Рассмотрим основные режимы работы УЗО (рис. 12.6).
Когда изоляция цела и утечки тока нет, в катушке L1 отсутствует магнитный поток, а на катушке нет ЭДС. Контакты замкнуты, оборудование функционирует нормально
При нарушении изоляции в катушке L1 появляется магнитный поток…
…на катушку К1 поступает ЭДС, контакты размыкаются, автоматически прекращается подача напряжения на оборудование
Рис 12.6. Три режима работы УЗО
Режим № 1. В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока — тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока, протекает рабочий ток нагрузки. Проводники, проходящие сквозь окно магнитопровода, образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока. Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке, как I1, а от нагрузки как I2, то можно записать равенство: I1 = I2.
Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф1 и Ф2. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю. Пусковой орган находится в этом случае в состоянии покоя.
Режим № 2. При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I1, протекает дополнительный ток — ток утечки (ID), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным).
Неравенство токов в первичных обмотках (I1 + ID в фазном проводнике) и (I2, равный I1, в нейтральном проводнике) вызывает неравенство магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока. Если этот ток превышает значение уставки порогового элемента пускового органа, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм.
Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается.
Режим № 3. Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования. При нажатии кнопки ТЕСТ искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно. К УЗО, в силу его особого назначения — защиты жизни и имущества человека, предъявляются чрезвычайно высокие требования по надежности, помехоустойчивости, термической и электродинамической стойкости, материалам и исполнению конструкции. Этими особыми требованиями отчасти объясняется сравнительно высокая стоимость современных УЗО.
На рис. 12.7 показано внутреннее устройство УЗО со вспомогательным источником питания (http://ectusow.ru). Данное УЗО имеет номинальный ток 13 А, отключающий дифференциальный ток 30 мА.
Рис. 12.7. Внутреннее устройство УЗО со вспомогательным источником питания, выполняющим автоматическое отключение при отказе вспомогательного источника
Данное устройство содержит вспомогательный источник питания, выполняющий автоматическое отключение при отказе или обесточивании вспомогательного источника. Это означает, что УЗО может быть включено только при наличии питающего напряжения, при пропадании напряжения ОНО автоматически отключается (такое поведение повышает безопасность устройства).
Фазный и нулевой проводники от источника питания подключаются к контактам (1), нагрузка УЗО подключается к контактам (2). Проводник защитного заземления (РЕ-проводник) к УЗО никак не подключается.
При нажатии кнопки (3) контакты (4) (а также еще один контакт, скрытый за узлом (5)) замыкаются, и УЗО пропускает ток. Соленоид (5) удерживает контакты в замкнутом состоянии после того, как кнопка отпущена.