Трансформатор тока нулевой последовательности (сердечник) УЗО — требования монтажа, определяющие правильную работу

Руководство об устройствах защитного отключения (УЗО) и руководство о типах УЗО AC/A/F/B рассматривают, какую форму дифференциального тока обнаруживает УЗО. Эта статья делает шаг назад: как трансформатор тока нулевой последовательности (тороидальный сердечник) УЗО должен быть физически установлен, чтобы вообще суметь правильно измерить этот дифференциальный ток.

Принцип измерения: векторная сумма через сердечник

УЗО содержит тороидальный (кольцевой) трансформатор тока, через который проходят все токоведущие проводники защищаемой цепи — в однофазной цепи это фазный и нулевой рабочий проводники, в трёхфазной цепи — три фазных проводника (и, в зависимости от нагрузки, нулевой рабочий). В исправной цепи векторная сумма токов, входящих в сердечник и выходящих из него, равна нулю: каждый ампер, вышедший через фазу, возвращается через нулевой рабочий проводник. Тогда в сердечнике не образуется результирующий магнитный поток, и, следовательно, нет сигнала на вторичной обмотке.

При замыкании на землю часть тока покидает цепь по пути, отличному от нулевого рабочего проводника — например, через землю. Векторная сумма тогда перестаёт быть равной нулю, в сердечнике образуется результирующий поток, и этот поток индуцирует сигнал во вторичной обмотке, который отключает УЗО при превышении установленного номинального дифференциального отключающего тока.

Почему проводник PE никогда не должен проходить через сердечник

Защитный проводник (PE) в исправной цепи обычно не несёт тока, но это не главная причина, по которой его держат вне тороидального сердечника: если бы PE проходил через сердечник, часть реального тока замыкания на землю "возвращалась" бы через тот же сердечник, частично или полностью компенсируя именно тот векторный дисбаланс, который призвано обнаруживать УЗО. Поэтому проводник PE всегда прокладывается вне трансформатора тока нулевой последовательности.

Почему все токоведущие проводники одной цепи должны проходить через один и тот же сердечник

Если нулевой рабочий проводник защищаемой цепи подключён где-то вне сердечника УЗО — например, общий или "заимствованный" нулевой рабочий проводник от другой цепи — фазный и нулевой рабочий проводники больше не проходят через сердечник согласованной парой. Принцип векторной суммы тогда перестаёт действовать: возникает структурный кажущийся дисбаланс, приводящий к ложному срабатыванию или, в зависимости от направления тока, к маскировке дисбаланса.

Заземлённые экраны кабелей: через сердечник, а не рядом с ним

Для бронированного или экранированного кабеля, заземлённого со стороны питания, применяется принцип, аналогичный используемому в сопоставимых трансформаторах тока нулевой последовательности, применяемых с реле замыкания на землю в промышленных распределительных устройствах (core-balance CT): заземляющее соединение экрана/брони должно также проходить через сердечник — на практике часто петлёй ("pigtail") заземляющего проводника обратно через окно сердечника — так, чтобы любой ток, возвращающийся через экран, был учтён в векторной сумме. Если заземляющее соединение экрана вместо этого проложено рядом с сердечником к шине заземления, этот ток экрана не учитывается в измерении: это может вызвать кажущийся дисбаланс (приводящий к ложному срабатыванию) или, в зависимости от ситуации повреждения, скрыть, что часть реального тока повреждения утекает через экран.

Внимание: точный способ подключения экрана кабеля относительно трансформатора тока нулевой последовательности может отличаться в зависимости от производителя и применения (УЗО для конечной цепи в сравнении с core-balance CT для промышленного реле замыкания на землю); всегда следуйте инструкциям по монтажу производителя УЗО или реле замыкания на землю для конкретного типа кабеля.

Разъёмные (накладные) сердечники для модернизации

При установке УЗО или реле замыкания на землю в существующую, уже смонтированную электропроводку часто используется разъёмный ("накладной") сердечник, устанавливаемый вокруг существующих кабелей без необходимости отключения проводки. Такой разъёмный сердечник должен быть после установки полностью и правильно закрыт/защёлкнут: любой оставшийся воздушный зазор в сердечнике увеличивает погрешность измерения и может неблагоприятно повлиять на чувствительность УЗО.

Практическая значимость

При исследовании УЗО, которое отключается без установленной причины (см. также руководство о ложном срабатывании из-за накопленного тока утечки), стоит проверить, наряду с ситуацией по токам утечки, действительно ли все токоведущие проводники защищаемой цепи проходят через один и тот же сердечник, не был ли по ошибке проведён через сердечник также проводник PE, и — для бронированных или экранированных кабелей — правильно ли заземлён экран через сердечник.

Частые ошибки

1. Прокладка проводника PE (также) через трансформатор тока нулевой последовательности УЗО — это может частично или полностью компенсировать обнаружение реального замыкания на землю.
2. Подключение "заимствованного" или общего нулевого рабочего проводника, не проходящего через тот же сердечник, что и соответствующий фазный проводник — это нарушает принцип векторной суммы и вызывает структурный кажущийся дисбаланс.
3. Прокладка заземлённого экрана бронированного кабеля рядом с сердечником вместо петли обратно через него, из-за чего ток экрана не учитывается в измерении.
4. Неполное закрытие/защёлкивание разъёмного (накладного) сердечника после установки вокруг существующего кабеля, оставляющее воздушный зазор, ухудшающий точность измерения.

Связанные материалы

• Устройства защитного отключения (УЗО)
• Типы УЗО AC/A/F/B — классификация и выбор по типу нагрузки (IEC 60755)
• Селективность УЗО — тип S и каскадирование устройств защитного отключения
• Заземление экрана кабеля — одностороннее или двустороннее, и почему разница важна