Узо без заземления работает или нет — схема подключения

Почему ошибочно считается, что узо без заземления не работает

Чтобы обосновать ошибочное утверждение, что узо не работает без заземления, нужно понимать принцип действия защитной автоматики и хорошо ориентироваться в системах заземления. Причем основное противоречие происходит при неправильной трактовке отсутствия заземления. Поэтому для начала разберемся с распространенными системами заземления.

Системы заземления TN и TT:

Нас интересует электропроводка, где есть только фаза и ноль. Проанализировав вышеперечисленные системы заземления можно выделить TN-C. Такой выбор конечно некорректный, так как корпуса электроприборов по определению должны дополнительно соединятся с глухозаземленной нейтралью. А это уже три жилы, а не две (без зануления). Но этот факт почему-то игнорируется, и обоснование запрета использования УЗО без заземления сводится к анализу схемы подключения по TN-C.

УЗО в сетях системы TN-C не работает, и об этом подробно описано в следующем пункте. А пока вернемся к двухпроводной сети и ее ошибочном отождествлении с TN-C. На самом деле старый жилищный фонд подключен по системе TN-C. На шины ВРУ многоквартирного жилого дома приходит четыре проводника: три фазных, один PEN. От шины уходят фазные и PEN проводники стояков. В этажных щитах от этих проводников делают ответвления в квартиры. При этом никакого разделения PEN на PE и N не происходит, и PEN никаких защитных функций не выполняет. Поэтому PEN проводник в данной системе не что иное, как рабочий нулевой проводник. Электропроводка самих квартир в таком случае выполняется кабелями с двумя жилами (фаза, PEN) при однофазном питании квартиры или с четырьмя жилами (А, В, С, PEN) при трехфазном питании. То есть система TN-C заканчивается на вводе в дом, а в самих квартирах просто фаза и ноль. И здесь уже не действуют правила целесообразности использования УЗО в электрической сети системы TN-C.

Электрические сети системы TN-C

Мы уже разобрались, что электрическая сеть системы ТN-С имеет РЕN-проводник, который выполняет одновременно функции нулевого рабочего и нулевого защитного проводника на всем протяжении сети. При этом корпуса и металлические части приборов должны быть соединены с глухозаземленной нейтралью дополнительными нулевыми проводниками. В быту такое зануление запрещено, и применяется оно только на заводах, в различных производственных зданиях (там находятся бригады дежурных электриков, которые планово проводят осмотр и техническое обслуживание электрооборудования). Также система TN-C может применятся (сейчас это запрещено) в многоэтажных жилых зданиях старого жилого фонда, но только до ввода в квартиру.

Заземление электроустановок в однофазной электрической сети системы ТN-С:

На вышеприведенной схеме перечеркнутое УЗО-Д указывает нецелесообразность его использования в сетях системы ТN-С. Это обусловлено тем, что основные токи, вызванные коротким замыканием, пройдут минуя его, а ток через защитное зануление (Iзн) препятствует образованию разности токов и срабатыванию УЗО.

Применение УЗО-Д в таких сетях не допустимо по двум причинам:

1. Ток короткого замыкания, который протекает от открытых проводящих частей (корпусов) поврежденной электроустановки через человека, через Ro и Rпз в РЕN-проводник, не воздействует на устройство защитного отключения как дифференциальный (разностный) ток. Для УЗО-Д ток (Iкз) будет неразличим и только незначительная его часть будет возвращаться к источнику электропитания (ТV) через УЗО-Д. Ток Iкз может протекать к ТV и через другое электрооборудование, корпуса которого (открытые проводящие части или сторонние проводящие части) имеют случайное или преднамеренное соединение с РЕN-проводником. В этом случае УЗО-Д как защита от поражения электрическим током не работает.
2. Если корпуса электрооборудования заземлены (занулены) посредством РЕN-проводника и корпуса имеют контакт с землей, часть тока нагрузки может возвращаться к источнику питания через землю при нормальных условиях эксплуатации. Эта часть тока будет восприниматься защитно-отключающим устройством как дифференциальный (разностный) ток и устройство будет срабатывать, если эта часть тока, проходящая через землю, будет больше тока уставки защитно-отключающего устройства.

Как видно, УЗО в системе TN-C не работает. И многие авторы, ссылаясь на обоснованный запрет УЗО в TN-C, переводят это правило в бытовой сектор. Но в быту нет TN-C как такового. В быту, если речь идет о старом жилом фонде, только фаза и ноль. То есть в многоквартирный дом заходит TN-C и на этом система заканчивается. Далее по квартирам идет только фаза и ноль (часть системы TN-C без зануления корпусов электроприборов). Поэтому не нужно отождествлять «двухпроводку» (без заземления или зануления) с системой заземления TN-C. В квартирах, где только фаза и ноль УЗО не только можно, но и нужно ставить для дополнительной защиты.

Принцип работы УЗО

Второе противоречивое мнение о целесообразности использования УЗО без заземления вытекает из его устройства и принципа работы.

Внутри устройства защитного отключения находится трансформатор тока, выполненный на тороидальном ферромагнитном сердечнике с тремя обмотками (двумя первичными и одной обмоткой управления). Первая первичная обмотка, в которой протекает ток к нагрузке, образована фазным проводом. Во второй обмотке (нулевой провод) протекает обратный ток от нагрузки.

Прежде чем перейти к дальнейшему объяснению принципа работы УЗО (УДТ) рассмотрим наглядную схему. И стоит отметить, что в ней зелеными штрихами указан путь движения тока утечки при схеме подключения с заземлением (занулением). Красные же штрихи иллюстрируют ситуацию, когда заземление отсутствует.

Схема узо без заземления (с заземлением):

Действие УЗО основано на сравнении токов, которые протекают через устройство. В штатном режиме токи, протекающие в первичных обмотках равны по значению, но противоположно направлены. Они наводят в сердечнике трансформатора тока встречно направленные и компенсирующие друг друга магнитные потоки. В этом случае суммарный магнитный поток (ΣФ) равен нулю и на вторичной обмотке не возникает ток для срабатывания электромагнитного реле.

Теперь перейдем к аварийным режимам с применением УЗО. И в первую очередь рассмотрим проводку с заземлением (или занулением), где произошел пробой фазы на корпус электроприбора (зеленые штрихи на схеме):

• Токи в фазном и нулевом проводах будут различны, так как появится дифференциальный ток утечки IΔ.
• Разные по значению токи в первичных обмотках будут наводить в сердечнике разные по значению магнитные потоки.
• Результирующий магнитный поток (ΣФ) будет отличен от нуля, что приведет к наводке электрического тока в обмотке управления. Если этот ток достигнет значения, достаточного для срабатывания электромагнитного реле, то оно сработает и приведет в движение расцепитель.
• Силовые контакты УЗО разомкнутся и электроустановка будет обесточена.

Вторая ситуация (красные штрихи на схеме) — человек касается оголенного фазного провода (не зависит, есть заземление или нет) или к корпусу электроприбора, на который произошел пробой изоляции (когда нет заземления или зануления). В этом случае также возникает ток утечки, который течет через тело человека на землю. В трансформаторе создается магнитный поток, который вызывает напряжение на вторичной обмотке. Через выпрямитель напряжение подается на поляризованное (электромагнитное) реле, которое в случае превышения предельного значения тока утечки сработает, и цепь разомкнется.

Как УЗО работает без заземления (зануления)

Алгоритм работы УЗО (УДТ) без заземления уже рассмотрен выше, поэтому в данном пункте рассмотрим особенности этой работы и противоречивые мнения по надежности данной защиты.

Основной параметр УЗО — номинальный отключающий дифференциальный ток (уставка по току утечки). Ток неотпускания, когда человек уже не может самостоятельно разжать руки и отбросить провод, составляет 30 мА и выше. Поэтому для защиты человека от поражения тока, выбирают УЗО с отключающим током 10 мА или 30 мА (противопожарные УЗО имеют уставку 100 — 300 мА).

Говоря о том, что для защиты человека достаточно УЗО с отключающим током в 30 мА, нужно понимать, такая защита не идеальная при отсутствии заземления. Наличие заземления в паре с УЗО защищает человека при косвенном прикосновении — контакте с открытой проводящей частью оборудования, которая в нормальном режиме работы электроустановки не находится под напряжением, но по какой-то причине оказалась под напряжением. В этом случае до прикосновения УЗО уже сработает. Если же заземления нет, то для срабатывания УДТ ток должен пройти через коснувшегося человека. А это небезопасно, так как из-за длительного
воздействия могут произойти необратимые процессы в организме (сердце, нервная система).

Человеческое сердце работает циклично. Цикл занимает 0,75 — 1 секунду. В одном цикле около девяти фаз: фазы при которых открывается и закрывается клапаны артерий; фазы при которых идет сокращение желудочков и другие). Чувствительность сердца в разные фазы неодинаково. Самая опасная фаза длится примерно 0,2 секунды, и в этот период происходит процесс реполяризации мышц желудочков.

Реполяризация — это процесс смены потенциала (заряда) в мышцах желудочка. Потенциал возвращается в состоянии покоя после сокращений.

Мышцы сокращаются, когда их клетки воспринимают электрический импульс от головного мозга. Если ток ≈ 0,6 ампер проходит через человека и по времени перекрывает фазу реполяризации мышц желудочков, наступает фибрилляция сердца (сердце останавливается).

Опыты над животными показали, что если пропускать токи до 10 ампер в течение 0,2 секунды, и если это время не перекрывает опасную фазу, то вероятность остановки сердца невысока. Из этого вытекает важное правило — если сократить время воздействия тока, то можно снизить вероятность несчастного случая.

Длительность прохождения тока через человека зависит от скорости срабатывания защитной автоматики. Время срабатывания современного УЗО порядка 0,03 — 0,05 секунд, и этого хватает, чтобы снизить вероятность прохождения тока в период опасной фазы работы сердца. Конечно это не гарантированная защита в цепи с УЗО без заземления, но даже такая защита лучше, чем ее отсутствие. Поэтому УЗО в домах с проводкой из двух проводов (фаза и ноль, отсутствие заземления) можно и нужно устанавливать.