Как правильно выбрать автоматические выключатели?

Короткое замыкание, его причины и последствия

Прежде чем переходить к вопросу, о том, как найти короткое замыкание в скрытой проводке, нужно разобраться с неприятным и опасным явлением, узнать его причины. В этом случае у мастера будет возможность предупредить возникновение таких внештатных ситуаций.

Что такое короткое замыкание?

Для того чтобы объяснить, что такое короткое замыкание, один умный человек привел аналог КЗ, но в бытовой гидравлике. Это внезапный срыв крана. Запорное устройство, работающее исправно, создает потоку воды необходимое сопротивление. Если кран вдруг срывается с резьбы, то сопротивление сразу же падает, а сила напора многократно возрастает. В этом случае хозяевам грозит потоп, ЧП с электросетью может закончиться пожаром.

Короткое замыкание, или КЗ — возникновение контакта между проводниками, имеющими разный потенциал. Причина — возрастание силы тока при снижении сопротивления элементов. Если говорить о типичной электропроводке в квартирах, то в этом случае ЧП провоцирует «внезапная встреча» фазного и нулевого провода. Если в частном доме трехфазное электропитание, то вариантов опасного контакта несколько. Например, замыкание возможно между фазой и нейтралью, а также между фазами, КЗ на землю.

Сила тока при таком контакте сильно увеличивается из-за незначительного сопротивления проводников. Последствием этого явления становится резкий скачок температуры, он провоцирует их нагрев. Если по каким-то причинам не сможет сработать защитный автомат, то температура может достичь предельного значения. Следствием критических величин нередко становится возгорание изоляции и тех материалов, которые легко самовоспламеняются.

Причины, провоцирующие короткое замыкание

Вызвать такую внештатную ситуацию в бытовой проводке может несколько разных факторов. Например:

1. Состояние изоляционных материалов, которые далеки от идеальных. Причины — их старение, особенно в местах перегибов. Свою лепту способна внести повышенная влажность, вызванная «потопом», случившимся из-за халатности соседей.
2. Механическое повреждение изоляции из-за случайного повреждения скрытой проводки. Простые примеры — гвоздь, вбитый в стену, «вмешательство» дрели или перфоратора. Чтобы предотвратить такое ЧП, перед ремонтом рекомендуют узнать, где именно находится проводка.
3. Состояние изношенной проводки. Нередко такие аварии происходят в старых домах, где главные элементы электросети не рассчитаны на реальную мощность всех бытовых электроприборов. Следствие длительной перегрузки — перегрев, расплавление изоляции.
4. Неисправности, возникающие в бытовой технике. Они также провоцируют короткое замыкание в электросети.
5. Обрыв проводов энергосетей из-за порывов ветра, налипания снега и т. д.
6. Некачественный монтаж, некорректный выбор проводников, их сечения.
7. Электроприборы (розетки, выключатели) с плохими контактами.

Самые необычные провокаторы аварии — почти вездесущие грызуны, которые могут решить поточить резцы о первый попавшийся предмет, и тем самым совершить преступление «против человечества» — перегрызть кабель. Такие случаи не повсеместное явление, но они бывают.

Причем иногда «отличаются» мирные питомцы, которые посягают на другое, движимое имущество. Например, «прославился» хомяк, по воле «судьбы» попавший в хозяйский автомобиль, и ставший потом причиной его дорогостоящего ремонта.

Серьезные последствия

Результатом короткого замыкания для хозяев жилья становится:

выход приборов из строя: в некоторых случаях их ремонт невозможен;
разрыв/расплавление выключателей, проводов, розеток;
нагрев и воспламенение изоляционных материалов;
взрыв, пожар: возможны ожоги и другие травмы;
худшее последствие — поражение током.

Во всех случаях важнее всего быстро обнаружить источник проблемы и устранить опасность. К сожалению, короткое замыкание происходит внезапно, предотвратить его или заранее определить «слабое» место в сети невозможно.

УЗО

Автоматическое выключение от сети при коротком замыкании способно предотвратить возгорание проводки. И это основная задача, с которой справляется автомат. Существуют также устройства, способные сравнивать ток, поступающий к электроприборам, с током, протекающим от них. Таким образом, устройство защитного отключения реагирует на утечку тока и защищает от замыкания сети на землю. Это более сложный вариант, способный предотвратить возгорание при замыкании на землю или защитить человека от поражения при случайном касании к оголенным участкам проводки. УЗО в обязательном порядке должны использоваться в участках, где имеется вероятность поражения: например, на улице или во влажных помещениях вроде ванных комнат.

Ключевым параметром УЗО является величина тока утечки: от нее зависит чувствительность устройства. Эта величина измеряется в миллиамперах (мА) и чем она меньше, тем чувствительнее прибор. Наиболее чувствительные варианты (10 или 30мА) целесообразно установить в цепи ванной комнаты. Во избежание ложных срабатываний в цепях с мощными нагрузками (более 2кВт) рекомендуется использовать УЗО с номиналом в 100мА.

Устройство защитного отключения может быть общим и устанавливаться после электросчетчика, и перед автоматами для отдельных контуров сети. Учитывая разный принцип работы и задачи, установка приборов должна быть комплексной. Существуют и комбинированные варианты: дифференциальный автоматический выключатель (дифавтомат или АВДТ) может совмещать в себе эти функции.

Чем отличается УЗО от дифференциального автомата?

Самая распространенная, до недавнего времени, схема защиты электрических сетей была установка автоматических выключателей. Правила работы, которых основываются на отключении подачи электроэнергии при появлении короткого замыкания или при перегрузках, т.е. при превышении номинального тока. Работа данного автомата основана на двойном типе защиты, за основу приняты два типа разъединителей:

• Электромагнитный;
•  Тепловой.

Электромагнитный разъединитель, разрывает цепь подачи электроэнергии потребителю
при появлении короткого замыкания. Основное действие происходит из-за мгновенного увеличения силы тока, которое приводит к появлению электромагнитного поля в катушке разъединителя. Сердечник соленоида начинает двигаться и размыкает цепь.

Тепловой разъединитель начинает работать при появлении перегрузки в сети. Основная деталь теплового разъединителя – биметаллическая пластина. При прохождении большого тока пластина нагревается, изгибается и разъединяет контакты. Для общего развития читайте: как выбрать дифавтомат.

Главным средством защиты человека от удара электрическим током является УЗО.
В быту часто возникают ситуации использования таких приборов как стиральная машина, микроволновая печь без заземления с неисправной изоляцией и без заземления. В старых домах такое понятие как заземление – отсутствует как класс, в этом случае на помощь к нам приходит УЗО.

Главное отличие УЗО от автоматического выключателя в том, что в конструкцию УЗО добавлен трансформатор тока, который выявляет наличие дифференциального тока. Дифференциальный ток равен току утечки при нарушении изоляции или при контакте человека с поврежденным проводом. Так же при появлении незначительного тока утечки начинается нагрев изоляции в месте повреждения, что может спровоцировать возгорание. Для этого и устанавливается УЗО, для защиты от поражения электрическим током и от повреждения проводки. УЗО не отключает приборы и оборудование от сети при перегрузках и коротком замыкании и устанавливается в паре с автоматическим выключателем. Т. е. если сказать обычным языком, УЗО является только индикатором повреждения изоляции электропроводки. Допустим, Вы включили в сеть все электроприборы, находящиеся в Вашем доме (электроплита, фен, микроволновая печь, пылесос и т.д.) УЗО не сработает и не выключит сеть при перегрузке.

Для обеспечения комплексной защиты от короткого замыкания, перегрузок и нарушения изоляции устанавливается дифференциальный автомат. Узо или дифференциальный автомат,что выбрать? Так вы сможете понять основные отличия. Прочитайте и о том, как выбрать УЗО. 

Номиналы УЗО по току

Номинальные токи основных типов УЗО составляют 16, 25, 40 и 63А. Данная величина соответствует значению тока, который устройство может пропускать через себя без ограничений по времени. В пределах этой линейки производится выбор УЗО для электрощита квартиры или частного дома.

Значение номинального тока необходимо при решении вопроса, как рассчитать УЗО на группу автоматов. В этом случае для защиты нужно выбирать автомат с номинальным током меньшим или равным номинальному току дифференциального выключателя. Специалисты рекомендуют выбирать номинал на ступень выше, чем у автомата, поскольку тот может пропускать через себя ток, больше номинального в течение длительного времени. При равенстве токов, за этот период УЗО может просто сгореть.

Назначение

Самое главное, что необходимо понимать, автоматический выключатель защищает электрическую сеть от сверхтоков, а УЗО обеспечивает защиту человека. Если в результате пробоя изоляции на корпусе электроприбора появился потенциал, при касании к нему есть вероятность получить удар тока. Чтобы этого не произошло, сразу же при возникновении утечки тока, устройство защитного отключения отреагирует и отключит повреждённый участок цепи.

Важно знать! УЗО не защищает от перегрузов и коротких замыканий, поэтому обязательно последовательно с ними в цепь подключаются автоматические выключатели

Варианты схем

Нельзя сказать, что существует одна конкретная схема. Каждый случай имеет свои особенности, поэтому подключение УЗО может производиться по-разному. Во-первых, устройство применяется в сетях однофазного и трёхфазного напряжения (это уже две разные схемы). Во-вторых, можно установить УЗО на вход и защитить таким образом от токовых утечек всю квартиру. А можно производить монтаж устройств для каждой отдельной линии, тем самым защищая только определённый участок электрической сети.

Пример подключения УЗО в однофазной сети на видео:

Так как схема для подключения УЗО имеет несколько вариантов, очень важно, чтобы вы могли их читать. Сейчас в паспортах многих электробытовых приборов и техники указано, как и через какой тип УЗО необходимо выполнять их подключение к электрической сети. Рассмотрим, как правильно подключить УЗО, на нескольких общих примерах

Рассмотрим, как правильно подключить УЗО, на нескольких общих примерах.

Что такое однофазная сеть?

При однофазной электрической сети потребители запитаны по двум проводникам – фаза и рабочий ноль. Номинальное напряжение в таких сетях – 220 В.

Однофазная сеть может быть двухпроводного и трёхпроводного исполнения. В первом случае используется два проводника – фазный и нулевой, на схемах они обозначаются английскими буквами «L» и «N».

Второй вариант помимо фазы и ноля предусматривает ещё наличие проводника защитного заземления (его обозначение «РЕ»). Основная функция этого заземляющего провода – дополнительно защитить людей от поражения электрическим током. За счёт его подсоединения к корпусам электроприборов, в случае замыкания фазы на корпус произойдёт отключение электропитания. Это спасёт и жизнь человека, и саму технику от перегорания.

А теперь поговорим о том, какой может быть схема подключения УЗО в однофазной сети.

Подключение на входе (в однофазной сети)

В этом случае монтаж УЗО производится в щитке после вводного двухполюсного автомата. Вслед за устройством защитного отключения располагаются отходящие автоматические выключатели. Такая схема включения УЗО обеспечивает одновременную защиту от токовых утечек всем отходящим потребителям.

Недостаток схемы в сложности поиска места повреждения. Например, произошло замыкание фазы на металлический корпус какого-то бытового прибора, включенного в данный момент в розетку.

Происходит срабатывание УЗО, в квартире исчезает напряжение. Если в это время в розетки были включены несколько приборов, то сразу определить повреждённый будет проблематично.

Такая схема имеет и положительные стороны. За счёт того, что используется только одно устройство защитного отключения, монтаж распределительного щитка обойдётся дёшево, да и сам он будет небольших размеров.

Имейте в виду, что широкое распространение получила ещё одна разновидность такой схемы, в ней между вводным автоматом и УЗО принято устанавливать счётчик электрической энергии.

Подключение на входе и на отходящих линиях (в однофазной сети)

При таком варианте схемы установка УЗО производится после вводного автоматического выключателя и ещё на каждую отходящую линию.

О том, что такое селективность поговорим чуть ниже.

Например, произошла утечка тока на одной из отходящих линий. Должно сработать устройство, которое защищает именно эту группу.

Если по каким-то причинам УЗО не отработало, то через определённое время (это называется выдержкой времени) отключится общее УЗО на входе, оно как бы подстраховывает отходящее.

Несомненный плюс такой схемы в том, что в момент повреждения будет отключаться только аварийная линия, а во всей остальной квартире подача напряжения не прекратится.

Недостатки подобной схемы в больших габаритах распределительного щитка и в дороговизне (УЗО – вещь не дешёвая, а при таком варианте их понадобится несколько).

На видео сравнение нескольких схем подключения:

https://youtube.com/watch?v=EQs-iqz-kAE

Можно немного сэкономить и опустить в этой схеме однофазное УЗО на входе, то есть выполнить монтаж только групповых устройств на отходящих линиях. Многие электрики вообще считают вводное УЗО лишней тратой денег, потому что каждая линия уже имеет свою защиту. Но как мы говорили выше, оно является своеобразной подстраховкой, на случай если выйдет из строя групповое устройство. Поэтому здесь всё зависит от ваших финансовых возможностей. Есть деньги – монтируйте схему с УЗО на входе. Если так накладно, установите только отходящие устройства, это тоже будет замечательно. Многие люди совсем не ставят УЗО, предпочитая экономить средства на собственной безопасности.

Виды

Автоматические выключатели позволяют защитить как оборудование, так и проводку конечного потребителя от короткого замыкания и высоких показателей напряжения.

Основная классификация заключается в предназначении рассматриваемого оборудования:

1. Класс «В» часто используется в бытовых условиях. Этот вариант исполнения не предназначен для сильных токов, при возникновении минимального короткого замыкания происходит размыкание цепи. Большая чувствительность определяет то, что модели класса «В» не используются в промышленности, где скачок напряжения может возникнуть вследствие включения или выключения оборудования большой мощности. Большая чувствительность позволяет защитить бытовые приборы и электронику, к примеру, компьютеры от перегорания.
2. Класс «С» считается общепромышленным вариантом исполнения, применяется в сетях, где также нужно контролировать напряжение в сети в пределах небольшого диапазона.
3. Класс «D» используется в сети, к которой происходит подключение электродвигателя с большим показателем пусковой мощности. Этот класс используется также в промышленности и имеет небольшой диапазон возможного отклонения от нормального значения.

По виду подаваемого тока можно выделить три категории рассматриваемого выключателя:

1. Для сети переменного тока.
2. Для сети постоянного тока.
3. Универсальный вариант исполнения.

По числу полюсов можно выделить:

• однополюсный;
• двухполюсный;
• трехполюсный;
• четырехполюсный;

Также, классификация проводится по типу расцепителя:

1. Максимальное расцепление.
2. Независимое расцепление.
3. Минимальное или нулевое расцепление.

В зависимости от ситуации, может понадобиться промежуток времени, который нужно выдержать после изменения показателей подаваемого электричества до его отключения.

По этому показателю можно провести следующую классификацию:

1. Без выдержки.
2. С выдержкой в независимости от показателей подаваемого напряжения.
3. С выдержкой, которая является обратным значением подаваемого электричества.

Вышеуказанные виды автоматических выключателей повсеместно используются в быту и промышленности, но при этом есть несколько нюансов, которые стоит учитывать при их выборе.

расцепитель

Кроме этого, следует обратить внимание на тип установленного размыкателя. Он является основным рабочим органом, проводит размыкание цепи при определенных значениях

Данный элемент конструкции различается по спецификации действия и диапазону тока, можно провести нижеприведенную классификацию:

1. Электромагнитный тип пользуется большой популярностью, так как в считанные доли секунд проводит разъединение цепи. В конструкцию входит катушка и сердечник, также пружина. Сердечник при определенных условиях втягивается, и пружина воздействует на расцепляющее устройство.
2. Биметаллический тепловой вариант исполнения – зачастую устанавливается для автоматов, которые реагируют на ток, величина которого может привести к разрушению кабеля. На короткое замыкание он также реагирует. Однако, точность работы подобного размыкателя небольшая. Примером можно назвать случай, когда по кабелю, который имеет сечение для 16 А, проходит ток величиной 20 А – выключение произойдет через несколько десятков минут. Если величина тока будет 35 А, то выключение произойдет мгновенно.
3. Полупроводниковый используется крайне редко при изготовлении бытовых выключателей. Расцепление происходит при работе специального блока полупроводниковых реле.

Стоит отметить, что при маркировке редко происходит указание того, какой тип размыкателя использовался при производстве. Для этого следует ввести номер модели и изучить спецификацию.

Схема однофазного подключения

Для простоты, наглядности и наиболее легкого восприятия на схеме изображены 2 линии. Подобные схемы обычно применяются в квартирах многоэтажек. Пусть с 1 линии питается электрическая плита, а со второй – ванная комната. Из соображений безопасности, для влажного помещения выбрали УЗО с меньшим диф. током. Приведенная схема обеспечивает селективное защитное отключение (избирательное). Например, при повреждении в эл. плитке (линия 1) сработает УЗО 30 мА. При этом ванная комната (линия 2) останется в работе. Так же и в обратном случае. В случае пожара, плавки проводов, ток утечки будет расти. По мере его увеличения последовательно отключатся сначала линия 2, потом линия 1. Когда диф. ток превысит значение в 100 мА, сработает вводное УЗО и отключит ввод. УЗО 100 мА называют противопожарным.

Узо на освещение — ставить или нет? — ООО «УК Энерготехсервис»

Для того чтобы защитить электрическую сеть дома или квартиры, применяются автоматические выключатели или плавкие предохранители.

Эти элементы позволяют избежать возгорания, во время короткого замыкания, но совершенно не способны защитить от удара электрическим током.

Изделие для защитного отключения электричества, принцип работы которого направлен на предотвращение утечки тока на корпус устройства, позволяет мгновенно обесточить всю домашнюю сеть, если фазный ток оказался за пределами «разрешённого» участка проводника.

Применение УЗО позволяет защитить не только домашнюю электросеть, но и мощные трёхфазные установки на производстве. Для чего устанавливать такие электротехнические изделия и как это делать правильно, будет подробно рассказано далее.

Для чего нужно УЗО в квартире

В старых многоквартирных домах, нередко в электропроводке отсутствует третий защитный проводник, в котором должно находиться заземление. При такой схеме электромонтажа, мощные приборы, «масса» которых соединяется с заземляющим выводом розетки, не оказываются защищены, и если произойдёт утечка фазного тока на корпус, то прибор может представлять серьёзную угрозу для жизни и здоровья.

• Если установить УЗО в квартире, не оснащённой заземляющим проводником, то при утечке электричества, домашняя электропроводка не будет автоматически отсоединена от общей сети.
• Как правило, воздействие тока, при прикосновении человека к корпусу прибора, в этом случае будет составлять ничтожно малое время, поэтому негативное проявление опасного напряжения, практически не наблюдается.

Если квартира подключена к общему заземлению, то произойдёт автоматическое отключение электричества в момент, когда произойдёт «пробой» на корпус.

Для чего нужно УЗО в квартире, теперь понятно, но для чего использовать данное устройство для частного домовладения?

Узо в частном доме

Многие частные застройщики не понимают, для чего нужно УЗО в доме, ведь такой объект можно без труда оборудовать качественным заземлением, которое обеспечит «утилизацию» опасного напряжения с корпуса любого электроприбора. Так для чего же нужно устройство защитного отключения в частном доме?

Подключение качественного заземляющего проводника, позволяет предохранить человека от тяжёлых электротравм при прикосновении к корпусу, на который произошла утечка, но в этом случае отключение тока не происходит, а между «землёй» и фазой, в самом устройстве, может образоваться электрическая дуга, которая часто является причиной возникновения пожара.

Чтобы обезопасить внутренние проводники от такого эффекта, необходимо все приборы, оснащённые заземляющим проводом отключать из розетки после использования из, либо нужно ставить УЗО в цепь электрического прибора. Далее пойдёт речь о том для чего устанавливать защитное устройство в ванной комнате.

Узо в ванной комнате

В ванной комнате также следует установить прибор для защиты от поражения электрическим током. Даже если ванная комната находится в квартире или доме, не оснащённом заземлением, прибор всё равно отключит подачу электричества в момент утечки. Так для чего же нужно устанавливать защитное устройство в ванной?

Чтобы максимально повысить эффективность такого предохранительного механизма, следует выбрать модель, чувствительность которого составляет не более 30 мА. Если в ванной комнате не подключаются мощные приборы, то идеальным вариантом для помещения с повышенной влажностью, будет установка защитного изделия с током утечки 10 мА.

Польза короткого замыкания

На основе короткого замыкания зародилась дуговая сварка, которая используется на производстве. Точка контакта стержня и металлическая поверхность нагревается до температуры плавления, металлическая конструкция соединяется в единое целое. Например, современные кузова автомобилей скреплены именно посредством короткого замыкания – дуговой сварки.

Как мы увидели, короткое замыкание может приносить разрушения, если сила тока используется не по назначению. Если правильно управлять энергией, можно достичь отличных технических достижений.

Рассмотрим особый случай параллельного соединения проводников — так называемое короткое замыкание.

Им называется параллельное включение в цепь проводника с очень маленьким сопротивлением. Рассмотрим пример. Пусть лампы и выключатель соединены так, как показано на схемах

Обратите внимание, что выключатель и вторая лампа соединены параллельно, кроме того, замкнутый выключатель на правой схеме — проводник с очень маленьким сопротивлением. Следовательно, согласно определению,на правой схеме существует короткое замыкание лампы

Пусть, например, напряжение источника тока подобрано так, что при разомкнутом выключателе обе лампы светятся не очень ярко — в полнакала (поэтому на первой схеме они наполовину закрашены). Если же выключатель замкнуть, то левая лампа будет гореть ярко, а правая лампа вообще погаснет. Таким образом, увеличение яркости левой лампы указывает нам, что при существовании в цепи короткого замыкания сила тока резко возрастает.

Согласно закону Джоуля-Ленца, возрастание силы тока может привести к перегреванию проводов и возникновению пожара. Объясним, почему левая лампа загорается ярче. Вспомним, что при параллельном соединении проводников их общее сопротивление становится меньше меньшего из них, то есть даже меньше, чем сопротивление выключателя (у которого оно и так почти равно нулю). Согласно закону Ома, уменьшение сопротивления приводит к возрастанию силы тока. А возрастание тока, согласно закону Джоуля-Ленца, приводит к более сильному накалу спирали левой лампы. Объясним теперь, почему гаснет правая лампа. Поскольку при параллельном соединении проводников напряжение на каждом из них одинаково, то напряжения на правой лампе и на выключателе одинаковы. По закону Ома U=I·R. Как мы выяснили в предыдущем абзаце, сопротивление этого соединения почти равно нулю, то есть R»0. Подставляя ноль в формулу, получим: U=I·0=0. То есть, напряжение на выключателе и лампе равно нулю (точнее, очень маленькое). Такого напряжения явно недостаточно, чтобы поддерживать свечение лампы, поэтому она гаснет.

Для защиты электроприборов от короткого замыкания применяют предохранители.

Их назначение — отключать электроэнергию в случае, если ток возрастает больше допустимой величины. На рисунке справа вы видитеавтоматический предохранитель с винтовым цоколем как у лампы. Такие предохранители (в просторечии «пробки») вворачивают в специальные патроны, которые укрепляют на стене. Существуют такжеплавкие предохранители. В них основной деталью является тонкая (диаметром около 0,1 мм) проволочка из олова или свинца (см. рисунок ниже). В случае сильного возрастания тока она практически мгновенно плавится, и цепь размыкается, прерывая ток. В отличие от «многоразовых» автоматических предохранителей, плавкие предохранители являются одноразовыми электроприборами.

Если предположить, что провода, подводящие ток к квартирной проводке, сделаны из алюминия и имеют диаметр 1 мм, то площадь сечения свинцовой проволочки окажется в 100 раз меньше. Кроме того, заглянув в таблицу, мы увидим, что удельное сопротивление свинца примерно в 10 раз больше, чем у алюминия. Следовательно, сопротивление проволочки примерно в 1000 раз больше сопротивления алюминиевого провода такой же длины. Поскольку провод и предохранитель (то есть проволочка внутри него) соединены последовательно, то сила тока в них одинакова. Так как по закону Джоуля-Ленца Q=I2Rt, следовательно, количество теплоты, выделяющееся в проволочке, в каждый момент времени в 1000 раз больше, чем в проводе. Именно поэтому проволочка плавится, а электропроводка остаётся в сохранности. В настоящее время плавкие предохранители практически не применяются в технике, уступив место автоматическим.