Исследование функционирования устройства защитного отключения

Московский государственный технический университет  

имени Н. Э. Баумана 

 
 
 

 

В. В. Тупов  

 
 
 

Исследование функционирования  
устройства защитного отключения  

 
 

Методические указания  

к выполнению лабораторной работы по дисциплине  

«Безопасность жизнедеятельности» 

 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 

 

УДК 614.825 
ББК 31.29н 
 Т85 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/81/book1236.html 
 
Факультет «Энергомашиностроение» 
Кафедра «Экология и промышленная безопасность» 
 
Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний 
 
Рецензент Е. А. Гаврилина 
 
 
Тупов, В. В. 
Исследование функционирования устройства защитного отключения : 
методические указания к выполнению лабораторной работы 
по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» / В. В. Тупов. — 
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 16, [4] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-4202-7 

Рассмотрены основные характеристики устройства защитного отключения (
УЗО) и особенности его эксплуатации с точки зрения обеспечения 
эффективной защиты человека от поражения током. Описаны расчетный и 
экспериментальный методы определения силы тока уставки и времени срабатывания 
УЗО, реагирующего на дифференциальный ток, а также способ 
контроля его работоспособности. 
Для студентов всех специальностей МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
 
 
УДК 614.825 
ББК 31.29н 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
© МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015 
© Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-4202-7  
 
    МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015 

Т85 

Предисловие 

Широкое использование электроэнергии во всех отраслях про-

мышленности, на транспорте, в медицине, а также в быту сопровождается 
значительным увеличением количества людей, связанных 
с эксплуатацией электрооборудования, что существенно 
повышает потенциальную опасность электротравмирования.  

Наиболее распространенным и эффективным средством за-

щиты от поражения током являются устройства защитного отключения (
УЗО). В электроустановках, питающихся от трехфаз-
ных сетей с различным режимом нейтрали напряжением до 1 кВ, 
широкое применение нашли УЗО, реагирующие на дифференциальный 
ток.  

Данная лабораторная работа позволит студентам расчетным и 

экспериментальным способом исследовать функционирование 
УЗО и обоснованно применять их в условиях своей практической 
деятельности. 

Цель работы — исследование основных характеристик УЗО, 

реагирующего на дифференциальный ток (ток нулевой последовательности) 
в трехфазной сети напряжением до 1кВ с глухозазем-
ленной нейтралью, оценка их соответствия нормативным требованиям 
электробезопасности. 

В результате выполнения лабораторной работы студенты 

должны уметь: 

• оценивать предельно допустимые значения тока, проходяще-

го через тело человека; 

• выполнять профилактический контроль работоспособности 

УЗО, реагирующего на дифференциальный ток; 

• измерять силу тока уставки УЗО; 
• измерять время срабатывания УЗО;  
• оценивать расчетным путем и экспериментально силу тока, 

протекающего через тело человека, прикасающегося в электроустановке 
к фазе сети, до момента срабатывания УЗО и отключе-

ния электроустановки от сети, а также сопоставлять полученную 
силу тока с допустимой при длительности его воздействия;  

• исследовать влияние на эффективность действия УЗО защит-

ного зануления корпуса электроустановки при замыкании на него 
фазы сети; 

• формулировать заключение о соответствии параметров УЗО 

допустимым значениям, обеспечивающим условия электробез-
опасности;  

• применять освоенные методы расчетов и измерений в своей 

профессиональной деятельности.  
 
 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

1.1. Устройство и принцип действия УЗО,  
реагирующего на дифференциальный ток 

Устройства защитного отключения, реагирующие на дифферен-

циальный ток, используются для защиты от поражения током при 
прямом прикосновении человека к фазе, а также к металлическим 
частям электроустановок, случайно оказавшимся под напряжением 
(косвенное прикосновение). На рис. 1.1, а представлена принципиальная 
схема УЗО, подключенного к трехфазной четырехпроводной 
сети с глухозаземленной нейтралью через нормально замкнутые контакты 
реле тока устройства. Корпус электроустановки занулен, т. е. 
соединен электрически с нулевым PEN-проводником. 
 

 

Рис. 1.1. Устройство защитного отключения, реагирующее на дифференциальный 
ток: 
а — принципиальная схема УЗО (исходное состояние); б — кольцеобразный магнитопровод 
трансформатора тока ТТ с вторичной обмоткой реле тока РТ 

В качестве датчика входного сигнала применяется трансфор-

матор тока. Простейший трансформатор тока представляет собой 
тороидальный магнитопровод, на который намотана вторичная 
обмотка (рис. 1.1, б), соединенная проводной связью с входом 
преобразователя сигнала (на рис. 1.1, а не показан) и через него с 
обмоткой реле тока (см. рис. 1.1, а).  

В качестве первичных обмоток трансформатора тока выступают 

фазные проводники, например жилы кабеля, питающего электроустановку, 
пропущенные в центральное отверстие магнитопровода. 
Если векторы силы тока в фазных проводниках IA, IB, IC симметричны (
равны по модулю и сдвинуты по фазе на 120°), что бывает 
при нормальном режиме работы электроустановки, то их 
суммарная сила тока
Σ
0
I =
. Поэтому магнитный поток в магнито-

проводе и ток во вторичной обмотке трансформатора тока отсутствуют. 
В этом (дежурном) режиме контакты исполнительного  
органа (реле тока) УЗО нормально замкнуты, и электроустановка 
получает питание от сети. В случае прикосновения человека в зоне 
защиты УЗО к фазе сети (например, в электроустановке) или к корпусу 
электроустановки при пробое на него фазы сила тока в ней 
возрастает за счет тока
hI , проходящего через тело человека.  

В результате возникшей несимметрии векторов фазных токов суммарная 
сила тока IΣ уже не будет равна нулю, а при достижении 
значения уставки Iу, т. е. IΣ = Iy, ток нагрузки Iн во вторичной обмотке 
трансформатора тока приводит в действие преобразователь, который 
вырабатывает аварийный сигнал. Этот сигнал поступает на 
обмотку исполнительного реле тока, контакты которого размыкаются, 
и электроустановка отключается от сети. Последующее включение 
электроустановки возможно, как правило, только после отключения 
ее вместе с УЗО от сети и устранения условий поражения.  

Для осуществления контроля исправности УЗО искусственно 

вызывают нарушение симметрии фазных токов. При этом должно 
происходить срабатывание защиты. 

Правильно выбранная уставка и время срабатывания УЗО яв-

ляются основными условиями обеспечения надежной защиты. 
Устройство защитного отключения, реагирующее на дифференциальный 
ток, наиболее эффективно работает в трехфазной сети с 
глухозаземленной нейтралью (см. рис. 1.1, а).  

1.2. Функционирование УЗО в трехфазной сети  

с глухозаземленной нейтралью 

В сети с глухозаземленной нейтралью входной сигнал УЗО  

IΣ равен току Ih, проходящему через тело человека, прикоснувшегося 
в зоне защиты УЗО непосредственно к фазе электроустановки 
или к ее корпусу при пробое на него фазы сети (IΣ = Ih). Сила тока 
уставки Iу не должна превышать максимального значения длительно 
допустимого для человека тока, так как при Ih < Iу УЗО не 
срабатывает, и ток Ih может воздействовать неограниченно долго 
на человека, усугубляя опасность поражения. Ориентируясь на 
пороговый неотпускающий для человека ток, при котором он не 
может самостоятельно освободиться от зажатой в руке токоведу-
щей части, часто принимают силу этого тока в качестве уставки 
УЗО: Iу = 10 мА. 

От момента прикосновения человека к фазе до момента сраба-

тывания УЗО и обесточивания электроустановки через тело человека 
проходит ток по пути: фазная обмотка источника питания — 
фазный проводник — тело человека — его обувь — основание, на 
котором он стоит — земля — устройство заземления нейтрали источника 
питания — фазная обмотка (см. рис. 1.1, а). Токами, проходящими 
через сопротивления изоляции проводников сети относительно 
земли, можно пренебречь в связи с их малыми 
значениями по сравнению с силой тока в рассматриваемом контуре. 
В худшем случае, с точки зрения тяжести поражения человека, 
когда нарушено защитное зануление и у человека сырая обувь,  
а также он находится на токопроводящем основании, их сопротивлением 
можно пренебречь по сравнению с сопротивлением тела 
человека, которое обычно принимают равным 1000 Ом. Внутреннее 
сопротивление источника питания и сопротивление проводников 
в этом контуре также малы и обычно не превышают долей 
ома, сопротивление заземления нейтрали R0 ≤ 8 Ом. Таким образом, 
в указанных условиях сопротивление элементов на пути тока 
через тело человека много меньше сопротивления его тела Rh, поэтому 
сопротивлениями этих элементов можно пренебречь. Тогда 
сила тока, проходящего через тело человека до срабатывания УЗО, 
может быть приблизительно рассчитана по формуле 

ф
 
,
h
h

U
I
R
≈
  
(1.1) 

где Uф — фазное напряжение в сети. 

Предельно допустимые значения тока в зависимости от дли-

тельности его протекания через тело человека по путям рука — 
рука и рука — ноги указаны в ГОСТ 12.1.038—82*. При аварийном 
режиме производственных электроустановок напряжением до 1 кВ 
предельно допустимые значения переменного тока частотой 50 Гц 
Ihд в зависимости от продолжительности его воздействия τ  выборочно 
приведены в табл. 1.1. 

Сила тока 
hI , проходящего через тело человека в течение време-

ни срабатывания τср УЗО, как уже сказано выше, не должна превышать 
допустимого значения Ihд, т. е. соответствовать условию Ih ≤ Ihд. 

 

Таблица 1.1 

Предельно допустимые значения переменного тока Ihд  
в зависимости от продолжительности его воздействия τ 

τ, с 
Ihд, мА 
τ, с 
Ihд, мА 

0,01–0,08 
650 
0,6 
105 

0,1 
400 
0,7 
90 

0,2 
190 
0,8 
75 

0,3 
160 
0,9 
65 

0,4 
140 
1,0 
50 

0,5 
125 
 
 

 

При выборе УЗО по формуле (1.1) можно рассчитать значение 

Ih, а затем с помощью табл. 1.1 определить допустимое время воздействия 
такой силы тока на человека τ и подобрать УЗО со временем 
срабатывания τср ≤ τ. 

Если снабженная защитным отключением электроустановка 

занулена, то при пробое фазного проводника, например А, на ее 
корпус ток пройдет по пути: фазная обмотка источника питания — 
фазный проводник — корпус электроустановки — нулевой защитный 
проводник — нулевая точка источника питания (рис. 1.2).  
Поскольку сопротивление проводников мало, сила тока в этой це-

пи и в том числе в фазном проводнике, замкнувшемся на корпус, 
резко возрастает, и при достижении значения уставки, т. е. IΣ = Iу, 
УЗО быстро отключит электроустановку от сети, предотвратив тем 
самым поражение человека, прикоснувшегося к корпусу электроустановки.  


Рис. 1.2. Схема УЗО при замыкании 
фазы А  на корпус 
электроустановки 

 

Таким образом, применение УЗО совместно с защитным зану-

лением электроустановки существенно повышает уровень безопасности. 


2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 

2.1. Описание лабораторного стенда 

Исследования проводят на моделирующем стенде БЖ6/1 

«Электробезопасность трехфазных сетей», причем задействована и 
описана далее только та его часть (правая), которая необходима 
для выполнения данной работы. 

На передней панели стенда (рис. 2.1) изображена мнемониче-

ская схема сети и ее элементов, стилизованная фигурка человека, 
который может быть присоединен с помощью кнопки S16 к фазе в 
электроустановке, питающейся от сети через контакты УЗО. Здесь   

Рис. 2.1. Общий вид передней панели лабораторного стенда БЖ6/1