Для предотвращения возгорания проводки, защиты от непрямого/прямого касания к токопроводящим элементам служит УЗО. В отличие от предохранителей, этот коммутационный прибор срабатывает даже при малом токе, однако ни в коем случае не заменяет автомат, монтируется в цепь дополнительно после него, прибора учета электроэнергии.

Установка УЗО в однофазную сеть

Для незначительно разветвленной проводки внутри небольшой квартиры с новыми кабелями УЗО обычно устанавливают после счетчика по схеме:

• фаза к групповому автомату
• нуль к соответствующей шине

Основным достоинством является монтаж прибора в электрощит. Одно УЗО обходится значительно дешевле, автоматы подключаются к фазе «гребенкой», все нули после прибора сведены в общую шину. Недостаток заключен в обесточивании квартиры при сработке, наличии ложных отключений, долгих поисках причины.

Более универсальна следующая схема:

• разбивка потребителей на группы
• монтаж отдельного УЗО для каждой из них

Внимание: Нулевые проводники после отдельных УЗО запрещено объединять, чтобы избежать ложных отключений.

Подключение УЗО в трехфазную сеть

Поэтому на отходящих однофазных линиях монтируются 2-хполюсные УЗО, монтаж которых рассмотрен выше. Они реагируют на токи 10 – 30 мА, служат для сохранения здоровья пользователей. Каждое УЗО в обязательном порядке защищается автоматом, нейтрали выводятся на отдельную колодку. Для проверки правильного подключения на каждом приборе имеется клавиша теста, создающая искусственную утечку тока.

Ошибки подключения

При установке коммутационного прибора домашним мастером сказывается отсутствие практики, специального образования. Чаще всего встречаются ошибки подключения УЗО:

• в цепи, к которой подключается прибор, N-проводник соединен с РЕ либо открытыми частями электроустановки – в перемычке постоянно присутствует дифференциальный ток, вызывающий частые ложные срабатывания
• от нескольких УЗО «нули» перепутаны – при тестировании ошибок не возникает, однако срабатывают сразу два прибора, если в любую цепь включается потребитель
• в цепях защиты разных УЗО запараллелены нейтрали – в отсутствие нагрузки схема рабочая, при включении нагрузки на любом участке происходит сработка сразу двух коммутаторов
• электроприбор подключен перед УЗО к проводнику N – постоянное срабатывание прибора
• нагрузка подключена к N нейтрали второго УЗО – срабатывание любого прибора в случайной последовательности
• монтаж четырехполосного УЗО в однофазную цепь – при тестировании прибор может не срабатывать в зависимости от схемы внутренних соединений
• снизу подключен ноль, сверху фаза – чаще всего ситуация встречается в щитках, сработка происходит при подключении нагрузки ввиду одинакового направления токов

Внимание: Значение номинального тока УЗО следует брать выше на ступень в сравнении с автоматическим выключателем. В противном случае при длительном прохождении повышенного тока резко снижается ресурс, надежность коммутационного устройства.

Таким образом, рассмотрены варианты подключения УЗО в существующие одно-, трехфазные сети, акцентировано внимание на возможных ошибках монтажа. Это поможет повысить эксплуатационный срок, надежность приборов защиты.

Метки:

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}

какие узо существуют и в чем их различие

Трехфазное УЗО и однофазное

Как известно, существует в бытовых условиях, так и промышленных два вида напряжения однофазное и трехфазное. Соответственно и УЗО делятся по количеству фаз электроснабжения потребителя. В трёхфазных системах защиты четыре клеммы входящих и выходящих. Три, из которых, подключаются на фазы, а одна на ноль. В однофазном УЗО используется две входящие клеммы для подключения и соответственно две на выходе прибора. Подключать их следует после силового входного автомата и счётчика, как показано на рисунке.

При подключении УЗО к трёхфазной цепи нужно учесть один нюанс. Если это потребитель с симметричными нагрузками на каждую фазу, например асинхронный двигатель, то нулевой провод можно и не заводить на защитный аппарат. Достаточно просто заземлить корпус двигателя, как это требуют нормативы и законные правила эксплуатации электрооборудования. То есть получается при однофазном питании система УЗО без заземления очень даже актуальна.

Если же при трехфазной цепи на каждую из фаз будет подключена своя индивидуальная нагрузка с разными мощностями, то тогда нулевой провод нужен как для питания каждого из этих однофазных приборов, так и для защиты от пробития изоляции. Например, к трехфазной сети 380 В будет подключен:

1. пылесос (одна фаза и ноль), рассчитанный на 220 В;
2. однофазный фен на другую фазу;
3. освещение лампами 220 вольт на третью;

То здесь нулевой провод должен будет заведён непосредственно в устройство защиты.

Защитное же заземление — это уже само собой, так как его требуют правила, то есть все токопроводящие корпуса электрооборудования должны быть заземлены.

Вот такая маркировка, обозначение УЗО и его расшифровка применяется чаще всего.

Для того чтобы произвести работы по монтажу и подключению УЗО обязательно нужно отключить входной автомат, а также обеспечить защиту от включения путём вывешивания запрещающего плаката «Не включать работают люди» и закрывания электрощита, где он находится на замок. Сами работы нельзя назвать очень сложными со стороны электротехнических знаний, как показывает практика понять «что такое УЗО в электрике» и для «чего нужно УЗО и зачем» может каждый. Главное, поставить УЗО правильно и грамотно его подобрать. Тогда оно надёжно защитит весь персонал или членов семьи от опасного действия напряжения в случае прикосновения или пробоя.

Виды УЗО

Кроме УЗО, устанавливаемых на распределительном щитке, можно встретить электророзетки со встроенным УЗО. Эти устройства бывают двух видов: первый устанавливается на место существующей розетки, второй подсоединяется к имеющейся розетке, и затем уже в него включается вилка от электроприбора.

К преимуществам данных устройств можно отнести отсутствие необходимости замены в домах старой застройки электропроводку, а к недостаткам — высокую стоимость (розетки со встроенным УЗО обойдутся примерно в 3 раза дороже, чем УЗО, устанавливаемые на распределительный щит).

Третьим видом устройств со встроенным УЗО является так называемая «УЗО-вилка».

К эффективным защитным устройства также относятся дифференциальные автоматы, которые представляют собой комбинацию автоматического выключателя с УЗО (по типу «два в одном»). Дифференциальный автомат срабатывает в обоих случаях: как при утечке тока на землю, так и при коротких замыканиях и перегрузке. Их выгодно применять в том случае, когда на установку двух отдельных устройств в электрошкафу не хватает места. Цена на дифференциальный автомат превышает цену на УЗО.

Как выбрать УЗО

Как и любое электрическое устройство УЗО следует выбирать не только по фирме изготовителю, но и согласно техническим характеристикам, которые дадут возможность работать ему в нормальном рабочем режиме. При этом потребитель получит надёжную и быстрореагирующую защиту.

Вот основные критерии и технические характеристики, на которые стоит обратить внимание при выборе УЗО:

1. Напряжение, при котором работает устройство может быть 220 или же 380 В, в зависимости от того однофазное оно или трёхфазное;
2. Номинальный ток силовых контактов. Чаще всего это 16,20,25, 32, 40, 63, 80, 100 А.
3. Ток срабатывания или ток утечки, когда как его называют. Эта величина колеблется от 10 до 500 мА;
4. По типу тока, на который реагирует устройство.

Вот основные варианты применяемых в быту и на производстве защитных устройств. И так типы УЗО:

• АС — переменный ток;
• А — переменный или же постоянный импульсный (пульсирующий) ток;
• В — может реагировать как на постоянный ток, так и на переменный;
• S — имеет в своём арсенале ещё и выдержку времени, чтобы обеспечить селективность.
• G — аналогично S, но выдержка времени очень маленькой величины.

Выбор УЗО нужно выполнять очень внимательно, можно даже посоветоваться с продавцом консультантом, при этом нужно чётко сформулировать вопрос.

Назначение УЗО

Защита реагирует на появление утечки в электрических цепях. При превышении тока свыше порогового значения устройство практически мгновенно размыкает электрическую цепь, снимая питание с аппаратуры. Причин возникновения утечки может быть множество:

• Старение изоляции проводов и изменение ее свойств;
• Нарушение изоляции посторонними предметами или под действием внешних условий;
• Повреждение аппаратуры;
• Нарушение контактов.

В быту наиболее опасными в плане появления утечек являются устройства, снабженные водонагревателями:

• Бойлеры;
• Стиральные и посудомоечные машины;
• Электрические котлы отопления.

В перечисленных устройствах имеется нагреватель – ТЭН, который непосредственно контактирует с водой. При перегреве из-за отложений накипи поверхность нагревателя лопается, и вода поступает к нагревательной спирали, вызывая утечку.

Неисправный ТЭН

Существует некоторая разница в работе УЗО в случае заземленной аппаратуры и такой, которая работает без заземления.

Если устройства заземлены, то повреждение внутри них вызывает утечки на заземляющий проводник, в результате чего срабатывает защита и отключает аппаратуру.

При отсутствии заземления неисправный прибор ничем не выдает своей поломки. Но на его корпусе может присутствовать опасный потенциал. Ток утечки возникает только в случае прикосновения, преднамеренного или случайного. Поэтому очень важен такой параметр, как быстродействие срабатывания.

Как правильно подключать устройства защитного отключения

При подключении устройств защиты от токов утечки необходимо соблюдать несколько базовых правил.

Первое и самое важное. УЗО и дифавтоматы должны эксплуатироваться в сетях с глухозаземленной нейтралью с отдельным заземляющим проводом (трехпроводная или пяти проводная система)

При этом корпуса всех электроприемников защищаемых устройствами от токов утеки должны быть надежно заземлены. Заземление может осуществляться через контакты розеток или отдельным проводом «под болт».

Второе. Необходимо следить за правильностью подключения проводов. Ноль должен подключаться к клеммам, помеченным буквой «N», а фазы к фазным клеммам. Это правило, на первый взгляд неочевидное, связано с подключением тестовой кнопки и электронной схемы защиты.

Третье. Нельзя соединять между собой одноименные проводники защищаемые разными УЗО. Такую ошибку часто совершают неопытные электрики, используя общий ноль для нескольких блоков розеток. Такое соединение при подключении нагрузки моментально приводит к срабатыванию защиты.

Почему и в каких случаях срабатывает УЗО

Существуют два основных случая почему срабатывает УЗО:

1. В случае повреждения изоляции провода или токопроводящего материала в электроприборе. Например, если электрическая плита сделана из стали и имеет повреждение изоляции или же диэлектрического материала, то при прикосновении человека ток пройдёт через его тело, а значит часть возвращавшегося тока назад в защитное устройство, будет отличаться по величине и произойдёт отключение. Если заземлить корпус этой плиты то утечка сработает даже при незначительных пробоях изоляции, что даст возможность уберечься от опасного напряжения пробоя.
2. При прикосновении человека, или же ребёнка к неизолированной части, а также к розетке, произойдет быстрое реагирование узла результирующего тока на его разницу и произойдет отключение, в некоторых случаях спасшее даже жизнь.

Бывают и частные случаи когда, допустим, происходит незначительное ухудшение сопротивления изоляции в проводах, проходящих в стене, а стена выполнена из токопроводящего материала и поэтому получится тот же эффект срабатывания.

УЗО для трёхфазной сети

Всё оборудование работающее от трёхфазной сети также нужно подключить к системе защитного отключения электроэнергии. Величина тока утечки в таких сетях бывает слишком высокой, поэтому данные изделия не защищают человека от удара электричества, но позволяют отключить потребителей электроэнергии при возникновении пробоя фазы на «массу» устройства.

Таким образом удаётся полностью исключить вероятность появления опасного электрического потенциала на корпусе прибора. Данная схема подключения может быть подключена только при наличии защитного заземления в проводке дома или квартиры.

Для чего устанавливать УЗО подробно описано выше, но где лучше всего разместить данное устройство?

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.

Основные рабочие характеристики УЗО

Чтобы устройство сработало в нужный момент, необходимо его правильно выбрать согласно рабочим характеристикам и подключить.

Основным параметром является значение номинального тока. Это максимальный ток, который выдерживает данное устройство при длительном эксплуатационном сроке, оставаясь в рабочем состоянии и сохраняя защитные характеристики. Вы найдёте эту цифру на лицевой панели устройства, она должна соответствовать одному из показаний в стандартном ряду – 6, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 80, 100 А. Этот параметр УЗО зависит от нагрузки защищаемой линии и сечения проводников.

Схема подключения УЗО предусматривает совместную установку этого устройства с автоматическими выключателями.

Это важно помнить, потому что УЗО защищает лишь от токовых утечек, а автомат среагирует на отключение цепи в режиме короткого замыкания и перегруза. На видео показано, можно ли подключать УЗО, если в квартире нет заземления:

На видео показано, можно ли подключать УЗО, если в квартире нет заземления:

По номинальному току УЗО надо выбирать на порядок выше, чем установленный с ним в паре автомат.

Следующий важный параметр – номинальный отключающий дифференциальный ток. Это и есть необходимое значение токовой утечки для отключения УЗО. У дифференциальных токов также существует стандартный ряд, величины в нём нормируются в миллиамперах – 6, 10, 30, 100, 300, 500 мА. Но на УЗО эту цифру обозначают в амперах – соответственно, 0,006, 0,01, 0,03, 0,1, 0,3, 0,5 А. Этот параметр вы тоже найдёте на корпусе устройства.

Чтобы защищать людей на УЗО надо выставлять уставку по току утечки 30 мА, потому что величины, которые выше, приведут к поражению, электротравме и даже летальному исходу. Так как наиболее опасной считается среда во влажных помещениях, то на защищающих их УЗО выбирают уставку 10 мА.

Надеемся, что поняв основное назначение УЗО и принцип его работы, вы не станете пренебрегать этим важным элементом защиты, и сделаете свою жизнь безопасной.

Принцип срабатывания защитного механизма

Рассмотрим, для чего нужно использовать УЗО. Функционирование защитного прибора основано на измерительном методе.

Фиксируются входящие и выходящие параметры протекающих через трансформатор токов. Если первое значение больше, чем второе, это означает, что в электроцепи происходит утечка тока и прибор воспроизводит отключение. Если параметры идентичны, устройство не срабатывает.

В двухпроводной системе дифференциальное устройство не срабатывает, если по проводам фазы и нейтрали проходит ток, одинаковой силы. Если есть разница в этих величинах, значит в сети изоляционный пробой и защитный механизм отключит поврежденный участок

Для лучшего понимания, рассмотрим, как будет работать УЗО в бытовом распределительном щитке с двухполюсной системой.

К верхним клеммным блокам подключен входной двухжильный провод (фаза и ноль). К нижним клеммникам подсоединены фаза и ноль, проложенные до участка нагрузки, например, к розетке питания бойлера или электрочайника. Защитное заземление прибора будет выполняться кабелем, минуя УЗО.

При стандартном рабочем режиме, передвижение электронов выполняется по линии-фаза от входящего кабеля на электрический нагреватель бойлера/чайника, протекая через прибор дифференциальной защиты. Назад они перемещаются на землю опять-таки через УЗО, однако по линии-нейтраль.

Если человек коснется к корпусу токопроводящего прибора, на котором из-за пробоя появился потенциал, в этой ситуации утечка тока будет проходить через тело человека, на что устройство практически мгновенно реагирует, отключая систему питания

К примеру, в ТЭНе прибора была повреждена изоляция. Таким образом, через воду, находящуюся внутри, ток частично будет проводиться корпусом, а затем уходить в землю посредством проводки защитного устройства.

Остатки тока вернутся по нейтральной линии через УЗО. Однако его сила станет меньше на величину утечки по сравнению с входящей.

Разницу показателей вычисляет дифференциальный трансформатор. Если цифра больше разрешенной, прибор моментально реагирует и разрывает цепь.

В другой нашей статье мы привели рекомендации по выбору и правильному подключению УЗО для бойлера.

На что следует обратить внимание при выборе УЗО

Для правильной покупки и безопасности вашего жилища, необходимо обратить внимание на следующие показатели:

• 10 мА – это показатель уже опасен для человека с малым сопротивлением тела. Поэтому значение тока срабатывания, первая информация необходимая при покупке. Защитное устройство начинаем выбирать, основываясь на безопасном напряжении. Поэтому в основном устанавливают защиту не более 30 мА.
• До 40 мс должно быть время срабатывания защитного устройства, для недопущения получения электротравм связанных с утечками, а также переполюсовкой проводов.
• Необходимо определить наиболее подходящий вид УЗО. Каждый из них реагирует на разные типы электрического напряжения. Для жилья наиболее часто устанавливают приборы типа «АС». Они предназначаются для установки сеть переменного синусоидального тока. Возможна установка типа защиты «А». Этот тип реагирует на утечку переменного и постоянного пульсирующего тока.

Конструкция узо влияет на выбор. Наиболее распространенные электромеханические системы защиты. Их отключение происходит при возникновении дифференциального тока. Электронные приборы защиты привязаны в работе с сетевым напряжением. Если перед вами прибор, имеющий возможность отключения подачи в сеть электричества при возникновении напряжения на корпусе бытового оборудования и контакте с ним человека – такой прибор можно устанавливать. Но они не переносят установок в сырых помещениях и сбоят при сильных морозах в случае монтажа в не отапливаемом помещении.
Выбирают по току нагрузок всех потребителей, подключенных к этой группе. Суммарное значение напряжения всех устройств и будет основополагающим при выборе устройства отключения. В случае совместного подключения устройства защиты и автомата, нагрузочный ток УЗО должен быть немного выше, чем у автоматического устройства. Такой выбор позволяет не допускать перегрузок на устройстве, работающим с пиковыми напряжениями.

Для чего нужно УЗО в квартире

В старых многоквартирных домах, нередко в электропроводке отсутствует третий защитный проводник, в котором должно находиться заземление. При такой схеме электромонтажа, мощные приборы, «масса» которых соединяется с заземляющим выводом розетки, не оказываются защищены, и если произойдёт утечка фазного тока на корпус, то прибор может представлять серьёзную угрозу для жизни и здоровья.

Если установить УЗО в квартире, не оснащённой заземляющим проводником, то при утечке электричества, домашняя электропроводка не будет автоматически отсоединена от общей сети.

Как правило, воздействие тока, при прикосновении человека к корпусу прибора, в этом случае будет составлять ничтожно малое время, поэтому негативное проявление опасного напряжения, практически не наблюдается.

Для чего нужно УЗО в квартире, теперь понятно, но для чего использовать данное устройство для частного домовладения?

Принцип работы УЗО

Принцип работы УЗО. — этим вопросом задаются многие.

Как известно из курса электротехники, электрический ток течет из сети по фазному проводу через нагрузку и возвращается обратно в сеть по нейтральному проводу. Это закономерность легла в основу работы УЗО.

Принцип работы устройства защитного отключения основан на сравнивании величины тока на входе и выходе защищаемого объекта.

При равенстве этих токов I_вх = I_вых УЗО не реагирует. Если I_вх > I_вых УЗО чувствует утечку и срабатывает.

То есть, токи протекающие по фазному и нейтральному проводу, должны быть равны (это касается однофазной двухпроводной сети, для трехфазной четырехпроводной сети ток в нейтрали равен сумме токов которые протекают в фазах). Если токи не равны – значит имеется утечка, на которую и реагирует УЗО.

Рассмотрим принцип работы УЗО более детально.

Основным элементом конструкции устройства защитного отключения является дифференциальный трансформатор тока. Это тороидальный сердечник на который намотаны обмотки.

При нормальной работе сети, электрический ток протекающий в фазном и нулевом проводе создает в этих обмотках переменные магнитные потоки, которые равны по величине, но противоположны по направлению. Результирующий магнитный поток в тороидальном сердечнике будет равен:

Как видно из формулы магнитный поток в тороидальном сердечнике УЗО будет равен нулю, следовательно ЭДС в контрольной обмотке наводится не будет, ток в ней, соответственно тоже. Устройство защитного отключения в этом случае не работает и находится в спящем режиме.

Теперь представим что человек коснулся электроприбора который в результате повреждения изоляции оказался под фазным напряжением. Теперь через УЗО кроме тока нагрузки будет протекает дополнительный ток — ток утечки.

В этом случае, токи в фазном и нулевом проводе не будут равны. Результирующий магнитный поток также не будет равен нулю:

Под воздействием результирующего магнитного потока в контрольной обмотке возбуждается ЭДС, под действием ЭДС в ней возникает ток. Ток возникший в контрольной обмотке приводит в действие магнитоэлектрическое реле которое отключает силовые контакты.

Максимальный ток в контрольной обмотке появится тогда когда в одной из силовых обмоток тока не будет. То есть, это ситуация когда человек коснется фазного провода, например в розетке в этом случае ток в нулевом проводе протекать не будет.

Несмотря на то, что ток утечки весьма невелик, УЗО оснащают магнитоэлектрические реле с высокой чувствительностью, пороговый элемент которого способен среагировать на ток утечки 10 мА.

Ток утечки это один из основных параметров по которому выбирают УЗО. Существует шкала номинальных дифференциальных токов отключения 10 мА, 30 мА, 100 мА, 300 мА, 500 мА.

Следует понимать, что устройство защитного отключения реагирует только на токи утечки и не работает при перегрузках и коротких замыканиях. Не сработает УЗО и в том случае, если человек одновременно возьмется за фазный и нулевой провод. Это происходит по тому, что человеческое тело в этом случае можно представить как нагрузку, через которую проходит электрический ток.

Из-за этого вместо УЗО устанавливают дифференциальные автоматы, которые по своей конструкции объединяют одновременно УЗО и автоматический выключатель.

Проверка работоспособности УЗО

Для того чтобы осуществлять контроль исправности (работоспособности) УЗО, на его корпусе предусмотрена кнопка «Тест». при нажатии на которую искусственно создается ток утечки (дифференциальный ток). Если устройство защитного отключения исправно, то при нажатии на кнопку «Тест» оно отключится.

Специалисты рекомендуют производить такой контроль примерно один раз в месяц.

Похожие материалы на сайте:

Где установить УЗО

Систему защитного отключения электричества нужно устанавливать таким образом, чтобы мощность подключаемых устройств к электрической сети не была выше максимально допустимой для данной модели УЗО, для чего прежде чем осуществлять монтажные работы следует изучить инструкцию к защитному устройству.

Для более качественной и надёжной защиты домашней электропроводки, нужно установить одно устройство большей мощности в щитке, а дополнительными приборами с меньшим током утечки оснастить ванную комнату и другие наиболее опасные, в электротехническом смысле, помещения.

Если нужно установить защитное устройство для отдельно стоящего мощного электроприбора с металлическим корпусом, то монтажные работы можно осуществить в непосредственной близости от защищаемого объекта.

В этом случае наиболее подходящей моделью будет защитное изделие, которое имеет встроенный автоматический выключатель. Монтаж такого УЗО позволяет не только обеспечить минимальную вероятность поражения электричеством, но и защитить электрическую цепь от короткого замыкания.

Зачем же нужно УЗО устанавливать в электрическую цепь, и для чего это делать в соответсвии с правилами техники безопасности и руководством по эксплуатации данного устройства?

Многие домашние мастера не понимают для чего это нужно и расплачиваются серьёзными последствиями, ведь поражение электрическим током, является довольно распространённой причиной гибели не только людей, чья профессия связана с электричеством, но и обычных пользователей домашними приборами.

Обычно многих домашних мастеров уже не волнует вопрос: «Для чего нужно устанавливать защитное устройство», после того, как они ощутят на себе воздействие электрического тока напряжением 220 В. Для чего это нужно делать по правилам, подбирая защитный прибор по мощности, также часто выясняется в процессе проб и ошибок.

Назначение УЗО и его использование заключается в том, чтобы спасти человеческую жизнь, поэтому в некоторых странах европейского союза такая защита является обязательной для установки в частном домовладении. Желательно, чтобы данное правило было введено и в нашей стране, тогда количество несчастных случаев значительно сократится.

Основные ошибки при монтаже УЗО

Самой распространенной ошибкой при монтаже УЗО является подключение к УЗО нагрузки, в цепи которой имеется соединение нулевого рабочего проводника с открытыми проводящими частями электроустановки или соединение с нулевым защитным проводником. Также возможны следующие ошибки: подключение нагрузок к нулевому проводнику до УЗО, подключение нагрузок к нулевому рабочему проводнику другого УЗО, перемычка между нулевыми рабочими проводниками различных УЗО. Расчетом, монтажом и наладкой электросхем с использованием УЗО должны заниматься только квалифицированные специалисты. Только в этом случае вы получите гарантию того, что защита сработает вовремя.

Основные критерии выбора

При выборе следует руководствоваться такими основными критериями:

• род электрического тока: переменный, постоянный, пульсирующий. Исходя из этого выбирается устройства типов АС, А или В;
• номинальный ток УЗО. Характеризует максимальную мощность, которую можно пропустить через силовые контакты устройства;
• количество полюсов. Количество полюсов определяет, для какой электросети предназначено УЗО: однофазной или трехфазной. Если сеть однофазная, то устройство должно быть в двухполюсном исполнении. Если сеть трехфазная, то устройство выбирается в четырехполюсном исполнении;
• наличие или отсутствие задержки при отключении. УЗО может отключать электрическую сеть практически мгновенно, без какой-либо задержки по времени. Но может отключение происходить с некоторой задержкой по времени. Время задержки устанавливается при настройках в виде уставки по времени. Таким образом, по конструкции УЗО и отличаются на виды с задержкой или без задержки времени при отключении.

Внешний вид трехфазного и однофазного устройства

УЗО бывают двух видов

1.Защита человека от поражения электрическим током. Минимальный уровень для отключения прибора 10 мА и 30 мА. Самый распространенный 30 мА. 10 мА предназначен для влажных помещений и чаще всего устанавливается для защиты ванной комнаты. Можно было бы установить УЗО на каждую отдельную группу потребителей, но это очень дорого. Экономичней установить одно УЗО на три-четыре отдельных группы электрических цепей.

Если срабатывает УЗО, можно проделать простую процедуру устранения неполадки. Включаем по очереди автоматические выключатели «сидящие» под УЗО, и так образом, обнаруживае в какой группе потребителей произошла утечка тока. Некоторые потребители требуют отдельного УЗО, например такие: электрический котел, холодильник или компьютер. Это делается для того, чтобы обеспечить стабильность приборам, если есть в этом острая необходимость.

2.”Противопожарное” УЗО. У такого устройства более грубая отсечка: 100 мА, 300 мА, 500 мА. С таким номиналом для отключения тока прибор не защищает человека от поражения током (считается 50 мА опасным для здоровья). Почему такой вид называется противопожарным? Из-за повреждения изоляции проводки или  перегрузки сети, может произойти короткое замыкание и возгорание.Как только в электрической цепи произойдет чувствительная утечка тока, УЗО отсечет энергоснабжение всего здания, не допустив короткого замыкания, т. е. не произойдет искрения и воспламенения. Прибор «стоит на страже» всей электропроводки здания. Противопожарное УЗО устанавливается сразу после электрического счетчика.

Самообертывание капли узо, вызванное испарением на суперамфифобной поверхности

Испарение многокомпонентных капель имеет решающее значение для различных технологий и имеет множество потенциальных применений из-за его повсеместного распространения. Суперамфифобные поверхности, которые одновременно являются супергидрофобными и суперолеофобными, могут иметь низкую смачиваемость не только для капель воды, но и для капель масла. В данной работе мы экспериментально, численно и теоретически исследуем процесс испарения миллиметровых сидячих капель узо (прозрачная смесь воды, этанола и транс -анетола) с низкой смачиваемостью на суперамфифобной поверхности.Вызываемый испарением эффект узо, , т.е. , спонтанное эмульгирование микрокапель масла ниже определенной концентрации этанола, предпочтительно происходит на вершине капли из-за распределения потока испарения и разницы в летучести между водой и этанолом. Это наблюдение также воспроизводится с помощью численного моделирования. Уменьшение объема капли узо характеризуется двумя отчетливыми наклонами. Первоначальный крутой наклон в основном вызван испарением этанола с последующим более медленным испарением воды.На более поздних стадиях, благодаря силам Марангони, масло обволакивает каплю и образуется масляная оболочка. Мы предлагаем приближенную модель диффузии для характеристик сушки, которая предсказывает испарение капель в соответствии с результатами эксперимента и численного моделирования. Эта работа дает более глубокое понимание процесса испарения капель узо (многокомпонентных).

Эта статья в открытом доступе

Сборка пористых надчастиц посредством самосмазывающихся испаряющихся коллоидных капель узо

Эксперименты по самосборке наночастиц, вызванных испарением75 об.%), Этанол (59,00 об.%) И небольшое количество транс-анетола (1,20 об.%) (Раствор узо) в качестве суспензионной среды наночастиц TiO

Самосборка супрачастиц путем высыхания капель суспензии узо на гидрофобных поверхностях. a Снимки испарения покоящейся капли суспензии узо (вода, этанол, анетоловое масло и наночастицы). Контактный диаметр капли на поверхности плавно уменьшался в течение всего процесса из-за образования масляного кольца на линии контакта (указано стрелками), и в конечном итоге появилась надчастица (см. Ниже).Время t безразмерно временем истощения t _D . b Первый контрольный эксперимент по испарению неподвижной капли водно-этанольной суспензии с тем же соотношением вода-этанол-наночастицы (без масла). Уменьшение диаметра контакта вскоре прекратилось, и в итоге супрачастица не образовалась. c Второй контрольный эксперимент по испарению капли узо с тем же соотношением вода-этанол-анетол (без наночастиц), который демонстрирует ту же динамическую эволюцию, что и в эксперименте a .Масляное кольцо, образовавшееся на линии контакта капли, указано стрелкой. d Схематическое изображение изменения диаметра контакта. В экспериментах a и c с добавлением небольшого количества анетолового масла капли достигают гораздо меньшего конечного диаметра контакта (красная линия), чем в эксперименте b (синяя линия), что мы называем самосмазкой. e СЭМ-фотографии сгенерированной супрачастицы из эксперимента a . f Крупный план супрачастицы.Масштабные линейки в a — c составляют 250 мкм

Мы проводим контрольный эксперимент (рис. 1b), испаряя каплю наночастиц вода-этанол (без масла, т.е. бинарная жидкость) с той же пропорцией. воды, этанола и наночастиц на одной подложке. В этом случае самосмазывающееся масляное кольцо не образуется, а наночастицы осаждаются на поверхности с различными формами осаждения ^32,33 . Во втором контрольном эксперименте мы испаряем каплю узо без диспергированных наночастиц (рис.1в). При испарении он имеет те же характеристики, что и все ингредиенты на рис. 1а. Сравнение этих трех случаев показывает, что самоформирующееся масляное кольцо играет решающую роль в уменьшении диаметра контакта (иллюстрация рис. 1d), что приводит к образованию надчастицы (рис. 1e, f). Масляное кольцо смазывает испаряющуюся коллоидную каплю во время самосборки наночастиц. Поэтому мы называем этот процесс самосмазкой.

Самосмазка

Мы дополнительно изучаем динамику процесса самосмазки и самосборки наночастиц с помощью лазерного сканирующего конфокального микроскопа (дополнительные видеоролики 2 и 3).После образования масляного кольца была проведена серия горизонтальных сканирований на ≈10 мкм над подложкой. В раствор добавляли перилен (для масла) и родамин 6G (для водного раствора), чтобы различить различные фазы: синий, желтый, черный и красный на конфокальных изображениях на фиг. наночастицы (кластеры) и подложка соответственно. Первоначально коллоидная капля узо была темной из-за дисперсии наночастиц высокой концентрации (рис.2а). Синий цвет раствора стал видимым, когда наночастицы начали агрегировать (вставка на рис. 2b). Зародышевые микрокапли масла прикрепляются к наночастицам (кластерам) из-за предпочтения гетерогенного зародышеобразования на поверхности по сравнению с гомогенным зародышеобразованием в объеме жидкости. Затем, после зарождения микрокапель, дополнительные наночастицы будут прикрепляться к границе раздела масло-вода ³⁴ . Между тем, зародышевые микрокапли масла на поверхности сливались в масляное кольцо на краю капли, что предотвращало накопление наночастиц (кластеров) на линии контакта воздух-масло-подложка (красно-желтая граничная линия на рис.2б). Под действием испарения коллоидная капля сжималась в радиальном направлении, и масляное кольцо было вынуждено скользить внутрь (рис. 2c). Сжатие капли приводит к сборке наночастиц в трехмерную структуру. Здесь поверхностное натяжение преобладает над силой тяжести, так как маленькие капли имеют малое число Связи Bo = ρgL ² / σ ~ 10 ⁻¹ ≪ 1, где ρ — плотность капельного раствора. (~ 1000 кг · м ⁻³ ), г ускорение свободного падения, L характерный размер капли (~ 0.5 мм) и σ межфазное натяжение вода / трансанетол (~ 24,2 мН · м ⁻¹ ) ³⁵ .

Иллюстрации «самосмазки» и соответствующие конфокальные фотографии. Цветовые обозначения под конфокальным микроскопом: желтый, масляный; синий, вода / этанол; черный — скопления наночастиц; красный, подложка. a Исходное состояние испаряющихся капель раствора узо с высокодисперсными наночастицами. Высокая концентрация наночастиц приводит к тому, что капля становится черной при конфокальном изображении. b Предотвращение осаждения наночастиц на линии контакта. Возникает эффект узо, вызванный испарением, что приводит к образованию масляного кольца (желтого цвета), которое предотвращает образование контактных линий и придает коллоидным каплям высокую подвижность и низкий гистерезис. Между тем, наночастицы агрегируются, а на них зарождаются микрокапли масла. c Усадка маслосъемного кольца. Масляное кольцо сметает наночастицы / кластеры с подложки. После испарения этанола и воды образовавшиеся супрачастицы либо плавают на остаточном масле, как показано в d , либо сидят на субстрате, как показано в e , в зависимости от объемного соотношения между супрачастицей и оставшимся маслом. .Все конфокальные фотографии получены при горизонтальном сканировании непосредственно над подложкой.

Усадка масляного кольца вызывает левитацию коллоидной капли, и окончательная геометрия супрачастицы формируется. Гребень масляного кольца огибает край коллоидной капли (рис. 2в). Внутренний выступ масляного кольца действует как нижняя половина динамической формы для самосборки наночастиц, а поверхность раздела жидкость-воздух образует верхнюю половину. Следовательно, развивающаяся супрачастица формируется гребнем, смачиваемым маслом.Следовательно, регулируя концентрацию масла в смеси, что приводит к разным размерам гребня, смачиваемого маслом, мы можем получить разные конфигурации формы и, таким образом, разные морфологии образующихся супрачастиц (проиллюстрировано на рис. 2d, e). .

Настраиваемые формы и высокая пористость супрачастиц

Мы контролируем форму образующихся супрачастиц, изменяя соотношение k объемной доли масла χ _масла к объемной доле наночастиц χ _NP дюйм исходный коллоидный раствор.Полное пространство параметров показано на фиг. 3a, дающей количественную информацию о конечной геометрии (фиг. 3b) и пористости (фиг. 3c) супрачастиц. Объемное отношение этанола к воде составляет 3: 2, и черные пунктирные линии в пространстве параметров представляют различные отношения масла к наночастицам _масло / χ _NP . Каждая белая квадратная точка на рис. 3а представляет состав раствора, использованного в экспериментах. Начальный профиль капли и окончательный профиль надчастицы (после истощения нефти) были зафиксированы серой камерой сбоку, см. Рис.3d – g.

Супрачастицы настраиваемой формы и высокой пористости. a Пространство параметров, показывающее исходную объемную долю масла χ _Масло и объемную долю наночастиц χ _NP коллоидных капель в разных случаях (белые квадратные точки) с одинаковым соотношением этанола и воды (3: 2). Расчетное критическое отношение масла к наночастицам, k ^* = 110,7 (сплошная красная линия), делит пространство на высокое ( k > k ^* ) и низкое ( k < k ^* ) области отношения масла к наночастицам.Сгенерированные супрачастицы имеют шарообразную форму в белой области ( k > k ^* ) и более плоскую, сплюснутую форму (см. Ниже) в зеленой области ( k < k ^{). *} ). b Как безразмерная высота δh , так и глубина δl вдавленной части не шарообразных супрачастиц пропорциональны отношению масла к наночастицам в зеленой области. c Расчетная пористость ϕ супрачастиц составляет от 78 до 92%.При увеличении отношения масла к наночастицам меняются формы от сферической шляпки (фотография профиля d ) до грибовидной формы e , f и формы кекса. г . Выше критического отношения k ^* достижима сферическая надчастица (изображение на сканирующем электронном микроскопе h ). i Поперечное сечение той же супрачастицы в h , полученное путем разрезания FIB, иллюстрирует высокопористую структуру внутри (дополнительный фильм 4). j — l Последовательность увеличения внутренней структуры в 3 раза. Горизонтальные белые пунктирные линии в d — g указывают положение подложки. Тени под линиями — это отражения. Изображение e показывает определения δl , l , δh , h . Планки погрешностей размера и пористости супрачастиц представляют неопределенность при обработке изображений. Планки погрешностей объемной доли масла и наночастиц представляют собой неопределенность приготовления раствора.Температура и относительная влажность во время экспериментов составляли 20–23 ° C и 35–50% соответственно.

Экспериментальные результаты показывают, что соотношение масла и наночастиц определяет форму надчастиц. Когда объемная доля масла значительно превышает объемную долю наночастиц, образуется более сферическая надчастица (рис. 3h). При меньшем количестве масла надчастицы принимают более плоские, сплюснутые формы (рис. 3d – g). Хотя гребень смачивания маслом и конфигурация области контакта вода-воздух-масло определяют форму надчастицы, агрегация и перегруппировка наночастиц во время развития надчастицы также влияют на окончательную форму надчастицы.Точки данных a, b ( χ _{, масло} = 0) и c ( χ _NP = 0) представляют концентрации масла и наночастиц в трех случаях, показанных на рис. 1a – c, соответственно. Если количества отделенного масла недостаточно для образования полного масляного кольца, воспроизводимость образования надчастиц плохая (четыре точки данных в серой области на рис. 3а).

Определим геометрические характеристики не шарообразной формы по высоте и глубине вмятины масляного гребня, т.е.е., δh = H — h и δl = l — L (аннотации на рис. 3e). Мы извлекли эту геометрическую информацию с помощью анализа изображений с помощью самодельной программы MATLAB, предполагая осевую симметрию. Данные на рис. 3b показывают, что как безразмерная высота δh / h , так и безразмерная глубина δl / l монотонно увеличиваются с увеличением отношения масла к наночастицам. На вставке показаны размерные данные.Монотонная зависимость отражает тот факт, что гребень смачивания нефтью формирует супрачастицы. Высокие соотношения масла приводят к заметному гребню смачивания маслом, который вызывает заметную вмятину в образованных супрачастицах.

Шаровидные супрачастицы достижимы, когда отношение масла к наночастицам достаточно высоко, чтобы развивающиеся супрачастицы были погружены в масляную фазу. Сила сцепления пограничного слоя между окружающей нефтью и коллоидной каплей придает развивающейся надчастице сферическую форму.Таким образом были образованы шарообразные супрачастицы, как показано на СЭМ-изображении на фиг. 3h. Критическое отношение масла к наночастицам k ^* , чтобы иметь эти шарообразные супрачастицы, было оценено с помощью простой модели. Мы предполагаем, что капля масла в виде сферической крышки и развивающаяся надчастица погружены внутрь. Здесь развивающаяся надчастица находится в своем верхнем предельном размере, который равен высоте масляной капли H , а остаточная вода заполняет пористую структуру. С этими предположениями мы имеем (см. Раздел «Методы») \ (k ^ \ ast = ({3 \, {\ mathrm {cot}} ^ 2 \ frac {{\ theta _ {{\ mathrm {oil}}}}}} {2}}) {\ mathrm {/}} (1 — \ phi) \), где ϕ — пористость надчастицы, а θ _масло — угол смачивания масла на поверхности.Учитывая пористость 90% и угол смачивания 55 °, полученный в наших измерениях, расчетное значение составляет 110,7, что соответствует красной сплошной линии на рис. 3a, c. Эта линия делит пространство параметров на белую область шаровидных супрачастиц и зеленую область супрачастиц различной формы, что согласуется с нашими наблюдениями.

Полученная очень высокая пористость 90% и выше — еще одна отличительная особенность супрачастиц. Мы рассчитали эту пористость на основе начального объема коллоидных капель с известными концентрациями наночастиц и конечным размером супрачастиц.Расчетные данные по пористости, показанные на рис. 3c, находятся в диапазоне от 77 до 92% и монотонно увеличиваются с увеличением отношения масла к наночастицам. Зародышевые микрокапли масла, существующие в объеме жидкости, вносят значительный вклад в пористость. Из-за капиллярных сил сеть наночастиц образуется среди зародышевых микрокапель масла ³⁴ , что также наблюдалось на нашем конфокальном изображении (рис. 2c, дополнительные видеоролики 2 и 3). Как следствие, после того, как все жидкости (в том числе нефть) расплылись наружу , пустые ячейки остаются позади, резко увеличивая пористость образующихся супрачастиц.Увеличение отношения масла к наночастицам увеличивает объем этих пустых ячеек, поэтому пористость супрачастиц увеличивается (рис. 3c). Ограничение пористости (92%) заключается в том, что во время сжатия развивающейся супрачастицы микрокапли масла постепенно сливаются, и их части абсорбируются масляным кольцом ³¹ .

Внутренняя структура супрачастиц подтверждает приведенное выше объяснение свойства высокой пористости. Чтобы выявить эту высокую пористость на всех масштабах длины внутри супрачастицы, мы использовали технику резки сфокусированным ионным пучком (FIB) для исследования супрачастицы: разрезы слайд-за-слайдом раскрывают внутреннюю структуру (дополнительный фильм 4).На рис. 3i показан пример поперечного сечения надчастицы. Он представляет собой многомасштабную фрактальную внутреннюю структуру и ясно показывает, что примерно половина объема частицы состоит из отверстий микронного размера (рис. 3j). Остальная часть содержит множество более мелких отверстий субмикронного размера (рис. 3k). Наночастицы соединяются вместе, образуя ответвления и мезопоры наночастиц (размер нанометров) (рис. 3l). Эти отверстия (суб) микронного размера возникли из зародышевых микрокапель масла в коллоидной капле узо, поскольку зародышевые микрокапли масла действуют как клетки, лишенные (кластеров) наночастиц во время развития надчастиц (дополнительный фильм 5).

Масштабируемость изготовления супрачастиц

Инженерным преимуществом этого метода является простота масштабируемости изготовления супрачастиц. Чтобы продемонстрировать это преимущество, мы построили в нашей лаборатории установку (рис. 4а), которая позволяет автоматически производить капли аналогичного размера на поверхности трихлор (октадецил) силана (ОТС) или ОТМС со скоростью 20 капель в минуту. (Дополнительный фильм 6). Через несколько минут после нанесения капли синтез супрачастиц осуществился.Сбор надчастиц осуществляли путем простого погружения поверхности, прикрепленной к надчастицам, в этанол и легкого стряхивания их (дополнительные видеоролики 7 и 8). В результате супрачастицы хранились в жидкости для будущего использования, а поверхность была чистой и готовой к следующему процессу изготовления. После нескольких циклов суспензия надчастиц была доступна. Самосмазывающийся слой и полное отделение супрачастиц увеличивают гибкость изготовления супрачастиц.Масса супрачастиц без контролируемых размеров может быть изготовлена ​​путем распыления коллоидного раствора узо на поверхность (дополнительный фильм 9).

Масштабируемость процесса с различными и множественными типами наночастиц. a Демонстрация гибкости и удобной масштабируемости изготовления супрачастиц на поверхности OTMS / OTS. Самосмазка и прочные поверхности позволяют упростить процесс уборки урожая и переработать поверхности. b — h СЭМ-изображения сгенерированных супрачастиц. b Большое количество образовавшихся пористых надчастиц TiO ₂ . c Увеличенный вид пористой поверхности частицы в b . d Сгустки пористых надчастиц, образованные наночастицами TiO ₂ (0,05 об.%) И SiO ₂ (0,05 об.%). e Крупный план стороны частицы в d . f Пучки пористых надчастиц с тремя различными наночастицами: TiO ₂ (0,06 об.%), SiO ₂ (0.03 об.%) И Fe ₃ O ₄ (0,01 об.%). g , h представляют собой последовательность двух приближений к частице в f . В течение ч , поверхность надчастицы была визуализирована с помощью энергоселективного детектора обратного рассеяния (EsB), чтобы представить различные материалы в разных уровнях серого: Fe ₃ O ₄ (яркие пятна показаны желтой стрелкой), TiO ₂ (светло-серые области синей стрелкой), SiO ₂ (темно-серые области красной стрелкой).Темнота указывает на дыры без наночастиц

Используя различные типы наночастиц или несколько типов наночастиц, мы получили различные виды супрачастиц оксидов металлов для демонстрации. На рис. 4b – f представлены СЭМ-фотографии большого количества супрачастиц, образованных в результате самосборки наночастиц TiO ₂ (рис. 4b), наночастиц TiO ₂ и SiO ₂ (рис. 4d) и TiO ₂ и SiO ₂ и Fe ₃ O ₄ наночастиц (рис.4е). В таблице 1 представлен состав растворов узо. На рисунке 4c показана пористая поверхность супрачастиц TiO ₂ . Для супрачастиц TiO ₂ и SiO ₂ разница в шероховатости заметна на верхней и нижней поверхности (рис. 4e). Расчетная пористость составляет около 93%. Рис. 4g, h представляет собой последовательность увеличения поверхности надчастицы TiO ₂ и SiO ₂ и Fe ₃ O ₄ . Расчетная пористость составляет около 91%.На рис. 4h различные материалы различимы на поверхности благодаря энергоселективному детектору обратного рассеяния (EsB): яркие пятна, отмеченные желтой стрелкой, представляют собой наночастицы Fe ₃ O ₄ ; светло-серые области (синяя стрелка) — наночастицы TiO ₂ ; темно-серые области (красная стрелка) — наночастицы SiO ₂ . Темнота указывает на дыры на поверхности.

Лимончелло и наука об эмульсиях

Как сделать так, чтобы масло и вода оставались смешанными? Интерес ученого к лимонному ликеру показал, как это сделать — с некоторыми многообещающими промышленными применениями.

Бутылки Limoncello на продажу на Капри, Италия
Хорхе Роян / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Лимончелло, ароматный итальянский ликер из лимонов, становится все более популярным во всем мире.Этот сладкий и цитрусовый дижестив является культовым элементом итальянской кулинарной культуры, но также представляет собой сложную коллоидную систему, состоящую из эфирных масел, этанола, сахарозы и воды.

Как итальянский химик, работающий в Institut Laue-Langevin (ILL) ^w1 , мне было любопытно узнать, что передовая технология ILL может рассказать об этой сложной системе. Итак, ранее в этом году мы с коллегами подали заявку на получение времени на пучке для проведения небольшого исследования, и оказалось, что лимончелло не только восхитительно, но и обладает некоторыми довольно специфическими научными характеристиками.

Что такое лимончелло?

В традиционном рецепте лимончелло цедру цитрусовых (полученную путем соскабливания внешней части цедры лимона) мацерируют в спирте (этаноле) в течение нескольких недель. Цедра содержит большинство эфирных масел лимонов, что придает ликеру характерный вкус и цвет. Затем этанол и лимонный экстракт смешивают с сахарным сиропом. Лимончелло обычно содержит около 30% спирта и около 20% сахарозы (сахара) по объему, но, поскольку лимончелло часто делается дома, способ приготовления и конечный состав варьируются от семьи к семье.

Рисунок 1: Структура
лимонена
Никола Граф

Эфирные масла, столь важные для вкуса лимончелло, находятся в небольших карманах кожуры цитрусовых, которые лопаются и излучают типичный сильный запах, который мы замечаем при чистке таких фруктов. Эти эфирные масла имеют очень сложный состав: идентифицировано более 60 различных молекул, главными компонентами которых являются органические молекулы, называемые монотерпенами.В лимонах наиболее распространенным компонентом является лимонен (рис. 1).

Лимончелло производится путем смешивания двух растворов: спиртового экстракта, содержащего масла, и водного раствора сахарозы. Каждый из этих исходных решений полностью прозрачен; Однако сам лимончелло «мутный» с мутным, непрозрачным видом. Мутные системы пронизывают повседневную жизнь: другие примеры включают кристаллы льда в облаках, капли жира в молоке и водоросли в пруду. Все эти различные системы содержат частицы или капли размером в сотни нанометров, что сравнимо с длиной волны видимого света.Именно эти «неоднородности» — крошечные количества твердого или жидкого взвешенного в текучей среде — придают этим системам мутный вид.

Эффект узо

Так откуда взялось помутнение лимончелло? Вода и этанол полностью смешиваются (растворимы друг в друге), как и лимонен и этанол, но лимонен и вода почти не смешиваются. В лимончелло эта комбинация трех жидкостей спонтанно производит «эмульсию»: суспензию крошечных капелек одной жидкости в другой.Однако это происходит только в некоторых определенных диапазонах композиции (см. Текстовое поле).

Это явление самопроизвольного образования эмульсии называется «эффектом узо», в честь известного средиземноморского напитка узо, который сразу же мутнеет при смешивании с водой, образуя эмульсию. Действительно, с научной точки зрения узо очень похож на лимончелло, поскольку он сделан из воды, этанола и ароматического компонента анетола, который, как и лимонен, хорошо растворяется в этаноле, но лишь слабо растворяется в воде.

В отличие от этих систем узо, типичные эмульсии требуют очень больших затрат энергии, таких как встряхивание и перемешивание, необходимые для приготовления эмульсии, которую мы называем майонезом. Еще одно очень важное отличие узо-систем от классических эмульсий — отсутствие каких-либо стабилизаторов.Например, майонез готовят путем эмульгирования растительного масла с водой, содержащейся в яичном желтке. Процесс долгий и утомительный, и он требует значительного количества энергии, обеспечиваемой энергичным встряхиванием и перемешиванием, чтобы заставить две жидкости смешаться с образованием эмульсии. Лецитин и белки, содержащиеся в яичном желтке, также необходимы для стабилизации эмульсии.

Так почему же системы узо важны вне кухни? В эмульсиях происходят некоторые важные промышленные процессы — например, полимеризация, когда небольшие молекулы (мономеры) объединяются с образованием больших макромолекул или полимеров.Здесь часто создаются эмульсии, чтобы максимально приблизить реагенты, чтобы реакция могла протекать быстро. Если такие эмульсии образуются спонтанно (как в лимончелло), требуя очень небольшого количества энергии, если таковая имеется, это, очевидно, делает процесс более эффективным и устойчивым. Кроме того, полимерный продукт необходимо извлекать из реакционной среды в конце реакции, что часто является наиболее сложной стадией всего процесса. Однако, если система не содержит стабилизаторов, экстракция полимера и катализаторов намного проще, поскольку компоненты могут легко разделиться, как только эмульсионная композиция больше не существует.Еще одно широко используемое применение эмульсий — пестициды, чтобы эти нерастворимые в воде продукты можно было разбавить и разложить по полям. Использование эмульсии узо-типа также позволит избежать распространения ненужных поверхностно-активных веществ, которые часто вредны для окружающей среды.

Лимончелло на микроуровне

Инструмент SANS D11 в ILL, который
использовался для исследования лимончелло
A Chezière / ILL

Как уже упоминалось, то, как лимончелло рассеивает свет, весьма красноречиво свидетельствует о структуре жидкости на микроскопическом уровне.Использование излучения с более короткой длиной волны, рентгеновских лучей или нейтронных пучков позволяет нам более подробно рассмотреть структуры и взаимодействия внутри этой жидкости, и в еще меньшем масштабе.

Мы надеялись использовать оборудование для рассеяния нейтронов в ILL, чтобы посмотреть, что они могут рассказать нам о лимончелло — и, к счастью, нам было выделено время на канале малоуглового рассеяния нейтронов (SANS). Целью нашего исследования было выяснить, откуда берется необычайная стабильность лимончелло. С этой целью мы исследовали ликер в различных условиях: при добавлении воды в спиртовой экстракт; при разных температурах; и при разных концентрациях сахарозы (Chiappisi & Grillo, 2018).Нейтроны чувствительны к изотопному составу системы и очень по-разному взаимодействуют с двумя стабильными изотопами водорода: протием ¹ H (нормальный водород) и гораздо более редким дейтерием ² H. эфирное масло было извлечено из лимона, купленного на местном рынке (таким образом, содержащего в основном ядра протия), в то время как этанол и вода были сильно обогащены ядрами дейтерия, как контраст.

Анализ показал, что у лимончелло размер богатых маслом доменов всегда составляет около 100 нанометров в диаметре, независимо от содержания воды, сахара или температуры.Эти результаты удивительны: типичный размер богатых нефтью доменов в узо-системах обычно намного больше, в несколько сотен или даже тысяч нанометров (Grillo, 2003). Кроме того, их размер обычно очень чувствителен к составу или температуре системы — в отличие от лимончелло.

Это делает лимончелло очень интересной с научной точки зрения жидкостью. Небольшой размер капель масла, по-видимому, обеспечивает его исключительную стабильность по отношению к изменениям температуры и состава, а также во времени.На самом деле лимончелло можно хранить в бутылке годами: неплохо для метастабильной системы! Напротив, такие напитки, как пастис или узо, имеют тенденцию к разделению фаз в течение нескольких часов после приготовления (поэтому пастис всегда разбавляют водой в стакане непосредственно перед употреблением).

Итак, хотя мы еще не до конца понимаем, почему лимончелло ведет себя так иначе, чем другие напитки типа узо, теперь мы лучше понимаем науку о самоэмульгирующихся системах и о том, как их разработать для использования в будущих продуктах и ​​процессах.

Фазовые диаграммы и стабильность лимончелло

Фазовые диаграммы — удобный способ представить изменяющиеся физические состояния систем из двух или более компонентов в различных условиях. Распространенный тип фазовой диаграммы показывает, как одно вещество (например, вода) будет менять свое состояние между твердым, жидким и газообразным при различных комбинациях температуры и давления (рис. 2).

В таких системах, как лимончелло, который сам состоит из трех компонентов (воды, этанола и эфирного масла), фазовые диаграммы позволяют нам представить возможные составы внутри системы и физические характеристики (такие как растворимость и стабильность), связанные с каждым из них. состав. Типичная тройная фазовая диаграмма показана на рисунке 3. Здесь каждый из чистых компонентов представлен вершиной главного треугольника, где прилегающие шкалы показывают 100% и 0% для двух различных компонентов.

Рисунок 3: Трехкомпонентная фазовая диаграмма
, представляющая узо-систему
Никола Граф / Леонардо Чиапписи

Как показывает пример, состав точки на фазовой диаграмме можно определить, нарисовав три линии, начинающиеся от точки и заканчивающиеся на каждой оси (обратите внимание на треугольную сетку, используемую для рисования линий). В этом случае образец, обозначенный красной точкой P, будет иметь состав из 20% воды, 70% этанола и 10% эфирного масла (мас. / Мас.).

Из этой фазовой диаграммы мы можем видеть, что вода и этанол полностью смешиваются, как этанол и эфирное масло. Однако растворимость эфирного масла в воде составляет всего 5% мас. / Мас., А растворимость воды в эфирном масле составляет менее 10%. На диаграмме также показана область, в которой компоненты разделяются по крайней мере на две фазы и не смешиваются (область разделения фаз). Небольшая «метастабильная область узо» — это то место, где композиция обеспечивает спонтанное образование эмульсии, как в системах узо.В конечном итоге в этой области произойдет разделение фаз, но временной масштаб может быть очень большим, поскольку для преодоления метастабильного состояния требуется энергия.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Наблюдайте за «эффектом узо» под микроскопом

Если вы когда-либо готовили абсент, поливая водой кубик сахара, подвешенный над ликером, вы, вероятно, замечали нечто, называемое «эффектом узо». Это молочная эмульсия (причудливый способ сказать смесь из двух обычно несмешиваемых веществ), которая получается в результате добавления воды в ликеры с анисовым вкусом, такие как абсент, самбука или узо, популярные в Греции напитки перед ужином.

Благодаря уникальным свойствам эмульгированного узо и других ликеров, приправленных анисом, группа исследователей из отдела физики жидкостей Университета Твенте в Нидерландах решила изучить, как они испаряются.Результаты их расследования можно увидеть в приведенном выше видео и в недавней статье, опубликованной в The Proceedings of National Academy of Sciences .

Согласно теории группы, существует четыре основных фазы жизненного цикла испаряющейся капли узо, состоящей из воды, этанола и анисового масла. На первом этапе капля остается прозрачной, а этанол испаряется. На втором этапе микрокапли анисового масла начинают быстро смешиваться с остальной частью капли — это и есть эффект узо в действии.На третьем этапе весь этанол испарился, и вы можете увидеть каплю воды, сидящую на кольце анисового масла. Наконец, вода испаряется, и остается небольшая капля анисового масла.

Испарение чистых жидкостей и жидкостей с дисперсными частицами широко изучалось в последние два десятилетия, хотя исследования, проводимые Университетом Твенте, являются уникальными в этой области. Это связано с тем, что в нем используются три разные жидкости, которые имеют разную летучесть и взаимную растворимость (температура, необходимая для смешивания двух жидкостей).Проще говоря, способ испарения капли узо намного сложнее, чем простая смесь двух жидкостей. Кроме того, у нас возникает ощущение, что исследователи хотели задокументировать это, потому что это выглядит круто… что так и есть.

Работа голландской команды является важным вкладом в научное понимание того, как испаряются жидкости, что может быть использовано в различных областях, от медицинской диагностики до печати светодиодных ламп.

Новое поведение фазовой диаграммы и дизайн материалов в гетероструктурных полупроводниковых сплавах

Фазовые диаграммы гетероструктурных сплавов

Здесь мы показываем, что фазовые диаграммы гетероструктурных сплавов (рис.1, D и F) заметно отличаются от изоструктурных сплавов, используя Mn _{1- x} Zn _x O ( 3 ) и Sn _{1- x} Ca _x S ( 4 ) в качестве материалов для примера. Эти различия происходят из-за фазового перехода, происходящего в гетероструктурных сплавах при критическом составе x _c . Чтобы прояснить поведение фазовой диаграммы и продемонстрировать реализацию новых метастабильных сплавов, мы выполнили расчеты из первых принципов, а также синтез и определение характеристик тонких пленок [энтальпию смешения и данные дифракции рентгеновских лучей (XRD), доступные у Peng et al. ( 3 ) используются для сплавов Mn _{1– x} Zn _x O]. В традиционном изоструктурном сплаве In _{1- x} Ga _x N спинодальные и бинодальные линии совпадают при температуре зазора смешиваемости T ^g и охватывают относительно узкие области метастабильных составов по обе стороны от фазовая диаграмма (белые области на рис. 1Б). Отметим, что отклонения от модели регулярного решения, возникающие в результате ближнего порядка, полиномиальных вкладов более высокого порядка в H ( x ) и колебательных вкладов в Δ H и Δ S , вызывают обычно небольшие количественные изменения и асимметрии в T ^{b, s} ( x ), но не меняют общую топологию ( 21 ).В отличие от обычной изоструктурной фазовой диаграммы, наши рассчитанные гетероструктурные фазовые диаграммы показывают широкие метастабильные области (рис. 1, D и F) и возможность разделения температур зазора смешиваемости для бинодального и спинодального распада (рис. 1D). Это различие открывает доступ к новому фазовому пространству метастабильных твердотельных материалов. Устойчивость к колебаниям состава должна способствовать синтезу однородных однофазных сплавов, что очень желательно для создания оптоэлектронных материалов.

Как показано ниже, природа фазового превращения, связывающая различные симметрии кристаллов гетероструктурного сплава, имеет важные ответвления на топологию фазовой диаграммы сплава. Поэтому мы используем концепции реконструктивных фазовых превращений и фазовых превращений смещения ( 22 ), чтобы классифицировать два различных типа гетероструктурных сплавов, например Mn _{1 −x} Zn _x O (рис.1, C и D) и Sn _{1− x} Ca _x S (рис.1, E и F) соответственно. Сплавы между материалами с несоразмерными решетками, такими как MnO с основным состоянием RS и ZnO с основным состоянием вюрцита (WZ), обладают симметрией кристаллов, которые связаны посредством реконструктивного преобразования. Этот переход требует разрыва связи, включает кинетические барьеры и часто связан с большими изменениями объема решетки (например, ~ 20% между RS и WZ). Напротив, сплавы между материалами с соразмерными решетками, такими как ORC SnS и RS CaS, обладают симметрией, которые связаны фазовым превращением смещения.Здесь структурные искажения и смещения атомов приводят к непрерывному изменению параметров решетки и положений узлов без необходимости диффузии атомов или перестройки координационного окружения.

В несоразмерных решетках объединение атомных расположений двух решеток в одной фазе является энергетически невыгодным, и значительные барьеры зародышеобразования препятствуют превращению между фазами. Диаграмма Δ H _м ( x ) Mn _{1− x} Zn _x O (рис.1C) показаны две отдельные ветви энтальпии смешения для сплавов, образованных на нижележащей решетке RS (оранжевый) или WZ (фиолетовый), пересекающие и выходящие за пределы критического состава, который был рассчитан как x _c = 0,38 ( 3 ). Следовательно, на полученной фазовой диаграмме T ^s ( x ) (рис. 1D) есть также две отдельные ветви для линии спинодали (красный цвет) с разрывом при x _c . Из-за схожего ионного размера Zn ²⁺ и Mn ²⁺ , энергетический вклад от взаимодействия сплава Ω в Δ H _m ( x ) в любой ветви относительно невелик, так что кривизна Δ H _m ( x ) также мала, и ее величина в основном возникает из-за больших энергий полиморфа конечных соединений (то есть гипотетических фаз RS ZnO и WZ MnO; см. рис.Рис. 1С). Следовательно, линия спинодали отделяется от линии бинодали (рис. 1D), что резко контрастирует с хорошо известной изоструктурной фазовой диаграммой сплава, где линии бинодали и спинодали совпадают при температуре зазора смешиваемости (рис. 1B). Таким образом, в результате структурной конкуренции и вытекающих из этого барьеров трансформации в сплавах с несоразмерной решеткой возникают широкие метастабильные области между закрытой спинодалью и открытой бинодальной щелью смешиваемости. Единственная известная нам работа, в которой линии спинодали и бинодали были построены для гетероструктурных сплавов, — это работа Schleife et al. ( 8 ). Однако прирост энтальпии, связанный с разделением однородного однофазного сплава на две структурно разные фазы, не был полностью учтен. Следовательно, фазовая диаграмма не показала новые особенности, указанные здесь, и не показала экспериментально установленный разрыв смешиваемости в Mg _x Zn _{1- x} O ( 23 ).

В соизмеримом сплаве Sn _{1− x} Ca _x S в составах, близких к фазовому переходу ORC-RS при x _c = 0.25, мы наблюдаем снижение энтальпии смешения Δ H _m ( x ) по сравнению с экстраполяцией ветвей ORC (оранжевый) и RS (фиолетовый) (рис. 1E). Отклонение от экстраполированных ветвей ORC и RS происходит из-за того, что соразмерные решетки могут до некоторой степени одновременно приспосабливаться к различным предпочтительным локальным координационным симметриям обоих типов катионов. Повышенная кривизна Δ H _m ( x ) в этой переходной области приводит к «всплеску» спинодальной линии (красный), что приводит к псевдоизоструктурному характеру сплава (см. Рис.Рис. 1F), где пики линий бинодали и спинодали совпадают. Однако в составах за пределами этой переходной области кривизна намного меньше, что снова приводит к широким метастабильным областям на фазовой диаграмме.

Неравновесные фазовые диаграммы и синтезируемость

Чтобы экспериментально проверить эти замечательные новые предсказанные особенности, мы выполнили неравновесный синтез и исследование характеристик двух прототипов гетероструктурных полупроводниковых сплавов. Мы использовали методы осаждения тонких пленок, чтобы преодолеть пределы растворимости (бинодальная линия) и получить доступ к составам и температурам в метастабильных областях на фазовых диаграммах.Библиотеки с градиентами состава и температуры подложки были выращены методом импульсного лазерного осаждения (PLD) и распыления для Mn _{1- x} Zn _x O и Sn _{1- x} Ca _x S соответственно. Как показано на фиг. 2A, структурная характеристика XRD как функция состава иллюстрирует ожидаемое прерывистое изменение структуры, происходящее при реконструктивном фазовом переходе в несоразмерных сплавах Mn _{1- x} Zn _x O.Напротив, мы наблюдаем гораздо более непрерывное изменение структуры соразмерных сплавов Sn _{1– x} Ca _x S (рис. 2B).

Рентгенограммы ( A ) несоразмерных сплавов Mn _{1− x} Zn _x O, демонстрирующие скачкообразное изменение структуры с двухфазной областью в интервале 0.2 < x <0,4 для температуры роста 297 ° C и ( B ) соразмерных Sn _{1- x} Ca _x S сплавов, выращенных при 240 ° C, демонстрируя непрерывное изменение состав. а.е., условные единицы.

Мы проанализировали рентгенограммы сплавов (рис. 2, A и B), используя метод исчезающих фаз ( 24 ), чтобы определить неравновесные области однофазного роста. В сплавах Mn _{1− x} Zn _x O мы достигли полной смешиваемости во всем диапазоне составов 0 < x <1 для температур роста ниже 180 ° C ( 3 ).Достаточно резкий переход из RS в фазу WZ происходит при x _c ≈ 0,32, что немного ниже теоретически предсказанного значения x _c = 0,38. С повышением температуры пределы растворимости снижаются, потому что кинетика теперь учитывает фазовое разделение, тем самым открывая зазор смешиваемости с температурой вопреки термодинамической тенденции. Этот результат можно рассматривать как проявление принципа кинетики Белла-Эванса-Поланьи ( 25 , 26 ) в твердотельной системе; то есть кинетические барьеры для разложения самые низкие, где Δ H _m ( x ) является наибольшим, что объясняет, почему минимальная температура для неравновесной растворимости имеет место при x _c (см.Рис. 1С и 3А). Применяя метод исчезающей фазы к дифрактограммам сплавов Sn _{1- x} Ca _x S, выращенных методом распыления (рис. 2B), мы можем определить пределы неравновесной растворимости Sn в богатых кальцием сплавы (рис. 3Б). Однако из-за соизмеримых структур SnS и CaS изменения в XRD недостаточно заметны, чтобы однозначно определить предел растворимости Ca в сплавах с высоким содержанием Sn из экспериментальных данных. Применение поведения типа Белла-Эванса-Поланьи из предсказанной Δ H _m ( x ) позволяет качественно оценить предел неравновесной растворимости Ca в пленках, богатых Sn в фазе ORC (рис.3Б).

Быстрые перекусы: Ouzo Bar & Dining Room, Nuts ‘n Berries, SriThai Kitchen и другие новости кулинарии

Shell Oil Company поддерживает программы Meals on Wheels за счет пожертвований в виде подарочных карт на топливо, а Meals on Wheels Atlanta недавно получила пожертвования в размере 10 000 долларов США на помощь пожилым людям в изоляции и голоде во время кризиса COVID-19. Это пожертвование поможет доставлять 7700 обедов в неделю пожилым людям в Атланте.

Le Bilboquet и Le Colonial были отмечены наградами Wine Spectator 2020 Restaurant Awards .Ежегодные награды признают рестораны по всему миру лучшими направлениями для любителей вина. Le Bilboquet получил премию Best of Award of Excellence — категорию, присуждаемую получателям, предлагающим более широкий выбор со значительной глубиной урожая и превосходной широтой во многих регионах. Le Colonial выиграл награду за превосходство, присуждаемую ресторанам, чьи карты вин включают хорошо подобранный ассортимент качественных производителей, а также тематическое соответствие меню как по цене, так и по стилю.

Ресторан SriThai Kitchen & Sushi , предлагающий блюда тайской и японской кухни, открылся на вокзале Атлантик. Ресторан площадью 4852 квадратных фута открыт для постоянных посетителей, заказов на вынос и служб доставки. Скоро запланировано официальное торжественное открытие.

Шеф-повар Pano Karatassos привносит в Атланту легкую, яркую и воздушную атмосферу греческих островов, представляя обновленное пространство под названием Ouzo Bar and Dining Room в бывшем лаундже Octopus с правой стороны Высококлассный ресторан Кима Бакхеда.Шеф-повар Пано предложит обновленное меню меззе с более легкими закусками и фирменными греческими коктейлями, включая разнообразные узо, мохито из греческих арбузов, мартини из огурцов и многое другое. Новое пространство обыгрывает традиционный «Узери» в Греции с акцентом на маленькие тарелки, отличное вино и коктейли. Бар и столовая Ouzo расположены по адресу 3085 Piedmont Road.