Защитное отключение осуществляют устройствами двух типов, принципиально отличающихся друг от друга. Устройства первого типа реагируют на электрическое напряжение, появляющееся в аварийном режиме на корпусе электроприемника, к которому возможно прикосновение человека. Устройства второго типа реагируют на ток утечки на землю в защищаемой части, например, при случайном прикосновении человека к оголенной токоведущей части или при повреждении в защищенном электроприемнике или участке сети изоляции относительно корпуса или земли. Устройства второго типа нашли широкое применение в электроэнергетике, в то время как первого типа сегодня практически не применяются. Такие устройства получили название УЗО — устройства защитного отключения.

УЗО содержит так называемый дифференциальный трансформатор тока нулевой последовательности, к вторичной обмотке которого подключен чувствительный орган (реле), воздействующий на автоматический выключатель (защитный аппарат). Через окно сердечника трансформатора тока проходят нулевой и фазный провода, которые являются его первичной обмоткой.

В трехфазных электроустановках через окно сердечника проходят три фазных провода и нулевой. Принципиальная электрическая схема простейшего трехфазного УЗО включает в себя автоматический выключатель 1, которым управляет чувствительный орган 2, получающий сигнал на отключение со вторичной обмотки 3 трансформатора тока 4, сквозь окно которого проходят нулевой рабочий провод N и фазные провода L1, L2 и L3 (позиция 5). При равенстве токов (токов нагрузки) в нулевом и фазном (или в трех фазных) проводах их геометрическая сумма, как известно, равна нулю (ток в фазном проводе однофазного УЗО течет в одном направлении, а ток в нулевом проводе точно такого же значения течет в противоположном направлении). Поэтому тока во вторичной обмотке трансформатора тока нет. При замыкании или утечке тока на заземленный корпус электроприемника, а также при случайном прикосновении стоящего на земле или на токопроводящем полу человека к фазному проводу электрической сети, равенство токов в первичной обмотке трансформатора тока нарушится, поскольку по фазному проводу, помимо тока нагрузки, будет проходить ток замыкания или утечки, и в его вторичной обмотке появится ток. Если он равен или превышает ток срабатывания чувствительного органа (реле), то буквально за считанные доли секунды произойдет отключение аварийного участка сети.

По типу срабатывания УЗО подразделяют на:

Устройство защитного отключения устанавливается таким способом, чтобы через него проходили фазные провода (один в однофазной сети, три в трехфазной), а также нулевой рабочий проводник N.

Если в защищаемой цепи нет повреждений, ток I₁ равен току I₂ по абсолютному значению и противоположен по направлению. Геометрическая сумма этих токов равна нулю: I₁ — I₂ =0. В случае возникновения пробоя изоляции при прикосновении к открытым частям или корпусу установки электроприемника возникает ток утечки I_∆ по защитному проводу РЕ: I₁ = I₂ + I_∆. Таким образом, сумма токов, протекающих через УЗО, отлична от нуля: I₁ — I₂ = I_∆.

Напряжение на корпусе защищаемого устройства U_В в соответствии с законом Ома равно: U_В = I_∆∙R_E , где R_E — сопротивление между зажимом заземляемого устройства и землей. Номинальный дифференциальный ток утечки I_∆N должен быть подобран таким образом, чтобы напряжение прикосновения, возникающее при протекании этого тока, не превышало безопасного значения.

Приборы для измерения параметров УЗО производят измерения напряжения прикосновения (напряжение на корпусе U_В при протекании тока I_∆N), сопротивления R_E, время отключения t_a и ток отключения I_a УЗО. Величины U_В и R_E измеряются при токе 40% I_∆N, при котором УЗО не должно срабатывать. Далее, рассчитывается (математически) и отображается на дисплее величина U_В, соответствующая протеканию номинального тока I_∆N.

Параметры отключения УЗО (время отключения t_a и ток отключения I_a) проверяются измерителями путем создания дифференциального тока утечки в цепи L-PE. Величина номинального тока утечки I_∆ задается перед измерением дискретно по ряду дифференциальных токов выпускаемых УЗО: 10мА, 30мА, 100мА, 300мА, 500мА. Кроме задания величины тока, в измерителях MRP-200, MIE-500, MPI-510, MPI-511 возможен выбор формы и кратности тока (по отношению к номинальному). При измерении времени отключения будет определяться интервал с момента генерации заданного тока до момента отключения УЗО. При измерении тока отключения (срабатывания) будет генерироваться медленно нарастающий дифференциальный ток до момента срабатывания УЗО.

При проверке УЗО АС типа (синусоидальным дифференциальным током), измерения рекомендуется проводить током с начальными фазами 0о и 180о (функция доступна во всех измерителях). Время срабатывания в двух случаях может отличаться за счет явления остаточной намагниченности. Для УЗО А и В типов для этой цели также предусмотрена «инверсия» генерируемого тока утечки.

Все измерители параметров УЗО позволяют проверять параметры стандартных (общего назначения) и селективных (с выдержкой по времени срабатывания) УЗО.

Испытывать УЗО можно автономно от действующей электроустановки, с помощью специального стенда TWR-1, или непосредственно на действующей электроустановке: в щитке с установленным УЗО (измеритель подключается острыми зондами к контактам УЗО) или через кабель с сетевой вилкой (измеритель подключается к бытовой розетке). Можно использовать также адаптер трехфазных гнезд AGT-16/AGT-32/AGT-64.

При выборе измерителя параметров УЗО необходимо помнить, что каждое устройство защитного отключения обязательно должно быть проверено по всем видам (формам) дифференциальных токов, при которых оно должно срабатывать согласно типу УЗО:

Принципы измерения

Измерение t_A

Время срабатывание дифференциального выключателя t_A измеряется при дифференциальном токе, равному I_∆N. Время измеряется от начала протекания дифференциального тока до момента отключения УЗО. Максимальное время отключения составляет 200 мс, а для выключателей селективного типа 500 мс.

Функция инверсии начальной фазы генерируемого тока утечки утечки дает возможность более полной проверки УЗО.

Измерение I_А

Ток отключения дифференциального выключателя измеряется при создании в испытуемой цепи линейно возрастающего дифференциального тока. Ток возрастает от величины 0,3∙I_∆n до превышения тока уставки I_∆n. В момент срабатывания дифференциального выключателя измеритель отображает на дисплее величину дифференциального тока. В случае, если УЗО не срабатывает, появляется надпись RCD. Правильность выбора величины номинального тока проверятся проверкой на «гиперчувствительность УЗО», т.е протеканием тока 0,5I_∆n в течении 200мс (согласно IEC 61557-6). Срабатывание УЗО при токе 0,5I_∆n — результат «гиперчувствительности» УЗО или наличие в цепи больших токов утечки.

Измерение R_e

Для вычисления величины Re измеритель выполняет измерение прироста напряжение на выводе РЕ при токе 0,4I_∆n. Сопротивление заземляющего устройства рассчитывается на основании измеренного напряжения прикосновения и известного (вызванного в цепи ) дифференциального тока. По этой причине диапазон измерения R_e зависит от установленного дифференциального тока УЗО.

Измерение U_в

Измерители SONEL измеряют напряжение прикосновения (U_в) двумя способами: измерение прироста напряжения на зажиме РЕ во время протекания в цепи выставленного пользователем номинального дифференциального тока УЗО (расчет через 0,4I_∆n) и измерение по отношению к потенциалу земли. В первом случае происходит оценка напряжения прикосновения, во втором — измерение действительного значения напряжения прикосновения относительно земли. Для этого следует подключить к гнезду прибора заземлитель (добавочный электрод, находящийся в надежном соприкосновении с землей). Прибор автоматически обнаружит подключение к заземлителю, и на дисплее появится символ .

Автозамена L и N

Соблюдение правильности подключения фазного провода к зажиму L, а нейтрального провода к зажиму N не является обязательным, так как измеритель автоматически идентифицирует подключенные провода и самостоятельно переключит зажимы в случае необходимости.

Формы тестового тока утечки (выбираются исходя из типа тестируемого УЗО):

0 — синусоидальная форма тока — для УЗО АС типа ( начальная фаза 0°);
1 — синусоидальная форма тока — для УЗО АС типа (начальная фаза 180°);
2 — однополярная положительная пульсация — для УЗО А типа;
3 — однополярная отрицательная пульсация — для УЗО А типа;
4 — однополярная положительная пульсация с постоянной составляющей + 6 мА — для УЗО В типа;
5 — однополярная отрицательная пульсация с постоянной составляющей — 6 мА — для УЗО В типа;
6 — постоянный положительный — для УЗО В типа;
7 — постоянный отрицательный — для УЗО В типа.

Точность измерений

Точность измерения тока отключения УЗО в большой степени зависит от величины тока утечки, имеющегося в испытываемом устройстве во время выполнения измерений. Поэтому необходимо отключить от сети (из гнезд) потребителей электроэнергии и провода.