Устройство контроля мощности (узо) для отключения водонагревателя

Принцип действия

Схема устройства приведена на рисунке. Его основа – измерительный трансформатор типа ТТН (трансформатор ток – напряжение) ТМ1. Первичная обмотка ТМ1 (W1) – виток или полтора эмалированной меди большого сечения – включена в разрыв фазного провода L. Ее индуктивность и активное сопротивление ничтожны и не оказывают никакого влияния на электроснабжение квартиры.

Электрическая принципиальная схема устройства автоматического отключения электробойлера

Выпрямительный диод VD1 и накопительный конденсатор С1 совместно с ТМ1 составляют измерительный узел. Коэффициент преобразования выбран 1:1,5, т.е. при токе в измеряемой цепи 30 А напряжение на С1 составит 45 В. Такой, достаточно высокий, коэффициент преобразования выбран для устранения гистерезиса устройства по току.

Ограничительный резистор R1, регулировочный потенциометр R2, стабилитрон VD2, светодиод LED1, шунт утечки R3 и транзистор VT1 составляют узел управления и индикации срабатывания. Принцип его работы очевиден: R2 настраивают устройство на нужный ток. Когда напряжение на его движке превысит напряжение пробоя стабилитрона плюс 2 В (падение напряжения на светодиоде), VT1 открывается, замыкая на общий провод цепь управляющего электрода тиристора VS1, тот закрывается и размыкает цепь питания бойлера. LED1 при этом загорается за счет тока базы VT1, сигнализируя о срабатывании устройства.

S1.1/S1.2 – на ток 10 А со встроенной световой индикацией, как указано выше. Можно взять и помощнее, но давать для S1.1/S1.2 большой запас по току особого смысла нет: включается он в исключительных случаях и часто не переключается.

Зачем ставят УЗО

Схема нагрева воды напрямую влияет на количество потребляемой электроэнергии и силу электрического тока, проходящего через систему бойлера, а если водонагреватель без УЗО, то риск получения травмы при его неисправности значительно возрастает.

УЗО для водонагревателя необходимо выбирать с учетом:

• Мощности водонагревательного элемента;
• Силы тока в электрической сети;
• Расстояния от водонагревателя до системы водопровода.

В схеме подключения водонагревателя к электросети, УЗО играет роль защиты человека от поражения электрическим током, но при этом заземление водонагревателя будет хорошим дополнительным средством защиты. Однако устанавливать бойлер без заземления специалисты настоятельно не рекомендуют.

Предназначение устройства защитного отключения просто – обесточивание замкнутой цепи электропитания при появлении короткого замыкания или утечки тока внутри этой цепи.

Обеспечивается это за счет постоянного сравнения входящего тока с током исходящим от приборов. И в том случае если величины становятся разными, происходит автоматическое обрывание сети.

Это обеспечивает защиту при выходе электротока на корпус электроприборов.

Однако если при поражении током человека, утечки из замкнутой цепи не происходит, УЗО не сработает, ведь сила тока не меняется, а значит утечки не обнаружено.

Выбор устройства

Выбирать УЗО на бойлер следует с учетом основных характеристик водонагревателя и электрической сети. Таким образом, при правильно подобранном УЗО, эксплуатация водонагревателя будет безопасной и надежной. Следует придерживаться следующих требований к выбору защитного устройства:

• Мощность приспособления зависит от номинальной мощности электрической сети. Делятся на однофазные и двухфазные модели.
• Напряжение электрической сети. Однофазные УЗО предназначены для бойлера работающего от сети с напряжением в 220 В, а трехфазные для 380 ватной сети.
• Степень защиты УЗО. Рекомендуется использовать защитные устройства со степенью защиты в 30 мА. Также можно выбрать устройство на 10 мА, но в бытовой ситуации такая степень защиты не всегда необходима.
• Место применения УЗО. Для более правильного выбора подходящего устройства защитного отключения применяется маркировка как буквенная, так и цифровая. Для использования УЗО в частном доме или квартире подходит аппарат с маркером С16 или С25.
• Конструктивные особенности УЗО. Водонагреватель считается электроприбором с высоким энергопотреблением и поэтому лучше выбирать защитные устройства класса А. В некоторых случаях можно выбрать класс АС, но такие приспособления не всегда качественно справляются с высокими нагрузками.

Установка аппарата

Во время подключения водонагревателя к электросети монтаж устройства защитного отключения можно выполнять двумя способами, а именно:

• Подключить устройство напрямую в розетку;
• Подключить устройство к электрораспределительному щитку при помощи трехжильного медного кабеля.

При включении защитного устройства в розетку, важно помнить, что запитать через него можно будет только приборы с небольшой номинальной мощностью.

Если подключать более мощные электроприборы, розетка начнет греться, что со временем приведет к оплавлению корпуса и соединение вилки и гнезда розетки станет менее плотным. Также важно, чтобы в розетке была система заземления.

А при установке розеток в ванной комнате, нужно выбирать модель розетки с повышенной степенью защиты от влаги.

Подключение УЗО от щитка при помощи трехжильного медного провода снижает риски повреждения сети, поскольку отсутствуют вилка и розетка. Также включение и выключение бойлера будет осуществляться непосредственно автоматом. Защита человека от поражения током будет возлагаться целиком на УЗО.

Этот тип бойлеров обладает небольшой мощностью, а нагрев воды производит постепенный в течение определенного отрезка времени.

Нагрев воды выполняется при помощи трубчатых электронагревателей, установленных внутри бака с повышенной термоизоляцией. К сожалению, конструкция нагревательных элементов устроена так, что со временем под постоянным влиянием электрического тока, коррозии и перепадов температуры этот элемент начинает портиться.

Это приводит к тому, что вода начинает контактировать с электропроводящими деталями конструкции бойлера. В таком случае корпус водонагревателя становится под напряжением и если бойлер без заземления, человек может получить удар электрическим током.

Поскольку любая техника не может служить вечно, ее необходимо периодически проверять на предмет неисправностей. Особенно это относится к электроприборам.

В данном случае проверять, будет ли срабатывать УЗО на водонагревателе, необходимо примерно раз в месяц.

Сделать это можно при нажатии кнопки «Тест», которая создает в устройстве контролируемую ситуацию утечки тока и если устройство исправно, оно автоматически отключается.

Ситуации когда выбивает УЗО периодически случаются и причин этому может быть много, но к самым распространенным относятся:

• Повреждение изоляционного слоя трубчатого электронагревателя. Это происходит во время эксплуатации водонагревателя, электрический ток, вода и высокая температура начинают постепенно разрушать изоляцию нагревательного элемента и вода начинает контактировать непосредственно с электропроводящими деталями. Для проверки трубчатого электронагревателя достаточно извлечь его из бака бойлера, очистить от накипи и провести тщательный осмотр. Если на его поверхности есть небольшие трещинки, значит, изоляционный слой пришел в негодность и нагреватель необходимо заменить.
• Утечка тока. Это может быть вызвано несколькими причинами. Например, бойлер подключен к старой электропроводке, изоляция которой со временем испортилась и из-за оголения проводов происходит короткое замыкание. Либо при установке других устройств или элементов мебели механическим путем (гвоздем или дюбелем) была повреждена целостность изоляционного покрытия проводки. Также причиной может послужить некачественное или ошибочное подключение УЗО.
• Замыкание оголенной проводки на корпусе водонагревателя. Если в бойлере без заземления оголившийся провод начинает контактировать с корпусом – это может приводить к тому, что автомат будет постоянно срабатывать, а также повышает риск получения удара электрическим током.
• УЗО выбран не в соответствии с требованиями мощности и напряжения. В данном случае УЗО при включении водонагревателя может периодически срабатывать, поскольку не будет справляться с нагрузками.
• Неисправность самого устройства защитного отключения. Спусковой механизм мог износиться и при малейшей вибрации может выключаться. Либо кнопка теста стала западать.

Предыдущая новость Следующая новость

Подбор W2

Подбор делаем исходя из соотношения 1 А – 1 В переменного напряжения; тогда после выпрямления на С1 получим как раз 40-45 В. Мотаем W2, допустим, 200 витков, для скорости работы. Ищем дома достаточно мощный потребитель. Допустим, есть электрочайник на 1300 Вт. При 220 В в сети его ток потребления 1300/220 = 6 А по закону Ома.

Включаем W1 ТМ1 в разрыв цепи питания чайника (только не забываем налить воду; чайник без воды нельзя включать и в качестве балласта), мультиметром в режиме измерения переменного напряжения меряем «переменку» на W2. Допустим, оказалось 1,7 В. При 30 А с такой обмоткой получим 30/6 = 5х1,7 = 8,5 В, а нам нужно 30 В.

Критерии выбора и правила подключения УЗО для водонагревателя

Монтаж бойлера, работающего на электричестве, в обязательном порядке следует производить с использованием средств защитного отключения электросети. Наличие подобных устройств позволяет избежать поражения человека током и возгорания проводки.

Но моделей УЗО для водонагревателя с различными характеристиками существует немало. Выбирать прибор защиты нужно грамотно, не путая его с иными автоматами и выключателями.

Мы подскажем вам, как работает УЗО, в чем заключаются отличия защитного устройства от дифавтомата, объясним, а также объясним, какие параметры обязательно надо учитывать при выборе дифференциального выключателя. Кроме того, мы подготовили подробную схему подключения УЗО к бойлеру и обозначили вероятные ошибки монтажа.

Электрический бойлер соединяет в себе воду и электроток, а при малейших неисправностях в водогрейном ТЭНе это прямой путь к возгоранию и электротравмам. Безопасности питания водонагревателя надо уделять особое внимание.

При правильной эксплуатации этот электроприбор полностью отрабатывает свой срок службы, но если при его монтаже допущены ошибки, то могут возникнуть проблемы, приводящие к ремонту.

Человек поражается не электрическим напряжением, а током – и чем выше он в амперах, тем больший вред наносится человеческому организму, находящемуся в контакте с поломавшимся водонагревателем ( )

Главное предназначение УЗО – разрыв цепи питания электроустановки (ее защитное отключение от сети) при возникновении тока утечки. С одной стороны, этот защитный выключатель предотвращает поражение электротоком человека, а с другой, предупреждает перегрев жил проводов.

Если ТЭН или подходящий к нему кабель вдруг повредились, то конденсат снаружи и вода внутри бойлера превращаются в естественный токопроводящий элемент, и при соприкосновении с ними либо корпусом водонагревателя человека бьет током утечки.

Как следствие – неприятные ощущения, аритмия сердца и возможный летальный исход. Все зависит от силы воздействующего электротока в амперах.

УЗО разрывает цепь в случае обрыва нулевого защитного провода, снижения уровня изоляции и малого значения тока замыкания – причем, в отличие от иных защитных автоматов, срабатывание происходит значительно быстрее (в пределах нескольких миллисекунд)

При появлении в контуре мощного тока утечки провода начинают работать на запредельных режимах. Но сечение жил просто не рассчитано на такие нагрузки. В результате провод начинает сильно нагреваться, прожигая изоляцию. А это неизбежно ведет к повышению риска возникновения в доме пожара.

Таким образом, без УЗО подключать к электросети водонагреватель не рекомендуется.

Самыми распространенными ситуациями срабатывания УЗО являются:

• повреждение провода и замыкание оголенной жилы на корпус бойлера;
• повреждение слоя изоляции в трубчатом электронагревательном элементе;
• неправильный подбор параметров защитного устройства;
• неправильная схема подключения водонагревателя к электропитанию;
• неисправность самого прибора защиты от тока утечки.

Во всех этих случаях при отсутствии УЗО прикосновение человека к корпусу водонагревателя или нагретой в нем воде чревато серьезной травмой.

Надо четко разделять между собой УЗО (дифференциальный выключатель) и дифавтомат (дифференциальный автомат, автоматический выключатель дифференциального тока, АВДТ). У них несколько разное предназначение, они работают принципиально по-разному и внутреннее устройство у них также различается.

УЗО реагирует исключительно на ток утечки. Дифавтомат – это более сложный аппарат, частью которого является как раз устройство защитного отключения. Дифференциальный автомат срабатывает не только от описных выше токовых утечек, но и при коротких замыканиях и перегрузках в электрической сети.

В АВДТ помимо УЗО дополнительно присутствует тепловой и электромагнитный расцепители, реагирующие на те самые сверхвысокие токи и КЗ.

Дублировать защитные приборы не рекомендуется

Основным узлом УЗО является дифференциальный трансформатор с тремя обмотками (подводом, отводом и управлением). Проходящий через защитный прибор электроток возбуждает на них магнитные потоки с прямо противоположными полюсами.

При отсутствии утечек, когда водонагреватель исправен, сумма токов равняется нулю.

• Но при поломках ТЭНа или пробоях изоляции, если человек возьмется за оголенный провод (либо металлический корпус бойлера), то через его тело электроток начнет утекать в землю – в результате сумма токов из нулевой станет положительной.
• Тогда баланс в трансформаторе нарушается и действующая на внутреннее реле ЭДС моментально размыкает цепь, происходит срабатывание УЗО.
• Дополнительная информация об отличиях УЗО и дифавтомата, а также выборе коммутационного прибора отключения нагрузки изложена в этой статье.

Устанавливаемые с водонагревателями и другими электроприборами УЗО подразделяются по характеру тока утечки, току рабочему, количеству фаз, а также наличию/отсутствию задержки и технологии срабатывания аппарата защиты.

Если водонагреватель мощный и трехфазный, то устройство защитного отключения для него следует подбирать также рассчитанное на три фазы (с четырьмя полюсами-клеммами), у обычного однофазного прибора всего по одному вводу и выводу ( )

Все модели УЗО по типу тока утечки делятся на три вида:

• «А» – рассчитаны на срабатывание от переменного и пульсирующего электротока;
• «АС» – недорогие бытовые устройства, срабатывающие только от переменного тока;
• «В» – промышленные варианты, запроектированные на работу в сетях с переменным, постоянным и выпрямленным электрическим током.

Если в маркировке УЗО на корпусе присутствует «S», то это прибор с выставляемой селективной задержкой срабатывания. Он разрывает цепь лишь через строго установленное время, а не сразу. Такие устройства используются в каскадных системах защиты с несколькими контурами. В быту их практически не применяют.

По принципу разрыва цепи УЗО бывают:

• электромеханическими;
• электронными.

Электромеханические модели не нуждаются в отдельном внешнем питании и являются более надежными. Однако и стоят они дороже, нежели вторые. Но, несмотря на высокую цену, устанавливать рекомендуется именно электромеханические устройства.

Электронные аналоги при скачках напряжения снижается эффективность прибора – в таких ситуациях у них увеличивается время срабатывания. Плюс при случайном повреждении нулевой жилы подобное УЗО просто перестанет без питания работать.

Рабочий ток УЗО определяет максимально допустимую нагрузку в цепи, которая будет через него проходить. Он должен соответствовать мощности водонагревателя.

Например, если бойлер потребляет до 2,3 кВт, то защитное устройство должно быть рассчитано на 10 А. Для нагревателей в 5,5–7 кВт нужен прибор на 32 А. Но для котлов в 7–8 кВт требуется УЗО на 40 А.

Два главных параметра устройства защитного отключения – это номинальный ток «рабочий» (в амперах, «А») и «утечки» (в миллиамперах, «мА»).

У бытовых моделей они напрямую связаны, но есть и специальные приборы, у которых эта корреляция отсутствует

Ток утечки указывается в мА (миллиамперах).

Согласно электротехническим правилам, его расчет надо производить исходя из 0,4 мА на каждый Ампер рабочего электротока. Плюс к этому еще добавляются по 10 мкА на метр провода до водонагревателя.

Не зря УЗО рекомендуют ставить непосредственно рядом с бойлером, чтобы исключить в расчетах влияние второго параметра.

Рассматриваемое защитное устройство по форме и размерам бывает под монтаж на DIN-рейку в щите и в виде блока с вилкой в обычную розетку.

Если навыков монтажа электропроводов нет, то можно воспользоваться УЗО в виде переходника в розетку – с подключением водонагревателя проблем точно не будет, необходимо только правильно подобрать параметры защитного блока

Еще один момент выбора УЗО – это наличие у практически каждого электроприбора естественных утечек по току. Если они есть, то указываются в техническом паспорте водонагревателя.

Номинальные параметры устройства защиты должны превышать эти паспортные данные минимум в три раза, иначе будут постоянно возникать ложные срабатывания.

Среди лучших производителей дифференциальных выключателей числятся:

• шведско-швейцарская ABB;
• французские Legrand и Schneider Electric;
• немецкие Siemens и AEG;
• российские «КЭАЗ», IEK и DEKraft.

У европейских производителей цены несколько выше. При этом изделия российских компаний часто им ничуть не уступают в качестве.

Для водонагревателя устройство защиты от утечки тока можно установить непосредственно в квартирном (коттеджном) электрощите либо прямо на стене у нагревательного прибора.

Принцип последовательности подключения в обоих случаях одинаков – бойлер, УЗО, автомат линии, счетчик и общий автоматический выключатель. При этом УЗО и автомат конкретной линии с розеткой для нагревателя воды можно поменять местами, обе схемы верны.

Классический вариант подключения УЗО для бойлера – это установка его на выделенной специально для нагревательного котла линии после автомата ( )

Бытовой водонагреватель следует подключать на отдельную ветку от электрического щитка. Причем в идеале на ней не должно быть розеток и иных электроприборов.

Бойлер является достаточно опасным аппаратом. Лучше всего, если защитное устройство работать будет только на него. Это и повысит безопасность эксплуатации нагревателя, и упростит выявление проблемных участков во всей проводке по дому.

Если УЗО установить рядом с водонагревателем, то провод от защитного прибора до автомата в щитке окажется без «присмотра». При повреждении на нем изоляции бойлерное устройство защиты просто не сработает. Оно даже не заметит утекающий электрический ток.

Однако бойлеры часто монтируют в ванных комнатах, где высокая влажность. Хорошо еще, если в электрощите стоит дополнительное общее УЗО на весь дом, хоть оно выключит сеть. Иначе подобный пробой неизбежно приведет к поражению током человека, решившего принять душ.

Конструктивное исполнение

При работе устройства выделяется примерно 5 Вт тепла. Это немного, но в глухом корпусе при постоянном включении в сеть тепловой режим может оказаться тяжеловат, поэтому нужно предусмотреть вентиляционные отверстия. Корпус – любая подходящая диэлектрическая коробочка. Монтаж – на печатной плате.

Вход с выходом сети и отвод на бойлер подключаются через стандартные клеммники. Чтобы не перепутать провода, их желательно разнести подальше друг от друга и замаркировать. Движок R2 – под шлиц, т.к. регулировка (см. далее) осуществляется один раз при установке устройства. В корпусе – отверстие напротив движка R2, или его выводят на корпус, а после регулировки заклеивают скотчем. LED1, LED2 и S1.1/S1.2 выводятся на переднюю панель.

Узо для водонагревателя, стиральной машины и другой техники в ванной комнате

Современные требования электрической безопасности для бытовой сети будь то в квартире или частном доме предусматривают монтаж и подсоединение двух основных видов защиты. Первой являются автоматические выключатели, которые защищают сеть от коротких замыканий и перегрузов. Второй элемент – это устройство защитного отключения (УЗО), которое обеспечивает безопасность человеческой жизни от поражения электричеством в момент прикосновения к токоведущим частям или возникновении токов утечки.

Во-первых, надо понимать разницу между УЗО и автоматическими выключателями.

Автомат является основной защитой питающей сети. В случае возникновения сверхтоков в момент перегруза или короткого замыкания, коммутационный аппарат отреагирует на превышение тока и отключится, отсекая аварийный участок и спасая всю сеть от повреждения.

Основной функцией УЗО является защита не сети, а человека и реагирует это устройство на малые величины токов утечки. Каким образом это происходит?

В наших домах сейчас огромное количество различной бытовой техники, и некоторые приборы имеют достаточно большую мощность.

У электрической проводки срок эксплуатации не вечный, чем дольше она находится в работе, тем больше вероятность выхода из строя изоляции.

Повреждение изоляционного слоя влечёт за собой соединение проводки с землёй, в результате меняется путь движения тока, теперь он утекает на землю. И в некоторых случаях проводником для токовой утечки может стать человек.

Монтаж и подключение

Устройство монтируется либо в квартирном электрощитке, либо на стене между счетчиком и главной распределительной коробкой. Включается в разрыв фазы, как указано. На вход заводятся провода от счетчика; на выход – вся остальная квартира, кроме бойлера. Бойлер подключается к отводу для него. Подключение, разумеется, производится при обесточенной квартире с соблюдением правил электробезопасности.

Подробнее о том, как устанавливать сам накопительный, а также проточный водонагреватель читайте по ссылке.

Настройка

Прежде всего определяем запас по току квартиры. Допустим, постоянные потребители – освещение, телевизор, компьютер и т.п. в сумме дали 700 Вт; это при 220 В будет 3,2 А. Автомат, допустим, на 16 А. Остается 12,8 А, это будет 12,8х220 = 2816 Вт; 2,8 кВт.

Потом ищем ближайшего МЕНЬШЕГО по мощности потребителя. Скажем, есть пылесос на 1400 Вт, то же электрочайник, утюг на 2,2 кВт и микроволновка на 2,8 квт. Выбираем утюг, чтобы в дальнейшем избежать непредвиденных отключений. Можно включить чайник с пылесосом, они в сумме дадут 2,7 кВт, но шумно будет.

https://www.youtube.com/watch?v=KiK8_aMBBPs

Далее отключаем бойлер его штатным автоматом, ставим движок R2 в крайнее нижнее положение по схеме. Затем включаем утюг и плавно вращаем движок R2 до тех пор, пока красный светодиод не погаснет и не загорится желтый. Все, регулировка окончена, можно «врубать» бойлер и жить спокойно.

А что еще через него можно включать?

Можно включать «омические» потребители: утюг, чайник, электрокамин. Микроволновку, холодильник, кондиционер, компьютер, телевизор и все, где кроме простой электроспирали есть хоть какая-то электроника, нельзя: при питании однополярными импульсами такие устройства либо вовсе не будут работать, либо быстро выйдут из строя.