Подключение узо в трехфазной сети: Установка УЗО: схемы подключения для однофазных и трехфазных сетей

Как подключить трехфазное УЗО? Инструкция по подключению 3-х фазного УЗО

УЗО – это коммутационный электротехнический аппарат, служащий для совершения отключения питающей сети, в момент превышения показателей дифференциального тока.

3-х фазное УЗО предназначено для защиты человека от воздействия электрического тока при касании к токоведущим частям системы питания либо при пробое изоляции проводников. Помимо этого оно обеспечивает защиту в случае:

• смены проводов «нуля» и «земли»;
• перемены «фазы» и «нуля» и прикосновении к частям, которые не являются токоведущими, но оказавшимся под напряжением;
• при обрыве «нуля» на линии, в которой установлено УЗО и касании человека.
  

Устройство трехфазного УЗО

Схема устройства УЗО трехфазного состоит из следующих элементов:

контактов для подключения питающей сети;

кнопки включения УЗО;

кнопки «Тест;

контактов для подключения приемника.

Инструкция по подключению 3 фазного УЗО:

• Самым главным правилом при подключении устройства защитного отключения, да и собственно любого электротехнического оборудования, является первичное отключение напряжения питающей сети. Снятие нагрузки производится при помощи вводного автоматического выключателя;
• Затем необходимо убедиться в отсутствии напряжения. Для этого необходимо воспользоваться тестером;
• Далее производится установка трехфазного устройства защитного отключения на монтажную DIN-рейку. Для этого необходимо зацепить «хвост» расположенный на задней стенке УЗО за один из выступов рейки, затем потянуть его вниз и толкнуть назад.

Теперь УЗО установлено на место своей постоянной дислокации и можно приступать к подключению.

Схема подключения трехфазного УЗО

Подключение трехфазного УЗО осуществляется путем присоединения кабельных линий сети к контактам устройства:

• при помощи отвертки соответствующего типа ослабить контактные зажимы, обозначенные 2,4,6, N и подключить к ним проводники, идущие от приемников электрической энергии;
• после этого необходимо таким же образом подключить провода идущие от счетчика к контактам 1,3,5,N;
• произведение действий в таком порядке регламентировано «правилом подключения от приемника к источнику электроэнергии». Оно помогает избежать ситуаций с непреднамеренной подачей напряжения на линию.

назначение, критерии выбора и особенности установки

На чтение 6 мин Просмотров 525 Опубликовано 07.06.2019 Обновлено 27.05.2019

В связи с массовым использованием электрических приборов в быту и на производстве появляется потребность в защите человека от поражения током. Трехфазное УЗО – специальное устройство, реализующее данную функцию. Указанный агрегат необходимо подключать, используя особые схемы, что будет гарантировать эффективность его работы.

Назначение и принцип действия

Трехфазное устройство защитного отключения (УЗО)

3-фазное УЗО предназначено для выравнивания тока, который проходит через фазный и нулевой провод. При отсутствии аварийных ситуаций указанные величины равны. Стабильная работа электрических приборов возможна, поскольку встречные потоки в обмотках компенсируют друг друга. При возникновении аварийных ситуаций устройство защиты производит отключение питания электроприборов. Это наблюдают при нарушении изоляции проводов, что провоцирует утечку заряженных частиц. В результате токи, проходящие по нейтрали и фазному проводу, будут иметь разные значения.

В каждом доме может случиться ситуация, когда электрический ток пробивает на корпус стиральной машины или водонагревателя. Когда потенциал станет перетекать на пол, среагирует 3-х фазный УЗО и отключит питание приборов. Поэтому при использовании данного защитного автомата, можно быть уверенным в своей безопасности.

Подключение УЗО актуально для мощных электроприборов в кухне и в ванной. На их металлическом корпусе собирается конденсат, что в комплексе образует потенциальный проводник электричества.

Хорошо, когда защитное отключение присутствует на розетках, светильниках и маломощных бытовых приборах. При возникновении аварийных ситуаций указанные потребители несут не меньшую опасность для человека.

Критерии выбора трехфазного УЗО

Принцип работы всех УЗО в трехфазной сети одинаковый, но данные устройства отличаются конструкцией и эксплуатационными характеристиками. Поэтому при покупке конкретной модели необходимо учитывать много нюансов.

Чувствительность

Главный эксплуатационный параметр УЗО 3 фазы, отображающий период времени, через который сработает защита. Оптимально, когда чувствительность устройства составляет 0,025 с. За это время электрический ток не успеет вызвать остановку сердца у человека.

УЗО может работать с дополнительным источником питания или без него. В первом случае он непосредственно принимает участие в процессе размыкания электрической цепи. Наличие данного механизма повышает стоимость прибора, но и увеличивает его чувствительность.

При отсутствии дополнительного источника питания УЗО срабатывает, реагируя на дифференциал магнитного поля.

Дифференциал тока

Маркировка УЗО

УЗО, предназначенные на 3 фазы, способны регулировать значение дифференциального тока, при котором оно срабатывает. При отсутствии данной функции приборы стандартно реагируют на 5 мА. Такой показатель тока явно указывает на присутствие аварийной ситуации и на потребность в отключении подачи электричества.

Количество клемм

Для трехфазной сети обязательно покупать 4-полюсные УЗО. Они оснащаются 8 клеммами для подсоединения входных и выходных кабелей. Три пары предназначены для подключения рабочей фазы, одна – нуля.

Количество ампер

Чтобы устройство защитного отключения функционировало при любом токе, необходимо выбирать модель, где число ампер существенно выше, чем у автомата.

На рынке присутствуют универсальные модели. Они предоставляют возможность подключения нескольких сетей одновременно. Несмотря на такое преимущество, подобные агрегаты имеют много недостатков. Они менее чувствительны, характеризуются сложной схемой подключения, стоят дороже. Такие модели подойдут для предприятий, но не для частного использования.

Подготовка к подключению

Правильно выполненные подготовительные и монтажные работы обеспечат стабильное функционирование УЗО.

Схемы подключения к трехфазной сети

Схема подключения УЗО к трехфазной сети

При установке УЗО используют следующие рабочие схемы:

• Полное отключение электроцепи. Один агрегат имеет возможность обесточить всех потребителей электроэнергии при возникновении аварийной ситуации.
• Частичное отключение приборов. При появлении аварийных ситуаций обесточиваются только некоторые потребители.

Первая схема подключения используется в многоквартирных домах. Монтаж устройства осуществляется около счетчика электроэнергии. Если УЗО сработает, обесточивается целый дом.

При использовании второй схемы защитный механизм устанавливают на отрезке электрической проводки, идущей к конкретной комнате. Поскольку все приборы последовательно подключены к цепи, при срабатывании УЗО только «проблемный» потребитель отключится, а другие продолжат свое функционирование.

Второй вариант схемы может реализовываться иным способом. Точкой монтажа УЗО становится начало последовательного подключения к разводке, что позволяет реализовать селективное срабатывание агрегата на определенные группы потребителей. Также защитный механизм можно установить непосредственно перед выходным устройством.

Необходимость наличия заземления

Подключение УЗО с заземлением и без него

Старые электросети относятся к системе tn-c, где отсутствует нулевой проводник для включения заземления. В этом случае защиту необходимо предусмотреть отдельно для дома или оборудования, что обеспечивает безопасный отвод токов. При отсутствии заземления ставить 4-х полюсный УЗО запрещено.

Правильная схема подключения к электрической сети предусматривает соблюдение следующих правил:

• Заземляющая жила соединяется только с выходным кабелем. Подключение напрямую УЗО недопустимо.
• При наличии однофазной сети нельзя использовать четырехполюсное устройство.
• Подключение к сети типа Б3 запрещено.

Заземляющая жила является отдельным элементом. Отсутствие дополнительных клемм в УЗО на ее подключение только свидетельствует об этом.

Подсоединение устройства защитного отключения

Выполнить монтаж УЗО несложно, владея базовой информацией о работе электрооборудования. К каждому устройству производитель прилагает технический паспорт. В нем указываются рекомендуемые схемы подключения, которые нужно использовать во время установки.

Поиск нулевой фазы

Использование контрольной лампы для поиска нулевой фазы

Определить нулевую фазу очень просто опытным путем. Нужно взять два провода и подсоединить их к концам патрона лампочки. Ее загорание наблюдают, если она подключена к фазе. В остальных случаях ничего не произойдет.

Подключение лампочки к двум фазам одновременно разрешается осуществлять на короткий промежуток времени. Замыкать такую цепь также можно лишь на небольшой период. Иначе существует высокая вероятность срабатывания автоматического выключателя.

Подключение фазы

Если удалось найти ноль, необходимо сразу выполнить его присоединение к соответствующим клеммам. Оставшиеся три провода являются рабочими фазами. Они подсоединяются любым удобным способом, что никак не влияет на функционирование УЗО.

После завершения монтажа необходимо проверить работоспособность системы. Для этого запускается тестер, который входит в стандартную комплектацию прибора.

Подсоединение выходных устройств

Подключение нескольких розеток к одному УЗО происходит только параллельным способом. Чтобы осуществить это, каждую жилу разделяют на нужное количество проводов. Если не придерживаться такой схемы монтажа, прибор не сможет полноценно работать и срабатывать при возникновении аварийных ситуаций.

Ошибки при выполнении монтажа УЗО

Пример неправильного подключения УЗО

Чтобы обеспечить стабильную и безопасную работу электросети, необходимо избегать следующих ошибок:

• Входные клеммы УЗО подключаются к сети после специального автомата. Прямое присоединение категорически запрещено.
• Необходимо правильно подключить и не перепутать нулевые и фазные контакты. Для облегчения этой задачи на корпусе устройств присутствуют специальные обозначения.
• При отсутствии заземляющего проводника категорически запрещено заменять его проводом, накинутым на водопроводную трубу или радиатор.
• При покупке устройств обращают внимание на их основные рабочие характеристики, величины токов. Если линия рассчитана на 50 А, прибор должен иметь минимум 63 А.

При выполнении монтажа крайне важно соблюдать правила электробезопасности. Перед началом установки УЗО обесточивают сеть. Перед запуском устройства проверяют правильность монтажа элементов системы.

Схема подключения УЗО к трехфазной сети

УЗО представляет собой коммутационный прибор, отключающий от электропитания сеть, либо ее участок, в случае, если дифференциальный ток превышает заданный показатель. Называть данный прибор могут 3 и более терминами: «устройство защитного отключения, управляемое дифференциальным током, выключатель дифференциального тока» и так далее. Но как бы его не называли, все использующиеся сегодня в мире УЗО необходимы для выполнения 2 функций:

• защита человека от удара током вследствие прямого или непрямого касания;
• предотвращение пожара, который может случиться в результате возгорания проводки.

В большинстве развитых государств подключение УЗО к трехфазной и однофазной сети, является обязательным мероприятием.

УЗО призваны нейтрализовать токи при различных повреждениях электрических установок. Подключение УЗО в соответствии со схемой является только частью комплексных мер, но иногда кроме УЗО никакие другие средства не способны предоставить надежную защиту, к примеру, при снижении степени изоляции, маленьких показателях тока замыкания, и срыве нулевого защитного проводника.

Использование предохранителей (автоматов защиты) – вещь нужная и целесообразная, но они разъединяют цепь при коротких замыканиях либо сверхтоках, в которых значения тока более высокие, чем «необходимо» для летального исхода человеку при поражении током. Если же говорить об устройствах защитного отключения, то они устраняют даже самые маленькие по значению токи, и срабатывают буквально мгновенно – для этого им необходимы миллисекунды.

Но следует отметить, что УЗО не способны заменить автоматы, которые защищают проводку, поскольку «не видят» неисправностей, не сопровождающихся токами утечки (к примеру, в случае короткого замыкания линии и нейтрали).

Подключение – шаг за шагом

Итак, с тем, что представляет собой УЗО и для чего оно нужно, разобрались, теперь поговорим о схеме подключения 4-полюсного УЗО к 3-фазной сети с задействованием нейтрали. В большинстве случаев пользуются именно такой схемой, поэтому о ней и пойдет речь. Если сравнивать с подключением к однофазной сети, то в нашем случае все работы и монтажные мероприятия выполняются практически также, но есть важное отличие – применяется четырехполюсное УЗО, а не двухполюсное оборудование.

4 приходящих провода (которым соответствуют фазы А, В, С, а также ноль) соединяем с устройством защитного отключения аналогичным образом с схемой подключения, приведенной ниже.

Схема подключение также указана в техническом паспорте УЗО или непосредственно на корпусе изделия. Приборы различных компаний-изготовителей могут по-разному подключатся в связи с разным размещением нулевой клеммы (она может находиться с левой стороны или с правой). Подключение проводников фаз не имеет большого значения, главное – грамотное и технически правильное подсоединение соответствующих входов и выходов.

Что касается области использования, 4-полюсные 3-фазные УЗО изготовлены для противодействия большим токам утечки, и призваны быть надежной защитой проводке от пожаров и воспламенений. А вот чтобы защитить людей от ударов тока следует поставить на отходящих линиях (либо группах линий) двухполюсные однофазные УЗО, реагирующие на утечку по току 10-30 мА. Таким образом будет обеспечена не только пожарная безопасность, но и безопасность здоровья и жизни людей.

Не стоит забывать и о том, что в целях защиты нужно поставить автоматический выключатель перед каждым устройством защитного отключения.

Данная схема подключения подходит не только для защиты одной 3-фазной сети. Она также является прекрасным решением для 3 однофазных сетей. Но вы должны понимать, что в последнем случае каждый ноль отдельной сети должен подсоединяться к выходной клемме N УЗО. На приведенной схеме присутствует все вышесказанное, поэтому проблем у вас возникнуть не должно.

Электромонтаж выполняется в соответствии с привычками и познаниями электрика, однако специалисты советуют соединение нулей разных однофазных сетей осуществлять посредством нулевой шинку, установка которой выполняется легко и просто на DIN-рейке.

Подводя итоги статьи о подсоединении четырехполюсного УЗО к трехфазной сети с применением нейтрали, хотелось бы сказать, чтобы вы были внимательны на протяжении всех работ, однако особого внимания требуют 3 момента:

• правильное подсоединение нулевых и фазных проводников;
• соответствие цветовой маркировке проводов;
• выполнение рабочих мероприятий строго со схемой подключения, без внесения «личных корректировок», которые могут привести к неправильной работе УЗО.

Как подключить УЗО правильно: 7 схем с фото

В своей практике я не раз сталкивался с тем, что дорогая защита, на установку которой затрачено много сил и средств, не срабатывала при аварийной ситуации. Это приводило к очень серьезным повреждениям оборудования.

Для таких случаев энергетики страхуются резервными устройствами, сразу планируя их действие проектом. В домашней проводке так не поступают: слишком дорого.

Поэтому надо хорошо представлять, как подключить УЗО правильно в действующую схему, что я и рассматриваю ниже для типовых случаев безопасного питания электричеством оборудования квартиры либо дома.

Содержание статьи

Назначение и принцип работы УЗО в картинках

Устройство защитного отключения относится к токовым защитам и занимает второе место за автоматическим выключателем по обеспечению безопасности. Оно уже спасло здоровье многим людям, предотвратило электрические травмы.

Необходимость использования УЗО подтверждена требованиями времени, диктуется правилами электрической безопасности.

Как работает защитное отключение при образовании тока утечки

Орган сравнения фаз контролирует величину векторов входящего и выходящего токов по проводникам потенциалов фазы и нуля, постоянно сравнения их магнитные потоки.

Если величина второго вектора уменьшилась больше допустимого значения уставки, то делается вывод о возникновении неисправности. От появившегося тока утечки автоматически отключаются силовые контакты.

УЗО предотвращает прохождение тока через человеческое тело при случайном касании оголенных токоведущих частей или повреждении изоляции проводки, когда появляется опасный потенциал на корпусе электрического прибора.

Дополнительное назначение устройства: предотвращение пожара здания вследствие нарушения диэлектрических свойств изоляции, создающего случайные пути аварийных токов.

Дифференциальный орган работает во всех системах заземления здания. Однако наиболее корректная и безопасная ситуация создается в схемах TN-S и TN-C-S, ТТ с дополнительной заземляющей магистралью РЕ.

Здания со старой системой заземления TN-C загрубляют чувствительность органа сравнения.

Электрические схемы УЗО: 2 варианта для квартиры и дома

Защита выпускается готовыми модулями для установки на Din рейку с возможностью монтажа в однофазной или трехфазной проводке.

Схема подключения однофазного УЗО

В сеть 220 вольт включают модуль на две магистрали тока с потенциалами фазы и нуля.

Схема внутренней конструкции защиты печатается прямо на корпусе, приводится в документации. Провод приходящей фазы подключается сверху на клемму №1, а с клеммы №2 идет к потребителям.

Потенциал нуля подводится на верхнюю клемму N, а снимается с нижней. Менять эти правила подключения нельзя: иначе орган сравнения фаз не сможет работать правильно, произойдут ложные срабатывания.

Схема подключения трехфазного УЗО

Три входных фазных проводника монтируют поочередно к верхним клеммам №1, 2 и 3. Снизу модуля с клемм №2, 4 и 6 их снимают и направляют к потребителю. Потенциал нуля подводят сверху к клемме “N”, снимают с нижней.

Различные производители конструктивно располагают магистраль рабочего нуля справа или слева от магистралей фаз. Все эти вариации показаны схемой-картинкой на корпусе защиты.

Магистрали фаз допустимо менять между собой местами, но их нельзя путать с линией тока нуля. К ней подключена обмотка кнопки проверки “Тест”. При ее нажатии защита станет работать не правильно.

Схемы подключения однофазного УЗО: 3 варианта использования в квартире

Модуль защиты в квартирном щитке может монтироваться на:

• вводе для контроля всего рабочего оборудования, подключенного к проводке;
• одной проблемной линии, например, для ванной комнаты или кухни, обладающих повышенной степенью влажности;
• несколько магистралей с розеточными группами.

Вводное УЗО: защита всей проводки в квартирном щитке

Устройство защитного отключения на вводе в квартиру устанавливают непосредственно за счетчиком и вводным автоматическим выключателем.

Пример расположения модулей защит, показанных на фотографии электрического щитка, дополняет поясняющая схема. Для ее ввода используется обычный автоматический выключатель однофазного исполнения.

Он разрывает только потенциал фазы аварийного тока. Это вполне приемлемо для обеспечения большинства задач, которые стоят в вопросах безопасности бытовой проводки.

Схема с двухполюсным автоматом ввода создается по такому же принципу за исключением того, что потенциал нуля проходит через его вторую магистраль на вход вводного УЗО.

После выхода с устройства защитного отключения потенциал нуля подключают к отдельной изолированной шинке N. С нее выполняют разводку по жилам кабелей к потребителям.

Защитные магистрали РЕ проводника монтируются с помощью собственной шинки PE. На нее подключается соответствующая жила от вводного кабеля и собираются отходящие магистрали ко всем потребителям без каких-либо разрывов.

Технические характеристики УЗО: номинальный ток и величина утечки — как правильно выбрать для вводного модуля

2 перечисленных параметра заложены заводом в конструкцию любого модуля. Изменить их после его приобретения мы не сможем. Поэтому важно их правильно выбирать до покупки.

Номинальный ток и уставка срабатывания утечки маркируются прямо на корпусе защиты.

Как выбрать УЗО по номинальному току

Эта величина характеризует силу тока, которую способны нормально выдерживать внутренние цепи блока без повреждения, например, со значением 40 ампер, как показано на картинке.

Если через внутреннюю схему защиты пойдет больший ток, то он просто спалит обмотки, провода, изоляцию. Это допускать нельзя.

Каждое устройство защитного отключения подключают через индивидуальный автомат с меньшим номинальным током на одну ступень стандартного ряда.

Модуль защитного отключения ставят за автоматическим выключателем. Тогда он полностью обесточивается после разрыва силовых контактов автомата.

По этому принципу для верхней схемы выбран автомат с током 32 А для вводного УЗО на 40 ампер. Его уставка по нагрузке короткого замыкания и перегрузу спасает наш модуль от выгорания при любой аварии.

Универсальными возможностями обладает дифференциальный автомат. Он объединяет в своей конструкции возможности УЗО и автоматического выключателя со сбалансированными электрическими параметрами номинального тока.

Стоимость дифавтомата несколько выше, чем составляющих УЗО и автомата вместе, но его применение экономит место в квартирном щитке, что часто бывает вполне обоснованно.

Как выбрать УЗО по току утечки

Практически через любой слой изоляции протекают токи. Просто у материалов с высокими диэлектрическими свойствами они очень малы из-за высокого электрического сопротивления.

Поврежденная изоляция обладает низкой ограничивающей способностью. Через нее протекают токи повышенной величины.

ПУЭ регламентирует суммарный ток утечки (дифференциальный) сквозь изоляцию. Он никогда не должен превышать безопасную для человека величину.

Существуют специальные лабораторные приборы, которые позволяют измерить ток утечки через изоляцию электропроводки. Когда они отсутствуют, то выполняют приблизительный расчет по предложенной методике.

Для обычных помещений выбирают устройство защитного отключения с безопасным дифференциальным током 30 мА. Во влажной среде, характерной для ванной комнаты или кухни во время приготовления пищи, его величина снижается до 10 или 6 мА.

На вводе в здание допустимо ставить устройство защитного отключения с номиналом 100 мА.

Если суммарный ток утечки электропроводки превышает допустимый уровень дифференциального тока для УЗО более чем 33%, то необходимо рассматривать вопрос полной замены устаревших проводов и кабелей.

Вводное УЗО на 100, 300 или 500 мА не способно спасти человека от получения электрической травмы. Его задача: предотвратить пожар из-за возгорания электрической проводки.

Схема использования одной защиты с органом сравнения фаз токов на вводе отличается простотой и экономичностью, но значительно затрудняет поиск неисправности после ее отключения.

УЗО для ванной: пример выбора модуля защиты на один потребитель

Вариант размещения защитного отключения внутри квартирного щитка показан фотографией ниже.

Схема подключения модуля защиты для одной отдельной линии (ванная комната) с расположением магистралей фазы и нуля показана более подробно на общей картинке для квартирной проводки.

Автоматический выключатель этой магистрали, как и остальных, запитан от сборки за вводным автоматом.

Обращаю внимание, как здесь подключена шинка рабочего нуля и ее отличия от способа, выбранного для схемы с вводным модулем.

Рабочий ноль подводится от вводного кабеля непосредственно к счетчику, а с него отводится на шинку N. С нее выполняется разводка ко всем потребителям кабелями отходящих линий.

К розеткам ванной комнаты рабочий ноль подается через отдельный силовой контакт нашей защиты.

Монтаж шинки PE выполняется по предыдущему варианту без изменений.

В этой схеме внутренняя конструкция модуля защищена от превышения номинального тока (16 ампер) собственным автоматическим выключателем (номинал 10 А).

При срабатывании защиты поиск неисправности упрощается проверкой состояния изоляции на магистрали от силовых контактов модуля до рабочего органа подключенного потребителя.

Групповое УЗО: экономная защита нескольких отходящих линий

Устанавливать индивидуальный модуль к каждому отдельному потребителю — наиболее оправданное решение в вопросах обеспечения безопасности и поиска места возникшей неисправности.

Однако такая схема монтажа самая затратная и дорогая. Она требует использования довольно вместительного квартирного щитка и большого количества модулей УЗО или дифференциальных автоматов. На их покупку уходит много денег.

Групповое УЗО позволяет их экономить. Его просто подключают к нескольким отходящим линиям, располагая отдельным блоком перед индивидуальными автоматическими выключателями.

Внутри квартирного щитка их удобно монтировать отдельными группами. Этот прием обеспечивает наглядность при эксплуатации и ремонте.

Схема подключения группового УЗО к нескольким отходящим линиям изображена ниже.

Здесь защиту группового модуля по величине номинального тока 50 ампер выполняет автомат ввода 40А.

У подобной схемы начинающие электрики выполняют ошибочный расчет, подбирая номинальный ток группового УЗО как сумму номиналов подключенных нагрузок.

Например, на схеме все потребители запитаны через автоматы на 32, 25 и 16 ампер. Общая их сумма составляет 32+25+16=73. Искать защиту с таким номиналом или большим бессмысленно.

Этот вопрос решается проще: вводной автомат в этой квартирной проводке уже выбран на 40 ампер. Большие токи он обязан отключать, одновременно защищая групповое УЗО.

Поэтому его номинал вполне достаточно выбрать на одну ступень больше из стандартного токового ряда: 50 ампер.

Отличия конфигурации цепей рабочего нуля для схемы группового УЗО

Рассматриваемая схема объединила оба рассмотренных выше варианта формирования цепочек для подключения к шинке N:

1. до группового УЗО работает вторая разработка,
   используемая для одиночной линии;
2. после него создается своя дополнительная шинка
   N1, отделяемая от общей цепочки контактами группового модуля.

Использование дополнительной шинки N1 значительно облегчает поиск токов утечек в отходящих линиях, возникших при повреждении изоляции проводов нулевых потенциалов после отключения защиты.

Монтаж шинки РЕ и проводов к ней не меняется.

Схема подключения трехфазного УЗО: 4 варианта для частного дома

Ниже рассматриваю случаи использования противопожарного и обычного модуля в разных ситуациях.

Противопожарное УЗО для частного дома: как правильно выбрать и установить

Фрагмент схемы подключения четырехполюсного противопожарного УЗО на вводе в частный дом поясняет главный принцип его выбора по дифференциальному току.

Его ставят на вводе в здание для защиты:

• входного кабеля;
• линий к потребителям, на которых не используются
  индивидуальные устройства защитного отключения;
• выполняющей роль резерва в случае отказа
  основного модуля.

Противопожарное УЗО подключают в схему электропитания дома с обязательным соблюдением селективности его срабатывания. Она достигается комплексно двумя настройками:

• троекратным запасом уставки по дифференциальному
  току в сравнении с любым групповым или индивидуальным модулем, расположенным
  ниже;
• замедлением на срабатывание по времени минимум в
  3 раза.

Фрагмент приведенной выше схемы включения показывает, что дифференциальный ток противопожарного модуля IΔns трижды превышает уставку утечки IΔn1 или IΔn2 у любой группы потребителей.

Противопожарные УЗО создаются для срабатывания от токов утечки на 100, 300 либо 500 мА, а модули защиты человека от дифференциального тока производятся на уставки 30, 10 или 6 миллиампер.

Возможность выставления уставки времени для селективного срабатывания обозначается на корпусе модуля латинской буквой “S”.

Правильный выбор уставок противопожарного, группового и индивидуального УЗО по дифференциальному току и времени отключения возникшей аварии — обязательный принцип надежной ликвидации защитой поврежденного участка с оставлением под напряжением исправного оборудования.

Подключение трехфазного УЗО: схема на 4 полюса с использованием нейтрали

Упрощенно схему подключения четырехполюсного УЗО в трехфазную сеть можно представить следующим образом: на выходе рабочего нуля используется шинка для разводки потенциалов нейтрали N по подключенным потребителям (схема с нейтралью).

Потребители могут питаться от всех 3 фаз или какой-то одной. Эта же схема позволяет выполнять защиту одновременно трех разных однофазных цепей при условии использования общей нейтрали.

При этом стараются построить работу оборудования с соблюдением равномерного распределения токов нагрузок по всем фазам.

Подключение трехфазного УЗО: схема на 4 полюса без использования нейтрали

Отказаться от работы нейтрального провода и упростить конструкцию позволяет случай использования симметричной нагрузки, у которой все токи в фазах всегда равны.

Пример такого подключения — защита трехфазного асинхронного электродвигателя. Обмотки его статора могут быть собраны по схеме звезды или треугольника, которые обеспечивают одинаковые сопротивления между фазами.

Потенциал рабочего нуля заводится на вводной контакт четырехполюсного УЗО, а на выходной ничего не подключается. Выходная клемма потенциала N остается пустой.

Этот прием позволяет экономить средства за счет подключения двигателя к цепям питания кабелем с четырьмя, а не пятью жилами: три для фазных потенциалов и одна — защитного РЕ проводника.

Его монтируют на специальный болт заземления корпуса.

Подключение трехфазного УЗО: схема для однофазной сети

Предлагаемый вариант не является типичным.

Он используется как исключение в трех случаях:

• У владельца имеется лишний модуль защиты, который необходимо пристроить в работу. Иначе оно просто пылится без дела.
• Собираемую однофазную проводку планируется в ближайшем времени переводить на три фазы.
• Временная замена модуля, вышедшего из строя при возникновении аварии.

Во всех трех случаях необходимо потенциал фазы пускать через те клеммы, к которым подключена обмотка кнопки “Тест”. Иначе она не станет срабатывать при ручных проверках.

В этой короткой статье я постарался дать самый необходимый материал. Видеоролик владельца Заметки электрика наглядно дополняет, как подключить УЗО правильно и выбрать его по номинальному току и току утечки. Рекомендую посмотреть.

Ожидаю, что у вас еще возникли вопросы по этой теме. Задавайте в комментариях. Я отвечу.

Принцип работы трехфазного УЗО

Приветствую Вас, уважаемые читатели сайта elektrik-sam.info.

В одной из предыдущих статей я подробно рассматривал, для чего применяется устройство защитного отключения и как оно работает. Подробно смотрите статью Устройство и принцип работы однофазного УЗО. 

В этой статье речь пойдет об устройстве и принципе работы трехфазного УЗО.

Трёхфазные УЗО работают по такому же принципу, как и однофазные. Внутри они содержат трансформатор тока, первичная обмотка которого образована четырьмя проводами: тремя фазными 

L_A L_B L_C и нулевым N.

В однофазных УЗО первичная обмотка состоит из двух проводов – фазного и нулевого.

При отсутствии утечки геометрическая сумма токов первичных обмоток трансформатора тока равна нулю, т.е.

IА+IВ+IС+IN=0,

суммарный магнитный поток тоже будет равен нулю, поэтому ток во вторичной обмотке трансформатора тока (обмотке управления) отсутствует.

Предположим, что в фазе L_B произошла утечка тока на заземленный корпус электрооборудования.

Геометрическая сумма токов в первичных обмотках не равна нулю (сумма токов в трех фазных проводах не равна току в нулевом проводе). Суммарный магнитный поток, наводимый этими токами в сердечнике трансформатора тока, будет отличен от нуля.

Он будет наводить во вторичной обмотке  управления трансформатора тока ток, который приведет к срабатыванию электромагнитного реле.

Реле, воздействуя на механизм расцепителя УЗО, отключит цепь нагрузки от питающей сети.

Таким образом, принцип работы трехфазного УЗО аналогичен принципу действия однофазного, с небольшими отличиями.

Подробно Принцип работы трехфазного УЗО смотрите в видео

Рекомендую также прочитать:

Автоматические выключатели УЗО дифавтоматы — подробное руководство.

Устройство УЗО и принцип действия.

Конструкция УЗО.

Работа УЗО при обрыве нуля.

Как проверить тип УЗО?

Почему УЗО выбирают на ступень выше?

Как выбирать автоматические выключатели, УЗО, дифавтоматы?

Номиналы групповых автоматов превышают номинал вводного?

Почему в жару срабатывает автоматический выключатель?

Менять ли автоматический выключатель, если его «выбивает»?

Узо 3 фазное — Всё о электрике

Трехфазное УЗО

Распределение электроэнергии потребителям может производиться через однофазные или трехфазные сети. Каждая из них отличается своими особенностями и требует специальных схем подключения. Это касается и защитных устройств, которые устанавливаются в любой сети. В первую очередь, это автоматические выключатели, защищающие от коротких замыканий и скачков напряжения, а также другие устройства, в том числе и трехфазное УЗО, устанавливаемое в трехфазных сетях и обеспечивающее защиту людей от токов утечки.

Назначение трехфазного УЗО

Трехфазные устройства защитного отключения, в соответствии со своим названием, применяются в аналогичных электрических сетях. Они обеспечивают защиту электроники и электротехники от возможных внутрисетевых замыканий, предотвращают пожары, которые могут возникнуть при утечке тока.

Принцип работы одинаковый для всей устройств этого типа. Он заключается в определении и реакции УЗО на разницу токовых величин, проходящих через него. Стандартная схема подключения УЗО в трехфазной сети может осуществляться в разных вариантах – с нейтралью и без нее. В первом случае задействуются все четыре провода, а во втором – только три.

Специалисты рекомендуют использовать трехфазные УЗО в электрических сетях с электродвигателем, подключенным по схеме «треугольник». В этом случае обмотка уже не замкнется на корпус. Если же электродвигатель подключается по варианту «звезда», задействуется все четыре полюса, при этом нейтральный провод соединяется с самым центром данной схемы.

Кроме того, схема подключения трехфазного УЗО при определенных условиях может применяться для однофазных сетей. Это особенно актуально при подключении сварочных агрегатов, представляющих собой источники повышенной опасности. В этих случаях возможные токовые утечки имеют большое значение и могут привести к серьезным негативным последствиям.

Параметры защитных устройств существенно отличаются в зависимости от области применения и условий эксплуатации. Они работают с различным номинальным током и напряжением, рассчитаны на разные токи утечки. Например, если срабатывание происходит при токе в 300 мА, такие УЗО используются в электрических сетях со сложной каскадной конструкцией. В жилых помещениях трехфазные УЗО применяются реже, а током срабатывания будет значение в 30 мА.

Как правильно подключить трехфазное УЗО

Трехфазные устройства защитного отключения очень редко используются в квартирах. Они предназначены для частных домов, гаражей и других объектов, где используются трехфазные электрические сети. Установка защитной аппаратуры производится в распределительный щиток. На DIN-рейке УЗО с четырьмя полюсами занимает 4 стандартных модуля. Основной функцией является защита кабелей и проводов от воспламенений и замыканий. Трехфазные устройства рассчитаны на токи срабатывания с очень высоким порогом.

Подключение таких УЗО имеет свои особенности. Перед установкой следует разобраться с цветовыми обозначениями проводов. В соответствии со стандартной маркировкой, нулевой рабочий провод N обозначается голубым цветом, нулевой рабочий и защитный провод PEN – тоже голубым цветом с желто-зелеными полосами на концах. Для нулевого защитного провода РЕ применяется желто-зеленый цвет. Фазные провода А, В и С обозначаются соответственно желтым, зеленым и красным цветами. После того, как определено назначение каждого проводника, можно приступать к решению задачи, как подключить трехфазное УЗО.

Непосредственное подключение выполняется по установленной схеме, в которой могут быть задействованы 3 или 4 полюса. Очень редко используется схема с двумя полюсами. В дальнейшем, исходя из конкретного варианта подключения, в защищенную сеть может устанавливаться не только трехфазное, но и однофазное оборудование.

Чаще всего УЗО трехполюсное используется при эксплуатации электродвигателей. Данный вариант позволяет полностью контролировать возможные утечки тока на корпус. В схеме «треугольник» задействованы только фазные проводники, а нулевой провод не используется. В целом трехфазное УЗО работает точно так же, как и однофазные защитные устройства.

УЗО четырехполюсное

Вариант подключения трехфазного УЗО с тремя полюсами применяется на объектах, где используется напряжение 380В. От трехфазной схемы данный вид подключения отличается количеством задействованных проводов на входе и выходе устройства. Предварительно также следует разобраться в цветовой маркировке и назначении каждого проводника. Отдельно выделяется нулевой или нейтральный провод, подключаемый к отдельной клемме.

Выходящие провода соединяются с распределительной системой. Далее каждая отдельная фаза и нулевой провод могут обеспечить работы одной группы однофазных потребителей. При этом на всех таких линиях устанавливается собственное дополнительное УЗО. Подключение устройств с четырьмя полюсами возможно лишь при наличии системы TN-S с нулевым защитным и рабочим проводником. Во всех других случаях подключение четырехполюсного УЗО категорически запрещается.

Где используют трехфазное УЗО

УЗО – устройство защитного отключения. Это устройство знакомо многим, но почему-то не все верят в то, что УЗО действительно работает. При этом, никто еще не смог дать конкретного ответа, почему он так думает. Спешу вас заверить: устройство защитного отключения действительно работает, поэтому в целях собственной безопасности и предотвращения несчастных случаев, связанных с поражением электрическим током, такое устройство стоит установить каждому.

Схема подключения УЗО достаточно проста, и с финансовой точки зрения тоже себя оправдывает. Да и экономить на собственной безопасности неправильно. Поэтому еще раз: устройство защитного отключения НЕОБХОДИМО, если вы задумываетесь о своей безопасности и безопасности ваших домочадцев.

Электроэнергия по потребителям распространяется через однофазные либо трехфазные сети. В зависимости от количества фаз в сети, меняются и схемы подключения автоматов (автоматических выключателей) и схемы подключения УЗО.

В данной статье поговорим о подключении устройств защитного отключения именно к трехфазным сетям, рассмотрим схемы правильного подключения, а также узнаем, как работает трехфазное УЗО.

Внимание! Чтобы правильно рассчитать и выбрать аппараты защиты, необходимо соблюдать следующие пункты:

1. 1. Знать назначение, конструкцию и принцип действия всех компонентов
2. 2. Разбираться в параметрах и характеристиках
3. 3. Знать нормативные документы и методику выбора

Понятно, что рядовой обыватель скорее всего с этими вещами не знаком, поэтому будет приглашать мастера. А вот мастеру уже можно задать вопросы, и если он уверенно и правильно расскажет о назначении устройства, схеме его работы, то это хороший мастер. Вот если он не сможет этого сделать – лучше вызовите другого. Большинство несчастных случаев связано именно с некомпетентностью.

Назначение трехфазного УЗО

Итак, для начала разберемся с однофазными и трехфазными сетями. Нужно знать следующее: в обычных квартирах сеть – однофазная, а вот в частных домах – нередко присутствует трехфазная сеть. УЗО, применяемое в однофазной сети, называется двухполюсным. То есть, один контакт подключается к фазе, второй – для подключения нулевого провода. Нетрудно вычислить, что в трехфазной сети будет применяться 4-х полюсное УЗО: три контакта подключаются к фазам, четвертый, соответственно, ноль

Как мы уже поняли, трехфазные УЗО применяются в трехфазных сетях. Их задача ничем не отличается от устройств, применяемых в однофазной сети: защищать от утечки тока.

Вкратце напомним принцип работы УЗО: определяет и реагирует на разницу тока, проходящего через устройство. При этом, в отличие от УЗО в однофазной сети, трехфазное УЗО можно подключить как и с нулевым проводом, так и без него. Соответственно, при подключении с нулевым проводом задействованы все четыре провода сети, а если подключать без нейтрали, то только три провода, четвертый контакт остается незадействованным.

Теперь познакомимся с номиналами защитных устройств, используемых в трехфазных сетях. Маленький нюанс: одни производители указывают величину тока утечки в миллиамперах, другие в амперах. Четырехполюсные УЗО бывают 10, 30, 100, 300, 500 миллиампер (0.01, 0.03, 0.1, 0.3, 0.5 ампер соответственно).

Важно! Если вы планируете установку УЗО для защиты человека, то номинал устройства защиты не должен превышать 30 миллиампер . Остальные номиналы используются для защиты от возгораний и сохранности потребителей, как правило, устанавливаются на входе щитка.

Обычно к частным домам подводят три фазы мощностью 15 кВт. В этом случае для обеспечения защиты человека от удара током не имеет смысла устанавливать трехфазное УЗО на входе, так как если на одной из фаз произойдет утечка тока, устройство отключит все три фазы. В этом случае имеет смысл устанавливать трехфазное УЗО для отдельных трехфазных потребителей, коими могут быть котлы, электроплиты и другое трехфазное электрооборудование.

Однако не всегда их используют для трехфазных потребителей. Трехфазное УЗО можно использовать не только в трехфазной, но и в однофазной сети и такие устройства часто можно встретить в обычном квартирном щите. Изюминка в том, что используя трехфазное устройство защитного отключения в однофазной сети грамотно распределив нагрузку можно добиться существенной экономии бюджета. У многих профессионалов они пользуются все большей популярностью.

Но, такие манипуляции должен проводить опытный мастер, иначе, при неравномерном распределении нагрузки получится перекос между фазами (проще – аварийная ситуация). А как собрать такой щит мы рассмотрим в отдельной статье.

Устройство трехфазного УЗО

Теперь подробно поговорим об устройстве трехфазного УЗО. Как уже было сказано, в трехфазной сети имеется три фазных проводника и один нулевой.

Напряжение между любой фазой и нулем – 220 вольт, как положено, а напряжение между фазами – 380 вольт.

Основным компонентом устройства защитного отключения является дифференциальный трансформатор. Это обычный магнитопровод из ферромагнитного материала с обмоткой. Помимо дифференциального трансформатора в УЗО присутствуют следующие компоненты:

1. 1. Корпус
2. 2. Силовые контакты (подвижные и неподвижные)
3. 3. Механизм независимого сцепления
4. 4. Силовые провода
5. 5. Реле расцепления
6. 6. Кнопка “Тест”

Теперь узнаем, что же происходит. Через катушку ЭДС, которая является частью трансформатора устройства защитного отключения проходят все провода трехфазного питания, включая нулевой провод. Так как при нормальном потреблении прибора суммарные токи всех 4-х проводов равны нулю, ЭДС в катушке не возникает.

При возникновении утечки тока по любому из проводов, происходит разбаланс, и, как следствие, сердечник трансформатора намагничивается. Все это приводит к возникновению тока в обмотке трансформатора. Если величина этого тока превышает ток срабатывания УЗО, автоматика отключает питание.

Пояснение работы устройства

Понятное дело, что неподготовленному человеку будет сложно понять принцип работы УЗО, поэтому в качестве примера возьмем обычные батареи водяного отопления. Итак, мы имеем следующее:

1. 1. Замкнутый контур отопления – наши провода
2. 2. Вода – ток, протекающий по проводам.

Теперь всем понятно, что пока вода спокойно протекает по трубам, система работает без проблем. Но вдруг в одной из труб контура образовалась дыра.

Понятное дело, что часть воды будет через эту дыру утекать. Получается, в начале замкнутого контура в трубу подали, к примеру, четыре куба воды, а на выходе из контура воды стало только три куба. Так как наша система замкнута (сколько вошло – столько и должно выйти), то эта разница на входе и выходе сигнализирует о том, что в замкнутой системе возникла утечка.

По этому же принципу работает и УЗО. Это устройство сравнивает сколько тока ушло и сколько пришло, и если появляется разница, то устройство автоматически отключается.

В однофазной сети УЗО сравнивает токи только в двух проводах, один из которых фазный, а второй – нулевой. Время срабатывания устройства – несколько миллисекунд.

Принцип работы трехфазного УЗО при несимметричной нагрузке

Принцип работы УЗО в трехфазной сети аналогичен его работе в сети, где присутствует одна фаза. Но, если в однофазной сети всего два провода, то в трехфазной – четыре.

К сведению, обычно фазы обозначают латинскими буквами (А, B, C) а нейтраль всегда обозначают буквой N.

Теперь снова повторим: в однофазной сети ток течет в одном направлении по фазному проводу, и по нулевому проводу в другом. Значения токов при нормальной работе – одинаковые. Если вспомнить наш пример с отоплением, то 2 куба вошло и 2 куба вышло. При такой работе во вторичной обмотке трансформатора УЗО ток не возникает.

В трехфазном УЗО геометрическая сумма I1+I2+I3 = 0 (ему геометрическая? – вспомните векторы!) всех четырех проводов равна нулю (при равенстве нагрузки). То есть, как и в однофазной сети, во вторичной обмотке трансформатора ток не возникает.

Но, как только в сети возникает утечка тока, баланс в первичной обмотке будет нарушен, и тогда во вторичной обмотке возникнет ток, который запустит механизм срабатывания УЗО.

Внимательный читатель наверняка обратил внимание на оговорку “при равенстве нагрузки”, и естественно задался вопросом: а что если нагрузка на фазы не будет одинакова? Сработает ли УЗО при возникновении утечки в таком случае?

Спешу успокоить: УЗО сработает, и вот почему. Возьмем в качестве примера следующие данные:

1. 1. Фаза А – 10 ампер
2. 2. Фаза В – 5 ампер
3. 3. Фаза С – 15 ампер

Для несимметричной нагрузки должно выполняться геометрическое равенство I1+I2+I3=IN. Считаем: 10 + 5 + 15 = 30. Ток в 30 А, это ток который возвращается в сеть по нулевому проводу. То есть, баланс нашего тока равен 30 Ампер.

Во вторичной обмотке – ток равен нулю. То есть, при значении 30 Ампер во вторичной обмотке ток равен нулю и трехфазное УЗО работает в нормальном режиме. Теперь, в случае утечки тока на одной из фаз, равенство нарушится, и баланс не будет равным 30, а значит во вторичной обмотке появится ток. Как только там появляется ток – срабатывает реле устройства, УЗО отключается.

Важно! Если вы устанавливаете УЗО на водонагреватель (бойлер), который работает от напряжения 380 вольт, то обратите внимание на то, по какой схеме в вашем бойлере подключены ТЭНы. Если используется подключение типа “треугольник”, то четырехполюсное УЗО подключается без нулевого провода. При подключении ТЭНов по типу “звезда” следует использовать все четыре провода (три фазы и нулевой провод).

Подводим итоги. Трехфазное УЗО, принцип работы которого мало отличается от использования УЗО в сетях с одной фазой, применяется очень широко, и не является слишком сложным устройством для подключения. Самое главное – будьте осторожны и внимательны.

Принцип работы и схема подключения УЗО в трехфазной сети

В связи с массовым использованием электрических приборов в быту и на производстве появляется потребность в защите человека от поражения током. Трехфазное УЗО – специальное устройство, реализующее данную функцию. Указанный агрегат необходимо подключать, используя особые схемы, что будет гарантировать эффективность его работы.

Назначение и принцип действия

3-фазное УЗО предназначено для выравнивания тока, который проходит через фазный и нулевой провод. При отсутствии аварийных ситуаций указанные величины равны. Стабильная работа электрических приборов возможна, поскольку встречные потоки в обмотках компенсируют друг друга. При возникновении аварийных ситуаций устройство защиты производит отключение питания электроприборов. Это наблюдают при нарушении изоляции проводов, что провоцирует утечку заряженных частиц. В результате токи, проходящие по нейтрали и фазному проводу, будут иметь разные значения.

В каждом доме может случиться ситуация, когда электрический ток пробивает на корпус стиральной машины или водонагревателя. Когда потенциал станет перетекать на пол, среагирует 3-х фазный УЗО и отключит питание приборов. Поэтому при использовании данного защитного автомата, можно быть уверенным в своей безопасности.

Подключение УЗО актуально для мощных электроприборов в кухне и в ванной. На их металлическом корпусе собирается конденсат, что в комплексе образует потенциальный проводник электричества.

Хорошо, когда защитное отключение присутствует на розетках, светильниках и маломощных бытовых приборах. При возникновении аварийных ситуаций указанные потребители несут не меньшую опасность для человека.

Критерии выбора трехфазного УЗО

Принцип работы всех УЗО в трехфазной сети одинаковый, но данные устройства отличаются конструкцией и эксплуатационными характеристиками. Поэтому при покупке конкретной модели необходимо учитывать много нюансов.

Чувствительность

Главный эксплуатационный параметр УЗО 3 фазы, отображающий период времени, через который сработает защита. Оптимально, когда чувствительность устройства составляет 0,025 с. За это время электрический ток не успеет вызвать остановку сердца у человека.

УЗО может работать с дополнительным источником питания или без него. В первом случае он непосредственно принимает участие в процессе размыкания электрической цепи. Наличие данного механизма повышает стоимость прибора, но и увеличивает его чувствительность.

При отсутствии дополнительного источника питания УЗО срабатывает, реагируя на дифференциал магнитного поля.

Дифференциал тока

УЗО, предназначенные на 3 фазы, способны регулировать значение дифференциального тока, при котором оно срабатывает. При отсутствии данной функции приборы стандартно реагируют на 5 мА. Такой показатель тока явно указывает на присутствие аварийной ситуации и на потребность в отключении подачи электричества.

Количество клемм

Для трехфазной сети обязательно покупать 4-полюсные УЗО. Они оснащаются 8 клеммами для подсоединения входных и выходных кабелей. Три пары предназначены для подключения рабочей фазы, одна – нуля.

Количество ампер

Чтобы устройство защитного отключения функционировало при любом токе, необходимо выбирать модель, где число ампер существенно выше, чем у автомата.

На рынке присутствуют универсальные модели. Они предоставляют возможность подключения нескольких сетей одновременно. Несмотря на такое преимущество, подобные агрегаты имеют много недостатков. Они менее чувствительны, характеризуются сложной схемой подключения, стоят дороже. Такие модели подойдут для предприятий, но не для частного использования.

Подготовка к подключению

Правильно выполненные подготовительные и монтажные работы обеспечат стабильное функционирование УЗО.

Схемы подключения к трехфазной сети

При установке УЗО используют следующие рабочие схемы:

• Полное отключение электроцепи. Один агрегат имеет возможность обесточить всех потребителей электроэнергии при возникновении аварийной ситуации.
• Частичное отключение приборов. При появлении аварийных ситуаций обесточиваются только некоторые потребители.

Первая схема подключения используется в многоквартирных домах. Монтаж устройства осуществляется около счетчика электроэнергии. Если УЗО сработает, обесточивается целый дом.

При использовании второй схемы защитный механизм устанавливают на отрезке электрической проводки, идущей к конкретной комнате. Поскольку все приборы последовательно подключены к цепи, при срабатывании УЗО только «проблемный» потребитель отключится, а другие продолжат свое функционирование.

Второй вариант схемы может реализовываться иным способом. Точкой монтажа УЗО становится начало последовательного подключения к разводке, что позволяет реализовать селективное срабатывание агрегата на определенные группы потребителей. Также защитный механизм можно установить непосредственно перед выходным устройством.

Необходимость наличия заземления

Старые электросети относятся к системе tn-c, где отсутствует нулевой проводник для включения заземления. В этом случае защиту необходимо предусмотреть отдельно для дома или оборудования, что обеспечивает безопасный отвод токов. При отсутствии заземления ставить 4-х полюсный УЗО запрещено.

Правильная схема подключения к электрической сети предусматривает соблюдение следующих правил:

• Заземляющая жила соединяется только с выходным кабелем. Подключение напрямую УЗО недопустимо.
• При наличии однофазной сети нельзя использовать четырехполюсное устройство.
• Подключение к сети типа Б3 запрещено.

Заземляющая жила является отдельным элементом. Отсутствие дополнительных клемм в УЗО на ее подключение только свидетельствует об этом.

Подсоединение устройства защитного отключения

Выполнить монтаж УЗО несложно, владея базовой информацией о работе электрооборудования. К каждому устройству производитель прилагает технический паспорт. В нем указываются рекомендуемые схемы подключения, которые нужно использовать во время установки.

Поиск нулевой фазы

Определить нулевую фазу очень просто опытным путем. Нужно взять два провода и подсоединить их к концам патрона лампочки. Ее загорание наблюдают, если она подключена к фазе. В остальных случаях ничего не произойдет.

Подключение лампочки к двум фазам одновременно разрешается осуществлять на короткий промежуток времени. Замыкать такую цепь также можно лишь на небольшой период. Иначе существует высокая вероятность срабатывания автоматического выключателя.

Подключение фазы

Если удалось найти ноль, необходимо сразу выполнить его присоединение к соответствующим клеммам. Оставшиеся три провода являются рабочими фазами. Они подсоединяются любым удобным способом, что никак не влияет на функционирование УЗО.

После завершения монтажа необходимо проверить работоспособность системы. Для этого запускается тестер, который входит в стандартную комплектацию прибора.

Подсоединение выходных устройств

Подключение нескольких розеток к одному УЗО происходит только параллельным способом. Чтобы осуществить это, каждую жилу разделяют на нужное количество проводов. Если не придерживаться такой схемы монтажа, прибор не сможет полноценно работать и срабатывать при возникновении аварийных ситуаций.

Ошибки при выполнении монтажа УЗО

Чтобы обеспечить стабильную и безопасную работу электросети, необходимо избегать следующих ошибок:

• Входные клеммы УЗО подключаются к сети после специального автомата. Прямое присоединение категорически запрещено.
• Необходимо правильно подключить и не перепутать нулевые и фазные контакты. Для облегчения этой задачи на корпусе устройств присутствуют специальные обозначения.
• При отсутствии заземляющего проводника категорически запрещено заменять его проводом, накинутым на водопроводную трубу или радиатор.
• При покупке устройств обращают внимание на их основные рабочие характеристики, величины токов. Если линия рассчитана на 50 А, прибор должен иметь минимум 63 А.

При выполнении монтажа крайне важно соблюдать правила электробезопасности. Перед началом установки УЗО обесточивают сеть. Перед запуском устройства проверяют правильность монтажа элементов системы.

{SOURCE}

Схема подключения УЗО — 4 варианта установки

Любой домашний мастер при монтаже электропроводки в квартире своими руками задумывается о безопасности. Именно для этого во вводном щите, помимо прибора учета электроэнергии, устанавливаются защитные автоматы. Но все же иногда бывают случаи, при которых обычных автоматов бывает недостаточно.

Представим ситуацию, при которой, передвигая стиральную машину, случайно поврежден провод. С виду вроде бы все нормально, и машина работает, но при прикосновении к ее корпусу человека бьет током. А ведь электрический ток, который течет в сети, опасен для жизни и здоровья.

Или, к примеру, при ремонте розетки мастер случайно соприкасается с токонесущей поверхностью. Ведь обычный защитный автомат от такого не спасет.

И вот тут на помощь приходит устройство защитного отключения, которое, по своей сути, является моментальным аварийным выключателем. При прикосновении к проводу или контакту, находящемуся под напряжением, это устройство моментально отключает напряжение, спасая человека от гибели.

Конечно, схема подключения УЗО и автоматов непроста, но ведь не боги горшки обжигают, а потому с ней вполне по силам справиться домашнему мастеру при соблюдении необходимых правил.

Попробуем разобраться, что оно собой представляет, как и где его устанавливают и какие нюансы имеет схема его подключения, т.е. как подключить УЗО без заземления и при его наличии. А разобраться в этом необходимо, потому, что некоторые используют УЗО как обычный автомат. Подключаются с его помощью к линии и путем подсоединения к этому устройству обычной лампочки (причем по одному контакту) пытаются понять, почему оно отключается, не выдерживая столь малой нагрузки.

Общая схема подключения УЗО

Как правильно выбрать?

Для начала, чтобы не ударить лицом в грязь перед продавцом, необходимо разобраться в терминологии. УЗО, схема подключения которого содержит фазу и ноль, называют УЗО двухполюсное. Если же через него будет проходить 3 фазы и нулевой провод — УЗО четырехполюсное (либо УЗО трехфазное).

Конечно, основное внимание необходимо обратить на технические характеристики. В этом деле можно не только изучить паспорт изделия, но и пообщаться с продавцом-консультантом, который может больше знать о качестве приобретаемого товара.

Для квартиры с однофазной сетью 220 В необходимо подключение однофазного УЗО. При напряжении сети 380 В — 3-фазного. Основное внимание нужно обратить на следующие параметры:

• Ток отсечки — минимальное его превышение наибольшего тока линии, на которую планируется монтаж изделия, должно составить 25%.
• Номинальный ток — он должен быть выше тока отсечки. Обычно он составляет от 16 до 100 А.
• Ток дифференциала — показывает номинал утечки, при котором изделие сработает, отключив напряжение.
• Тип тока, на который рассчитано изделие. Это может быть АС — для переменного, А — для переменного и пульсации постоянного; В — как для переменного, так и для постоянного; S и G — присутствует выдержка отключения.

Нужно помнить, что оптимальный предел дифференциального тока подобной автоматики для того, чтобы она могла защитить человека — это 30 А. Также важно, что при утечке (по причине большого числа электроприборов или старой проводки) более трети номинального тока изделие начнет срабатывать.

Если обратить внимание на фирму-производителя, то на сегодняшний день самая известная, работающая на российском рынке, — это ABB.

Как правильно подключить?

Схема подключения защиты при наличии заземления

Существуют некоторые правила, по которым выстраивается схема подключения УЗО без заземления, при несоблюдении которых возможно не только снижение коэффициента полезного действия всех бытовых электрических приборов и, как следствие, повышение расхода электроэнергии. Бывает, что и само УЗО начинает периодически срабатывать без всяких на то причин.

Многие в таком случае пытаются решить эту проблему банальной заменой устройства, не понимая, что подобные проблемы таким образом не решаются. К тому же, не только неправильное подключение УЗО и автомата, но и неверная разводка в квартире внутри распределительных коробок или розеток может дать подобный результат. Попробуем рассмотреть варианты неправильных подключений и способы их устранения.

1. Подключение УЗО без заземления, но при этом после устройства защитного отключения земля все-таки приходит на нулевой провод. Очень часто в многоэтажных домах вместо нулевой шины используется сам корпус электрического силового щита, который, как и положено, заземлен. В таком случае установка УЗО производится путем установки новой нулевой шины, которая не должна соприкасаться с нулевыми проводами соседних квартир. Ноль к ней идет непосредственно от УЗО.
2. Через устройство защитного отключения должно проходить оба провода — и ноль, и фаза. В случае подключения нуля «мимо» прибора будет постоянно происходить несанкционированное отключение.
3. Ноль и заземление соединены в розетке. «Лечится» подобное проверкой всех точек расключения и исправлением ошибок монтажа.
4. При подключении двух и более приборов защиты перепутаны провода между ними. Необходимо проверить правильность выходных и входных пар проводников.

Ну а теперь, немного разобравшись с ошибками в подключении, перейдем непосредственно к самому монтажу.

Внешний вид УЗО в силовом щите

Как подключить УЗО и автоматы?

Вообще в монтаже подобной автоматики существует 4 варианта подключения:

• схема подключения УЗО в однофазной сети;
• схема подключения трехфазного УЗО с занулением;
• подключение УЗО и автомата;
• схема без нейтрали и он же к однофазной двухпроводной сети.

Сейчас попробуем понять эти 4 подключения, разобравшись с ними пошагово.

1. Самый распространенный и простой вариант подключения. Основная задача, посмотрев технический паспорт или схему на самом устройстве, — определить контакты входа-выхода фазы и нуля. Обычно они отмечены так: 1, 2 — входной и выходной фазы соответственно, N — ноль. Нужно помнить, что направление фазного и нулевого провода должны быть одинаковы. Между прибором и электросчетчиком необходим автомат — он избавит от перерасхода кВт/ч. Кстати, неправильная полярность подключения моментально выведет прибор из строя.
2. Четырехполюсное УЗО к сети с тремя фазами и нейтралью. Способ подключения практически не отличается от предыдущего, с той лишь разницей, что нулевая клемма может находиться с другой стороны. Глядя на схему монтажа, производятся те же действия, соблюдая цветовую маркировку проводов.
3. Трехфазное УЗО без выхода нулевого провода. Подобное подключение часто осуществляется при необходимости защитить от замыкания обмоток двигателя. Ввод напряжения производится по той же схеме, как и в предыдущем случае. На выходе фазные провода идут на двигатель, нулевой не выводится. Потребитель необходимо заземлить.
4. Нерационально и нецелесообразно, но иногда другого выхода нет. Однофазная линия подключается на четырехполюсный прибор согласно схеме, из которой удалены 2 фазы. Причем фазный провод должен идти именно по ближайшим с нулем клеммам.

Попробуем разобрать самые распространенные способы правильного подключения более детально.

Двухполюсное УЗО к однофазной сети

Многоуровневая защита на двухполюсниках

УЗО в двухпроводной сети, как уже говорилось, — довольно несложный вариант, в котором принципиальных отличий нет, будет ли это подключение УЗО с заземлением, либо же подобного в помещениях не предусмотрено, и будет производиться подключение УЗО без заземления. Основная задача мастера — не только все правильно смонтировать в силовом щите, но и грамотно развести проводку в помещениях, не допуская заземления нейтрали. Если устанавливается несколько защитных устройств, то очень важно следить за тем, чтобы между нулевыми и фазными жилами, идущими от одного устройства, не было контакта с жилами другого. В противном случае будут происходить периодические отключения без всяких видимых причин.

Схема подключения УЗО в квартире не предусматривает его установку перед прибором учета электроэнергии. Конечно, никакими неполадками это не грозит, и оно будет вполне исправно работать, но первая же проверка контролирующей учет электроэнергии организации плавно перетечет в приличный штраф. Дело в том, что тут возникает возможность несанкционированного подключения и кражи электроэнергии, а потому рисковать так не стоит. То же касается и подключения параллельно счетчику. УЗО идет всегда после счетчика с возможным включением между ними автомата (что желательно).

Чтобы проверить, как работает УЗО, необходимо включить автоматические отсекатели (ОЗУ) и нажать кнопку «Тест». Если все хорошо, защита должна сработать.

И еще один вариант подключения, который наиболее распространен.

Четырехполюсное УЗО на три фазы и нейтраль

Схема подключения четырехполюсника

Подключение трехфазного УЗО чаще всего используется в частных домах. Причина понятна — ведь бывает необходимо подключение различных станков, насосов и т.п. В таком случае имеет смысл установки устройства защитного отключения непосредственно после электросчетчика, а уже от него — дальнейшей разводки по двухполюсникам на линии в 220 В.

Вообще четырехполюсники обычно рассчитываются на большие перегрузки, и от поражения электрическим током подобная защита не спасет, ведь его основная задача — это защита оборудования. Именно потому однофазные линии, отходящие от него, необходимо защитить отдельно.

При монтаже важно соблюдение цветовой маркировки проводников — это поможет не скоммутировать на одного потребителя фазу от одного защитного устройства, а ноль от другого.

Также необходимо следить за отсутствием заземления нейтрали.

Устанавливать или нет

Подобный вопрос установки УЗО должен возникнуть у любого мастера. И однозначного ответа на него нет и быть не может — все зависит от каждого отдельно взятого случая. Если монтаж электропроводки производится «с нуля», то здесь однозначное «да». Подобные установки защитят не только домашнее электрооборудование, но и жизнь и здоровье. В остальных же случаях — зависит от того, будет ли УЗО вообще работать (причины выше). В любом случае, при наличии возможности подобное оборудование необходимо.

Ведь если вдуматься, схемы подключения УЗО не так уж и сложны. Соблюдая правила установки, вполне реально самостоятельно поставить УЗО в частном доме или квартире. Главное запомнить, что в доме, при трехфазной сети, схема включения (неважно, с заземлением или без земли) должна содержать несколько защитных устройств. Лучше, если будет установлено УЗО на 3 фазы на оборудование, но при этом необходимо и наличие нескольких УЗО на отходящие в дом провода.

Похожие статьи:

Прямая визуализация зоны узо через эмиссию красителя, вызванную агрегацией, для синтеза высокомонодисперсных полимерных наночастиц

Полимерные наночастицы (НЧ) привлекли значительное внимание для использования в оптоэлектронных устройствах и биомедицинских приложениях. Среди их физико-химических свойств размер НЧ считается одним из наиболее важных параметров. Взяв в качестве примера инкапсуляцию гидрофобных молекул лекарственного средства или красителя в биосовместимые полимеры, метод замещения растворителя (также известный как нанопреципитация) предлагает хороший контроль над процессом смешивания для синтеза наночастиц с размерами от 25 до 300 нм.Однако при нанопреципитации образуются крупные агрегаты, превышающие определенную долю растворителя и концентрацию полимера, что приводит к синтезу высокополидисперсных частиц с неконтролируемыми размерами. Таким образом, для систематического и контролируемого синтеза монодисперсных наночастиц мы построили узо-зоны двух полимеров, PLGA и DSPE-mPEG, новым и простым способом, используя уникальные свойства красителей с эмиссией, вызванной агрегацией (AIE). , которые показывают разную флуоресценцию в разных состояниях.Кроме того, мы разработали новый процесс, улучшенный метод вытеснения растворителя (ESDM), для производства высокомонодисперсных наночастиц со сверхнизкими значениями PDI (от 0,05 до 0,1) и размерами от 25 до 200 нм путем увеличения смешиваемости между антирастворитель и растворитель с предварительным смешиванием растворителя (тетрагидрофурана) с антирастворителем (водой).

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

(i) Состав трех спектров в мас.%. Спектр до Узо …

Капельки изобилуют природой и технологиями. Как правило, они являются многокомпонентными, и, когда они не находятся в равновесии, с градиентами концентрации, подразумевающими поток и массоперенос.Более того, могут происходить фазовые переходы с испарением, затвердеванием, растворением или зарождением новой фазы. Капли и окружающая их жидкость могут быть бинарными, тройными или содержать еще больше компонентов, а некоторые из них даже находятся в разных фазах. За последние два десятилетия быстрый прогресс экспериментальных и численных методов гидродинамики позволил значительно продвинуться в нашем понимании физико-химической гидродинамики таких капель, еще больше сократив разрыв от гидродинамики к химической инженерии, коллоидной и межфазной науке и к количественной оценке. понимание многокомпонентных и многофазных систем капель, далеких от равновесия, и стремление к однозначному сравнению экспериментов с теорией или числовыми данными.В этом обзоре будут обсуждаться различные примеры физико-химической гидродинамики капельных систем, далеких от равновесия, и наше нынешнее понимание их. К ним относятся несмешивающиеся капли в градиенте концентрации, коалесценция капель различных жидкостей, капли в градиентах концентрации, возникающие в результате химических реакций (в том числе капель в виде микроплаков) и фазовых переходов, таких как испарение, затвердевание, растворение или зародышеобразование, а также капли в тройных жидкостях. включая замену растворителя, наноосаждение и так называемый эффект узо.Мы также обсудим актуальность физико-химической гидродинамики таких систем капель для многих важных приложений, в том числе в химическом анализе и диагностике, микроанализе, фармацевтике, синтетической химии и биологии, химической и экологической инженерии, нефтяной и восстановительной промышленности, струйной печати, для микро- и наноматериалов, а также в нанотехнологиях.

Универсальные нанокапли разветвляются от ограничения эффекта Узо

Значение

Явление спонтанного образования нанокапель, называемое «эффектом Узо», является основой для многих процессов, от приготовления фармацевтических продуктов до создания косметических средств и инсектицидов, жидкости — жидкая микроэкстракция.В этой работе делается попытка отделить эффекты градиентов концентрации от внешней динамики смешения путем пространственно-временного отслеживания образования нанокапель из-за эффекта Узо, заключенного в квазидвумерной геометрии. Мы наблюдаем поразительные универсальные ветвящиеся структуры зарождающихся капель под действием внешнего диффузионного поля, аналогичные разветвлению потоковых сетей в крупном масштабе, и повышенную локальную подвижность коллоидных частиц, обусловленную градиентом концентрации, возникающим в результате развития структур ветвлений.Мы также демонстрируем, что эти нанокапли могут быть использованы для одноэтапной наноэкстракции и обнаружения.

Abstract

Мы сообщаем о самоорганизации универсальных паттернов ветвления масляных нанокапелек под действием Узо [Vitale S, Katz J (2003) Langmuir 19: 4105–4110] — явление, при котором спонтанное образование капель происходит при разбавление органического раствора масла водой. Смешивание органической и водной фаз ограничено квазидвумерной геометрией.Подобно разветвлению сетей наземных потоков [Devauchelle O, Petroff AP, Seybold HF, Rothman DH (2012) Proc Natl Acad Sci USA 109: 20832–20836 и Cohen Y, et al. (2015) Proc Natl Acad Sci USA 112: 14132–14137], но в масштабе на 10 порядков меньше, углы между ветвями капель демонстрируют удивительную универсальность со значением около 74 ° ± 2 °, независимо различных управляющих параметров процесса. Численное моделирование показывает, что эти схемы ветвления нанокапель регулируются взаимодействием между локальным градиентом концентрации, диффузией и коллективными взаимодействиями.Мы также демонстрируем способность локального градиента концентрации управлять автономным движением коллоидных частиц в сильно ограниченном пространстве и возможность использования зародышевых нанокапель для наноэкстракции гидрофобных растворенных веществ. Понимание, полученное в результате этой работы, обеспечивает основу для количественного понимания сложных динамических аспектов, связанных с эффектом Узо. Мы ожидаем, что это будет способствовать улучшенному контролю образования нанокапель для многих приложений, начиная от приготовления фармацевтических полимерных носителей и заканчивая рецептурой косметики и инсектицидов, производством наноструктурированных материалов, концентрацией и разделением следовых количеств аналитов в жидкости — жидкая микроэкстракция.

Эффект Узо возникает в тройной смеси, обычно состоящей из воды, масла и этанола, когда масло, растворенное в спирте, выпадает в осадок с образованием крошечных капель при добавлении воды (1). Этот эффект также можно увидеть, например, когда дезинфицирующие средства на основе эвкалипта и репелленты от комаров разбавляются водой, когда масла смешиваются со спиртом, но не смешиваются с водой. Это спонтанное образование капель не требует механического перемешивания для диспергирования жидкости или добавления поверхностно-активных веществ или других стабилизаторов.Таким образом, он составляет основу для образования стабильных капель эмульсии в широком диапазоне применений, таких как приготовление напитков, парфюмерии и инсектицидов (2–4), а также изготовление полых наноматериалов (5, 6). При жидкостно-жидкостной микроэкстракции капли масла из-за эффекта Узо используются для концентрирования и отделения следов гидрофобных аналитов от их водных проб перед судебно-медицинским анализом, биомедицинской диагностикой или мониторингом окружающей среды / безопасности (7–9). Небольшие гидрофобные органические молекулы, липиды или полимеры, растворенные в полярном органическом растворителе, проявляют эффекты, аналогичные эффектам масляной фазы, образуя субмикронные частицы с узким распределением по размерам при разбавлении водой.В процессе, называемом нанопреципитацией, смещением растворителя или смещением растворителя (10⇓ – 12), нерастворимые в воде лекарственные средства могут быть включены в биополимерные наноносители с возможностью адаптации их распределения по размерам при доставке с контролируемым высвобождением.

Несмотря на долгую историю эффекта Узо и его актуальность для широкого круга приложений, количественное понимание его основного механизма и способность предсказывать рост и стабильность нанокапелек остается неуловимым.Более конкретно, эффект имеет место, когда составы воды, растворенного вещества и органического растворителя лежат в метастабильной области между спинодальной и бинодальной кривыми на тройной фазовой диаграмме. Гомогенное зародышеобразование капель, которое представляет собой быстрый процесс в ответ на внезапное увеличение перенасыщения в результате добавления водной фазы, требует чрезвычайно быстрого перемешивания между двумя фазами, например, за счет совместного движения потоков в микрофлюидном устройстве, что мешает струи или непрерывное турбулентное перемешивание (13⇓ – 15).Размер и распределение капель определяется не только физико-химическими свойствами и концентрациями растворителей, но также временными и пространственными характеристиками, связанными с динамикой перемешивания (12, 16–20). Сложные физические явления, такие как быстрая диффузия растворителя, межфазная нестабильность и перенос массы, обусловленный локальным градиентом концентрации, были предложены для объяснения таких динамических аспектов на ранних стадиях образования капель. Тем не менее, лежащий в основе механизм, ответственный за эффект Узо, может быть выяснен только в значительной степени через понимание более поздних или заключительных стадий эволюции тройной системы из-за чрезвычайно короткого порядка шкалы времени микросигналов и малых размеров зарождающихся нанокапель.Таким образом, поиск оптимального рабочего окна для достижения желаемого размера капель на сегодняшний день по-прежнему зависит от метода проб и ошибок, что требует скрининга большой библиотеки комбинаций растворителей и условий впрыска растворителя. Лучшее понимание фундаментальных физико-химических механизмов, лежащих в основе эффекта Узо, поэтому будет чрезвычайно полезно для руководства рациональным дизайном соответствующих решений и условий смешивания для образования капель.

В этой работе мы различаем связанные эффекты между градиентом концентрации и внешней динамикой перемешивания в объеме жидкости, ограничивая эффект Узо в пределах квазидвумерной геометрии жидкости, так что в процессе преобладает диффузия.Учитывая, что водная фаза теперь приводится в контакт с органической фазой исключительно за счет диффузии, можно, таким образом, пространственно и во времени проследить динамику образования нанокапель. Мы наблюдаем формирование универсальных паттернов ветвлений нанокапель, которые удивительно напоминают разветвление потоков подземных вод, хотя и в гораздо меньших масштабах. Наше моделирование подтверждает, что ветви нанокапель являются результатом взаимодействия между локальным градиентом концентрации, диффузией и коллективными взаимодействиями.Выраженный локальный градиент концентрации, выходящий из ветвей капель, четко проявляется в усилении транспорта коллоидных частиц по ветвям в этом сильно ограниченном пространстве. Помимо демонстрации того, что эти ветви капель предлагают возможность в качестве одношаговой техники наноэкстракции, мы также ожидаем, что понимание динамических аспектов эффекта Узо будет полезно для лучшего понимания способов управления образованием капель в других приложениях.

Результаты и обсуждение

Ограниченный эффект Узо в квазидвумерной геометрии.

Ограниченный эффект Узо в наших экспериментах был реализован в горизонтальном прямоугольном проточном канале, как показано на рис. 1 A . Первоначально весь канал был заполнен первым раствором, который представляет собой масло, растворенное в водном растворе этанола (т.е. раствор Узо). Слабый растворитель, вода, впрыскивался из одного конца канала, протекая внутри более глубоких боковых каналов 1,7 мм к другому концу.В направлении, перпендикулярном первичному потоку, вода диффундирует вбок в квазидвумерный основной канал высотой 20 мкм от внутреннего края бокового канала.

Рис. 1.

( A ) Трехмерная схематическая иллюстрация устройства канала жидкости, используемого для формирования ответвлений нанокапли. Горизонтальная проточная ячейка состояла из подложки и стеклянного окна, основной проточный канал которого примыкал к двум узким боковым каналам, как показано оранжевыми зонами на эскизе. Длина была 7.65 см как для основного, так и для боковых каналов, тогда как ширина составляла 6 мм и 250 мкм, а глубина составляла 20 мкм и 1,7 мм для основного и бокового каналов соответственно. Течение было в направлении, указанном черной стрелкой. В этой экспериментальной геометрии боковые каналы были достаточно глубокими, чтобы вода текла почти исключительно по ним, поскольку очень тонкая (похожая на Хеле – Шоу) щель (главный канал), заполненная узо между двумя глубоководными каналами, обеспечивала высокое гидродинамическое сопротивление. Ветви (зеленые) переходили в основной канал.( B — D ) Оптические изображения и ( E ) АСМ-изображение репрезентативных структур ветвей; крупным планом ( C и D ) показаны отдельные капли вдоль ветвей. Врезка в D показывает определение полного угла и местного угла вблизи точки слияния. Морфологические особенности ветвей будут характеризоваться этими двумя углами.

По мере того, как вода смешивается с раствором Узо, мы наблюдаем появление ярких разветвлений внутри основного канала.Оптические изображения высокого разрешения на рис. 1 C и D показывают, что эти ветви состоят из дискретных нанокапелек, что дополнительно подтверждается изображениями полимеризованных капель с помощью атомно-силовой микроскопии на рис. 1 E . Отдельные капли обычно вырастают до 3–6 мкм в поперечном диаметре и от 100 нм до 1 мкм в высоту (и поэтому их просто называют нанокаплями). Ветви состоят, самое большее, из нескольких отдельных капель по ширине (Рис. 1 C — E ), которая незначительна по сравнению с ее протяженностью в миллиметры.

Верхние части ветвей капли начинаются от внутреннего края бокового канала или от нескольких точек в основном канале. Для данного канала концы ответвлений всегда начинаются с одних и тех же мест на ободе бокового канала, в местах, содержащих структурные дефекты размером в несколько микрон (видеоролики S1 и S2). Чтобы проверить роль этих дефектов в формировании ответвлений, мы намеренно сделали отступы на равномерно распределенных микроструктурах вдоль края бокового канала, после чего наблюдали, что положение концов ветвей также равномерно распределено по краю (Movie S3).Таким образом, результаты ясно показывают, что начало ветвления капли определяется локальными геометрическими структурами. В квази-двумерном основном канале соседние ветви наклоняются друг к другу и сливаются в местах, более удаленных от бокового канала. Морфология всей ветвящейся структуры является дендритной, аналогичной дереву с вершиной на краю бокового канала и с корнем, простирающимся во внутреннюю область главного 2D-канала.

Универсальность в угле слияния.

Чтобы изучить универсальность образования ответвлений от ограниченного эффекта Узо, мы варьировали скорость потока воды в боковом канале, состав раствора Узо и гидрофобность стенки основного канала. Как показано на рис. 2 A — C , общая морфология сформированных ветвей была очень похожей в широком диапазоне исследованных условий.

Рис. 2.

Формирование ветвей нанокапли до 400 с после начала роста ветвей. Цвет в любом месте указывает время, когда ветвь достигла данного места.( A — C ) Оптические изображения ветвей, сформированных в восьми различных условиях. ( A ) Расход воды в боковом канале составлял 100 мкл / мин, 200 мкл / мин и 400 мкл / мин. Состав раствора Узо был одинаковым для всех трех скоростей потока (вода: этанол: масло = 50: 50: 2). ( B ) Соотношение воды, этанола и масла в растворе Узо составляло 40: 60: 2, 40: 60: 4 и 40: 60: 6 при скорости потока воды 100 мкл / мин. ( C ) Подложки были гидрофильными или гидрофобными, а край бокового канала был либо шероховатым, либо гладким.Скорость потока воды составляла 100 мкл / мин, а состав раствора Узо составлял 50: 50: 2. ( D и E ) Соответствующие PDF углов между двумя объединенными ветвями ( D ) во всем их диапазоне и ( E ) от сегментов вблизи точки слияния. Гидрофобный и грубый канал использовался для всех случаев в A и B ; 100 мкл / мин в A отображается на графиках как «гидрофобный, грубый».

Чтобы количественно определить общие черты разветвленной структуры, мы измерили и проанализировали в общей сложности 660 углов между сливающимися ветвями.Для сравнения мы определяли полный угол точно так же, как это было сделано в работе по разветвлению грунтового потока (21, 22). Во всех восьми случаях, показанных на рис. 2, соответствующие функции распределения вероятностей (PDF) угла слияния нанесены на график на рис. 2 D , при этом между ними не наблюдается значительных различий. Средний угол ветвления для всех 660 углов составил 74 ± 2 ° (95% доверительный интервал).

Хотя процесс образования ветвей в целом универсален в отношении морфологии, углового распределения и значения наиболее вероятного угла, более внимательное рассмотрение восьми случаев, проанализированных на рис.2 показывает некоторые подробные изменения: по мере увеличения концентрации масла количество ветвей увеличивается, и основные ветви становятся более «волосатыми» с крошечными выступами, возникающими с обеих сторон. Кроме того, более высокий расход воды в боковом канале вызывает более выраженный наклон всей конструкции ответвлений в сторону потока.

Динамика роста с преобладанием диффузии.

Чтобы выявить механизм развития ветвей капель, мы проследили рост капли с помощью визуализации в светлом поле и перенос окрашенной воды в 2D-канале отдельно с помощью флуоресцентной визуализации.Фильмы S1 и S2 показывают, что ветви проходили одновременно с движущимся фронтом воды в основной квази-2D канал. С другой стороны, возникающие ветви на движущемся фронте во внутренней области росли по направлению к ближайшей родительской ветви. В любом случае все дерево ветвей простиралось к «корню дерева» в направлении внутреннего основного канала.

Для количественной оценки скорости роста мы измерили длину ветви ℓ от вершины ветви до фронта воды в различные моменты времени t, построив график зависимости данных от t1 / 2 на рис.3 С . Видно, что после короткого начального переходного процесса длина ответвления увеличивается примерно как t1 / 2, независимо от расхода воды, состава раствора или свойств подложки. Такое поведение t1 / 2 в расширении ветви, очевидно, предполагает, что в формировании ветви преобладает диффузия; то есть смешивание двух растворов происходит за счет поперечной диффузии воды. Подгоняя данные (исключая переходные процессы для t <50 с) с одномерным диффузионным соотношением ℓ = (2Dt) 1/2, мы получили эффективные константы диффузии D в диапазоне 2 × 10−9m2⋅s − 1 для наименьшей нефти. концентрация раствора Узо, которая сравнима с коэффициентом диффузии воды в этаноле.Мы отмечаем, что для более высоких концентраций масла в растворе Узо скорости роста и, следовательно, подобранные эффективные константы диффузии D ветвей в 10 раз больше, предположительно из-за некоторого конвективного вклада, что приводит к несколько более крутому увеличению, чем t1 / 2.

Рис. 3.

Рост ветвей капли. ( A ) Светлопольные и ( B ) флуоресцентные изображения растущих ветвей. Вода была окрашена в зеленый цвет, а темные линии на изображениях — это ветви нанокапли.( C ) Графики зависимости расстояния ℓ от начала ветви до ее растущего фронта от t1 / 2. Почти линейная зависимость между ℓ и t1 / 2 после начального переходного процесса обнаруживает близкое к диффузионному поведению, которое лежит в основе роста ветви. Отметим, однако, что диффузиофорез также вызовет некоторые конвективные эффекты, как мы увидим из рис. 5. Оптические изображения сформированных ветвей показаны на рис. 2 A — C .

Механизм и моделирование образования ветвей.

Теперь мы предлагаем механизм ограниченного эффекта Узо и универсальные углы слияния двух ветвей капли. Во-первых, вода, диффундирующая из бокового канала в квази-2D основной канал, заполненный раствором Узо, приводит к локальному снижению концентрации этанола, так что масло становится перенасыщенным — эффект Узо. Неровности, такие как микроструктуры на краю бокового канала по направлению к квазидвумерному основному каналу, затем способствуют зарождению капель из перенасыщенного маслом раствора, тем самым инициируя разветвление.В квазидвумерной геометрии градиент концентрации наиболее резкий на движущемся фронте воды в богатый нефтью раствор в основном канале. Хотя фронт воды [обеспечивающий импульс локального перенасыщения нефтью в растворе Узо (18)] перемещается по всему поперечному сечению основного канала, новые капли только выборочно зарождаются позади старых, показывая, что равномерная и невозмущенная диффузия воды в раствора Узо недостаточно для инициирования зародышеобразования капель, но необходимы локальные искажения.Они возникают из-за старых капель или, в некоторых случаях, из-за неровностей в основном канале, из которых выходят новые ветви. Расширение старой ветви может вызвать асимметрию градиента концентрации, которая направляет рост новых боковых ветвей к ней, что в конечном итоге приводит к слиянию двух ветвей.

Процесс роста и слияния ветвей напоминает разветвление сетей ручьев, прорезанных подземными водами, где характерный угол разветвления составляет около 72∘ (21, 22), что близко к найденному здесь значению 74∘ ± 2∘. .Аналогичным образом рост одномерных потоков в сети контролируется двумерной диффузией. Такие процессы доступны для аналитической обработки гармонического поля, подчиняющегося двумерному уравнению Лапласа, с помощью преобразования Лёвнера (23, 24), что очень элегантно показано на примере образования и разветвления сетей водотоков в пористом эстуарии (21). . Основываясь на этом подходе, Лёвнер и другие смогли аналитически рассчитать угол бифуркации одномерных потоков в двумерном гармоническом поле, получив 72 °, что согласуется с их и нашими экспериментальными результатами.

Приведенное выше качественное описание процесса роста и слияния ветвей подтверждается численным моделированием двумерного уравнения диффузии, при этом растущие ветви реализуются методом погруженных границ; подробности см. в Материалы и методы . На рис. 4 A, и B показаны снимки процесса роста ветвей и соответствующего поля концентрации воды, полученные в результате численного моделирования. Начальными точками ветвей на левой стенке являются небольшие возмущения (расчетной) области, которые мы помещаем в симметричную (рис.4 A ) или асимметричным (рис. 4 B ) способом. На вершине этих возмущений шероховатости градиент концентрации максимизируется, что заставляет ветвь расти оттуда. Когда ветвь растет, градиент концентрации максимизируется на кончике ветки, что приводит к дальнейшему росту ветки. Независимо от того, было ли начальное возмущение симметричным или асимметричным, концы ветвей всегда подчиняются закону диффузионного масштабирования l≈t1 / 2 (рис. 4 C ), подтверждая экспериментальное наблюдение.Усредняя бифуркационные углы, возникающие при численном моделировании, мы получили 76∘, что хорошо согласуется с теоретическими аргументами и экспериментальными наблюдениями. Это моделирование отражает основные особенности эволюции ветвей капли с точки зрения общей морфологии, скорости роста и, в частности, характерных углов слияния. Однако численная модель недостаточно сложна, чтобы можно было проводить однозначное сравнение с экспериментом. Такое количественное сравнение выходит за рамки данной статьи.

Рис. 4.

Результаты численного моделирования, в котором красные линии показывают траектории ветвей, а контуры отображают поле концентрации воды. На ветвях образуются капли масла, поэтому концентрация воды в районе ветвей наиболее высока. ( A ) Симметричный случай с четырьмя идентичными начальными возмущениями при x = 0. ( B ) Асимметричный случай с шестью различными начальными возмущениями при x = 0. ( C ) Независимо от того, являются ли ветви симметричными или нет, их концы следуют очень похожему поведению с преобладанием диффузии, как видно из линейного масштабирования t1 / 2, определяющего расстояние ℓ между кончиками и левой границей за пределами начального переходного процесса, аналогично тому, что наблюдается на рис.3 С .

Локальный конкурентный эффект растущих капель.

Детальное рассмотрение изображений на рис. 2 A — C , в частности, в локальной области вокруг бифуркаций, обнаруживает, что две сливающиеся ветви перед слиянием немного растут наружу. На рис. 2 E показаны PDF-зависимости локальных углов, полученные путем подгонки двух сегментов ответвления около узла. Ширина PDF аналогична ширине определяемых глобально углов бифуркации, а средний угол теперь составляет 97∘ ± 2∘, что намного больше, чем угол 74∘ ± 2∘ от соответствия всей ветви.Эти большие углы отражают конкуренцию между соседними растущими каплями за растворенную нефть при перенасыщении. Аналогичный конкурентный эффект наблюдался в процессе самоорганизации этих растущих капель, удерживаемых на ободке микролинзы из перенасыщенного маслом раствора (25), который возник в результате избирательного роста капель в направлении большая концентрация, то есть направление, в котором другие капли не растут.

Повышенная подвижность коллоидных частиц за счет локального градиента концентрации.

Теперь мы обнаруживаем локальный градиент концентрации как важное следствие ветвлений капель, отслеживая движение коллоидных частиц в ограничении двумерного канала жидкости. В качестве контрольного эксперимента мы сначала исследовали, как вода поступает в основной канал, заполненный безмасляным раствором этанола. Окрашенная вода с флуоресцеином в концентрации 0,02%, как наблюдали, полностью заполняла боковой канал вдоль внутреннего канала, прежде чем диффундировать в основной канал. Когда в воду были добавлены микрочастицы индикатора диаметром 2 мкм, флуоресцентные изображения показали, что эти микрочастицы остались в боковом канале, что позволяет предположить, что вода диффундирует в раствор этанола, не вызывая достаточного градиента концентрации для переноса коллоидных частиц в основной канал. .Другими словами, градиент давления по водным каналам не привел к перетоку в раствор Узо. Однако, как только ветви капель образуются в результате двумерного ограниченного эффекта Узо, мы наблюдаем значительное усиление подвижности коллоидных частиц, как показано на рис. 5 и в видеороликах S4 – S6. Микрочастицы входили в основной канал движущимся фронтом, а затем притягивались к ветвям. Оказавшись там, частицы быстро перемещались в направлении, противоположном направлению фронта, хотя некоторые, казалось, рециркулировали вдоль боковых ветвей капель.Интересно отметить, что частицы обычно следуют по одному и тому же пути и рециркулируют в течение нескольких циклов по одной и той же боковой ветви. Количественный анализ их траекторий показал, что скорость микрочастиц вдали от ветвей составляла примерно 25 мкм / с, уменьшаясь до примерно 10 мкм / с примерно через 100 с. Скорость в обратном направлении по ветвям была примерно в 10 раз выше, до 300 мкм / с на движущемся фронте.

Рис. 5.

Ветви капель для улучшенного транспорта коллоидных частиц и наноэкстракции в квази-2D-канале.( A ) Профиль скорости микрочастиц индикатора в основном канале. Взвешенные в воде микрочастицы попадали в основной канал слева при t = 0 с. Соотношение вода: этанол: масло в растворе Узо составляло 25: 25: 1. ( B ) Сравнение всех траекторий частиц до t = 250 с, наглядно демонстрирующее медленное движение частиц в канал между ветвями с последующим их быстрым возвращением по ветвям. ( C ) Изображения ветвей и ( D ) скорости частиц как функции времени.Цвета / символы соответствуют скоростям траекторий отдельных частиц, когда они проходят внутри прямоугольника с тем же цветом, выделенным в C в направлении соответствующих стрелок. ( E ) Флуоресцентные изображения, показывающие развитие ветвей капель, но с водой, допированной красным красителем при чрезвычайно низкой концентрации 10 нМ. Видно, что краситель извлекается из воды, накапливаясь и концентрируясь в зародышевых каплях масла.

Мы связываем значительно увеличенную подвижность коллоидных частиц с диффузиофорезом, движением коллоидных частиц под действием градиентов концентрации растворенного вещества (26).Здесь градиент концентрации создается во время образования ветвей капель масла, как показано на контурной карте на рис. 4. Таким образом, эти результаты предлагают подход к усилению переноса коллоидов в чрезвычайно ограниченном пространстве в тройной жидкой системе. Такая локально повышенная коллоидная подвижность дополняет диффузионнофорез, возникающий из-за градиентов концентрации электролита и неэлектролита в объемном растворе, потока растворенного вещества, испускаемого «маяком» или потоком Марангони в присутствии градиентов поверхностного натяжения (27⇓⇓⇓⇓– 32).Более того, коллоидная подвижность здесь также может иметь отношение к ряду интригующих явлений, таких как решение лабиринта или самодвижущиеся капли, усиленный перенос частиц в тупике каналов или автономное движение микронасосов с автономным питанием в наноразмерных и микромасштабных системах. (3, 27).

На пути к контролируемой квази-2D наноэкстракции.

Теперь мы кратко продемонстрируем, что формирование ответвлений нанокапель может потенциально применяться для наноэкстракции для концентрирования, разделения и анализа гидрофобных растворенных веществ в водных растворах.В этой демонстрации принципа действия вода с добавлением красного красителя в концентрации 10 нМ проходит через боковой канал, вызывая ограниченный эффект Узо, как показано на рис. 5 B . Красный краситель в воде экстрагируется и концентрируется в каплях масла на ветвях, что отражается в постепенно увеличивающейся интенсивности красного окрашивания капель с течением времени.

Этот метод наноэкстракции применим к широкому кругу гидрофобных соединений в воде, аналогично дисперсионной жидкостно-жидкостной микроэкстракции (7⇓ – 9).Небольшой объем и большая площадь поверхности капель позволяют быстро концентрировать и разделять. Однако мы предполагаем еще больший потенциал для процесса наноэкстракции: обогащение растворенными веществами поверхностных нанокапелек происходит непосредственно из воды, без необходимости использования дисперсных органических растворителей, обычно требуемых при микроэкстракции. Таким образом, для многих гидрофобных соединений ожидаются более высокие коэффициенты концентрирования. Кроме того, концентрация и анализ гидрофобного растворенного вещества объединены в один этап.Таким образом, весь процесс предлагаемого нами подхода позволяет анализировать растворенное вещество, не требуя дополнительной стадии отделения концентрированного растворенного вещества от смеси масляной фазы, обогащенной аналитом, в дисперсии.

Выводы

В этой работе мы сообщаем об образовании нанокапель, когда эффект Узо ограничен квазидвумерным каналом. Такое ограничение дает нам уникальную возможность отслеживать во времени и пространстве процесс образования капель и отделить свертку множества физико-химических процессов от динамики перемешивания.Мы наблюдали дендритные паттерны ветвления масляных нанокапель с универсальными углами ветвления со значением 74 ± 2, количественный анализ которых позволяет предположить, что формирование этих ветвей определяется внешним диффузионным полем. Эта работа также демонстрирует, что локальный градиент концентрации масла, создаваемый ветвями капель, может приводить в движение быстрое автономное движение коллоидных частиц, явление, которое потенциально может быть применено для значительного увеличения локального переноса коллоидов в сильно ограниченном 2D пространстве.Мы также использовали эти ответвления нанокапель для наноэкстракции гидрофобного растворенного вещества в воде, чтобы значительно упростить концентрацию растворенного вещества и анализ in situ в один этап. Понимание, полученное в результате этой работы, дает ценные рекомендации по разработке растворителя и условий смешивания для контроля образования нанокапель, возникающих из-за эффекта Узо, который полезен для широкого спектра применений в аналитических технологиях, напитках, фармацевтике, косметике и современных материалах.

Материалы и методы

Химические вещества и растворы.

Исходный раствор полимеризуемого масла получали смешиванием 1,6-гександиолдиакрилата (HDODA; Sigma-Aldrich) и фотоинициатора 2-гидрокси-2-метилпропиофенона (Sigma-Aldrich) при объемном соотношении 10: 1. Первый раствор (т.е. раствор Узо) готовили путем добавления указанной выше смеси к водному раствору этанола. Объемное соотношение воды и этанола в растворе составляло 50:50 или 40:60. Аналогичные результаты были получены, когда мы попробовали неполимеризуемые масла, такие как витамин А в жидкой форме, олеиновая кислота и додекан.Второй раствор содержал насыщенную маслом воду или просто воду в случае масел с чрезвычайно низкой растворимостью. Кремниевые подложки, покрытые октадецилтрихлорсиланом (OTS-Si), были подготовлены и очищены с использованием ранее задокументированной процедуры (33).

Экспериментальная установка и характеристика роста ветвей.

Канал для потока, схематически изображенный на рис. 1, был построен путем сборки подложки OTS-Si между двумя верхними стеклянными пластинами, герметизированными уплотнительным кольцом. Расстояние от верхней пластины до поверхности подложки составляет примерно 20 мкм.Канал заполнялся раствором Узо через входной патрубок с последующей закачкой воды в канал при постоянном потоке 200 мкл / мин с помощью шприцевого насоса. Затем вода вытеснила раствор узо в глубоких боковых каналах, прежде чем диффундировать в поперечном направлении в гораздо более узкий внутренний канал, что привело к образованию ветвей капель. После их образования подложку освещали УФ-лампой (20 Вт, 365 нм) через верхнюю стеклянную пластину, что позволяло проводить полимеризацию капель с использованием установленных протоколов (34).Затем полимеризованные капли были охарактеризованы с помощью оптического микроскопа с режимом отражения или атомно-силового микроскопа.

Для визуализации процесса смешивания воду добавляли флуоресцеином (0,02%) и использовали флуоресцентный микроскоп для наблюдения за формированием структур ветвей в основном канале. Структуры ветвей анализировали путем измерения длины ветвей (основной структуры) в разное время как под светлопольной, так и под флуоресцентной микроскопией. Кроме того, флуоресцентные микрошарики в окрашенной воде отслеживали с помощью флуоресцентной микроскопии.Видео снимались со скоростью 60 кадров в секунду.

Статистический анализ углов сливающихся ветвей.

В наших измерениях углов структура ветвления была преобразована в двоичную форму и скелетонизирована, чтобы найти точки ветвления. Чтобы облегчить сравнение между наблюдаемыми здесь ветвями и ветвями в разветвленных потоках, мы определили «полный» угол точно так же, как указано в ссылках. 21 и 22, аппроксимируя ветви как линейные сегменты с использованием уменьшенной большой оси. Отметим, что теоретическое предсказание в этих статьях фактически рассматривало угол в пределе, близком к точкам ветвления.С другой стороны, мы охарактеризовали угол около точек ветвления, приняв уменьшенную большую ось сегментов ветвления в непосредственной близости к точкам слияния. После фильтрации коротких волосатых веточек, которые невозможно отличить от выступающих капель, было получено от 47 до 160 углов в каждом случае, всего 660 углов. Мы получили средний угол 74∘ ± 2∘ (95% доверительный интервал) для всех полных углов и средний угол 97∘ ± 2∘ для всех ближних углов.

Численное моделирование.

Учитывая, что процесс образования ветвей определяется исключительно диффузией, мы решили уравнение диффузии ∂c∂t = D∇2c + s [1] с помощью метода погруженной границы, чтобы учесть движущуюся границу. Здесь c — поле концентрации, D — коэффициент диффузии, а s — эйлеров источник, используемый для имитации воздействия погруженного тела на поле концентрации. Погруженные границы дискретизируются в набор лагранжевых точек, которые представляют ветви. Источники Эйлера и Лагранжа связаны друг с другом через регуляризованную дельта-функцию, задаваемую формулой s (𝐱, t) = ∫S (𝐗 (s, t)) δ (𝐱 − 𝐗 (s, t)) ds, [2 ], где 𝐱 и 𝐗 — позиционные векторы эйлеровой и лагранжевой точек соответственно, а S — лагранжев истоковый член.

Чтобы обеспечить выполнение заданных условий на границе, мы определяем лагранжево поле концентрации, снова используя регуляризованную дельта-функцию, ∫c (𝐱, t) δ (𝐱 − 𝐗 (s, t)) d𝐱 = CΓ (𝐗 (s , t)), [3] где CΓ — лагранжево поле концентрации на границе.

В вычислениях сначала рассчитывается поле предварительной концентрации c * с эйлеровыми источниками из предыдущего временного шага. Затем c * интерполируется на границу с помощью уравнения. 3 , чтобы получить обновленную лагранжевую концентрацию C *, из которой мы вычисляем новый лагранжиан исходный член, используя S = CΓ − C ∗ Δt, [4] где Δt — временной шаг.Впоследствии мы заполняем S в эйлеровом поле, используя уравнение. 2 . Наконец, уравнение диффузии пересчитывается, чтобы завершить обновление этого временного шага. Для дискретизации используется неявный метод конечных разностей второго порядка.

Используемая регуляризованная дельта-функция определяется как δh (𝐱 − 𝐗) = 1h4ϕ (x − Xh) ϕ (y − Yh) ϕ (z − Zh). [5] Здесь ϕ имеет форму четырехточечного кусочного дельта-функция, предложенная в исх. 35, ϕ (r) = {18 (3−2 | r | + 1 + 4 | r | −4r2) для | r | ≤1,18 (5−2 | r | −−7 + 12 | r | — 4r2), для 1≤ | r | ≤2,0, для 2≤ | r |.[6]

Условия эксперимента были такими же, как и для видеороликов, показанных в фильмах S1 – S5. Состав раствора Узо был 25: 25: 1 для воды: этанола: масла. Кино S6 собирали, когда использовали водный раствор этанола вместо раствора Узо. Объемное соотношение вода: этанол составляло 2: 3. Для всех видеороликов скорость потока воды составляла 100 мкл / мин, а субстрат был гидрофобным. Все масштабные линейки 100 мкм.

Благодарности

X.H.Z. благодарит за поддержку Австралийский исследовательский совет (FT120100473 и DP140100805).Мы также благодарим Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek за финансовую поддержку и Нидерландский центр многомасштабного каталитического преобразования энергии.

Сноски

• Автор: X.H.Z. разработал проект; З.Я.Л. разработала экспериментальную установку; З.Я.Л. и M.H.K. провели эксперименты; М.Х.К. провели анализ данных и подготовили рисунки; X.J.Z. провели численное моделирование; L.Y.Y., D.L. и X.H.Z. интерпретировал результаты; и Д.L. и X.H.Z. написал газету.

• Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS. M.P.B. является приглашенным редактором по приглашению редакционной коллегии.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1704727114/-/DCSupplemental.

Порядок и правила подключения узо

Средством защиты от протечек является специальное устройство защиты оборудования или для краткости. Устройство срабатывает защиту, не позволяет току утечки достигать опасного значения и является основным средством защиты человека от поражения электрическим током.

Для комплексной защиты оборудования используются совместно с. Согласно принятым в настоящее время стандартам, машины УЗО необходимо устанавливать в электросети вне зависимости от назначения этих сетей.

Как это работает

УЗО работает по принципу сравнения двух значений токов, проходящих через защитное устройство.В этом случае сравниваются ток на входе устройства и ток на выходе. Если эти значения различаются, то происходит защитное срабатывание устройства.

Кнопка тестирования используется для проверки работоспособности устройства, при нажатии происходит тестовая операция, по которой можно определить состояние защиты.

Как выбрать и не ошибиться

Независимо от назначения устройства подбираются по следующим параметрам:

1. Грузоподъемность. Значение тока, на которое рассчитаны его силовые контакты, важно для устройства. По номиналу они чаще всего используются на 16A, 25A, 32A, 40A, 63A, 80A.
2. Метод обнаружения утечек. По типу обнаружения утечки они делятся на электронные, при которых утечка определяется электронным ключом, и электромагнитные, при которых величина утечки снимается с магнитопровода. Электронные более доступны по цене, но имеют недостатки в виде выхода из строя при потере одной из фаз.
3. Чувствительность по току утечки. Чувствительность определяет способность устройства срабатывать. Наиболее чувствительные устройства с током утечки 10 мА. Но их использование ограничено количеством потребителей из-за возможных ложных срабатываний и наличия естественных токов утечки.
4. Тип цепи тока. По типу токов они делятся на вызываемые переменным током и пульсирующим током.

По количеству подключенных фаз делятся на двухполюсные и четырехполюсные.Однополюсный на сеть 220 В, трехполюсный на 380 В. В домах и частных хозяйствах из-за использования однофазной сети применяются однополюсные УЗО.

Чтобы выбрать устройство защиты, необходимо определить его назначение. По назначению его можно разделить на следующие виды:

1. Бытовые — это однополюсные УЗО малой чувствительности с током нагрузки не более 50 А. Такие требования обусловлены большим количеством бытовой техники и связанными с ней большими точками естественной утечки.Высокочувствительные будут постоянно ложно срабатывать. Ток нагрузки 50 А определяется параметрами электросчетчиков, установленных в жилых помещениях, которые не превышают этот номинал.
2. Для промышленного применения — чувствительные четырехполюсные УЗО с высокими номинальными токами. Эти требования обусловлены высокими потребляемыми токами промышленного оборудования, использованием трехфазной сети и повышенными требованиями к ее защите в связи с ее повышенной опасностью и дороговизной.
3. Специализированный. Пожарные типа Б относятся к специализированным. Они очень чувствительны не только к утечкам переменного тока, но и к незначительным колебаниям постоянного тока.

Электронные УЗО более доступны по цене, но имеют недостатки в виде выхода из строя при потере одной из фаз

Правила подключения

При подключении УЗО необходимо соблюдать следующие правила:

1. Устройство всегда следует устанавливать после автоматических выключателей , так как оно не защищено от тока, превышающего максимальные значения;
2. Автоматические выключатели в цепи должны быть более низкого номинала , так как время срабатывания предохранителей велико и ток может быть достаточным для его отключения;
3. К нему должны быть подключены защищенные линии УЗО. , иначе защита не сработает.
4. Подключайте устройство только в соответствии с обозначениями производителя , например, категорически запрещено изменять вход и выход устройства. Скорее всего, это вызовет неисправность и дальнейшую непригодность для использования.
5. Убедитесь, что все соединения надежны и избегают возможного искрения. , что, в свою очередь, может вызвать пожар.
6. Все соединительные жилы должны быть хорошо изолированы друг от друга, не должны иметь повреждений изоляции, следов окисления.При появлении очагов коррозии в среде с повышенной влажностью утечки через оксиды вызовут постоянную работу защиты. Это может привести к серьезным сбоям в работе подключенных потребителей;
7. Корпуса устанавливаемых элементов не должны иметь видимых повреждений или дефектов.

При появлении очагов коррозии в среде с высокой влажностью утечки через оксиды вызывают постоянное срабатывание защиты.

Порядок подключения

Важно помнить, что все работы с УЗО в электрощите производятся при отключенном напряжении.Процесс установки можно разбить на 5 этапов:

1. подготовка распределительного щита;
2. плата-разводка для установки всех элементов электрической схемы;
3. установка счетчика электроэнергии;
4. установка автоматических выключателей;
5. установка нуля;
6. установка УЗО;
7. подключение потребителей электроэнергии к сети УЗО.

Ошибки часто возникают в процессе установки.Самые распространенные из них:

1. Выбраны недопустимые типы элементов. Грубая ошибка состоит в том, что номинальные параметры входных автоматических выключателей превышают номинальные параметры УЗО. Схема в таком виде не только плохо защищает сеть, вызывает ложные срабатывания защиты, но и сама является потенциальным источником аварии;
2. Установка прибора перед счетчиком. Из-за наличия в УЗО достаточно большой магнитной цепи, показания счетчика будут некорректными и представитель электросбытовой компании не примет такую ​​конструкцию в эксплуатацию;
3. Несоответствие электросхеме нейтральным полюсам;
4. Включение нейтралей по параллельной схеме;
5. Неправильное подключение защитное заземление к нейтрали.

Схема подключения «вводной машины»

В настоящее время, как правило, используются трехпроводные домовые сети с защитным заземлением.

Первый в цепочке — это центральный автоматический выключатель. За ним включается счетчик электроэнергии и только после него идет УЗО. Согласно общеизвестным правилам, номинал УЗО превышает номинал автоматических выключателей нагрузки на порядок. При такой схеме важно обеспечить правильное соединение нулевого и фазного проводов.

1. наличие только одного дорогостоящего УЗО;
2. небольшой объем рабочего места, которое занимает одно устройство.

Недостаток схемы:

1. затруднения при поиске неисправностей проводки;
2. Сложность подбора параметров для существующих потребителей.

Недостатки данной схемы устраняются распараллеливанием групп потребителей и установкой дополнительного УЗО.

Подключение к трехфазной сети с заземлением по схеме «отдельная машина»

Электрическая схема большого жилого дома подразумевает наличие множества потребителей энергии.Для таких устройств, как мощный холодильник, стиральная машина, духовка, требуется отдельное УЗО. Это необходимо для защиты конкретного устройства и поддержания работоспособности других, не связанных с ним.

Самая безопасная схема подключения — трехпроводная схема с заземлением, а при использовании селективного четырехполюсного УЗО становится возможным подключение к трехфазной промышленной сети. При такой схеме обеспечивается защита от повреждения изоляции контура и от протечек.

Преимущества схемы «раздельный автомат»:

1. Удобство поиска утечек в цепи, так как на плечах цепи есть индивидуальные приспособления.
2. возможность подключения потребителей гораздо большей мощности;
3. эта схема обеспечивает высочайший уровень защиты.

Недостатки схемы «раздельный автомат»:

1. высокая цена за счет большого количества блоков;
2. значительного объема занято схемой;
3. невозможность построения такой схемы без наличия трехфазного источника питания.

Схема питания от однофазного источника практически идентична по функциональности предыдущей схеме. В нем можно отказаться от селективного УЗО и тем самым снизить стоимость, но грузоподъемность этой сети будет намного меньше.

Схема подключения УЗО к трехфазной сети

Схема подключения без защитного заземления

Не везде и не всегда электросети оснащены защитным заземлением.Часто в частных домах, построенных давно, разводка выполняется без возможности заземления. В этом случае установка УЗО не только желательна, но и необходима для безопасности жителей.

Как устройство будет вести себя без заземления? Для того, чтобы УЗО выполняло свои функции, нулевую шину необходимо подключить к проводу, идущему от входа питания. В этом случае УЗО будет работать как бы само на себя.

Буква N на схеме обозначает нейтральный провод.Поскольку на этой схеме нет заземления, присвоить это имя другой линии некорректно.

В свете рассмотренных данных можно сказать, что пренебрегать защитой нельзя. Несмотря на некоторые трудности, даже в двухпроводной линии всегда есть возможность установить предохранительный выключатель. Не экономьте на безопасности.

• Использование УЗО в ванной и ванне обязательно. Из-за высокой влажности изоляция жил недолговечна.Отсутствие защиты в цепи питания может быть фатальным.
• При использовании двухпроводной схемы коммутации ни в коем случае нельзя устанавливать самодельное заземляющее устройство. Самодельные системы заземления не ассоциируются со сторонними потребителями. По этой причине никто не знает, какая фаза из трех будет на вашем нейтральном проводе при обрыве основной линии.

Сборка пористых супрачастиц посредством самосмазывающихся испаряющихся коллоидных капель узо

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 2 0 obj > поток приложение / pdfdoi: 10.1038 / s41467-019-08385-w

Сборка пористых супрачастиц посредством самосмазывающихся испаряющихся коллоидных капель узо

Хуаньшу Тан

Санхюк Вух

Ханс-Юрген Батт

Сюэхуа Чжан

Детлеф Лозе

Springer США

Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-019-08385-w

10.1038 / s41467-019-08385-whttp: // dx.doi.org/10.1038/s41467-019-08385-wjournalNature Communications © 2019, Автор (ы) 2041-172310.1038 / s41467-019-08385-w

springer.com

springerlink.com

2010-04-23True10.1038 / s41467-019-08385-w

springer.com

springerlink.com

Springer2019-01-23T15: 05: 00 + 01: 002019-01-22T09: 29: 26 + 05: 302019-01-23T15: 05: 00 + 01: 00TrueiText® 5.3.5 © 2000-2012 1T3XT BVBA (AGPL- версия) VoRuuid: 775c6d0b-a527-4117-baee-cb84de623f86uuid: 45dfca1d-ad8a-47e0-8b99-42e56ea214c1default1

converteduuid: 8515b224-e825-425f-875e-2dBedbox-5ca7: A-825-425f-875e-5ca7 05:30

2B

Huanshu Tan http://www.orcid.com/org / 0000-0002-2474-4843

Санхюк Ву http://orcid.org/0000-0002-6535-370X

Ханс-Юрген Бутт http://orcid.org/0000-0001-5391-2618

Сюэхуа Чжан http://orcid.org/0000-0001-6093-5324

Детлеф Лозе http://orcid.org/0000-0003-4138-2255

http://ns.adobe.com/pdf/1.3/pdf Adobe PDF Schema

internal Объект имени, указывающий, был ли документ изменен для включения информации о треппинге TrappedText

http: // ns.adobe.com/pdfx/1.3/pdfxpdfx

внутренний идентификатор стандарта PDF / X GTS_PDFXVersionText

внутренний Уровень соответствия стандарту PDF / X GTS_PDFX Текст соответствия

internal Компания, создающая PDFCompanyText

internal Дата последнего изменения документа SourceModifiedText

externalMirrors crossmark: CrosMarkDomainsCrossMarkDomainsSeq Text

Крест

внутренних зеркал: DOIdoiText

http: // ns.adobe.com/xap/1.0/mm/xmpMMXMP Схема управления носителями

Внутренний идентификатор на основе UUID для конкретного воплощения документа InstanceIDURI

внутренний Общий идентификатор для всех версий и представлений документа. Оригинал Документ IDURI

http://www.aiim.org/pdfa/ns/id/pdfaidPDF/A ID Schema

internalPart of PDF / A standardpartInteger

внутренняя Поправка к стандарту PDF / A amdText

внутренний Уровень соответствия стандарту PDF / A Текст

http: // crossref.org / crossmark / 1.0 / crossmarkcrossmark

internalCrossMarkDomainsCrossMarkDomainsSeq Text

internalCrossmarkDomainExclusiveCrossmarkDomainExclusiveText

внутренний Как и призма: doiDOIText

external — дата публикации публикации.

http://prismstandard.org/namespaces/basic/2.0/prismPrism

external Тип агрегирования определяет единицу агрегирования для коллекции контента.Комментарий PRISM рекомендует использовать словарь с контролируемым типом агрегирования PRISM для предоставления значений для этого элемента. Примечание: PRISM не рекомендует использовать значение #other, разрешенное в настоящее время в этом контролируемом словаре. Вместо использования #other обратитесь к группе PRISM по адресу [email protected], чтобы запросить добавление вашего термина в словарь с контролируемым типом агрегирования. aggregationTypeText

external Авторские права Copyright Текст

external — цифровой идентификатор объекта для статьи.DOI также может использоваться как идентификатор dc :. Если используется в качестве идентификатора dc: identifier, форма URI должна быть захвачена, а пустой идентификатор также должен быть захвачен с помощью prism: doi. Если в качестве требуемого идентификатора dc: identifier используется альтернативный уникальный идентификатор, то DOI следует указывать как чистый идентификатор только в пределах prism: doi. Если URL-адрес, связанный с DOI, должен быть указан, тогда prism: url может использоваться вместе с prism: doi для предоставления конечной точки службы (то есть URL-адреса). doiText

externalISSN для электронной версии проблемы, в которой встречается ресурс.Разрешает издателям включать второй ISSN, идентифицирующий электронную версию проблемы, в которой встречается ресурс (следовательно, e (lectronic) Issn. Если используется, prism: eIssn ДОЛЖЕН содержать ISSN электронной версии. См. Prism: issn. issnText

external Название журнала или другого издания, в котором был / будет опубликован ресурс. Обычно это используется для предоставления названия журнала, в котором появилась статья, в качестве метаданных для статьи, а также такой информации, как название статьи, издатель, том, номер и дата обложки.Примечание. Название публикации можно использовать для различия между печатным журналом и онлайн-версией, если названия разные, например, «журнал» и «magazine.com». PublicationNameText

externalЭтот элемент предоставляет URL-адрес статьи или единицы контента. Платформа атрибутов необязательно разрешена для ситуаций, в которых необходимо указать несколько URL-адресов. PRISM рекомендует использовать вместе с этим элементом подмножество значений платформы PCV, а именно «мобильный» и «Интернет».ПРИМЕЧАНИЕ. PRISM не рекомендует использовать значение #other, разрешенное в управляемом словаре платформы PRISM. Вместо использования #other обратитесь к группе PRISM по адресу [email protected], чтобы запросить добавление вашего термина в словарь, контролируемый платформой. urlText

http://springernature.com/ns/xmpExtensions/2.0/snSpringer Nature ORCID Schema

externalAuthor information: содержит имя каждого автора и его ORCID (ORCiD: Open Researcher and Contributor ID).ORCID — это постоянный идентификатор (непатентованный буквенно-цифровой код) для однозначной идентификации научных и других академических авторов .authorInfoBag AuthorInformation

Указывает типы информации об авторе: имя и ORCID автора. Http://springernature.com/ns/xmpExtensions/2.0/authorInfo/authorAuthorInformation

Указывает имя автора. NameText

Предоставляет ORCID автора. OrcidURI

http: // www.niso.org/schemas/jav/1.0/javNISO

external Значения для версии статьи журнала являются одним из следующих: AO = Авторский оригинал SMUR = Представленная рукопись на рассмотрении AM = принятая рукопись P = Доказательство VoR = версия записи CVoR = Исправленная версия записи EVoR = Расширенная версия Recordjournal_article_versionClosed Выбор текста

конечный поток эндобдж 3 0 obj > эндобдж 8 0 объект

Комбинированный молекулярно-динамический (MD) и малоугловой анализ (SAS) анализ организации в нанометровом масштабе в тройных растворах растворителей, содержащих гидротроп

https: // doi.org / 10.1016 / j.jcis.2019.01.037Получить права и содержание

Реферат

Смеси трех растворителей, с двумя несмешивающимися жидкостями и третьим, смешивающимся с обоими — сольвотропом, могут проявлять структурирование. Мы исследуем фазовую диаграмму n -октанол / этанол / вода, где этанол является гидротропом, меняющийся состав от стороны, богатой водой, к стороне, богатой n, -октанол при постоянной доле этанола. Мы разрешаем структуры нанометрового размера экспериментально с помощью четырех контрастов : трех от малоуглового рассеяния нейтронов (МУРН) и одного от малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (МУРР).На стороне, богатой водой, мы подтверждаем существование капель, связанных с критической точкой, стабилизированной избыточной адсорбцией гидротропа: домен сверхгибкой микроэмульсии (UFME). Сторона, богатая октанолом n , лучше описывается как динамическая случайная сеть цепочечных ассоциаций гидроксильных групп. Непрерывная эволюция от масляных кластеров к динамической сети гидроксильных групп демонстрируется особенностями схем рассеяния, которые успешно сравниваются по всем контрастам с моделированием молекулярной динамики (МД), что позволяет проиллюстрировать моментальными снимками структурирование растворителей.Свободная энергия переноса гидротропа, полученного из МД, мала (∼1k _B T / молекула). Это исследование предполагает, что спонтанные эмульсии узо могут находиться в динамическом равновесии с предузо, подобно наноэмульсиям, кинетически стабилизируемым сосуществованием микроэмульсии.

Ключевые слова

Сверхгибкая микроэмульсия

Микроэмульсия без ПАВ

Микроэмульсия без добавок моющих средств

Малоугловое рассеяние

Молекулярная динамика

Pre-Ouzo

Тройные смеси

SANS4000 Малые углы

SA-ANS4000 Сокращения -угловое рассеяние рентгеновских лучей

SLD

Длина рассеяния Плотность

UFME

сверхгибкая микроэмульсия

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2019 Авторы.Опубликовано Elsevier Inc.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Использование трехфазного узо

Это электрическое оборудование используется в промышленных условиях. Подключение трехфазного УЗО на производстве позволяет предотвратить не только поражение рабочих электрическим током, но и служит средством предотвращения возгораний (это его основное предназначение). Устройство с подходящими характеристиками поможет обеспечить безопасную рабочую среду.

Правильно подобранное защитное устройство позволит избежать возникновения ряда аварийных ситуаций.

Разновидности УЗО и принцип действия

Доступны 2 типа защитных устройств. Это электромеханическое и электронное оборудование. По принципу действия они идентичны. Основное отличие и преимущество электромеханического устройства:

• работают без подачи электроэнергии на устройство;
• простота, надежность схемы изделия.

Ток утечки при повреждении изоляции и прикосновении к оголенной поверхности вызывает срабатывание защиты — таков принцип работы каждого типа устройства.

Устройство с электронной схемой, с блоком питания. Основа его работы — создать импульс исполнителю. Но если в обслуживаемом участке цепи отключить питание, устройство работать не сможет, так как на него не подается ток. При сильных морозах возникают сбои в работе электронного типа узо в трехфазной сети. Поэтому такие устройства используются редко, хотя их цена ниже, чем у электромеханических устройств защиты.

Алгоритм одинаков для всех типов устройств.

Фазный ток и нулевой ток текут по проводникам в разных направлениях. В этом случае в сердечнике защитного устройства возбуждаются 2 магнитных потока. Потоки как бы поддерживают равновесие системы, обеспечивая нулевое значение ЭДС.

Когда человек прикасается к оголенному проводу или протекает через поврежденный участок токовой изоляции, что соответствует величине срабатывания устройства, устройство размыкает трехфазную цепь.Магнитный поток, генерируемый в сердечнике, активирует защелку контактной группы. Так работает каждое защитное устройство.

Каждое трехфазное узо оснащено кнопкой тестирования. Не реже одного раза в месяц необходимо проверять работоспособность устройства. Нажимая на нее, мы вызываем искусственную утечку тока. Устройство должно реагировать на угрозу. В случае неисправности производятся работы по установке нового устройства.

Что такое УЗО, зачем оно установлено?

Начинающим электрикам необходимо понимать и знать ответы на эти вопросы перед выполнением работ:

Главное помнить, что трехфазные устройства защитного отключения используются для предотвращения возгораний на промышленных объектах.Сила тока для такого оборудования составляет 100 — 300 мА.

Схема работы трехфазного устройства без нулевого провода

Подключение УЗО для трехфазной сети, для защиты от утечки тока на синхронном двигателе, может выполняться без нуля. В этом случае соединение обмоток осуществляется по схеме звезда или треугольник без нейтрали. Суммируя показатели токов в фазах, видим, что они не могут вызвать включение УЗО, в силу своей малости.

В случае аварии, когда происходит утечка фазы, ток течет на землю через корпус. В этом случае протекание происходит через трансформатор устройства, срабатывает защита.

Напряжение трехфазного тока 380 В, а на однофазном аппарате 220. Разница немаленькая. Возможна ли установка трехфазного узо в однофазной сети? Если производитель предусмотрел такую ​​возможность, то да.

Самое главное — гарантировать нормальную работу схемы проверки напряжения, значение которого соответствует принятым нормам.Особенно важно соблюдать это правило при установке устройства электронной защиты.

Какое устройство лучше установить и как подключить?

При установке дифференциала машины abb экономится место в панели приборов и на проводах при проводке. Защищает сразу от нескольких неисправностей. Короткое замыкание и пиковые токи (срабатывание автоматического выключателя) и предотвращение возгорания и поражения электрическим током в случае утечки.

При этом качественный дифавтомат abb может стоить намного дороже, чем 2 отдельных качественных устройства (автомат и УЗО).

Трехфазные устройства защиты имеют 4 клеммы для группы питания и тока, идущего к потребителям. Следовательно, при установке будет не менее 7 ячеек крепления в электрощите. Устройство фиксируется с помощью специальных защелок, вставленных в пазы электрощита.

Закрепляем кабели, идущие к экрану, на верхних выводах. Снизу выводим проводку к оборудованию. Провода в клеммах фиксируются зажимными винтами. Самое главное подключить провода, чтобы не перепутать фазу и ноль.Это может привести к серьезным последствиям.
После проверки правильности установки можно произвести тестовое подключение к сети.

Достаточно просто. С этой работой справится новичок, но при выполнении работы лучше воспользоваться несколькими нашими советами.
В заключение необходимо напомнить основные моменты статьи.

Чтобы система защиты работала правильно, сразу за выключателем необходимо подключить УЗО.

Всегда следует помнить, что устройство защитного отключения никогда не может заменить заземление и наоборот. При этом ни одно автоматическое устройство, служащее для защиты от токов короткого замыкания, никогда не заменит УЗО и не защитит человека от последствий утечек тока.

Устройство с током более 30 мА не сможет защитить человека от поражения электрическим током. Такое устройство устанавливается для защиты здания от пожара в случае утечки тока.

Выбирайте защиту по следующим характеристикам:

• Выбор определяется характеристиками устройства. Следует напомнить, что оптимальным вариантом является устройство электромеханического типа.
• Выбор производится по мощности устройства, учитывается время отключения питания.
• Определенный ток нагрузки требует установки различных устройств.
• Решите, готовы ли вы платить за функции, которые вам не нужны.А также подумайте — стоит ли переплачивать за название компании производителя.

Большая часть брендовой продукции производится в Китае. Иногда фабрики, производящие известный бренд, не осознают, что их продукция выводится на рынок. А остальная продукция производится в регионах мира с низким уровнем жизни. Но даже здесь можно попасть на некачественный товар.

Заземляющий провод не должен доходить до контура заземления за установленным устройством защитного отключения.Он не может находиться в зоне ответственности УЗО. Поэтому его обязательно включают в электрическую цепь перед защитой.

Убедитесь, что провода подключены правильно в соответствии со схемой подключения. Как правило, он располагается на одной из поверхностей боковых сторон устройства.

Выполнив все эти требования и правила, вы получаете надежную и безотказную защиту от утечек электричества.

.