрузку. Резистор R3 позволяет установить необходимую чувствительность триггера в зависимости от характеристик транзисторов и трансформаторов.
Поскольку в цепи постоянного тока тиристор остается включенным даже после снятия открывающего напряжения с управляющего электрода, устройство осуществляет блокировку и оставляет нагрузку в отключенном состоянии. Для включения нагрузки после выявления причины утечки и ее устранения нужно отключить и повторно включить устройство защиты.
Схема питания устройства защиты состоит из сетевого трансформатора ТЗ (напряжение на вторичной обмотке - 12 В/0,1 А), выпрямительного моста VD3, сглаживающих конденсаторов СЗ, С6 и интегрального стабилизатора на микросхеме DA1. Индикация включения устройства выполнена на светодиоде HL1. Трансформаторы тока Т1 и Т2 выполнены на ферритовых кольцах диаметром 18 мм из феррита 2000НМ. Они содержат обмотки, состоящие из 96 витков провода ПЭЛ-2 Ø0,1 мм. Сетевые провода питания нагрузки пропущены через внутренние отверстия ферритовых колец. Типы используемых элементов и их возможные замены указаны в таблице.


Детали устройства защиты размещены на печатной плате из одностороннего фольгированного
стеклотекстолита.толщиной 1,5 мм и размерами 100x50 мм. Чертеж платы и расположение деталей показаны на рис.2.

Готовая плата устанавливается в пластмассовую монтажную коробку БП-1 с розеткой для подключения нагрузки. Индикаторные светодиоды выносятся на внешнюю панель корпуса, трансформаторы тока закреплены на плате "навесом".
Регулировка устройства заключается в установке чувствительности транзисторного триггера. При отсоединенных от схемы трансформаторах Т1 и Т2 резистор R3 устанавливают в положение, когда включается реле К1, и плавно возвращают движок резистора немного назад, чтобы триггер отключился. Контроль переключения можно отследить по светодиоду HL2: его свечение указывает на включенное состояние нагрузки, потухание - на отключенное (аварийное состояние). Концы обмоток трансформаторов Т1, Т2 соединяют последовательно так, чтобы при подключении нагрузки (например, настольной лампы) переменное напряжение на конденсаторе С2 было равно нулю. Создав искусственную утечку, т.е. подав переменное напряжение величиной 1 ...5 В (с вторичной обмотки любого сетевого трансформатора) через ограничивающий резистор сопротивлением 100 Ом на выпрямитель VD1, прослеживают выключение нагрузки. Трансформаторы Т1, Т2 при этом отключать не следует.
Устройство предназначено для защиты потребителей мощностью не более 200 Вт. Электроприборы большей мощности следует подключить через электомагнитный пускатель, катушку которого запитать от сети через нормально замкнутые контакты реле К1 (К1.1 или К1.2).
РМ 1/2013

Зачем нужны УЗО и дифавтомат? Какой общий принцип их работы? Чем они отличаются?

В жилой квартире помещением с повышенной опасностью в обязательном порядке считается ванная комната. Нередко к таким помещениям причисляют и кухню. И там, и там может быть более высокая температура воздуха, стесненность пространства и высокая относительная влажность. Перечисленные факторы приводят к тому, что изоляция проводов и электрооборудования изнашивается быстрее, а напряжение прикосновения увеличивается до смертельно опасных значений.

Чтобы ликвидировать эту опасность и устанавливается защита от токов утечки, реализуемая, как правило, на базе или дифференциального автомата. Оба этих устройства «сравнивают» электрический ток, протекающий по фазному проводу, с током в нулевом рабочем проводнике. При возникновении разницы аппарат разрывает цепь.

Это означает, что и УЗО, и дифавтомат не допускают протекания электрического тока «на сторону», то есть в землю. Получается, что даже если под напряжение попал человек, прикоснувшись к фазному проводу напрямую или через корпус электроприбора при поврежденной изоляции, аппараты защиты от токов утечки смогут спасти его от верной смерти. Ведь срабатывают они на разницу токов от 10 мА за время, исчисляемое долями секунды.

К выбору аппарата для защиты от токов утечки необходимо подходить грамотно. Если установить в линию питания ванной комнаты дифавтомат на 100 мА, то такую защиту вряд ли можно считать эффективной. Человек может очень серьезно пострадать от поражения электрическим током, а для автомата это будет штатный режим, размыкания цепи не произойдет. Поэтому на ванную комнату или кухню лучше предусмотреть УЗО или дифавтомат на 10-30 мА. На общий ввод квартиры при желании можно ставить аппарат, срабатывающий при вышеупомянутых 100 мА. Это обеспечит селективность защиты, то есть отключаться будет именно та линия, в которой есть неисправность.

УЗО и дифавтоматы не являются панацеей и спасением от всех опасностей, связанных с использованием электроэнергии. Они не спасут, если вас угораздит прикоснуться одновременно к фазному и нулевому рабочему проводнику, ведь аппарат не может отличить, через что идет ток - через нагрузку или тело человека. Об этом необходимо постоянно помнить, защищать токоведущие части, нормально находящиеся под напряжением, от прямого прикосновения и не забывать отключать линию от напряжения во время ремонта.

Напоследок расскажем и о том, чем же отличаются друг от друга УЗО и дифавтомат . Все относительно просто: УЗО обеспечивает защиту лишь от токов утечки. Максимально-токовой защиты оно не дает, поэтому, если, к примеру, в розетку сети, защищаемой лишь УЗО, воткнуть кусок проволоки двумя концами, то несчастное УЗО сгорит вместе с проводкой, но ничего не отключит. Ведь разность токов в фазном и нулевом проводнике в этом случае будет отсутствовать. И если в качестве защиты от токов утечки вы выбрали УЗО, то в цепь необходимо включить еще и обычный автоматический выключатель с подходящей уставкой.

А если у вас есть желание сэкономить место в квартирном распределительном щите, то лучше отдать предпочтение дифференциальному автоматическому выключателю , который один обеспечивает и максимально-токовую защиту, и защиту от токов утечки.

Подавляющее большинство бытовых электроприборов не имеют защитного заземления. Международный стандарт требует установки дополнительной клеммы заземления в сетевых вилках и розетках, но даже их наличие не обеспечивает безопасность при пользовании электроприбором.

Использования в качестве заземляющей линии нулевой провод категорически запрещено, так как обрыв линии может привести к появлению на нулевом проводе сетевого напряжения.
Предохранители электросети и автоматические защитные устройства могут и не сработать при небольшом токе утечки, но достаточном для поражения человека: к примеру автоматы в электрощитах срабатывают от тока выше пяти ампер, а поражающий ток для человека составляет одну десятую ампера.

В бытовых розетках нет разграничения между фазой и нулём.
Эксплуатация бытовых электроприборов без заземления во влажных и токопроводящих помещениях категорически запрещено, ввиду возможного поражения электротоком.
Повреждения изоляции подводящей электропроводки или внутренние замыкания электросети на корпус прибора грозит замыканием линии и её возгоранием.
Избежать электротравм поможет автоматическое устройство, которое отключит неисправный электроприбор раньше чем сработает защита сети, как только на корпусе появится напряжение утечки.

Блок схема устройства защиты от тока утечки состоит:
1. Транзисторный триггер
2. Тиристорное релейное устройство
3. Трансформаторы тока утечки
4. Выпрямитель питания устройства
5. Светодиодная сигнализация сети и включения
6. Стабилизатор питающего напряжения

Защитное устройство электрически не связано с нагрузкой и выполнено как переходник.
Работа устройства основана на контроле тока в цепях питания нагрузки.

Напряжение на обмотках трансформатора Т1,Т2, созданное протекающим током нагрузки электроприбора, алгебраически суммируется и при одинаковых уровнях равно нулю. Превышение тока в одной из цепей (утечка) питания нагрузки создаёт разность магнитных полей и напряжение разности токов поступает на триггер электронного устройства.

Конденсатор С2 на входе выпрямительного моста VD1 устраняет возможные срабатывания схемы устройства от помех сети питания нагрузки.
Выпрямленное напряжение с моста VD1 через подстроечный резистор R1 поступает на базу транзистора VT1 транзисторного триггера.
Усиленное транзистором VT1 напряжение рассогласования в триггерном режиме переключит транзистор VT1 в открытое состояние, а транзистор VT2 в закрытое состояние.
Резистор R3 позволяет установить чувствительность триггера на транзисторах VT1,VT2 в зависимости от их характеристик усиления.
Тиристор VS1 откроется и включит реле К1, которое контактами К1.1 разомкнёт цепь питания нагрузки.

Используя режим работы тиристора в цепях постоянного тока, блокировку после подачи напряжения управления - оставляет нагрузку в отключенном состоянии. После выявления пробоя или утечки на корпус электроприбора, устройство включают повторно.

Стабилизированная схема питания устройства защиты от тока утечки состоит из силового трансформатора Т3, с вторичным напряжением 12 Вольт 0,1Ампер, выпрямительного моста VD3,сглаживающего конденсатора С3,С6 и аналогового стабилизатора на микросхеме DA1.
Индикация включения устройства выполнена на светодиоде красного свечения HL1.

Регулировку схемы устройства заключается в установке чувствительности транзисторного триггера.
При отключенном от схемы трансформаторов Т1,Т2 установить резистор R3 в положение предопределяющее включение реле К1,то есть чтобы оно сработало и вернуть движок резистора в режим отключения триггера.
Эпюры режима переключений можно отследить по включению светодиода HL2, свечение его указывает на включенное состояние нагрузки, потухание - что нагрузка отключена (аварийное состояние).

Концы обмоток трансформаторов Т1,Т2 соединить последовательно так, чтобы при подключении нагрузки (временно в виде настольной лампы) переменное напряжении на конденсаторе С2 было равно нулю. Создав искусственную утечку, подав переменное напряжение величиной 1-5 вольт через ограничивающий резистор 100 Ом, от любого сетевого трансформатора с напряжением 5-12 вольт проследить отключение нагрузки. Трансформаторы Т1,Т2 при этом отключать не следует.

Трансформаторы тока Т1,Т2 представляю собой ферритовые кольца 2000НМ- диаметр 18 мм, с намотанными обмотками 96 витков ПЭЛ -2 диаметром 0,1 мм, токовые провода питания электроприбора пропущены через внутреннее отверстие ферритового кольца.

Для защиты потребителей мощностью более 200 ватт нагрузку электроприбора следует подключить через пускатель нулевой или первой величины, катушку пускателя запитать от сети через нормально - замкнутые контакты реле К1(1-2).

Монтажная схема устройства защиты от тока утечки собирается в пластмассовую коробку БП-1 с розеткой для подключения нагрузки электроприбора, светодиоды выносятся на внешнюю панель корпуса, трансформаторы тока Т1,Т2 закреплены навесом.

УЗО монтируются в распределительных щитках после главного (вводного) автомата. Допускается установка одного УЗО (ток утечки 30 мА) на всю квартиру (дом). В этом случае для его защиты целесообразным будет установка после него автомата, меньшего номинала по амперажу (если УЗО стоит на 32 А, то автомат должен быть на 25 А). Минусом такого способа установки будет полное отключение напряжения в квартире при его срабатывании.

Неплохой альтернативой связки УЗО+автомат будет установка дифференцированного автомата, совмещающего в себе автомат и УЗО. Это хороший выход, если в электрощите недостаточно места. Дифиринциальный автомат занимает меньшее количество модулей. Однако его стоимость будет гораздо больше стоимости УЗО+автомат даже для дифференциальных автоматов отечественного производства.

Хороший вариант - одно "вводное" УЗО + дополнительные отходящие на каждую нужную отходящую от щита группу, линию (ванная комната, кухня, детская). Минус этого способа - более высокие затраты на электрооборудование и необходимость иметь место в щите под дополнительные УЗО.

Сколько именно приборов УЗО потребуется для конкретной квартиры, точно ответит лишь специалист после проведения соответствующих расчетов. Однако, зная принцип подсчета, можно и самому провести предварительную раскладку. Например, в однокомнатной квартире достаточно подключить в контур розеток одно УЗО, рассчитанное на ток утечки в 30 мА.

В четырехкомнатной квартире, где установлено пятнадцать групп розеток, разумно использовать пять УЗО, а также по одному устройству на всю группу освещения, и отдельно на электроплиту и водонагреватель. Более чуткий прибор с номинальным отключающим дифференциальным током 10 мА желательно подключить к сети стиральной машины.

Для контроля всей электропроводки на входе в коттедже или многокомнатных апартаментах можно установить дополнительно к расчетным одно общее УЗО с номинальным отключающим током 300 мА. Однако чтобы не перегружать домашнюю сеть обилием автоматики, можно использовать приборы дифференциального плана, совмещающие обе защитные функции.

Производятся также УЗО встроенные в розетку - устанавливаются они на место имеющейся розетки, или же в виде переходника, который просто втыкают в розетку, а уже в него - вилка электроприбора. Имеется аналог УЗО встроенные в розетки, это - УЗО встроенные в вилки.

Такие УЗО хороши своей простотой подключения, избавляя от замены электропроводки в нужных помещениях (обычно ванные комнаты, кухни), но сильно проигрывают УЗО, монтируемым в электрощитах по своей цене - они будут дороже примерно в 3 раза.

Для повышения защищённости электрооборудования также применяются дополнительные устройства, датчик превышения напряжения (ДПН) или устройство защиты многофункциональное (УЗМ).

Датчик превышения напряжения, ДПН 260 - предназначен для ограничения максимально допустимого напряжения на нагрузке. ДПН 260 работает совместно с УЗО или дифференциальным автоматом с током утечки 30 - 300 мА. Напряжение срабатывания ДПН 260 устанавливается в пределах 255 - 260 В, время срабатывания - 0,01 сек. Выполнен в стандартном модуле (D=18 мм) и предназначен для установки на DIN - рейку 35 мм.

В последнее время широко применяются УЗМ - устройство защиты многофункциональное (УЗМ 30, УЗМ 31, УЗМ 40, УЗМ 41). Оно предназначено для защиты подключённого к нему оборудования от разрушающего воздействия мощных импульсных скачков напряжения, вызванных электромагнитными импульсами близких грозовых разрядов или срабатыванием близкорасположенных и подключённых к этой же сети электромоторов, магнитных пускателей или электромагнитов, а также для отключения оборудования при выходе сетевого напряжения за допустимые пределы (170 - 270В или 170 - 250В в зависимости от применяемого УЗМ) в однофазных сетях. Включение оборудования происходит автоматически при восстановлении сетевого напряжения до нормального, по истечении задержки повторного включения.

В отличии от ДПН 260, которое работает только с УЗО, это самостоятельное устройство и может быть подключено в существующую сеть как дополнительное средство защиты.

Фазный провод обязательно подключается к клемме «L», а нулевой к клемме «N».

Основные параметры УЗМ:

Макс. ток шунтирования импульсов варистором 8000 А
Обеспечивает подавление импульсов с энергией до 200 Дж
Защита нагрузки от повышенного напряжения более 250/270 В
Защита нагрузки от пониженного напряжения менее 170 В
Фиксированная задержка срабатывания 0,2с
Фиксированная задержка повторного включения: 1мин (УЗМ-30, УЗМ-40, УЗМ-31, УЗМ-41)
6мин (УЗМ-50)
Сохраняет работоспособность в широком диапазоне
напряжения питания 0...440 В
Время срабатывания импульсной защиты, нс: <25

Наименование Uверх, В Iн max, А
УЗМ-31 250 30
УЗМ-41 250 40
УЗМ-30 270 30
УЗМ-40 270 40
УЗМ-50 270 50

Утечка тока в землю – довольно популярное и ходовое понятие. Большинство людей пользуются им в разговорном обиходе, но далеко не каждый понимает его физическую сущность и до конца не осознает масштаб пагубных последствий этого явления. Для людей, не сведущих в тонкостях электротехники, достаточно будет знать, что под данным понятием следует понимать протекание тока от фазы в землю по нежелательному и не предназначенному для этого пути, то есть по корпусу оборудования, металлической трубе или арматуре, сырой штукатурке дома или квартиры и другим токопроводящим конструкциям. Условиями возникновения утечек является нарушение целостности изоляции, которое может быть вызвано старением, термическим воздействием, как правило, вызванным перегрузкой электрооборудования или механическим повреждением. В этой статье мы расскажем читателям сайта , чем опасна утечка тока в квартире, какие причины ее возникновения и меры защиты в домашних условиях.

Чем она опасна?

Электрическая изоляция не может быть идеальной, поэтому при работе потребителя электроэнергии, даже в случае ее полной исправности, утечка тока всегда имеет место, величина которой имеет мизерное значение и не представляет опасности для человека. В случае частичного или полного нарушения изоляции, значения токовых утечек возрастают и могут быть серьезной угрозой здоровью и жизни людей. Проще говоря, в случае потери сопротивления изоляции при прикосновении к корпусу электротехнического устройства, кабельной оболочке, штепсельной вилке или розетке, трубе водопровода или отопительной системы, стене дома или квартиры, человеческое тело выступит в роли проводника, через который пройдет протекание токов утечки в землю. Последствия могут быть самыми печальными, вплоть до летального исхода.

Не стоит забывать о том, что наличие утечки в электрохозяйстве дома и квартиры может влиять на потребление электрической энергии. При наличии данного явления в проводке, даже в случае отключения всех потребителей, электрический счетчик будет фиксировать расход электричества.

Характерные признаки

Обладая понятием, что такое утечка электричества, причинами возникновения и сопутствующим опасными последствиями, хозяину дома или квартиры не мешает знать, как определить электрооборудование с пониженным сопротивлением изоляции. Для начала следует твердо усвоить, если при прикосновении к электрическому прибору, к трубопроводам или стенам в помещении, ощущается даже едва уловимое воздействие электричества, в электросети дома или квартиры имеет место утечка тока. Потеря сопротивления изоляции может произойти, как в неисправных потребителях электроэнергии, так и в проводке. Частый признак опасного явления — когда .

Как определить, поврежден ли электроприбор?

Классическим средством измерения сопротивления изоляции является мегомметр, но, так как такой прибор в домашнем обиходе вещь довольно редкая, для этой цели можно использовать простейшие и доступные средства измерения, такие как индикатор напряжения и мультиметр.

Другой вариант — проверить утечку тока индикатором напряжения. Такой способ проверки можно использовать в том случае, если проверяемый электроприбор имеет металлическую оболочку. В случае, когда есть сомнения в исправности и безопасности пользования прибором, наличие или отсутствие утечки можно проверить отверткой-индикатором, предназначенным для поиска фазы в сети. Для этого необходимо при включенном потребителе прикоснуться жалом отвертки-индикатора к металлическому корпусу электротехнического устройства, если произойдет даже слабое срабатывание индикации фазоискателя, проверяемый потребитель неисправен и представляет опасность. Более подробно о том, мы рассказали в отдельной статье.

Утечка тока на корпус в приборе с металлической оболочкой может быть вызвана не только потерей сопротивления изоляции. Причиной этого может служить обрыв перемычки заземляющей металлический корпус изделия, в том случае, если предусмотрена система заземления.

Важно! Во время проверки необходимо соблюдать осторожность и исключить прикосновение руками металлического корпуса изделия и жала отвертки.

Проверка мультиметром. мультиметром производится только на обесточенном оборудовании. Перед проверкой измерительный прибор необходимо переключить в режим измерения сопротивления на отметке 20 МОм. Щуп мультиметра зафиксировать на корпусе проверяемого изделия, второй на одном из контактных штырей вилки. Такую же операцию необходимо проделать для второго контактного штыря и с заменой полярности щупов. На исправном электрооборудовании на шкале измерительного прибора должна высвечиваться бесконечность. В противном случае электрооборудованием пользоваться нельзя, его необходимо либо сдать в ремонт, либо утилизировать. мы также рассмотрели на сайте.

Проверка мегомметром. Порядок проверки такой же, как в случае с мультиметром. Пользуясь мегомметром, необходимо помнить, что при вращении его рукоятки на выходе этого прибора генерируется напряжение от 500 до 1000 Вольт, которые могут безвозвратно вывести из строя слаботочные электронные элементы оборудования.

О том, мы рассказывали в отдельной статье на сайте!

Поиск проблемы в электропроводке

Утечка в скрытой проводке дома или квартиры может вызвать поражение электрическим током во время штукатурки стен или клейки обоев. Как ее обнаружить без привлечения специалистов и использования специальных приборов. Существует проверенный способ проверки утечки в скрытой проводке дома или квартиры с использованием транзисторного радиоприемника, имеющего средневолновый и длинноволновый диапазоны приема. Перед проверкой необходимо выключить все потребители электроэнергии. Далее необходимо пройтись с приемником, предварительно настроенным на частоту, на которой нет вещания радиостанций, в непосредственной близости от стен в местах прокладки проводки. При приближении к проблемному месту динамик приемника начнет характерно фонить.