УЗО своими руками.
При всем желании трудно представить нашу жизнь без электричества. Но оно не только верный помощник, но и страшный враг - при
нарушении
элементарных правил безопасности. Конечно, последнее чаще всего происходит из-за личной халатности людей и по причине повреждения
изоляции токоведущих частей электрооборудования. Статистика показывает, что случаи однополюсного прикосновения к токоведущим частям,
приводящие к смерти, составляют 92-95%. При этом человек, как правило, стоит на токопроводящем полу (мокрый асфальт, кафель, грунт). Или -
несколько иная ситуация, когда пострадавший второй рукой коснулся заземленного технологического оборудования (трубы водопровода,
отопления, газа). Переходное сопротивление между точкой прикосновения к фазному проводу и заземленному основанию (полу) с учетом
сопротивления обуви может изменяться от сотен мегаом (за пределами ощущения токового воздействия) до 1000-800 Ом (смертельный исход).
При токе до 10-12 мА взрослый человек в состоянии сам освободиться от его воздействия. А потому такой ток подчас называют «отпускающим».
При 20-30 мА возникает эффект «схватывания», когда рука пораженного не может быть разжата одним лишь усилием воли. Ток силою 50-100 мА и
длительности воздействия в несколько секунд вызывает резкую аритмию - фибрилляцию желудочков сердца, удушье и смертельный исход.
Разумеется, если не будут приняты специальные меры. Следует также помнить: при всех отягчающих обстоятельствах ток, протекающий через
человеческое тело (в сети 220 В, 50 Гц), не может быть более 344 мА. Проблема защиты от поражения при случайном прикосновении к
токоведущим частям встала с особой остротой перед специалистами-электриками сразу после второй мировой войны (в связи с резким ростом
злектропотребления и развитием бытовой электротехники). Перспективный путь для ее решения предложили в 1949 г. австрийские инженеры,
воспользовавшись принципом дифференциального трансформатора как удобного токового «обнаружителя». В чем же тут суть? А в том, что при
«ждущем» (обычном) режиме ток нагрузки создает в магнитопроводе такого трансформатора Т два равных по величине встречных магнитных
потока. Значит, в дополнительной обмотке II практически будет отсутствовать напряжение.
Но вот произошло ЧП, и человек, как говорится, попал под напряжение (рис.1). Тогда ток, ответвляющийся в землю через человеческое тело,
создаст уже свой магнитный поток, который наведет в обмотке II напряжение. Причем величина последнего, как показали исследования, зависит
от соотношения чисел силовых витков (к нагрузке) проводов и обмотки II, а также от геометрических размеров магнитопровода и материала, из
которого тот изготовлен. На принципе дифференциального трансформатора и были созданы устройства защитного отключения (УЗО).
С 1982 года отечественная промышленность начало производство УЗО для использования в быту в виде переносных излелий для эффективной
защиты человека при пробое электроинструментов или электроприборов с кабельным питанием. Эти УЗО имеют чувствительность на
"отпускающем" уровне в 10 мА и называются «персональной защитой». Электрическая схема одного из серийных УЗО персональной защиты
(рис.2) не столь уж и сложна. «Сердцем» здесь служит обведенный пунктиром усилительно-преобразовательный орган «А». Источником его
питания является однополупериодный выпрямитель на диоде VD6 с делителем напряжения на резисторах R10, R11, сглаживающим фильтром
СЗ и стабилитроном VD5.
Работа схемы УЗО происходит следующим образом. На зажимы X1 подают напряжение сети 220 В. При нажатии на кнопку SB1 операционный
усилитель DA1 получает питание 15 В. Благодаря выбранной рабочей точке на выходе 6 устанавливается высокий уровень напряжения (+12 В).
Через диод VD5 и R12 он прикладывается к управляющему электроду тиристора КУ103В, который открывается. Тотчас же срабатывает реле К1,
подключая нагрузку (защищаемый электроприбор) к сети, и блокирует контакты кнопки SВ1. Включенный последовательно с реле светодиод VD8
загорается, сигнализируя включенное состояние УЗО. При прикосновении человека к токопроводящим элементам или повреждении изоляции
фазного провода на выводах 5,6 трансформатора Т1 появится напряжение, примерно пропорциональное току утечки. Оно тут же поступит на
неинвертируюцдий вход 2 усилителя и переведет DA1 из одного устойчивого состояния (открытого) в другое (закрытое). Напряжение на выводе 6
резко уменьшится. Стабилитрон VD5 закроется, а вслед за ним - и тиристор VD10.
Цепь VD3, R9, С2 фиксирует выключенное состояние усилителя DA1, а реле отпускает якорь, разрывая все свои контакты. Элементы С1, R2
ослабляют влияние помех на входные цепи УЗО. Что же касается диодов VD1, VD2, то они защищают схему от импульсных помех большой
амплитуды. Резисторы R3-R5 образуют делитель на инвертирующий вход 3 усилителя. А R8 создает смещение на вход 2 и вызывает
срабатывание УЗО при обрыве цепи обмотки II трансформатора Т1. Резисторы R6, R7 создают цепь настройки УЗО на срабатывание при
«появлении токовой утечки на землю», 10 мА. Цепь R13, С4 защищает от помех тиристор VD10. Кнопкой SВ2 при включенном УЗО создают режим,
имитирующий утечку в 20-25 мА для проверки работоспособности УЗО.
Для сборки схемы УЗО лучше воспользоваться печатной платой, выполненной из 1,5 мм фольгированного стеклотекстолита (рис.3). Но можно
остановить свой выбор и на «навесном» монтаже.
Дифференциальный трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе из ленточного пермаллоя 79НМ толщиной 0,1-0,15 мм. Но вполне подойдет
и кольцо К28х18х9 из феррита 3000НМ1. При этом обмотку II наматывают по окружности хорошо изолированного кольца проводом ПЭВ-2 - 0,1 мм,
число витков -1500. Наличие короткозамкнутых витков, естественно, здесь не допускается.
Силовые же витки выполняют изолированным гибким проводом марок МГШВ, НИ, сечением 0,75 мм2. Намотку ведут в два провода.
Число витков - 2х5.
В качестве коммутационного аппарата К1 лучше использовать реле с сильноточными контактами. Наиболее подходящим можно считать реле
типа РП-21 с 3 группами контактов на переключение и катушкой, рассчитанной на постоянное 110 В.
Резисторы R1, R10 и R11 взяты типа МЛТ-0,5. В качестве R7 использовано переменное сопротивление СП3-38. Остальные резисторы - наиболее
распространенной в современной аппаратуре серии МЛТ-0,125.
Конденсаторы С1 и С2 типа К73-17, а С3 и С4 - К50-35.
Наименование и тип остальных примененных радиоэлементов указаны на принципиальной электрической схеме.
В заключение следует подчеркнуть: УЗО являются приборами особого класса, они - для защиты человеческой жизни. Вследствие этого нельзя,
видимо, особо полагаться на кустарно изготовленные УЗО. Другое дело - заводские изделия. Они проходят тщательную проверку параметров на
соответствие международным нормам и техническим условиям.
Ю.Водяницкий
МК 1994/10
| << Предыдущая | Cледующая >> |