Автомат, УЗО или дифференциальный автомат? Различия, назначение и принцип действия

Электричество является неотъемлемой составляющей нашей повседневной жизни, а правильная организация электробезопасности – жизненно необходимой. Справиться с этой задачей помогают различные аппараты защиты. Сегодня мы поговорим о трех из них и попытаемся разобраться в их назначении, строении, принципе действия и отличиях, а также ответить на вопрос, почему именно эти устройства необходимы в каждом доме и на каждом предприятии.

Автоматические выключатели, устройства защитного отключения и дифференциальные автоматы – аппараты хорошо известные каждому электрику, однако многие потребители путают эти понятия и не понимают различий между ними. При этом для того, чтобы обеспечить надежную защиту от поражения электрическим током и уберечь свое жилье от пожара, а электрооборудование от поломок разобраться с этими понятиями необходимо.

Автоматический выключатель

Автоматический выключатель (автомат) – это коммутационное устройство, служащее для защиты электросетей, кабелей, электроприборов и конечных потребителей от высокого напряжения и короткого замыкания. Он обеспечивает стабильное поступление электрического тока в сеть при нормальных условиях эксплуатации и его автоматическое выключение при возникновении аварийной ситуации. Механизм расцепления контактов автоматическим выключателем приводится в действие одним из двух расцепителей: тепловым или электромагнитным.

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, выполненную из двух видов металла с различными коэффициентами теплового расширения, которая нагревается под действием протекающего тока. Толщина металла подобрана таким образом, что при номинальном токе пластина не подвергается тепловому расширению, а при протекании тока выше допустимого значения пластина начинает изгибаться до тех пор, пока не разорвет неподвижный и подвижный контакты. Время срабатывания зависит от величины тока, протекающего через автоматический выключатель, и может изменяться от нескольких секунд до часа. При небольших превышениях такая задержка во времени не страшна, но если речь идет о коротком замыкании, то реагировать необходимо быстро и для этого предназначен электромагнитный расцепитель.

Электромагнитный расцепитель, в отличие от теплового, срабатывает за микросекунды. Он представляет собой электромагнитную катушку, оснащенную соленоидом с пружиной. В случае возникновения аварийной ситуации и значительного превышения током, текущим обмоткой соленоида, заданного порога, увеличивается магнитный поток, который втягивает соленоид в катушку и разрывает цепь. Разрыв между контактами происходит мгновенно, при этом в результате может возникнуть так называемая электрическая дуга, нагревающая контакты до высоких температурных показателей. Для ее гашения в прибор устанавливается дугогасительная камера из металлических пластинок, а возникающие газы при горении дуги выводятся через отверстия в корпусе автомата. В зависимости от чувствительности мгновенного расцепителя автоматические выключатели делятся на типы B, C и D. Первые являются наименее чувствительными и используются для сетей, где нет скачков тока, вторые – предназначены для защиты электроустановок с небольшими пусковыми токами, а третьи – применяют преимущественно в производственных помещениях для электроустановок с большими пусковыми токами.

Существует множество разновидностей автоматических выключателей, отличающихся родом тока (постоянный и переменный), номинальным током, количеством полюсов, наличием токоограничения и выдержки времени расцепителем тока, видами расцепителя, наличием свободных контактов, габаритами, способом присоединения внешних проводников, видом привода и т.д. При этом обычно большинство моделей автоматов оснащено одновременно и электромагнитной катушкой для защиты от короткого замыкания, и тепловым расцепителем для защиты от перегрузки электропроводки.

Благодаря этому, автоматические выключатели надежно защищают электросеть от поломок и возгорания, а силовые электроустановки и электроприборы от выхода из строя. При этом, следует помнить, что обычный автомат не защищает человека от поражения электрическим током. Для этого существуют другие приборы – дифференциальный выключатель и дифференциальный автомат.

Устройство защитного отключения

Устройство защитного отключения (УЗО) или дифференциальный выключатель – это быстродействующий эффективный защитный выключатель, предназначенный для автоматического отключения питания при наличии дифференциального тока (тока утечки) в проводниках, которые подводят электроэнергию к электроустановке, и защиты людей от поражения электрическим током, а электрической проводки – от возгорания.

Для подключения системы УЗО используется два провода: ноль и фаза. Устройство считывает токи, проходящие через них, и контролирует наличие разницы между этими токами. Если номинал, выходящий через ноль, равен тому, что входит в фазу – все нормально и УЗО не останавливает работу сети. Но если к устройству поступает меньше тока, чем выходит из нулевого проводника, это означает, что он где-то вытекает. При наличии незначительной разницы величин тока фазного и нулевого проводов, не влияющей на безопасность людей, УЗО также не блокирует подачу питания. А вот в случае возникновения значительной асимметрии входных и выходных токов в сети устройство защитного отключения отключает подачу электроэнергии.

Обычно УЗО настроен на автоматическое срабатывание только тогда, когда достигается определенная разница токов. Это позволяет избежать ненужных отключений и предотвращать только реально опасные ситуации.

Исходя из конструктивных особенностей различают электромеханические и электрические УЗО. Первые не зависят от питающего напряжения и срабатывают даже в том случае, если произошел обрыв нулевого проводника, а потому стоят дороже. Вторые при отсутствии нейтрали не срабатывают, а для выполнения операции отключения требуют энергии от подконтрольной сети или от внешнего источника, считаются менее надежными и применяются реже.

По назначению выделяют защитные УЗО с током утечки 10 и 30 мА, предназначенные для защиты людей, и противопожарные УЗО с током утечки 100 или 300 мА, использующиеся для защиты вводного кабеля и линии потребителей, но не защищающие человека от поражения током, а потому использующиеся совместно с 30-миллиамперовыми установками.

Также УЗО различают по чувствительности прибора к току утечки (типа АС, А, В, S, G) и количеству полюсов (2-полюсные для 1-фазных сетей 220 В и 4-полюсные для 3-фазных сетей 380 В).

УЗО обычно устанавливают для защиты мест наиболее опасных присоединений. В частности, электрических цепей, питающих помещения с повышенной влажностью (ванные комнаты, душевые, сауны, бассейны, кухни, подвалы, гаражи и т.п.), розеточных сетей к которым подключаются бытовые приборы и электроинструмент, а также устройств электроотопления и электроводонагрева. Номинальный ток утечки защитного устройства не должен превышать 30 мА, а для особо опасных мест (ванная, душевая, подвалы) рекомендуются устройства с током утечки 10 мА. Время срабатывания автоматического отключения всех фаз аварийного участка электрической цепи с момента возникновения утечки тока составляет около 0,03-0,3 секунды (в зависимости от уровня тока утечки и типа УЗО). Наиболее популярные модели защитного отключения срабатывают примерно за 0,1 секунды. За это время человек может даже не ощутить удар током, а разные бытовые устройства не испортятся.

Сегодня УЗО является обязательным элементом любой электроустановки промышленного или социально-бытового назначения. Им в обязательном порядке оборудуют все ангары, гаражи и передвижные объекты (например, торговые фургоны и павильоны общественного питания). Расходы на установку УЗО значительно меньше возможного ущерба: гибели и травмирования людей от поражения электрическим током или пожаров, которые могут произойти из-за неисправностей электропроводки или электрооборудования. Поэтому, учитывая, что стоимость УЗО не превышает стоимости обычного бытового электроприбора, а возможные убытки исчисляются огромными суммами, потребность в максимально широком применении современных УЗО становится очевидной.

Как видим, УЗО обеспечивают эффективную защиту человека от возможного поражения электрическим током в результате непрямого или прямого контакта с неизолированными токопроводящими элементами, а также предупреждают возникновение пожаров в результате повреждения изоляции электропроводки. При этом следует помнить, что устройства защитного отключения никак не защищают электрическую сеть от перегрузки и коротких замыканий и сами нуждаются в защите от этих факторов. Поэтому чаще всего устанавливаются в связке с автоматическим выключателем, который и обеспечивает УЗО необходимую защиту.

Дифференциальный автомат

Дифференциальный автомат или дифавтомат – это современный универсальный прибор, фактически представляющий собой автоматический выключатель и устройство защитного отключения в одном корпусе. Его полное и правильное название – дифференциальный автоматический выключатель со встроенной защитой от сверхтоков. Он срабатывает как при перегрузках и коротких замыканиях, так и при наличии утечки тока, поэтому является средством комплексной защиты.

Дифавтомат оснащен дифференциальным трансформатором тока, реагирующим на утечку тока, тепловым расцепителем, отвечающим за отключение электросети при перегрузке и электромагнитным расцепителем, мгновенно отключающим устройство при возникновении коротких замыканий, защищая тем самим и проводку, и сам прибор.

Дифавтоматы классифицируют по количеству полюсов и типу сети, номинальному значению рабочего тока и степени чувствительности, току утечки и типу тока утечки, разновидности защиты, времени отключения, возможности регулировки дифференциального тока отключения и другим параметрам. Собственно, все сказанное об автоматических выключателях и УЗО актуально и для дифавтоматов, но давайте эти характеристики немного детализируем.

По типу контролируемой сети дифференциальные автоматы бывают однофазные с напряжением 220 В и тремя клеммами подключения и трехфазные с напряжением 380 В и четырьмя клеммами подключения.

По номинальному значению рабочего тока доступны приборы на 10А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А.

По параметру превышения номинального тока после которого происходит мгновенное размыкание цепи различают дифавтоматы типов:

— В – ток срабатывания превышает номинальный в 3-5 раз (подходят для цепей освещения и других нагрузок, где нет скачков тока во время пуска);

— С – ток срабатывания превышает номинальный в 5-10 раз (подходит для освещения и розеток куда включаются бытовые приборы);

— D – ток срабатывания превышает номинальный в 10-20 раз (используют для подключения скважинных насосов, кондиционеров, точильных станков и другого мощного оборудования с электромоторами).

По току утечки, вызывающей срабатывание защиты, наиболее распространенными являются приборы с чувствительностью 10 мА и 30 мА. Последние используются чаще, поскольку более чувствительные устройства могут выдавать ложные срабатывания при изношенной электропроводке и большом количестве подключенных устройств. А дифавтоматы с чувствительностью 10 мА считаются оптимальными для мест с повышенной влажностью.

По типу утечки тока различают дифавтоматы:

типа АС – контролируют синусоидальный переменный ток утечки;

типа А – реагируют на синусоидальный переменный и пульсовый постоянный дифференциальный ток, что важно для защиты цифрового электронного оборудования;

типа В – реагирует на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальный ток.

По времени срабатывания дифавтоматы бывают:

— мгновенного действия, срабатывающие за сотые доли секунды и отключающие всю цепь;

— селективного типа с увеличенным временем срабатывания и большими аварийными токами. Это дифавтоматы типа S (с выдержкой времени отключения 200-300 мс) и типа G (с выдержкой времени 60-80 мс). Они используются для защиты проводки от возгорания (в результате повреждения изоляции), и за счет продленного времени отключения срабатывают в последнюю очередь. А основное преимущество селективных устройств состоит в том, что они могут распознавать место утечки и обесточивать только проблемную часть электрической цепи.

Еще один интересный параметр – номинальная отключающая способность дифавтомата. Она характеризует ток короткого замыкания, который способно выдержать устройство без нарушения работоспособности. Чем выше его значение, тем больше вероятность того, что после устранения повреждения в сети дифавтомат останется работоспособным. В настоящее время наиболее распространенными моделями являются приборы 6000 А. Модели 3000 А и 4500 А на сегодняшний день почти не используются, а приборы 10000 А выбирают для мест с близким расположением к питающей подстанции.

По внутреннему оснащению различают электромеханические и электронные дифавтоматы. Так же, как и УЗО, электромеханические дифавтоматы считаются более надежными и не требуют для работы внешнего питания, а электронные устройства имеют более стабильные параметры, но для нормальной работы требуют стабильного питания.

Подводя итог всего вышеизложенного, можно утверждать, что дифавтоматы сочетают в себе свойства как УЗО, так и автоматических выключателей и предназначены для защиты человека от удара электрическим током, а систем и оборудования – от скачков напряжения и коротких замыканий.

Устанавливают дифавтоматы в распределительных электрических щитах в квартирах, офисах, частных домах, производственных и коммерческих помещениях. С их помощью чаще всего защищают групповые розеточные линии в местах с мощной нагрузкой, повышенной влажностью, риском перегрузки сети и наличием аппаратуры чувствительной к параметрам питающей сети. Особенно такая защита актуальна для электрических цепей, питающих ванные комнаты с бойлером и стиральной машиной, и кухни с электроплитой и посудомойкой. Также часто под отдельный дифавтомат подключают мощные бытовые приборы: водонагреватели, электроплиты и кондиционеры.

Для экономии средств нередко практикуется установка одного дифавтомата на вводе в квартиру, дом либо кабинет. Недостатком такой схемы подключения является обесточивание всех линий при неполадках только в одной из них. Поэтому более предпочтительным считается подключение дифференциальных автоматов к распределительным линиям групповой сети, а не на вводе. В этом случае будет отключаться только поврежденная линия, а остальные линии будут продолжать работу. Установка дифавтоматов в групповых линиях обеспечивает высокую надежность защиты и бесперебойность электроснабжения, но с финансовой точки зрения будет более затратной.

Вместо послесловия

Подводя итог, следует еще раз подчеркнуть, что обычный автомат устанавливают для защиты сети и электрооборудования от сверхтоков, устройство защитного отключения – для защиты человека от поражения электрическим током и помещений от пожара, а дифференциальный автомат служит и для защиты от удара током, и для защиты от перегрузок сети и короткого замыкания. Поэтому решение УЗО + автомат или дифавтомат с точки зрения защиты являются равнозначными и действующие нормы и правила не содержат жестких требований по их использованию. Хотя безусловно существуют параметры и критерии, на которые следует обратить внимание при выборе наиболее подходящего варианта защиты и о них мы поговорим в следующей публикации.