УЗО, дифавтомат и заземление: кто от чего защищает

Бойлер работает, чайник работает, но стоит одновременно коснуться крана и корпуса стиральной машины — слегка «щиплет». Проводка при этом в порядке, автоматы не выбивает. Автомат и не должен реагировать: такой ток утечки для него ничтожен, он рассчитан на десятки ампер. А для человека несколько десятков миллиампер через грудную клетку — уже опасно для жизни. Эту разницу в масштабах и закрывают три разных средства защиты.

Сразу оговорка: всё, что ниже, — про понимание схем. Монтаж, замену и проверку аппаратов в щитке выполняет электрик при снятом напряжении. Схемы в статье разобраны в симуляторе, где ошибка стоит одного нажатия «Сброс».

Три задачи и три аппарата

Аппарат	От чего защищает	Что измеряет	Типичные значения
Автоматический выключатель	Перегрузка и короткое замыкание — от перегрева и пожара кабеля	Ток в фазе	10, 16, 25 А, характеристика B или C
УЗО	Утечка тока на землю — от поражения человека и возгорания изоляции	Разницу токов в фазе и нуле	10, 30 мА — защита человека; 100, 300 мА — противопожарные
Заземление (PE)	Даёт току утечки путь мимо человека и превращает пробой в заметную аварию	Ничего, это проводник	Отдельный жёлто-зелёный провод до шины PE щитка

Дифавтомат — это автомат и УЗО в одном корпусе. Защищает он от того же, от чего защищала бы их пара, но занимает меньше места и отключает линию целиком при любой из двух аварий.

Автомат защищает провод, а не прибор

Автомат следит за током в фазном проводе. Если ток долго больше номинала, срабатывает тепловой расцепитель: биметаллическая пластина нагревается и размыкает контакты. Если ток в 5–10 раз больше номинала (для характеристики C), мгновенно срабатывает электромагнитный расцепитель — это защита от короткого замыкания.

В примере Розеточная группа прибор на 2 кВт берёт:

I = P / U = 2000 / 230 ≈ 8,7 А

Автомат на 16 А держит это спокойно. Если поставить прибору 5000 Вт, ток станет 21,7 А — в 1,36 раза выше номинала. Такую перегрузку автомат выдерживает не секунды, а минуты: так задумано, потому что кабель тоже греется не мгновенно. В симуляторе видно, что отключение приходит с задержкой.

Номинал автомата выбирают по сечению кабеля, а не по мощности приборов. Для медного кабеля 2,5 мм² в квартирной проводке ставят 16 А, для 1,5 мм² — 10 А. Автомат на 25 А на кабеле 1,5 мм² позволит кабелю перегреться, так и не отключившись.

Главное, что нужно понять про автомат: ток в миллиамперы и даже в несколько ампер для него — нормальная нагрузка. Человек, через которого течёт 200 мА, для автомата на 16 А не отличается от лампочки.

УЗО: сколько ушло, столько должно вернуться

УЗО сравнивает ток, который ушёл по фазе, с током, который вернулся по нулю. Оба провода проходят через кольцевой трансформатор. Пока токи равны, их магнитные поля взаимно компенсируются. Если часть тока нашла другой путь — через корпус на PE, через человека на пол, через влажную изоляцию на трубу, — возникает разбаланс, и УЗО отключает линию.

По стандарту УЗО на 30 мА обязано сработать при утечке от 15 до 30 мА, и чем больше утечка, тем быстрее: не дольше 0,3 с при номинальном токе утечки и не дольше 0,04 с при пятикратном. Почему 30 мА: порог ощущения тока — около 1 мА, при 10–15 мА мышцы сводит так, что руку уже не разжать, а начиная с нескольких десятков миллиампер при длительном воздействии возникает риск фибрилляции сердца. Уставка 30 мА с быстрым отключением держит ток и время ниже опасной зоны.

Отсюда требование главы 7.1 ПУЭ: розеточные группы в жилых домах защищают УЗО с уставкой не более 30 мА.

Чего УЗО не умеет:

• Защищать от перегрузки. Номинальный ток УЗО — 25, 40, 63 А — это ток, который выдерживают его контакты, а не уставка отключения. Перед УЗО или после него обязательно стоит автомат. В примере розеточной группы УЗО на 40 А стоит перед автоматом на 16 А: его номинал выбран с запасом, чтобы автомат гарантированно сработал раньше, чем перегреются контакты УЗО.
• Защищать от прикосновения к фазе и нулю одновременно. Если человек взялся одной рукой за фазу, другой за ноль и не касается земли, ток уходит и возвращается по проводам, разбаланса нет. Для УЗО человек здесь — обычная нагрузка.
• Работать без защитного проводника так, как задумано. Об этом следующий раздел.

Заземление: без пути для утечки защита ждёт человека

Представим прибор, у которого фаза пробила изоляцию и оказалась на металлическом корпусе. Что будет дальше, зависит от того, подключён ли корпус к PE.

Корпус заземлён, УЗО есть. Ток утечки уходит с корпуса по жёлто-зелёному проводу на шину PE. Этот ток не возвращается по нулю, УЗО видит разбаланс и отключает линию — сразу, до того как кто-то коснётся прибора. Так работает пример Пробой на корпус: зачем нужно УЗО: прибор на 800 Вт с пробитой изоляцией, УЗО отключается почти сразу, а автомат 16 А даже не нагревается.

Если пробой глухой, металл к металлу, ток по петле фаза — PE в системе TN измеряется сотнями ампер, и сработает ещё и электромагнитный расцепитель автомата. Но пробой редко бывает идеальным: через нагар, влагу или частично повреждённую изоляцию ток утечки составляет от миллиампер до нескольких ампер. Такой ток автомат не видит никогда. Видит его только УЗО.

Корпус не заземлён, УЗО нет. Фаза на корпусе висит и ждёт. Ток не течёт, прибор, возможно, работает как обычно. Как только человек касается корпуса, стоя на полу или держась за трубу, он становится единственным путём тока на землю.

При сопротивлении тела 1 кОм, как в модели, ток через человека:

I = U / R = 230 / 1000 = 0,23 А = 230 мА

Это почти в восемь раз больше уставки УЗО и далеко в опасной зоне. Автомат на 16 А его не заметит: 0,23 А — полтора процента от номинала.

Корпус не заземлён, УЗО есть. УЗО сработает, но только когда ток пойдёт через человека. Если УЗО исправно, это случится за десятки миллисекунд, и человек отделается испугом. Но защита держится на одном аппарате, без запаса. Пример Бойлер на дифавтомате показывает это наглядно: пока PE подключён, дифавтомат отключает пробитый ТЭН сразу; стоит отсоединить PE — отключение происходит только после того, как путь току даст человек.

Корпус заземлён, УЗО нет. В системе TN при хорошем глухом пробое сработает автомат. При неполном пробое на корпусе будет опасное напряжение, пока кто-нибудь не заметит. В системе TT, где PE подключён к собственному заземлителю дома с сопротивлением в десятки ом, ток глухого пробоя около 8 А — для автомата на 16 А это обычная нагрузка. Поэтому в TT УЗО обязательно, об этом пример TT: своя земля.

Дифавтомат или УЗО плюс автоматы

Дифавтомат, как в примере с бойлером — 16 А, характеристика C, утечка 30 мА, — удобен для отдельной ответственной линии: бойлер, стиральная машина, ванная. Одна защита на одну линию, и при утечке гаснет только эта линия.

Одно УЗО на несколько автоматов дешевле и компактнее, но при утечке на любой из групп отключаются все. Кроме того, у сети есть естественная фоновая утечка — несколько сотен микроампер на каждый прибор с фильтром питания. Суммарная утечка группы в нормальном режиме не должна превышать трети уставки, то есть около 10 мА для УЗО на 30 мА. Если на одно УЗО повесить полквартиры, оно начнёт срабатывать «само», и его отключат — худший из возможных исходов.

Про тип: УЗО типа AC реагирует только на синусоидальную утечку. У стиральных машин, варочных панелей, приборов с инверторами ток утечки может содержать пульсирующую постоянную составляющую, на которую тип AC отвечает хуже. Для таких линий берут тип A.

Селективность: два УЗО подряд

Частая схема: вводное УЗО на весь щиток плюс групповые УЗО на линии. Выглядит надёжно, но если оба аппарата обычные, при утечке в ванной отключаются оба одновременно — и гаснет вся квартира вместе с холодильником.

Чтобы вышестоящее УЗО пропустило аварию нижестоящему, их разводят по двум параметрам:

• по времени — вводное берут типа S (селективное), у него встроенная выдержка, и оно ждёт, пока сработает групповое;
• по уставке — вводное хотя бы втрое грубее группового. В примере это 100 мА на вводе и 30 мА в группе. Два УЗО по 30 мА не селективны даже при разных типах.

Вводное УЗО на 100–300 мА выполняет и противопожарную роль: ловит утечку в кабелях до групповых аппаратов, где длительный ток в сотни миллиампер через повреждённую изоляцию может разогреть её до возгорания.

Типичные ошибки

• Перемычка ноль — земля в розетке («зануление» без PE). При обрыве нуля на корпус прибора через нагрузку придёт фаза. Такой контакт опаснее, чем отсутствие заземления вовсе.
• УЗО вместо автомата. УЗО не отключит перегрузку, и его контакты сгорят вместе с кабелем.
• Ноль после УЗО смешан с нулём другой группы. Часть тока возвращается мимо УЗО, и оно выбивает без утечки. Нули после каждого УЗО собирают на отдельной шине.
• Два одинаковых УЗО последовательно. Селективности нет, при аварии гаснет всё.
• Не нажимают кнопку «Тест». Механизм УЗО может закиснуть. Кнопку проверки нажимают раз в несколько месяцев, аппарат должен отключиться.

Коротко

Автомат защищает кабель от перегрузки и короткого замыкания и не видит токов в миллиамперы. УЗО сравнивает ток в фазе и нуле и отключает линию, не дожидаясь утечки больше 30 мА, — это защита человека. Заземление даёт току утечки путь мимо человека, чтобы защита сработала до прикосновения, а не после. Дифавтомат совмещает автомат и УЗО. Ни одно звено не заменяет другое: без PE УЗО ждёт человека, без УЗО неполный пробой на заземлённый корпус может висеть неделями. Работы в щитке выполняет электрик при снятом напряжении.

Попробуйте в симуляторе