Трехфазный узо: Трехфазное УЗО — назначение, устройство, как работает. Принцип работы трехфазного УЗО

Содержание

Трехфазное УЗО — назначение, устройство, как работает. Принцип работы трехфазного 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.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

 

Устройство защитного отключения трехфазное УЗО-ВАД2 трехфазное

Нормативно-правовое обеспечение

  • Отвечают требованиям ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования» и ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств».
  • Имеют сертификат соответствия N ТС RU C-RU.АЛ16.В.01607.
  • Имеют сертификат пожарной безопасности.

Характеристики надежности

  • Средний срок службы УЗО-ВАД2 – 10 лет.
  • Гарантийный срок эксплуатации УЗО-ВАД2 – 5 лет.
  • УЗО-ВАД2 трехфазное при хранении, транспортировании, эксплуатации и утилизации не представляет опасности для жизни, здоровья людей и окружающей среды.

Достоинства

  • УЗО-ВАД2 выдерживает воздействие микросекундного импульсного напряжения 6кВ (импульс 1,2/50мкс).
  • УЗО-ВАД2 ограничивают грозовые и коммутационные импульсы напряжения. Амплитуда остающегося напряжения на выходных зажимах устройства при импульсном токе до 4500А (импульс 8/20мкс) не превышает 1600В.
  • УЗО-ВАД2 работоспособны при фазном напряжении питающей сети от 80 до 380В (264В – неограниченно долго, 380В – не более 30 мин.). Функционирование АВДТ в части защиты от сверхтоков не зависит от напряжения питающей сети.
  • УЗО-ВАД2 сохраняют чувствительность к току утечки и к току замыкания на землю в случае двойного заземления нулевого рабочего проводника (как со стороны сети, так и на стороне нагрузки), что выгодно отличает УЗО-ВАД2 от других УЗО, в том числе и лучших зарубежных.
  • УЗО-ВАД2 имеют световую индикацию наличия напряжения в питающей сети. Свечение индикатора происходит при наличии напряжения в питающей сети в замкнутом положении главных контактов АВДТ.
  • Имеют исполнения с дистанционным управлением отключением ДУ (осуществляется замыканием внешним контактом электрической цепи между клемными зажимами ДУ). Дистанционное управление отключением ДУ имеет защиту от электромагнитных помех высокой интенсивности. Все исполнения УЗО-ВАД2 ДУ совместимы с противопожарными системами предупреждения о пожаре.

Преимущества

УЗО-ВАД2 трехфазное — выгоды и преимущества
Типоисполнения УЗО-ВАД2 трехфазное

Особенности

  • Обеспечивают отключение как при синусоидальном переменном, так и при постоянном пульсирующем дифференциальном токе (тип А, как рекомендовано ПУЭ).
  • Имеют широкую номенклатуру исполнений, уменьшенные габаритные размеры.
  • Имеют исполнения общего типа и с выдержкой времени при срабатывании от дифференциального тока — тип S (селективные).
  • Имеют встроенную защиту от сверхтоков. Тип характеристики мгновенного расцепителя – С.
  • Допускают подсоединение как медных, так и алюминиевых проводников сечением от 1,5 до 25мм2.
  • УЗО-ВАД2 соответствует современным требованиям пожарной безопасности; их корпусные детали выполнены из материалов, выдерживающих испытание на огнестойкость при температуре до 960°С, обладают высокой теплостойкостью.
  • УЗО-ВАД2 повышает пожарную безопасность при сверхтоках и недопустимых токах на землю, в электрооборудовании защищаемого участка сети за счет выявления неисправности электроустановки (связанной с нарушением изоляции) и ее отключении на самой ранней стадии развития аварийной ситуации (например, токи утечки 100÷300 мА выделяют мощность в месте пробоя 20÷60 Вт , достаточную для возгорания изоляции).
  • УЗО-ВАД2 устойчивы к электромагнитным воздействиям.
  • Класс защиты от поражения электрическим током – 0 по ГОСТ 12.2.007.0 -75; УЗО-ВАД2 не имеет частей, подлежащих заземлению.
  • Рабочее положение АВДТ в пространстве – установка на вертикальной плоскости надписью «I» вверх. Допускается установка с поворотом на 90° от вертикального положения. Режим работы — продолжительный.
  • УЗО-ВАД2 исполнения А: На лицевой панели в каждом полюсе имеются индикаторы состояния главных контактов (зеленый цвет – контакты разомкнуты, красный – замкнуты).
  • Пломбирование УЗО-ВАД2 исполнения А произведено пластиной.
Показатели Величины
Номинальное напряжение сети, В 380
Номинальная частота, Гц 50
Количество полюсов 4
Номинальный ток, А 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63
Номинальный отключающий дифференциальный ток, мА 30, 100, 300, 500
Номинальная наибольшая включающая и отключающая способность (ПКС), А 10000 (для 10 ÷ 40А)
6000 (для 50 и 63А)
Время отключения при двойном значении номинального отключающего дифференциального тока, не более, сек. 0,04 (общего типа)
0,20 (типа S)
Максимальное сечение подключаемых проводников, мм2 25
Диапазон температур, °С от минус 45 до 55
Габаритные размеры, мм 110 х 76 x 88,5
Масса, не более, кг 0,75
УЗО-ВАД2 X X X X X
Типоисполнение УЗО-ВАД2:
исп. А, исп. И.
Наличие дополнительных функций:
265В — защита от повышенных напряжений;
S — селективность;
ДУ — дистанционное управление отключением.
Номинальный отключающий дифференциальный ток.
Количество полюсов:
2 — однофазное;
4 — трехфазное.
Характеристика и номинальный ток расцепителя


Пример: УЗО-ВАД2-С32-4-100 S ДУ исп А

Узо трехполюсное.

Подключение автоматов и УЗО: схемы трёхфазных систем

Как подключить узо в трехфазной сети

  • Произошла ошибка; возможно, лента недоступна. Повторите попытку позже.

подключение трехфазного узо

Подключение трехфазного узо в основном применяется на производстве. Принцип его действия аналогичен действию однофазного узо. Единственная разница в том, что через магнитопровод трехфазного узо проходит не два, а четыре провода — три фазы и ноль.Если трехфазная нагрузка симметрична, то есть все фазы нагружены равномерно, сумма токов трех фаз равна нулю, поэтому в нулевом проводе ток практически отсутствует. Как только нарушается баланс токов в результате утечки на корпус, в магнитопроводе наводится электромагнитная индукция, создающая ток во вторичной цепи, подключенной к узлу сравнения токов. Узел сравнения дает команду на отключение силовых контактов устройства. Это, так сказать, краткий экскурс в конструкцию прибора.Теперь рассмотрим подключение трехфазного узо на практике. К трехфазному узо можно подключить три независимых группы электроприемников. Нулевой проводник в этом случае служит для сохранения нулевого баланса токов. Нагрузка групп не всегда одинакова, чаще всего какая-то группа меньше потребляет ток, какая-то — больше. Чтобы уравнять токи при такой нагрузке, и нужен нулевой провод. Пример такого подключения отражен на Рис.1.

Когда нагрузка на все фазы симметрична, нулевой проводник можно и не подключать. Таким примером является асинхронный двигатель. Здесь вполне достаточно заземлить корпус двигателя (Рис.2).

Подключение трехфазного узо можно применить и в качестве защиты двигателя от пропадания фаз. Для этого к нулю звезды обмотки двигателя подключается рабочий нулевой проводник. но этот проводник проходит не через устройство, а мимо. Когда пропадает фаза, на нуле звезды создается напряжение, и это напряжение надо отправить на нулевую шину, минуя контакты устройства. В этом случае нуль будет выполнять роль утечки (Рис.3),

Может случиться так, что для собственного дома не нашлось однофазного устройства защитного отключения, но есть в наличии трехфазное. Нет проблем: подключаем то, что есть. Просто фазу надо подать на все три входные клеммы.Выход можно разделить на три группы, если есть эти три группы (Рис.4), а можно имеющуюся одну группу подключить ко всем трем выходным клеммам (Рис.5).

В принципе, на Рис.5 и к одной фазе достаточно подключиться, но так понадежнее.В заключение хочу предупредить: трехфазное узо также, как и однофазное, требует защиты автоматом.

Схема подключения УЗО в трехфазной сети

Подключение трехфазного УЗО находит широкое применение в вопросах обеспечения безопасности электрохозяйства. Четырехполюсные модули защиты от утечек предназначены для установки в распределительных сетях, на клеммы вводного устройства которых поступает три фазы напряжения. Как правило, в квартире многоэтажки система электроснабжения на 380 Вольт не находит применения, а вот в частном доме, в гараже или на даче это вполне приемлемый вариант. Устройства защитного отключения подключаются в распределительном щите вводного устройства и служат для защиты проводки от возгорания в случае возникновения утечки, порог их срабатывания рассчитан на большие токи. На практике также находит применение подсоединение трехфазного защитного устройства от утечек в цепь электродвигателя. Чтобы обезопасить человека от поражений током утечки необходимо подсоединение дополнительного устройства защиты к группам однофазной электросети, токовая уставка которых составляет порядка 10-30 мА. В этой статье будут рассмотрены различные схемы подключения трехфазного УЗО к сети 380 Вольт.

Обзор схем

Монтаж четырехполюсного модуля УЗО построен на таком же принципе, как для двухполюсного устройства, применяемого в однофазных электросетях. Производитель прилагает к изделию паспорт, где показана наиболее часто встречающаяся схема подключения устройства защитного отключения к трехфазной сети с использованием нейтрали. Для удобства монтажа схема подключения показана на корпусе модуля и выглядит следующим образом:

Монтажная схема подключения четырехполюсного УЗО к трем фазам проста и доступна человеку, не обладающему квалификацией электромонтажника. К четырем входным клеммам аппарата подключаются 3 фазы питающей электросети 380 вольт и нулевой рабочий проводник.

Проводники, выходящие с четырех выходных клемм, подключаются к распределительной сети дома, квартиры, дачи или гаража. С учетом того, что 3 фазы (А, В, С) подают электричество на приборы, рассчитанные на 380 вольт, а каждая отдельно взятая фаза в сочетании с нулевым проводом N обеспечивает электропитанием группы однофазных потребителей 220 вольт. Трехфазную сеть 380 вольт можно подключить к электродвигателю насоса, компрессора, бетономешалки, к токарному станку или сварочному аппарату. Дальнейшее подключение к одной фазе производится через автоматические выключатели .

Для защиты от токов утечек в сети 220 вольт необходимо предусмотреть подключение однофазных УЗО или дифференциальных автоматов. Обычно эти аппараты защиты устанавливаются в местах насыщенных электроприборами, а также в помещениях с повышенным влагосодержанием: в кухне или мастерской, в бане или ванной комнате. Для удобства проведения электромонтажных работ, ремонта и обслуживания проводник нейтрали N целесообразно вывести на нулевую шину, расположенную в распределительном щите, как показано на схеме ниже:

Модуль трехфазного УЗО монтируются в щите вводного устройства на din-рейке. так же, как и автоматы, оборудован быстросъемным крепежом. Подключение происходит после счетчика. Один трехфазный аппарат защиты от токов утечек можно использовать для защиты сразу трех однофазных сетей.

Прежде чем произвести подключение в доме четырехполюсного УЗО необходимо учесть систему заземления электросети, по которой к нему поступает электроэнергия. Однофазные аппараты могут сохранять работоспособность при подключении к электросети 220 В, как с заземлением, так и без заземления. Работа трехфазного аппарата защиты от утечек разрешена только в сетях с системой tn-s, предусматривающей нулевой рабочий и нулевой защитный проводник.

Как правило, основная часть электрических сетей отечественного жилого фонда работает в устаревшей системе tn-c, в которой нет PE проводника. Работа трехфазных УЗО в системе tn-c категорически запрещена. В этом случае ПУЭ разрешает использование трехфазных аппаратов, только если предусмотрено заземление дома. Для того чтобы произвести установку этого устройства и обеспечить защиту проводки дома от возгорания, которое может произойти в результате токовой утечки, необходимо обустроить заземляющий контур, что обеспечит переход на систему tn-c-s.

Напоследок рекомендуем ознакомиться на видео еще с одной схемой монтажа УЗО на 380 В, без нулевого провода:

Вот мы и рассмотрели возможные схемы подключения трехфазного УЗО к сети. Как вы видите, подключить защитный аппарат можно различными способами, все зависит от условий применения.

Будет полезно прочитать:

Схема подключения УЗО в однофазной сети

УЗО – устройство защитного отключения. Защитная функция УЗО – это отключение напряжения при появлении токов утечки. Токи утечки в свою очередь появляются при плохой изоляции проводов или при случайном прикосновении человека к фазному проводу. Следует отметить, что УЗО не защищает линию от токов короткого замыкания и перегрузок, поэтому вместе с УЗО в цепи необходимо использовать автоматические выключатели.

Виды УЗО и технические характеристики

Устройства защитного отключения бывают однофазными и трёхфазными. Однофазные УЗО имеют два полюса (фаза и ноль). а у трёхфазных УЗО четыре полюса (три фазы и ноль). Чаще всего используются однофазные УЗО, особенно в быту.

УЗО обладает некоторыми техническими характеристиками. Основные характеристики – это номинальный ток, номинальное напряжение, номинальный ток утечки. Номинальный ток – максимальная величина проходящего тока через устройство, при котором УЗО будет сохранять свою работоспособность. Номинальное напряжение – величина напряжения, при котором УЗО работает. Например, 220В для однофазного и 380В для трёхфазного. Номинальный ток утечки – ток, при появлении которого УЗО должно срабатывать.

Для того чтобы правильно подключить устройство защитного отключения, необходимо знать некоторые типовые схемы. Существует несколько стандартных решений.

Схема с одним общим УЗО

Данная схема выглядит следующим образом: электрический счётчик – УЗО (общее для всех групп) – автоматические выключатели на каждую группу потребителей. Такая схема с однофазным УЗО обычно используется, если сеть потребителей не очень разветвлённая, да и самих потребителей небольшое количество. В противном случае будут происходить частые ложные срабатывания, т.к. в любой электрической цепи всегда присутствует определённая токовая утечка.

По такой схеме провода с выхода счётчика подключаются на верхние контакты (условный вход) общего УЗО. Фаза подключается на левый контакт, ноль – на правый контакт. Далее выходящий из УЗО фазный провод расходится и подключается на автоматические выключатели всех групп, а нулевой провод подключается к общей нулевой шине, от которой расходятся нули на все электрические потребители.

Главное преимущество такой схемы – простота и небольшие затраты, т.к. используется всего одно УЗО. Кроме того, при выборе силового щитка подойдёт вариант небольшого размера. Основные недостатки – это определённая вероятность ложных срабатываний при большом количестве потребителей, а также тот факт, что при появлении тока утечки только в одной группе, питание отключается полностью на все потребители.

Схема с несколькими УЗО на отдельные группы потребителей

Схема с несколькими УЗО отличается от предыдущей тем, что для каждой категории (группы) используется отдельное УЗО. Т.е. подключение выполняется следующим образом. Выходящие со счётчика фаза и ноль расходятся и подключаются на верхние контакты каждого устройства защитного отключения. Далее фазный провод, выходящий из каждого УЗО, подключается к каждому автоматическому выключателю, но только той группы, которую будет это УЗО запитывать. Нули со всех УЗО подключаются на отдельные нулевые шины, относящиеся каждая к своему УЗО. Следует запомнить, что ни в коем случае не стоит нули разных групп от разных устройств защитного отключения соединять между собой.

В схеме с несколькими УЗО значительно снижается вероятность ложных срабатываний. Но при появлении тока утечки обесточиваются не все потребители, а только отдельная группа или часть групп, запитанных от одного УЗО. Чтобы реализовать такую схему, необходимо использовать несколько защитных устройств, а это несёт в себе дополнительные материальные затраты.

Схема с общим противопожарным УЗО

Данная схема отличается от предыдущей тем, что в цепи между счётчиком и УЗО для каждой группы подключается «противопожарное» УЗО. Такое УЗО отличается от обычного большим током утечки. Схема выглядит так: счётчик электроэнергии – общее (вводное) противопожарное УЗО – УЗО первой группы (или нескольких групп), УЗО второй группы, УЗО третьей группы и т.д. – автоматические выключатели от УЗО №1, автоматические выключатели от УЗО №2, автоматические выключатели от УЗО №3 и т.д.

Для того, чтобы при появлении токов утечки не срабатывали одновременно групповое защитное устройство и противопожарное, последнее выбирается селективного типа, т.е. с временем отключения несколько большим, чем время отключения группового УЗО.

В зависимости от разветвлённости электрической сети, нередко используются комбинированные варианты схем подключения устройств защитного подключения.

Трёхфазное УЗО в однофазной сети

Использование трёхфазного УЗО в однофазной сети – не совсем рациональный вариант для сети 220В. Однако он обычно используется на перспективу. При первоначальном подключении фазный провод необходимо подключить на тот фазный полюс УЗО, при котором сработает кнопка тест.

Следует отметить, что правильное подключение устройства защитного отключения подразумевает и знание типичных ошибок при подключении:

  • при двух и более использующихся в схеме УЗО нельзя менять местами их нули на выходе;
  • нельзя подключать к УЗО нагрузку, нулевой проводник которой соединён с защитным проводником PE, возможны ложные срабатывания;
  • нельзя параллельно подключать нули от разных УЗО;
  • нельзя подключать ноль нагрузки к нулевому проводнику до УЗО;
  • нельзя подключать фазу нагрузки от одного УЗО, а ноль нагрузки от другого;
  • нельзя подключать фазный провод на верхнем контакте УЗО, а нулевой провод на нижнем контакте УЗО.

Знание и понимание правильности подключения УЗО – залог нормальной работы всей электрической цепи в целом.

Источники: http://electriku.ru/3-faznoe-uzo, http://samelectrik.ru/sxema-podklyucheniya-trexfaznogo-uzo.html, http://aquagroup.ru/articles/shema-podklyucheniya-uzo-v-odnofaznoy-seti.html

electricremont.ru

Схема подключения УЗО в однофазной сети

УЗО – устройство защитного отключения. Защитная функция УЗО – это отключение напряжения при появлении токов утечки. Токи утечки в свою очередь появляются при плохой изоляции проводов или при случайном прикосновении человека к фазному проводу. Следует отметить, что УЗО не защищает линию от токов короткого замыкания и перегрузок, поэтому вместе с УЗО в цепи необходимо использовать автоматические выключатели.

Виды УЗО и технические характеристики

Устройства защитного отключения бывают однофазными и трёхфазными. Однофазные УЗО имеют два полюса (фаза и ноль) , а у трёхфазных УЗО четыре полюса (три фазы и ноль). Чаще всего используются однофазные УЗО, особенно в быту.

УЗО обладает некоторыми техническими характеристиками. Основные характеристики – это номинальный ток, номинальное напряжение, номинальный ток утечки. Номинальный ток – максимальная величина проходящего тока через устройство, при котором УЗО будет сохранять свою работоспособность. Номинальное напряжение – величина напряжения, при котором УЗО работает. Например, 220В для однофазного и 380В для трёхфазного. Номинальный ток утечки – ток, при появлении которого УЗО должно срабатывать.

Для того чтобы правильно подключить устройство защитного отключения, необходимо знать некоторые типовые схемы. Существует несколько стандартных решений.

Схема с одним общим УЗО

Данная схема выглядит следующим образом: электрический счётчик – УЗО (общее для всех групп) – автоматические выключатели на каждую группу потребителей. Такая схема с однофазным УЗО обычно используется, если сеть потребителей не очень разветвлённая, да и самих потребителей небольшое количество. В противном случае будут происходить частые ложные срабатывания, т.к. в любой электрической цепи всегда присутствует определённая токовая утечка.

По такой схеме провода с выхода счётчика подключаются на верхние контакты (условный вход) общего УЗО. Фаза подключается на левый контакт, ноль – на правый контакт. Далее выходящий из УЗО фазный провод расходится и подключается на автоматические выключатели всех групп, а нулевой провод подключается к общей нулевой шине, от которой расходятся нули на все электрические потребители.

Главное преимущество такой схемы – простота и небольшие затраты, т.к. используется всего одно УЗО. Кроме того, при выборе силового щитка подойдёт вариант небольшого размера. Основные недостатки – это определённая вероятность ложных срабатываний при большом количестве потребителей, а также тот факт, что при появлении тока утечки только в одной группе, питание отключается полностью на все потребители.

Схема с несколькими УЗО на отдельные группы потребителей

Схема с несколькими УЗО отличается от предыдущей тем, что для каждой категории (группы) используется отдельное УЗО. Т.е. подключение выполняется следующим образом. Выходящие со счётчика фаза и ноль расходятся и подключаются на верхние контакты каждого устройства защитного отключения. Далее фазный провод, выходящий из каждого УЗО, подключается к каждому автоматическому выключателю, но только той группы, которую будет это УЗО запитывать. Нули со всех УЗО подключаются на отдельные нулевые шины, относящиеся каждая к своему УЗО. Следует запомнить, что ни в коем случае не стоит нули разных групп от разных устройств защитного отключения соединять между собой.    

В схеме с несколькими УЗО значительно снижается вероятность ложных срабатываний. Но при появлении тока утечки обесточиваются не все потребители, а только отдельная группа или часть групп, запитанных от одного УЗО. Чтобы реализовать такую схему, необходимо использовать несколько защитных устройств, а это несёт в себе дополнительные материальные затраты.

Схема с общим противопожарным УЗО

Данная схема отличается от предыдущей тем, что в цепи между счётчиком и УЗО для каждой группы подключается «противопожарное» УЗО. Такое УЗО отличается от обычного большим током утечки. Схема выглядит так: счётчик электроэнергии – общее (вводное) противопожарное УЗО – УЗО первой группы (или нескольких групп), УЗО второй группы, УЗО третьей группы и т.д. – автоматические выключатели от УЗО №1, автоматические выключатели от УЗО №2, автоматические выключатели от УЗО №3 и т.д. 

Для того, чтобы при появлении токов утечки не срабатывали одновременно групповое защитное устройство и противопожарное, последнее выбирается селективного типа, т.е. с временем отключения несколько большим, чем время отключения группового УЗО.

В зависимости от разветвлённости электрической сети, нередко используются комбинированные варианты схем подключения устройств защитного подключения.

Трёхфазное УЗО в однофазной сети

Использование трёхфазного УЗО в однофазной сети – не совсем рациональный вариант для сети 220В. Однако он обычно используется на перспективу. При первоначальном подключении фазный провод необходимо подключить на тот фазный полюс УЗО, при котором сработает кнопка тест.

Ошибки подключения

Следует отметить, что правильное подключение устройства защитного отключения подразумевает и знание типичных ошибок при подключении:

  • при двух и более использующихся в схеме УЗО нельзя менять местами их нули на выходе;
  • нельзя подключать к УЗО нагрузку, нулевой проводник которой соединён с защитным проводником PE, возможны ложные срабатывания;
  • нельзя параллельно подключать нули от разных УЗО;
  • нельзя подключать ноль нагрузки к нулевому проводнику до УЗО;
  • нельзя подключать фазу нагрузки от одного УЗО, а ноль нагрузки от другого;
  • нельзя подключать фазный провод на верхнем контакте УЗО, а нулевой провод на нижнем контакте УЗО.

Знание и понимание правильности подключения УЗО – залог нормальной работы всей электрической цепи в целом.

aquagroup.ru

устройство защитного отключения, выбор узо, схемы

 В данной статье мы рассмотрим следующие вопросы:
  1. Что такое УЗО
  2. Устройство и принцип работы УЗО .
  3. Схема подключения УЗО.
  4. Ошибки в схемах подключения из-за которых выбивает УЗО.
  5. Как выбрать УЗО? Типы и характеристики УЗО.
  1. Что такое УЗО

УЗО (Устройство Защитного Отключения) — это коммутационный аппарат предназначенный для защиты электрической цепи от токов утечки, что в свою очередь обеспечивает защиту от пожаров (возгорания электропроводки) и от поражения человека электрическим током.

Определение «коммутационный» означает, что данный аппарат может включать и отключать электрические цепи, другими словами производить их коммутацию.

УЗО так же имеет другие варианты названий, например: дифференциальный выключатель, выключатель дифференциального тока, (сокращенно выключатель диф тока) и т.п.

  1. Устройство и принцип работы УЗО

И так для наглядности представим простейшую схему подключения через УЗО лампочки:

Из схемы видно, что при нормальном режиме работы УЗО, когда его подвижные контакты замкнуты, ток I1 величиной к примеру 5 Ампер от фазного провода проходит через магнитопровод УЗО, затем через лампочку, и возвращается в сеть по нулевому проводнику, так же через магнитопровод УЗО, при этом величина тока I2 равна величине тока I1 и составляет 5 Ампер.

Согласно закону электромагнитной индукции ток I1 проходя через магнитопровод УЗО создает в нем магнитный поток Ф1 условной величиной равной 5 единиц, в свою очередь ток I2 так же создает в магнитопроводе  магнитный поток Ф2 такой же величины равной 5 единиц, но так как направление тока I2 противоположно направлению тока I1, то и создаваемый им магнитный поток Ф2 так же направлен встречно магнитному потоку Ф1, поэтому суммарный магнитный поток в магнитопроводе равен нулю:

Фсумм= Ф1+ Ф2=5+(-5)=0

 Так как суммарный магнитный поток в магнитопроводе равен нулю, во вторичной обмотке ток не индуктируется. Электрическая цепь находится в нормальном режиме работы.

Теперь представим, что одного из проводов электрической цепи коснулся человек. При этом часть электрического ток начинает протекать через тело человека создавая непосредственную угрозу для его жизни и здоровья:

В такой ситуации часть тока электрической цепи поступающая от фазного провода не будет возвращаться в сеть, а проходя через тело человека будет уходить в землю при этом ток I2 который будет возвращаться в сеть через магнитопровод УЗО по нулевому проводу будет меньше тока I1 поступающего в сеть, соответственно и величина магнитного потока Ф1 станет больше величины магнитного потока Ф2, в результате чего в магнитопроводе УЗО суммарный магнитный поток уже не будет равен нулю.

К примеру ток I1=6А, ток I2=5,5А, т.е. 0,5 Ампера протекает через тело человека в землю (т.е. 0,5 Ампера — ток утечки), тогда магнитный поток Ф1 будет равен 6 условных единиц, а магнитный поток Ф2 — 5,5 условных единиц тогда суммарный магнитный поток будет равен:

Фсумм= Ф1+ Ф2 =6+(-5,5)=0,5 усл. ед.

Возникший суммарный магнитный магнитный поток индуктирует электрический ток во вторичной обмотке который проходя через магнитоэлектрическое реле приводит его в работу, а оно, в свою очередь,  размыкает подвижные контакты отключая электрическую цепь.

Проверка работоспособности УЗО осуществляется нажатием кнопки «ТЕСТ». Нажатие данной кнопки искусственно создает в УЗО утечку тока, что должно привести к отключению УЗО.

  1. Схема подключения УЗО.

ВАЖНО! Так как в УЗО отсутствует защита от сверхтоков, при любой схеме его подключения должна быть предусмотрена так же установка автоматического выключателя,

elektroshkola.ru

Трехфазное УЗО: разновидности и принцип работы

Данное электротехническое оборудование применяется в промышленных условиях. Подключение трехфазного УЗО на производстве позволяет предохранить не только поражения электричеством работников, но и служит средством предупреждения пожаров (это основное его предназначение). Обеспечить безопасные условия труда поможет устройство с подходящими характеристиками.

Правильно подобранное по назначению защитное устройство, позволит избежать возникновения ряда аварийных ситуаций.

Разновидности УЗО и его принцип работы

Выпускается 2 типа защитных устройств. Это электромеханическое и электронное оборудование. По принципу действия они идентичные. Основным различием и преимуществом электромеханического прибора является:

  • работа без подачи на прибор электроэнергии;
  • простота, надежность схемы изделия.

Ток утечки при повреждении изоляции и касания оголенного участка вызывает срабатывание защиты – это принцип действия каждого типа прибора.

Устройство с электронной схемой, устанавливается с подведением питания. Основой его работы является в создании импульса на исполняющее реле при утечках. Но при отключении питания на обслуживаемом участке цепи, прибор не сможет работать, потому что на него не подается ток. Происходят сбои в работе электронного типа узо в трехфазной сети при сильных морозах. Поэтому используются такие приборы редко, хотя цена их ниже, чем на электромеханические устройство защиты.

Алгоритм одинаковый для работы всех видов приборов

В разных направлениях по проводникам протекают ток фазы и ноль. При этом происходит возбуждение 2 магнитных потоков в сердечнике защитного устройства. Потоки, как бы поддерживают равновесие системы, обеспечивая нулевое значение ЭДС.

При касании человеком оголенного провода, или утечке с нарушенного участка изоляции тока, соответствующему величине срабатывания устройства — прибор размыкает трехфазную цепь. Магнитный поток, возникающий в сердечнике, приводит в действие защелку группы контактов. Так работает каждое защитное устройство.

Каждое трехфазное узо оснащается кнопкой «Тест». Не реже 1 раза в месяц, необходимо проводить проверку исправности прибора. Нажимая на нее, вызываем искусственную утечку тока. Прибор должен среагировать на угрозу. При неисправности, выполняется работа по установке нового прибора.

Что такое УЗО, почему его устанавливают?

Для начинающих электриков, необходимо понимать и знать ответы на эти вопросы, перед выполнением работ:

  1. Автомат защитного отключения и Узо – это 2 разных устройства.
  2. Дифференциальный автомат abb – это автоматическая защита от пика напряжения и устройство защитного отключения в одном корпусе.
  3. Автомат защищает человека и бытовые приборы от критических нагрузок и тока КЗ.
  4. Установка устройства защиты, предохраняет здоровье человека при утечках тока.
  5. При установке гальванического трансформатора после защиты, работа в таких условиях, чревата аварией.
  6. По назначению, устройство работает как заземление, но оно не может его заменить, полностью исключив возможность нанесения ущерба при попадании молнии.
  7. Некоторые устройства, по своим особенностям, не могут работать в цепи с защитным устройством. Опытный электротехник сможет исправить эту ситуацию.
  8. Никакая защита не спасет глупого человека, прогуливавшего уроки физики, если он закоротит собою цепь. Если взяться за провода фазы и земли и ощутить на себе влияние электрического тока – в такой ситуации не сработает ни одна защитная установка. Помните, так делать нельзя!
  9. При преимуществе системы abb продолжается установка всех видов защиты. Происходит это по нескольким причинам, а именно из-за его высокой цены. Еще одна причина – при срабатывании такого устройства необходимо будет определить причину, связанную с отключением.

Главное, о чем нужно помнить – трехфазные устройства защитного отключения применяют для предотвращения пожаров на промышленных объектах. Сила тока для такого оборудования составляет 100 – 300 мА.

Схема работы трехфазного устройства без нулевого провода

Подключение узо для трехфазной сети, для предохранения от утечки тока на синхронном электродвигателе, можно проводить без ноля. При этом соединение обмоток осуществляется по схеме звезда или треугольник без нейтрали. Суммируя показатели токов на фазах, мы видим, что они не могут вызывать включения в работу УЗО, из-за своей небольшой величины.

При возникновении аварийной ситуации, когда происходит утечка на фазах, ток проходит на землю через корпус. При этом возникает движение потока через трансформатор прибора, происходит срабатывание защиты.

Величина напряжения трехфазного тока 380 В, а на однофазном приборе 220. Разница немаленькая. Возможно, ли установить трехфазное узо в однофазную сеть? Если производителем была предусмотрена такая возможность, то да.

Самое главное, чтобы была гарантированна нормальная работа цепи тестов напряжениях, величиной соответствующей принятым нормам. Особенно это правило важно исполнять при установке электронного прибора защиты.

Какой прибор лучше установить и как его подключить?

При установке дифференциального автомата abb, экономится место в щитке и на проводах при разводке. Он предохраняет сразу от нескольких неисправностей. Короткое замыкание и пиковые значения тока (работа автомата отключения сети) и недопущение пожара и поражения током при утечке.

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

На трехфазных приборах защиты имеются по 4 клеммы для подводящей группы и идущей к потребителям тока. Поэтому при установке он будет не менее 7 крепежных ячеек в электрическом щитке. Закрепляется прибор с помощью специальных защелок, вставляемых в пазы электрощита.

На подводящие верхние клеммы закрепляем приходящие к щиту кабели. От нижних отводим проводку к оборудованию. Провода в клеммах закрепляются с помощью поджимных винтов. Самое главное — подсоединять провода так чтобы не перепутать фазу и ноль. Это может привести к тяжелым последствиям.Проверив правильность монтажа, можно произвести пробное включение сети.

Схема подключения узо достаточно проста. С этой работой справится новичок, но лучше использовать при выполнении работ несколькими нашими советами.В заключение необходимо напомнить основные моменты статьи.

Для того чтобы правильно работала система защиты, сразу за защитным автоматом, необходимо подключить УЗО.

Следует всегда помнить о том, что устройство защитного отключения никогда не сможет заменить заземления и наоборот. При этом никакой автомат, служащий для предохранения от токов КЗ, никогда не заменит УЗО и не предохранит человека от последствий утечек тока.

Устройство, со значением свыше 30мА не сможет защитить человека от поражения электротоком. Такой прибор устанавливают для предохранения здания от пожара при утечках тока.

Выбирают защиту согласно следующим характеристикам:

  • Выбор определяется по особенностям прибора. Следует напомнить, что лучшим вариантом является электромеханический тип прибора.
  • Подбор, производят согласно мощности прибора, учитывается время прекращения подачи энергии.
  • Определенный нагрузочный ток требует установки различных устройств.
  • Определитесь, готовы ли вы платить за возможности, которые и не нужны. А еще подумайте – стоит ли переплачивать за имя фирмы производителя.

Большинство все брендовой продукции выпускается на территории Китая. Иногда, заводы производители известной марки, не догадываются о том, что его продукция выпускается на рынок. А весь остальной ассортимент производится в районах мира, с низким уровнем жизни. Но даже здесь можно попасть на некачественный товар.

Провод заземления не должен отходить к заземляющему контуру, за установленным устройством защитного отключения. Он не может располагаться в зоне ответственности УЗО. Поэтому он включается в электрическую цепь обязательно перед защитой.

Следите за правильностью подключения проводов, согласно электрической схеме. Как правило, она находится на одной из поверхностей сторон прибора.

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

evosnab.ru

УЗО: устройство, принцип работы, назначение

Устройство защитного отключения (УЗО) — это электрический низковольтный аппарат, который служит для автоматического отключения защищаемого участка электрической цепи в случае возникновения дифференциального тока величины, превышающей допустимое значение для данного аппарата. Также можно встретить такую аббревиатуру, как ВДТ — это выключатель дифференциального тока, то есть фактически то же самое. В этой статье мы рассмотрим с читателями сам электрик, какое устройство, назначение и принцип работы УЗО, применяемого в электрике.

Назначение

Сперва рассмотрим, какое назначение устройства защитного отключения (на фото ниже вы можете ознакомиться с его внешним видом). Ток утечки возникает в случае нарушения целостности изоляции кабеля одной из линии электропроводки либо в случае повреждения конструктивных элементов в бытовом электроприборе. Утечка может привести к возгоранию электропроводки или эксплуатируемого бытового электроприбора, а также к поражению электричеством в процессе эксплуатации поврежденного электроприбора или неисправной электропроводки.

УЗО в случае возникновения нежелательной утечки за доли секунды производит отключение поврежденного участка электропроводки или поврежденного электроприбора, чем защищает людей от поражения электричеством и предотвращает возникновение пожара.

Очень часто задают вопрос о том, чем отличается дифавтомат от УЗО. Отличие первого в том, что данный защитный аппарат, помимо защиты от утечки электричества (функции УЗО), дополнительно имеет защиту от перегрузки и короткого замыкания, то есть выполняет функции автоматического выключателя. Устройство защитного отключения не имеет защиты от сверхтоков, поэтому помимо него для реализации защиты в электрических сетях устанавливают автоматические выключатели.

Устройство и принцип действия

Рассмотрим конструкцию устройства защитного отключения, и как оно работает. Основные конструктивные элементы УЗО — дифференциальный трансформатор, осуществляющий измерение тока утечки, пусковой орган, осуществляющий воздействие на механизм отключения и непосредственно сам механизм расцепления силовых контактов.

Принцип работы УЗО в однофазной сети следующий. Дифференциальный трансформатор однофазного устройства защиты имеет три обмотки, одна из которых подключается к нулевому проводнику, вторая к фазному, а третья служит для фиксации разностного тока. Первая и вторая обмотки подключаются таким образом, что токи в них являются противоположными по направлению. Они в нормальном режиме работы электрической сети равны и наводят в магнитопроводе трансформатора магнитные потоки, которые направлены друг к другу встречно. Суммарный магнитный поток в данном случае равен нулю и соответственно в третьей обмотке отсутствует ток.

В случае возникновения повреждения электроприбора и появления на его корпусе фазного напряжения, при прикосновении к металлическому корпусу оборудования, человек попадет под действие утечки электричества, которое будет протекать через его тело на землю либо на другие токопроводящие элементы, имеющие другой потенциал. В данном случае токи в двух обмотках дифференциального трансформатора УЗО будут отличаться, и соответственно в магнитопроводе будут наводиться разные по величине магнитные потоки. В свою очередь результирующий магнитный поток будет отличен от нуля и наведет в третьей некоторое значение тока — так называемого дифференциального. Если он достигнет порога срабатывания, то устройство сработает. Основные причины срабатывания УЗО мы описали в отдельной статье.

Подробнее о том, как работает УЗО и из чего оно состоит, рассказывается на видео уроках:

Хотите узнать, как работает устройство защитного отключения в трехфазной сети? Принцип действия схожий с однофазным аппаратом. Тот же дифференциальный трансформатор, но он уже осуществляет сравнение не одной, а трех фаз и нулевого провода. То есть в трехфазном защитном аппарате (3P+N) пять обмоток — три обмотки фазных проводников, обмотка нулевого проводника и вторичная обмотка, посредством которой фиксируется наличие утечки.

Помимо вышеприведенных конструктивных элементов обязательным элементом устройства защитного отключения является проверочный механизм, который представляет собой резистор, подключенный через кнопку “TEST” к одной из обмоток дифференциального трансформатора. При нажатии на данную кнопку резистор подключается к обмотке, чем создается разностный ток и соответственно на выходе вторичной третьей обмотки он появляется и происходит, по сути, имитация наличия утечки. Срабатывание устройства защитного отключения свидетельствует о его исправном состоянии.

Ниже приведем условное обозначение УЗО на схеме:

Область применения

Устройство защитного отключения применяется для защиты от утечек тока в однофазных и трехфазных электропроводках различного назначения. В домашней электропроводке УЗО должно в обязательном порядке быть установлено для защиты наиболее опасных с точки зрения электробезопасности бытовых электроприборов. Тех электроприборов, при эксплуатации которых происходит соприкосновение с металлическими частями корпуса непосредственно либо через воду или другие предметы. В первую очередь это электрическая печь, стиральная машина, водонагреватель, посудомоечная машина и др.

Как и любое электротехническое устройство, УЗО может в любой момент выйти из строя, поэтому помимо защиты отходящих линий необходимо установить данный аппарат на вводе домашней электропроводки. В данном случае АВДТ будет не только резервировать защитные аппараты отдельных линий проводки, но и выполнять противопожарную функцию, осуществляя защиту всей домашней электропроводки от возгораний.

Вот и все, что хотелось рассказать вам о том, какая конструкция, назначение и принцип работы УЗО. Надеемся, предоставленная информация помогла вам разобраться с тем, как выглядит и работает данный модульный аппарат, а также для чего применяется.

Наверняка вы не знаете:

samelectrik.ru

Подключение автомата и УЗО в электрическую трёхфазную схему

Довольно часто, во время ремонта или строительства, возникает вопрос о целесообразности применения УЗО в домашней электросети при аварийных ситуациях.

Вопрос этот может остаться без ответа, так как трудно определить степень риска самому. К тому же на положительное решение влияют многие факторы. Среди них ценовая сторона и незнание потребителями назначения устройства. К тому же немаловажным моментом является возможность установки устройства в старых многоквартирных домах.

Чтобы понять, действительно ли это вам нужно, следует сначала разобраться, что это такое, какие бывают автоматы и как их устанавливать.

Что такое УЗО

Расшифровывается УЗО как устройство защитного отключения. Из названия следует, что данное устройство предназначено для предотвращения возгорания электропроводки в случае короткого замыкания и защиты человека от воздействия тока на организм.

Этот вариант автомата решает разом две проблемы: во-первых, и проводка уцелеет, а значит, и подключённые приборы в данной электросети; во-вторых, если бы отсутствовал подобный электрический автомат, то что было бы с пострадавшим понятно всем.

Известные всем пробки используют принцип размыкания контактов. Этот принцип заключается в перегорании проводка внутри предохранительной керамической трубки. Но если в такой схеме, взамен перегоревшего проводка, был применён жучок, то все перечисленные условия безопасности к данному устройству неприменимы.

Сравнивая пробки и современное защитное устройство, предпочтение, конечно же, стоит отдать второму. В советской схеме электропроводки даже при размыкании цепи можно получить поражение током. Переменная величина тока не меняется: то есть если сила тока на входе равна 1 Амперу, то при размыкании она никуда не денется и оголённый провод может остаться под напряжением. УЗО же работает на переменном токе.

В схеме УЗО если существует какая-то утечка тока, то автомат разомкнёт этот участок схемы. Такой принцип действия не позволит получить удар током от оголённого провода даже при замыкании на корпус бытовой техники.

Такие виды автоматов давно применяются как в квартирах, так и в нежилых помещениях.

Какую схему выбрать при подключении УЗО

Конечно, вариантов, как подключить такой автомат, может быть много. Но в жизни применяются всего четыре:

  • Первый вариант подключения — это УЗО с двумя полюсами в однофазной сети.
  • В следующих двух случаях подключение УЗО связано с трёхфазной сетью. В трёхфазной схеме возможно подключение как с использованием нулевого провода (нейтрали) так и без него.
  • В четвёртой схема подключение автомата так же как и в первой осуществляется к однофазной сети, но УЗО в этом случае используется четырёхполюсный.

Чтобы простому человеку было более-менее понятно, надо разобрать каждую схему поподробнее.

  1. УЗО с двумя полюсами в схеме однофазной сети. Это самый распространённый способ подключения. Ничего сложно в таком способе нет и выполнить работу по подключению автомата, в этом случае сможет каждый. Основным правилом является правильное подсоединение Ноля и Фазы. Соответственные обозначения нанесены на корпус автомата. Буквой N всегда обозначается ноль, фаза же будет обозначена цифрами 1 и 2. В такой однофазной схеме УЗО всегда будет находиться после автоматического выключателя. Такая мера позволяет защищать счётчик от скачков напряжения. Для большей надёжности можно поставить УЗО с большим номиналом.
  2. УЗО с четырьмя полюсами с использованием нейтрали. Такой способ чем-то даже схож с первым способом. Отличие только в том, что здесь четыре полюса. В этом случае на корпусе автомата обозначения будут буквенные: А, В, С, N, где N — ноль, а буквы А, В, С — обозначают другие приходящие провода. Ещё одно отличие в том, что ноль на таком УЗО будет расположен с противополжной стороны. Основа надёжной работы автомата в его правильном подключении в схеме. Такие приборы используют для защиты проводки от возгорания. Но так как скачок тока может быть большим, то само УЗО следует защитить установкой перед ним автомата.
  3. Четырёхполюсное УЗО в трёхфазной сети без применения нулевого провода. Применяется такая схема там, где работают трёхфазные электродвигатели. Если между обмотками двигателя возникает замыкание, то автомат сразу отключает двигатель от сети. Нулевой провод заземляется на корпусе, а остальные провода подсоединяются так же как и с использованием Ноля.
  4. Однофазная сеть и четырёхполюсный УЗО. Иногда четырёхполюсный УЗО может быть применён в однофазной сети. Это происходит очень редко и то, на время замены перегоревшего двухполюсного автомата. Такое подключение считается нерациональным и практически никогда не применяется.

Как подключить автомат и УЗО в доме или квартире

В квартирах и частных домах используется только двухполюсное УЗО в однофазной сети. На входе схемы устанавливается автомат потом подключается счётчик и за ним уже устанавливается само УЗО. Далее следует развод проводки по квартире.

  1. Приступая к работе по подключению автомата обязательно надо ознакомиться со схемой проводки, чтобы можно было высчитать параметры необходимого нам УЗО.
  2. Хорошо если хозяин знает, какой максимальный ток может потреблять его жилище. Если же это не известно, то не стоит огорчаться — такие данные есть в паспорте квартиры. В крайнем случае можно проконсультироваться с надёжным электриком. Обычно принято считать, что максимальный ток 16А. Эту цифру надо умножить на 1.25. Полученные 20А являются тем параметром, при превышении которого автомат размыкает контакты. Но само УЗО должно быть немного мощнее — самое распространённое это 25А.
  3. Соблюдая меры безопасности и принципиальную схему, можно попробовать подключить автомат самому. Чтобы подключение было сделано по правилам, провода подключаются в устройство сверху.
  4. Устанавливают как одно, так и несколько УЗО. Лучше всего, конечно же, на каждой ветке иметь свой автомат, чтобы проще было найти неисправность в случае аварии.

Выбор защитного устройства и автомата

При выборе автомата для своей квартиры необходимо учесть множество факторов.

  1. Первое, что надо учитывать, это потребности дома. Схема подключения предприятия и жилого помещения сильно отличается друг от друга. Соответственно и автоматы будут разными, с разной нагрузкой.
  2. Выбирая между производителями, старайтесь выбрать проверенную временем компанию. Для своего жилья отлично подойдёт УЗО типа АВВ. АВВ прекрасно адаптированы для отечественных сетей и идеально вписываются в любую электрическую схему. К тому же подключение двухполюсного автомата можно сделать самому.
  3. Зная общий максимальный ток, распределите нагрузку по веткам. Например, для розеток ставят отдельный автомат и УЗО. Для освещения также устанавливаются отдельные электрозащитники. Таким образом, схема будет под надёжной защитой.
  4. Устанавливая УЗО, обязательно надо учитывать и сечение провода. Для этого при консультации у специалиста уточните какой будет нужен провод.
  5. Автомат неразрывно связан с защитным устройством, а значит, должен соответствовать тем же параметрам.

Если подключение осуществлено правильно, устройство будет срабатывать при небольших перепадах. Но это не значит, что оно должно отключаться само по себе. Грамотное подключение защитного устройства к схеме поможет сохранить здоровье и предотвратит аварийную ситуацию.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

elektro.guru

Схема подключения УЗО.Установка УЗО

Схема подключения УЗО (устройство защитного отключения)

 

Устройство защитного отключения – автоматический выключатель, размыкающий контакты в случае, если имеет место утечка тока на заземляющий проводник. УЗО предотвращает пожары в результате нарушения изоляции проводов и короткого замыкания, а также спасает жизнь человека от удара током через поврежденный корпус электротехнических приборов.

Стоит помнить !

 УЗО не защищает электроприборы от повышенного напряжения в сети, поэтому отдельно стоит установить автомат или приобрести УЗО со встроенной защитой от сверхтоков (так называемые дифференциальные автоматические выключатели, или дифавтоматы).

«УЗО» АВТОМАТЫ (Устройство защитного отключения)

Если в квартире, где производится ремонт, стандартная разводка для электроприборов и осветительной техники, можно обойтись одним-двумя УЗО на все помещение. Если же это дом с нестандартной разводкой и сложным щитком, можно поставить несколько УЗО, разделив помещения на типы и выделив зоны. УЗО является необходимым для линий, питающих кухню, ванную комнату и другие помещения, где расположено много электроприборов.

  Поскольку УЗО – достаточно сложное и дорогое устройство, следует сразу ознакомиться со схемой его подключения в сеть. В зависимости от типа устройства, могут быть различные схемы подключения. Как правило, производитель указывает схему в техническом паспорте изделия, и дополнительно дублирует ее на корпусе устройства.

Подключение нейтрали к УЗО

 

Если другое не предусмотрено производителем, для большинства самых распространенных двухполюсных УЗО нет разницы, к какой клемме подводить провод с нейтралью, а к какой – с фазой. Для других двухполюсных и всех четырехполюсных УЗО клемма, к которой должен быть подведен ноль, отмечается буквой «N».

Электрику же останется при подключении не перепутать входы и выходы соответствующих проводов (фаз и нуля). По умолчанию, сверху подводятся провода питания, снизу симметрично располагаются провода защищаемой цепи. При неправильном монтаже возможна поломка или некорректная работа УЗО.

 

Возможное подключение нейтрали через УЗО

 

В первом случае мы наблюдаем отсутствие маркировки производителя, поэтому N может находиться как слева, так и справа. В двух других случаях производитель маркировал УЗО таким образом, что N должна находиться строго справа.

 

УЗО различают по количеству полюсов на двухполюсные и четырехполюсные.

 

Также различают УЗО с защитой от удара тока (такое устройство отключится при превышении тока утечки 10-30 мА) и с противопожарной защитой (30-300, а чаще 100-300 мА). Поэтому, если вам нужно не только защитить имущество от случайного пожара при коротком замыкании, но и уберечь себя от удара током при повреждении изоляции электроприборов, то следует использовать такой порядок подключения УЗО в квартире, когда в сети ставится несколько УЗО:

 УЗО на ввод с номиналом 100-300 мА.

  УЗО для ванной комнаты, кухни и детской номиналом 10-30 мА.

Подключение двухполюсного УЗО в однофазную сеть

 

Распространенный способ подключения в квартирах и домах со стандартной разводкой, невысокой протяженностью цепи и относительно небольшим количеством подключенных потребителей. Как пример, рассмотрим подключение УЗО для однофазной сети с нейтралью.

На входе стоит автомат защиты, его номинал должен равняться или немного превышать совокупную мощность электроприборов в доме. Далее идет однофазный счетчик, а за ним устанавливается противопожарное УЗО (100-300 мА), номинал которого немного ниже, чем номинал вводного автомата. Затем идет разбивка электроприборов по степени нагрузки на сеть, по типу и условиям эксплуатации.

Обычные потолочные осветительные приборы можно не оснащать УЗО, поскольку риск получить удар тока при случайном прикосновении ничтожно мал.

Осветительные приборы и розетки в ванной комнате оснащаются отдельным УЗО с порогом отсечения 10 мА, поскольку повышенная влажность и температура могут привести к аварийным ситуациям. Отдельно подключаются основные потребители: электроплита, кухонные приборы, стиральная машина. Из основных потребителей формируются группы, которые распределяют на несколько УЗО.

 

Если нет возможности использовать в квартире достаточное количество УЗО, возможно немного упростить схему. Поставив одно УЗО после счетчика на 100-300 мА, вы защитите ваш дом от случайного возгорания из-за неисправной электропроводки.

Определив основных потребителей, распределите между ними 1-2 УЗО с низким порогом отсечения 10 мА, чтобы избежать удара током при прикосновении. Такие УЗО желательно ставить в ванных комнатах, кухнях и детских.

 

Схема подключения двухполюсного УЗО в однофазную сеть

 

При сборке щитка для трехфазной сети с нейтралью, возможна следующая схема подключения. На входе обязательно ставится автомат защиты, мощность которого превышает мощность всех электроприборов в доме. После трехфазного счетчика подключается четырехполюсный дифавтомат, выполняющий одновременно функцию защиты от утечки и сверхтоков в сети. Чувствительность общего дифавтомата лучше выбирать 300 мА.

Далее по схеме идет разделение электроприборов на группы. Освещение подключается без дополнительного УЗО на одну фазу. Для ванной комнаты подключается УЗО с минимальным порогом отсечения 10 мА. Для группы розеток подключается отдельное УЗО с порогом чувствительности 10-30 мА. Подключение трехфазной электроплиты (или любого другого электроприбора) возможно через трехполюсный автомат и УЗО, или один дифавтомат. Номинал этих устройств должен соответствовать значению максимальной мощности плиты. Хозпостройки и наружное освещение питаются от сети через отдельное УЗО.

Подключение четырехполюсного УЗО в трехфазную сеть с нейтралью

 

При подключении УЗО, стоит всегда придерживаться основных правил:

 

  УЗО обязательно следует защищать от сверхтоков автоматом (или покупать готовый дифавтомат). При этом номинал автомата должен быть немного меньше, чем номинал УЗО (или равен ему).

  Нельзя путать фазу и ноль, пропущенные через УЗО, при подключении щитка. Если будет допущена ошибка, и для фазы будет подключен ноль после другого УЗО, возможна некорректная работа устройства.

Видео схема подключения УЗО

Похожие статьи :

 

xn——7kcbiaqb5akjkjooffije6agi.xn--p1ai

Уникальное решение от HAGER для жилых и небольших систем распределения электроэнергии

← Устройства защиты от утечки тока с встроенной защитой от перегрузки по току RCBO3, RCBO4 Hager   ||   Дешевле, но лучше? Да, это реально! →

Уникальное решение от HAGER для жилых и небольших систем распределения электроэнергии

Hager начал выпуск новых компактных автоматических выключателей дифференциальной защиты типа «А» с защитой от перегрузки по току. Устройство RCBO3 одновременно сочетает в себе устройство защитного отключения (УЗО) на 30 мА и три независимых автоматических выключателя на 16А. RCBO4 представляет собой трехфазное УЗО (30 mA) и трехфазный автоматический выключатель на номинальные токи от 16А до 40А. Они применяются для приемников трехфазного тока с обеспечением защиты типа «А» по утечке тока и перегрузки или короткому замыканию для всех четырех полюсов. Если при срабатывании защиты в RCBO4 отключаются одновременно все четыре полюса, то в RCBO3 отключение всех полюсов происходит при возникновении тока утечки на одном из полюсов, но по перегрузке или короткому замыканию каждая линия будет отключаться индивидуально собственным механизмом отключения.

Оба устройства RCBO3 и RCBO4 марки Hager выполнены в компактном корпусе, занимающем в распределительном щите только четыре установочных места. Компактная конструкция устройства позволяет повысить прозрачность распределения электроэнергии в электрической сети. Облегчены также диагностика и устранение неисправности. Даже лицо необученным в состоянии однозначно определить причину срабатывания защиты и устранить причину проблемы.

Уникальность решения RCBO3 Hager заключается одновременно в создании компактного устройства защитного отключения типа «А» при сохранении принципа селективности срабатывания автоматических выключателей.

Подключение осуществляется с помощью пружинных контактов вместо болтовых соединений. QuickConnect, на этапе монтажных работ, позволяет получить экономию времени до 40 процентов по сравнению с подключением с винтовыми клеммами. Дополнительным преимуществом является поддержание постоянного давления соединительных элементов, что дает лучший контакт между элементами распределения электроэнергии. Благодаря этой функциональности системы соединения QuickConnect, получаем повышенный уровень безопасности, исключая риск искрения дуги.

RCBO4 – четырех полюсный дифференциальный выключатель с элементами защиты от перегрузки по току.

RCBO4 является маленькой революцией в электрических установках жилищного строительства, в общественных зданиях, а также, где находит свое применение. Именно для этого типа приложений расширен ассортимент Hager на автоматические выключатели серии RCBO4 от 16 до 40А. Наиболее важной функциональной особенностью новой линейки автоматических дифференциальных выключателей является защита, как для фазных полюсов, так и для нейтрального полюса. Это решение, предназначено для установки силовых приемников трехфазного тока, таких, как электродвигатели в системах вентиляции и привода всех видов устройств. Применение этого вида защиты можно успешно применить к бытовым трехфазным силовым электроплитам, приводам ворот или другим устройствам.

Использование трехфазного узо

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

Правильно подобранное защитное устройство позволит избежать возникновения ряда аварийных ситуаций.

Разновидности УЗО и принцип действия

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

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

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

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

Алгоритм одинаков для всех типов устройств.

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

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

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

Что такое УЗО, зачем оно установлено?

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

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

Схема работы трехфазного устройства без нулевого провода

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

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

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

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

Какое устройство лучше установить и как подключить?

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

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

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

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

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

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

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

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

Выбирайте защиту по следующим характеристикам:

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

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

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

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

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

Эффект узо под увеличительным стеклом — ScienceDaily

Налейте немного воды в стакан с узо или пастис, и напиток из прозрачного станет молочным: это хорошо известный «эффект узо».Но что произойдет, если вы просто поместите каплю узо на поверхность и подождете? Ученые из группы Физики жидкостей Университета Твенте изучили происходящие явления, они различают четыре «жизненные фазы» капли, продолжительностью не более четверти часа. Результаты опубликованы в Трудах Национальной академии наук США (PNAS) от 14 июля.

Узо — прозрачный алкогольный напиток, состоящий из воды, спирта и анисового масла. Растворимость масла зависит от водно-спиртового отношения.Добавление воды в жидкость снижает растворимость масла. Масло начинает формировать наноразмерные капли (зародышеобразование), которые, в свою очередь, образуют более крупные микрокапли, рассеивающие свет. В этот момент жидкость имеет известный молочный вид.

Быстрое движение

Просто поместив каплю узо на гидрофобную поверхность, это явление также можно изучить. Сначала капля прозрачная. Но спирт, будучи самым летучим компонентом, начинает испаряться первым, оставляя относительно больше воды в капле.Предпочтительно спирт испаряется на краю капли: именно там и возникает эффект узо. Внутри всей капли начнется быстрое движение. Эта конвекция вызвана различиями в поверхностном натяжении. «Эффект Марангони» можно также наблюдать, когда «слезы» портвейна образуются внутри бокала. Вызванный быстрым движением, эффект узо, начавшийся на ободе, будет распространяться по всей капле. До тех пор, как и ожидалось, форма капли остается сферической.

Снова прозрачный

Это заметно меняется, когда масло начинает двигаться к ободу и показывает угол между сферой и поверхностью: капли вместе образуют кольцо (за счет слияния) на внешней стороне капли. Спустя время весь спирт испарился, и жидкость снова стала прозрачной. Вода тем временем тоже испаряется, заставляя кольцо расти к центру капли, оставляя в конце только каплю анисового масла.Эти четыре фазы проходят в течение четверти часа при комнатной температуре.

Первые три фазы, включающие всю сложную физику внутри капли, не занимают много времени: в течение двух минут спирт испаряется, начинается быстрое движение, а также изменение формы, вызванное масляным кольцом. Остальное испарение до тех пор, пока не останется лишь крошечная капля анисового масла, занимает около двенадцати минут.

Жидкостно-жидкостная экстракция

Используя механизмы разделения, происходящие в тройной смеси, такой как узо, можно найти наилучшие условия для извлечения одного из компонентов, например: экстракция жидкость-жидкость.Это может быть применено, например, в медицинской диагностике. Кроме того, процесс испарения можно контролировать, создавая поверхности с различными гидрофобными свойствами. Исследование также влияет на такие методы, как струйная печать и 3D-печать с использованием сложных жидкостей.

Кроме того, результаты дают новое понимание поведения жидкостей, используемых в энергетических технологиях и катализаторах. Группа специалистов по физике жидкостей профессора Детлефа Лозе принимает участие в голландском национальном проекте Multiscale Catalytic Energy Conversion (MCEC).

Группа является частью Института нанотехнологий MESA + Университета Твенте. Исследование было проведено в сотрудничестве с коллегами из Технологического университета Эйндховена.

История Источник:

Материалы предоставлены University of Twente . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Исследование температурной зависимости образования Louche в абсенте

СКУД Омега. 2021 13 июля; 6 (27): 17674–17679.

Департамент физики, Кливленд Государственный университет, Кливленд, Огайо 44118, США

Автор, ответственный за переписку.

Поступило 28.04.2021 г .; Принято 26 мая 2021 года.

Авторские права © 2021 Авторы. Опубликовано American Chemical Society

Abstract

Абсент со вкусом аниса алкоголь, который обычно подают добавив холодной воды, чтобы образовалась мутная зеленая полоска, похожая на мутно-белый луче узо. Это образование микроэмульсии из-за конкурирующие взаимодействия в масле-спирте-воде Система получила название эффекта узо.Предыдущая работа изучила тройная фазовая диаграмма масло – спирт – вода в узо и лимончелло. Дополнительная работа также характеризует каплю размер и стабильность микроэмульсий в узо, лимончелло и пастис. Однако меньше работы было сделано для изучения влияния температуры. по формированию лоу, несмотря на то, что лоуш традиционно образуется при добавлении ледяной воды. Эта работа демонстрирует, что оба максимальная мутность и доля спирта при максимальной мутности зависят от температуры.Форму лупа можно дополнить логистическая кривая, и полученные параметры подгонки линейны с температурой. Оптические изображения показывают, что повышенная мутность коррелирует с увеличение количества капель в микроэмульсии.

Введение

Абсент — ароматизированный анисом дистиллированный алкогольный напиток, классифицируется как бренди, мацерированный с травами. Исторически, этот напиток зеленого цвета ассоциируется с галлюцинациями и безумие, которое привело к тому, что к 1915 году он был запрещен в большинстве стран 1 , причем запреты действовали до 1988 года в европейских странах. Union 2 и 2007 в США. 1 Считалось, что большое количество туйона Содержащееся в масле полыни, придающем абсенту его особый аромат 2 был виновником этих галлюцинаций. Однако недавние исследования показали, что количество туйона (и других возможных виновников галлюциногенов, таких как сурьма) недостаточно высокий, чтобы вызвать галлюцинации, судороги и припадки «абсентеизма», и, следовательно, сила напитка происходит только из-за высокого содержания алкоголя, 3,4 что может быть достигает 74% (148 доказательств).

Абсент принадлежит к семейству спирты, приправленные эфирными маслами масла, которые включают пастис и узо. Эти спирты обычно пьют добавив в напиток холодной воды, молочного цвета из-за образования опалесцирующей лупы, которая может быть видел в . Это Интересно отметить, что абсент в богемном стиле, рецепт которого содержит только полынь и не содержит всех других эфирных масел, не содержит Louche. Некоторое исследование 5-8 было проведено, чтобы понять физику лоуше, образовавшегося в узо, пастис и лимончелло, потому что эти спирты никогда не были запрещены как был абсент.Результаты этой работы показывают, что опалесцирующий Louche, образованный из каждого из этих напитков, представляет собой микроэмульсию, образованную за счет взаимодействия масло – вода – спирт, с одной фазой (дисперсная фаза), состоящая из микрокапель масло-спирт содержится во второй фазе (непрерывной фазе), состоящей из воды, растворенной в спирте и содержащей оставшуюся фракцию эфирных масел. 8 На достаточно высоком содержание воды, все эфирные масла удаляются из непрерывного фаза. 8 Эта спонтанная микроэмульсия образование в таких системах спирт-масло-вода было называется эффект узо.

Изображения кюветы с подсветкой, показывающие неразбавленный абсент (слева) и лощеный абсент (справа).

При изучении этого эффекта узо изучались спинодаль и бинодаль. линии на фазовой диаграмме. Это было сделано путем превращения масла в спирт и воду. растворы с использованием модельного масла, так что широкий диапазон тройной фазы диаграмму можно изучить. 5,8 В этих документах показано что есть обе области на фазовой диаграмме с эффектом узо и область с полным фазовым разделением в зависимости от конкретного расположение границ спинодали и бинодали.Эти исследования также показано, что в эмульсиях имеются капельки разного размера. в зависимости от конкретных масел с узо образующими каплями 1-2 мкм, 5 , в то время как лимончелло образует более мелкие капли ≈100 нм. 8 Это имеет последствия как для вкуса, на который влияет размер капель, так и для стабильность таких микроэмульсий. Эмульсии лимончелло очень стабильны. в течение длительного периода времени из-за небольшого размера капель, 8 , тогда как другие лопатки с большим мкм со временем капли становятся менее стабильными, и капли оседают внутри ≈10 мин для фактического спирта, хотя модельная система стабильна в течение более длительного времени. 7 Совсем недавно, исследования эффекта узо рассмотрели испаряющиеся капли 9 и продемонстрировали, что этот эффект может происходить в мелкие капли из-за испарения воды с поверхности. Другая работа пытается использовать эффект узо для образования наночастиц. 10 Однако ни абсент, ни сам по себе или влияние температуры на образование эмульсии. По традиции использовать ледяной воды для образуют эмульсию, в данной работе исследуется влияние температуры на формирование луш в абсенте.

Результаты и обсуждение

показывает оптическое пропускание смеси абсент-вода (масло-спирт-вода) как функция объемной доли этилового спирта (этанол, EtOH) взято при 20 ° C. Для этой кривой, а также для показанных кривых в воде который был термически уравновешен до температуры измерения, был пипеткой в ​​кювету и раствор тщательно перемешивали. В передаваемая мощность лазера усреднялась за 120 с при 15 Гц при каждом разбавлении. точка. Передаваемая оптическая мощность является мерой мутности раствора: по мере образования эмульсии диспергированные капли рассеивают свет из оптический путь, уменьшающий оптическую передачу.Передаваемая мощность лазера было усреднено по первым четырем точкам данных и затем нормализуется до этого максимального значения. Во время разбавления объем EtOH фракция уменьшается. Чтобы сделать график более интуитивным для чтения, мы перевернули ось x , чтобы перейти от высокого EtOH к слева до низкого уровня EtOH справа, чтобы разбавление шло слева направо.

Разведение абсента при 20 ° C. Ось x переворачивается так, чтобы разбавление проходило слева направо (высокое содержание EtOH) (низкий EtOH).Переход определяется как начало, когда переданный мощность уменьшилась на 13,5% и завершается, когда мощность падает ниже 25%. Область разбавления определяется, когда передаваемая мощность начинает увеличиваться после минимального значения.

Разбавление абсента при температуре от 15 до 30 ° C.

Кривая 20 ° C, показанная на рисунке, показывает общую форму и особенности всех температуры, которые мы измерили. Переходы оптической передачи плавно от максимума (1) слева до ≈0 справа при добавлена ​​вода.Это уменьшение пропускания соответствует образованию лоуша. Оптическая передача изменяется плавно, без прерываний. скачки, во время разведения. Полученную кривую лучше всего описать разделив его на четыре разных раздела. Изначально решение ясно, и вся мощность лазерного луча передается, как показано в (слева). Мы определяем, что переход начнется, когда мощность упадет на 13,5%. (= e –2 ) (что также соответствует когда раствор можно определить на глаз как непонятный).в переходной области мутность раствора медленно увеличивается (пропускание уменьшается), пока весь раствор не станет мутным при завершении переходной области; см. (справа). Считаем решение неудачным. когда передаваемая мощность падает ниже 25% (передаваемая мощность самого слабого лупа, который мы измерили, а также точку, в которой раствор кажется недовольным на глаз). Продолжая добавлять воду после оптического передача достигает минимального значения приводит к передаваемому оптическому мощность увеличивается.Взятые в целом, и исследуя формирование Louche в лимончелло, 8 наша передача данные свидетельствуют о том, что при добавлении воды образуется микроэмульсия, состоящая дисперсной капельной фазы, богатой нефтью, в непрерывном потоке EtOH – вода фаза. При добавлении дополнительной воды мутность увеличивается по мере того, как Обогащенная маслом фаза выпадает в осадок, образуя микрокапли. Ведь богатые нефтью фаза выпала, дальнейшее добавление воды служит только для разбавить дисперсную фазу, что приведет к увеличению оптического пропускания.

Следует отметить, что гомогенизация при добавлении объема вода необходима. Когда мы не гомогенизировали, мы видели шипы и провалы в трансмиссии, которые можно отнести к микроэмульсии, напоминающие локализованные перистые облака, которые дрейфовали в и из лазерный путь. Это привело к значительному шуму в данные и отсутствие воспроизводимости, которое было устранено путем гомогенизации.

Для изучения влияния температуры на формирование лоскутов в абсенте мы исследовали пять температур в диапазоне от 30 ° C (красная звездочка) до 15 ° C (фиолетовый кружок), а кривые разбавления могут быть замеченным в.Во всех случаях лазерное излучение начиналось с 7 × 10 –2 Вт. Это было нормализовано к 1 путем усреднения по первым четырем измерениям. точки. Измерения не проводились ниже 15 ° C, потому что при более низких температуры, мешал конденсат на внешней стороне стакана с домкратом с лазерной передачей и предотвращенными оптическими измерениями. Как замечено для разбавления 20 ° C изменение мутности раствора во время растворение плавное при всех температурах, а оптическое пропускание почти постоянна примерно до 0.5 Объемная доля EtOH. После в этот момент передача плавно уменьшается до минимума на 0,30–0,34 достигается объемная доля спирта и мутность раствора максимально. Однако температура раствора явно влияет на лоуша в (1) максимальная мутность лупы, (2) фракция спирта в минимальной точке пропускания, и (3) ширина переходный регион.

Как показано на, максимальная мутность явно нарушена. по температуре. Переданный мощность лазера для образца 30 ° C составляет 25% и снижается до 7% при 25 ° C и до 0.3% при 15 ° C. Таким образом, луш более мутный. при более низких температурах. Также мы видим, что расположение (объемная доля алкоголь) на минимальной передаче переключается в зависимости от температуры. Этот легче всего увидеть на вставке, где данные представлены в логарифмической шкале. В минимум для каждой кривой обведен квадратом, и мы можем видеть из это то, что не только минимальная передаваемая мощность уменьшается с при понижении температуры, но и объемная доля EtOH при этом минимально увеличивается при понижении температуры от 30% при 30 ° C до 34% при 15 ° C.Наконец, ширина переходной области увеличивается с повышением температуры. Это, пожалуй, проще всего видно на наклоне кривой, когда она проходит через переход с более крутым уклоном на 15 ° C и более пологий наклон для перехода 30 ° C. Мы можем количественно оценить это путем аппроксимации кривой процесс люфта.

Эти данные свидетельствуют о наличии значительных тепловое воздействие на образование микроэмульсии в абсенте. Для того, чтобы количественно оценить лаж обработать получше, мы рассмотрели точки кривой в ясном / переходном / лоуше регионов (без учета точек данных в области разбавления).Эти точки демонстрируют S-образную форму логистической функции. (Примечание: форма s отображается назад, потому что ось x график был перевернут, поэтому разведение идет слева направо.) данные были подогнаны с использованием 2-параметрической логистической функции вида

Числитель равен 1, потому что максимальная мощность, как определено к среднее значение первых четырех точек данных было нормализовано к 1. Кривая имеет два подгоночных параметра: x 0 и k , которые являются точкой перегиба кривой и максимальным наклон кривой соответственно.Значения подгонки R 2 , которые описывают остатки или ошибку подходят, находятся между 0,994 и 0,999 для каждой из кривых, а форма аппроксимаций, обозначенных пунктирными линиями в a, хорошо согласуются с данными. Решительный значения параметров подгонки, x 0 и k для каждой температуры, показаны на b в виде точек красного квадрата и синего треугольника, соответственно. Планки погрешностей в этих точках равны погрешности. каждого из подходов.Объемная доля EtOH для максимальной мутности также отображается в виде зеленых кружков с полосой погрешности 0,02, что равна размеру шага разбавления. Появляются все эти параметры соответствия иметь линейную зависимость от температуры, как видно из пунктирные линии, которые соответствуют линейной посадке по методу OLS. Значение подгонки для объемной доли спирта R 2 незначительно низкий при R 2 = 0,875, чего и следовало ожидать учитывая влияние размера шага разбавления (и больших полос погрешностей).Тем не менее, линейная аппроксимация параметров логистической подгонки превосходна. с R 2 значения и R k 2 = 0,995, предполагая что существует четкая линейная зависимость от температуры для этих параметров.

(а) График нормированной передаваемая мощность и объем фракция алкоголя для очков до максимальной лоскутной и подогнанной с логистической кривой. (б) Графики параметров в логистической кривая против температуры .

Микроэмульсия представляет собой спонтанно образовавшуюся дисперсию капель внутри непрерывная фаза. Подгонка логистических функций к трансмиссии данные могли соответствовать изменению количества капель в микроэмульсии, размер капель в микроэмульсии или и то, и другое. Мы использовали оптические микроскопия, чтобы изучить размер и числовую плотность капель в микроэмульсия. Изображения с оптической микроскопии, представленные на рис. температуры и три различных разведения. В верхнем ряду показано разведение слева (40% EtOH) направо (26% EtOH) на 22.5 ° C и дно ряд находится при повышенной температуре 33 ° C. (Примечание: изображение не включен для 40% EtOH при 33 ° C, потому что не было видно никаких капель в этом образце.) Как видно из изображений, размер капли приблизительно постоянна на всех изображениях диаметром 1 ± 0,1 мкм, когда мы исследуем капли, которые находятся в фокальной плоскости для каждого изображения. Из-за постоянного броуновского движения капель и малое количество капель при некоторых разведениях затрудняет чтобы получить статистически значимое количество капель в фокусе в одно изображение, но размер капли 1 мкм соответствует с размерами, измеренными для узо. 5 Есть может быть небольшое изменение размера в зависимости от температуры, как это было в узо, но это выходит за рамки разрешения этой установки для оптического изображения. Однако плотность капель сильно меняется как с температурой, так и с температурой. и концентрация EtOH. Увеличивается количество капель и плотность при понижении концентрации спирта, а также при понижении температура. Оба они соответствуют увеличению мутности. при измерении в трансмиссии, предполагая, что увеличение мутности соответствует большему количеству капель в лупе.

Брайтфилд изображения оптической микроскопии, полученные на двух разных температуры (22,5 и 33 ° C) и трех различных разбавлений (26, 30 и 40% EtOH). Масштабная линейка = 10 мкм. Жидкости были термически уравновешивают перед смешиванием. Размер капли примерно монодисперсный. и постоянный диаметр = 1 мкм, а плотность капель сильно уменьшается как с повышением температуры, так и с увеличением концентрации EtOH. Примечание: при 40% EtOH и 33 ° C масляных капель не наблюдалось.

Наконец, стоит отметить, что приведенный выше анализ с помутнением предполагает, что нет влияний, зависящих от длины волны, например, изменений в размере капли, влияющем на наши измерения.Хотя вышеупомянутый оптический микроскопические изображения показывают, что нет больших размера изменения, он не может устранить небольшие изменения размера капли. Узо как известно, имеет небольшие изменения в размере с температурой от 1,99 до 1,21 мкм при повышении температуры от 25 до 50 ° С. Таким образом, чтобы подтвердить, что данные, полученные с помощью лазера, носят описательный характер. системы мы использовали УФ – видимую спектроскопию образца при комнатной температуре. Результаты как трансмиссии, так и рассеяние под углом 90 ° показано на.Обе кривые нормализованы до 100%. используя сканирование базовой линии источника галогена с пустой кюветой. На графике пропускания мы видим, что чистый абсент имеет две характеристики: адсорбции при 414 и 650 нм. Поскольку в образце происходит ласкание, количество света, передаваемого на всех длинах волн, уменьшается. Этот соответствует увеличению рассеяния, как это видно на соседний график с широким пиком между 450 и 850 нм с максимум на 580 нм. Вместе эти данные предполагают, что длина волны 532 нм лазер с длиной волны, использованный выше для характеристики образца, является хорошим выбором потому что это далеко от характерных пиков абсента и около позиции с наибольшим падением передачи.

УФ – видимый спектроскопия люфта в пропускании (а) и Рассеяние на 90 ° (б). Обе кривые нормализованы до 100%. используя сканирование базовой линии источника галогена с пустой кюветой.

Выводы

В данной статье исследуется влияние температуры на пласт микроэмульсии через эффект узо, исследуя (помутнение) абсента, разбавленного водой при разной температуре. Мы видим явный эффект за счет температуры. Смеси более теплой температуры образуют менее мутную лозу и требуют большего разбавления (меньшего объема фракция спирта), в то время как разведения в холодной воде образуют более мутный с меньшим количеством воды.Кроме того, этот переход может быть дополнен логистической кривой, а также параметры подгонки точки перегиба и максимального наклона следуйте линейной зависимости. Наконец, мы показываем, что это увеличение по мутности соответствует увеличению количества капель образуя микроэмульсию. В конечном итоге это понимание температуры влияние на образование эмульсии в этих маслах-спиртах-водах. смеси могут помочь нам использовать эффект узо для образования наночастиц.

Материалы и методы

В качестве абсента был выбран Lucid Absinthe от Винокурня Combier, Сомюр, Франция.Lucid — один из традиционных дистиллированных абсентов. из полыни Гранд ( Artemisia absinthium ). Рецепт фирменный, также включает зеленый анис и сладкое. фенхель для создания раствора, содержащего 62% спирта по объему (124 доказательства), остальное — вода, масло полыни и другие масла и ароматизаторы. Пока мы знаем концентрацию этанола (из доказательства), и при увеличении приблизительное количество воды (так как масло очень небольшой объем), мы точно не знаем, какие эфирные масла присутствуют в нашем экспериментальном образце или в каком количестве.Мы можем только предоставить оценка нефтяной фракции, которая, как мы определила, меньше 0,1% объемной доли на основе центрифугирования лощеного абсента. Поскольку точный состав масла неизвестен, мы не можем самостоятельно изменить количество эфирного масла в образце. Это означает, что мы можем изменять относительную концентрацию масла только путем добавления воды или чистого спирт этиловый. Во многих исследованиях алкогольных напитков использовались модельные системы с одно эфирное масло, вода и спирт, например эфирное масло лимона масло, используемое Chiappisi и Grillo 8 That не будет работать в этом случае по двум причинам.Во-первых, коммерчески доступный масло полыни содержит неопределенное количество воды и спирта или других неуказанные дополнительные ингредиенты. Но что еще более важно, он ранее Было показано, что абсент в богемском стиле только с маслом полыни и мало аниса совсем не лауче. По этой причине мы использовали настоящий абсент, а не модельная система. Однако было продемонстрировано от Chiappisi and Grillo 8 , что louche сформированный реальным лимончелло и образованный модельной системой с лимонное масло, вода и алкоголь, по сути, одно и то же, что предполагает что дополнительные масла, травы и ароматизаторы повлияют на мелкие детали, но не общие тенденции, наблюдаемые в формировании микроэмульсия.

В этой статье мы разбавили абсент воды. Добавленная вода был произведен методом обратного осмоса (Milli-Q) и определен в терминах электрического сопротивления (18,6 МОм / см). Все жидкости были выданы с использованием калиброванных пипеток Gilson Pipetman и ThermoScientific.

Мы исследовали фазовый переход оптически и макроскопически с помощью измерение нерассеянного прохождения лазерного света через образец. Смесь абсента и воды перед надуванием представляет собой прозрачную непрерывная фаза, пропускающая большую часть лазерного света.В Жидкая микроэмульсия очень мутная, рассеивая большую часть свет. Каждый образец освещался зеленым непрерывным лазером мощностью 10 мВт (Crystalaser CL532-010-L) с заявленной стабильностью выходной мощности 0,5% в течение 24 часов. Лазерный луч прервался перед попаданием в образец с помощью LaserProbe. Измельчитель CTX-515 с питанием от регулируемой модели 3002A компании Electro Industries Источник питания постоянного тока для улучшения измерения отношения сигнал / шум. Сам образец помещался в реакционный стакан на 50 мл с рубашкой (Kontes, теперь часть Kimble Chase Life Science and Research Products, LLC) используется для поддержания и контроля температуры образца.Переданный лазер свет регистрировался головкой радиометра РСП-590, входной зрачок пироэлектрической головки был достаточно мал, чтобы отбрасывать рассеянные свет. Затем измеренный уровень мощности был дискретизирован в цифровом виде с помощью Модуль сбора данных NI (номер детали 154424C-03L). Изображение стакан с регулируемой температурой можно увидеть на. Ярлыки (a, d) выделяют выход и вход для трубки, которая соединяет стакан с водой чиллер (удален для наглядности). Стакан с рубашкой имеет медную вставку. (c) оба держат стакан на месте, чтобы он не сдвигался. во время измерения и содержит выемку для приема латунных басов который держит кювету.Кювета (b) видна в центре. стакана с некоторой жидкостью внутри него. Винт удерживает кювету надежно на месте и позволяет аккуратно выровнять кювету так, чтобы одно лицо перпендикулярно падающему лазерному лучу. Как только кювета загружается в химический стакан, добавляется вода, чтобы заполнить полость. Этот максимизирует передачу тепла от стакана с рубашкой к кювете это происходит как через латунный держатель в основании, так и через воду ванна по бокам кюветы. Температурная стабильность установки была проверено с помощью зонда термопары типа K, считанного Digisense термопарный измеритель типа J / K, помещенный в кювету, заполненную водой.Измерения показывают, что термическая стабильность в стакане с рубашкой полость выдерживалась в пределах 0,5 ° C от температуры водяной бани, и уравновешивания ≈16 мин при температуре было достаточно чтобы полость соответствовала температуре ванны.

Держатель образца. Эта фотография показывает детали нашего держателя образца, показан выход трубопровода для жидкости из стакана с рубашкой (а), частично заполненный кювета (b), основание держателя (c) и линия подачи жидкости в стакан с рубашкой (г).

Были проведены измерения разбавления следующим образом: Экспериментальная установка сначала давали уравновеситься до желаемой температуры в течение 30 мин.Абсент переносили пипеткой в ​​кювету и давали уравновеситься. в течение следующих 10 мин. Жидкость, добавляемая к образцу, была предварительно охлаждена. (или предварительно нагретые) в небольшой камере выдержки на водяной бане и добавляется к образцу постепенно с помощью микропипетки. После добавления жидкости, образец был смешан путем аспирации и распределения нескольких раз с микропипеткой. Мы обнаружили, что смешивание необходимо для гомогенизировать образец; пассивной диффузии было недостаточно. Интенсивность данные для каждой точки были получены в течение 120 с при 15 Гц и усреднены по этот раз.Если в это время был дрейф, точка была повторно запущена. Крышка кюветы предотвращала испарение во время экспериментов.

УФ-видимая спектроскопия была снята с использованием галогенного источника света. и спектрометр StellarNet Black C-SR-50. Было выполнено базовое сканирование источника галогена и пустой кюветы, и все кривые были нормированы относительно этой базовой линии. Записанные кривые усреднены по 10 сканирование со временем интеграции 100 мс.

Параллельно изображения лущеные образцы были получены при комнатной температуре и при повышенной температуре с использованием ступенчатого нагревателя.Изображения были получены с использованием объектива микроскопа 100 × NA 1,47 (Leica) и 30 кадров в секунду датчик изображения (Flea, Point Gray Research) с использованием стандартного светлого поля освещение. Вода и абсент стояли на разогретой сцене в температура изображения, объединенная для формирования лупы, а затем отображаемая в закрытых держателях образцов на нагретой ступени, чтобы свести к минимуму испарение.

Благодарности

Авторы благодарят CSU Офис исследований для финансовой поддержки через Лето бакалавриата Премия за исследования и номер NSF REU 1659541.Мы также благодарим К. Вирта для интересных разговоров.

Примечания

Авторы заявляют, что нет конкурирующий финансовый интерес.

Список литературы

  • Риттер С. К. Абсент Мифы, наконец, развеяны. Chem. Англ. Новости 2008, 86, 42–43. 10.1021 / cen-v086n018.p042. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Lachenmeier D. W .; Walch S. G .; Padosch S. A .; Крёнер Л. У. Абсент-А Рассмотрение. Крит. Rev. Food Sci. Nutr. 2006, 46, 365–377. 10.1080 / 104086957322. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Lachenmeier D.W .; Натан-Майстер Д .; Breaux T. A .; Сониус Э.-М .; Schoeberl K .; Кубалла Т. Химический состав винтажного пребана Абсент с Специальная ссылка на туйон, фенхон, пинокамфон, метанол, медь, и концентрации сурьмы. J. Agric. Еда Chem. 2008, 56, 3073–3081. 10.1021 / jf703568f. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Lachenmeier D. W .; Натан-Майстер Д .; Breaux T. A .; Кубалла Т. Долгосрочная стабильность туйона, фенхона и пинокамфона в винтажном пребанском абсенте. J. Agric.Food Chem. 2009, 57, 2782–2785. 10.1021 / jf803975m. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Витале С. А .; Кац Дж. Л. Дисперсии жидких капель Образуется однородной жидкостью – жидкостью. Нуклеация: «Эффект Узо». Langmuir 2003, 19, 4105–4110. 10.1021 / la026842o. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ситникова Н.Л .; Sprik R .; Wegdam G .; Эйзер Э. Спонтанно образуется транс-анетол / вода / спирт Эмульсии: механизм образования и устойчивость. Langmuir 2005, 21, 7083–7089. 10.1021 / la046816l.[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Грилло И. Малоугловой Исследование рассеяния нейтронов всемирно известной эмульсии: Le Pastis. Colloids Surf., А 2003, 225, 153–160. 10.1016 / s0927-7757 (03) 00331-5. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Chiappisi L .; Грилло И. Заглядывая в Лимончелло: Структура итальянского Ликер, обнаруженный с помощью малоуглового рассеяния нейтронов. САУ Омега 2018, 3, 15407–15415. 10.1021 / acsomega.8b01858. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Tan H.; Diddens C .; Lv P .; Kuerten J. G. M .; Чжан X .; Лозе Д. Запускается испарением зарождение микрокапель и четыре фазы жизни испаряющейся капли Узо. Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 2016, 113, 8642–8647. 10.1073 / pnas.1602260113. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Aschenbrenner E .; Блей К .; Койнов К .; Маковски М .; Kappl M .; Landfester K .; Вайс К. К. Использование полимерного эффекта Узо для Получение наночастиц на основе полисахаридов. Langmuir 2013, 29, 8845–8855.10.1021 / la4017867. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Пористая сборка супрачастиц посредством самосмазывающихся испаряющихся коллоидных капель узо

Эксперименты по самосборке наночастиц, вызванных испарением

В этом методе используется тройная жидкость, в данном случае состоящая из милли -Q вода (39,75 об.%), Этанол (59,00 об.%) И небольшое количество транс-анетола (1,20 об.%) (Раствор узо) в качестве суспензионной среды наночастиц TiO 2 (0.05 об.%). Мы нанесли каплю 0,5 мкл суспензии узо на поверхность гидрофобного триметокси (октадецил) силана (ОТМС) -стекла. Камера фиксировала испарение капли сбоку (рис. 1а). При сушке под коллоидной каплей появилось масляное кольцо 31 . После этого капля сжалась на поверхности без образования контактной линии закрепления. После испарения сначала этанола, а затем воды появилась надчастица (дополнительный фильм 1).

Рис. 1

Самосборка супрачастиц путем высыхания капель суспензии узо на гидрофобных поверхностях. a Снимки испарения неподвижной 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 суспензии вода-этанол 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 (масло не содержится, 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. 1c). 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 воды), чтобы различить различные фазы: синюю, желтую, черную и красную на конфокальных изображениях рис.2 представляют водный раствор, масло с разделенными фазами, наночастицы (кластеры) и субстрат соответственно. Первоначально коллоидная капля узо была темной из-за дисперсии наночастиц с высокой концентрацией (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. 2b). 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 ), g ускорение свободного падения, L характерный размер капли (~ 0,5 мм) и σ межфазное натяжение вода / трансанетол (~ 24,2 мН · м -1 ) 35 .

Фиг.2

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 хорошо диспергированными наночастицами. Высокая концентрация наночастиц приводит к появлению черной капли под конфокальным цветом. b Предотвращение осаждения наночастиц на линии соприкосновения. 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 надчастицы либо плавают на остаточном масле, как показано в d , либо садятся на субстрат, как показано в e , в зависимости от объемного соотношения между надчастицей 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 надчастица формируется за счет смачиваемого маслом гребня. 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 (проиллюстрированных на рис.2г, д).

Настраиваемые формы и высокая пористость супрачастиц

Мы контролируем форму образующихся супрачастиц, изменяя отношение к объемной доли масла χ масло к объемной доле наночастиц χ NP в 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 / × 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.

Рис. 3

Супрачастицы настраиваемой формы и высокой пористости. a Пространство параметров, показывающее начальную объемную долю масла χ объемную долю масла и 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.Образовавшиеся супрачастицы имеют шарообразную форму в белой области ( k > k * ) и более плоскую, сжатую 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 * , можно получить шарообразную супрачастицу (изображение SEM h ). i Поперечное сечение той же супрачастицы в h , полученное путем разрезания FIB, иллюстрирует высокопористую структуру внутри (дополнительный фильм 4). j l Последовательность 3 увеличения внутренней структуры. 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.

Результаты экспериментов 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 ( × масло = 0) и c ( × 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, повторяемость образования надчастиц плохая (четыре точки данных в серой области на рис. 3а).

Мы определяем 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. 3д). 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 соотношение масла и наночастиц достаточно высоко, чтобы развивающиеся супрачастицы были погружены в масляную фазу. Сила сцепления межфазного 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 oil — 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 формируется 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 (также масло) распространились наружу. , остаются пустые ячейки, резко увеличивая пористость образующихся супрачастиц.Увеличение отношения масла к наночастицам увеличивает объем этих пустых ячеек, поэтому пористость супрачастиц возрастает (рис. 3c). Ограничение пористости (92%) заключается в том, что во время сжатия развивающейся надчастицы 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).

Рис. 4

Масштабируемость процесса с различными и множественными типами наночастиц. a Демонстрация гибкой 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 образовавшегося пористого TiO 2 супрачастиц. c Крупный план 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 супрачастиц с тремя разными наночастицами: TiO 2 (0,06 об.%), SiO 2 (0.03 об.%) И Fe 3 O 4 (0,01 об.%). g , h представляют собой последовательность из двух увеличений масштаба частицы в f . В час 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, указанные 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), TiO 2 и SiO 2 наночастиц (рис. 4d) и TiO. 2 и SiO 2 и Fe 3 O 4 наночастиц (рис.4е). В таблице 1 представлен состав растворов узо. На рис. 4с 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%. Фиг. 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.

Таблица 1 Состав коллоидных растворов для рис.4

Лимончелло и наука об эмульсиях — Наука в школе

Автор (ы): Леонардо Кьяппизи

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

бутылок 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 он также представляет собой сложную коллоидную систему, состоящую из эфирных масел, этанола, сахарозы и воды.

Как итальянский химик, работающий в Институте Лауэ-Ланжевена (ILL) w1 , мне было любопытно узнать, что передовая технология ILL может рассказать об этой сложной системе. Итак, ранее в этом году мы с моими коллегами подали заявку на получение лучевого времени 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

Nicola Graf

Эфирные масла, столь важные для аромата лимончелло, находятся в небольших карманах кожуры цитрусовых, которые лопаются и доставляют типичный сильный запах, который мы замечаем при очистке таких масел. фрукты. Эти эфирные масла имеют очень сложный состав: идентифицировано более 60 различных молекул, основными 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 вещества или жидкости, взвешенные в текучей среде, — придают этим системам мутный вид.

Эффект узо

Так откуда же взялось помутнение лимончелло? Вода и этанол полностью смешиваются (растворяются 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 похоже на лимончелло, поскольку оно сделано из воды, этанола и ароматического компонента анетола, который, как и лимонен, хорошо растворяется в этаноле, но лишь слабо растворяется в воде.

Эффект узо: средиземноморский напиток узо (в центре) сразу же мутнеет (справа), когда в него добавляют воду (слева).
canbilgic / Shutterstock.com

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 мало 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, так как компоненты могут легко разделиться, когда 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

Прибор SANS D11 в ILL, который был использован для исследования лимончелло

A Chezière / ILL

Как уже упоминалось, то, как лимончелло рассеивает свет, весьма раскрывает структуру 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 к спиртовому экстракту; 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, напротив.

Анализ показал, что в 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. Обычный тип фазовой диаграммы показывает, как отдельное вещество (например, вода) будет менять состояние между твердым, жидким и газообразным при различных комбинациях температуры и давления (рис. 2).

Рис. 2: Диаграмма, показывающая фазы воды (лед, вода, пар) при различных комбинациях температуры и давления.Три фазы могут сосуществовать только в тройной точке.
Никола Граф / Леонардо Кьяппизи

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 Чиаписи

Как показывает пример, состав точки на фазовой диаграмме можно определить, проведя три линии, начинающиеся от точки и заканчивающиеся в каждую ось (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% по весу, 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.

Скачать

Загрузить эту статью в формате PDF

Ссылки

Ссылки в Интернете

  • w1 — Международный исследовательский центр ILL, расположенный в Гренобле, Франция, является ведущим центром нейтронной науки и технологий.

Ресурсы

  • Изучение микроскопической структуры лимончелло проводилось с использованием прибора SANS D11 в ILL.Узнайте, как работает этот инструмент, на сайте ILL.
  • Узнайте больше о том, как работает рассеяние нейтронов, из статьи ILL об исследовании того, как некоторые бактерии могут жить в соленой морской среде. Видеть:
  • Прочтите о том, как SANS был использован для разработки нового восстанавливаемого поверхностно-активного вещества в ILL. Видеть:

Учреждение

ILL

Автор (ы)

Леонардо Чиапписи — научный сотрудник Института Лауэ-Ланжевена и Берлинского технического университета.После получения докторской степени по свойствам материалов на основе полисахаридов он перешел в ILL, где он использует реактор с большим потоком нейтронов для исследования различных коллоидных систем.


Review

Большинство учеников осознают, что масло и вода не смешиваются, и они, возможно, слышали слово «эмульсия», когда помогали члену семьи красить комнату, но, несмотря на эти примеры из реальной жизни, очень немногие будут сомневаться в правильности этого решения. химия, стоящая за такими переживаниями. Поощряя студентов задавать вопросы о том, что происходит на макроуровне, и вдохновляя их химией, происходящей на микроуровне, эта статья обеспечивает доступный путь к некоторым ключевым концепциям.

Кроме того, есть возможность интерпретировать трехкратную фазовую диаграмму, которая позволяет учащимся использовать свои математические навыки для получения выводов о физических характеристиках, демонстрируя, что такие навыки необходимы для научных исследований.

вопросов на понимание, которые можно использовать в классе:

  • Молекула лимонена имеет два возможных энантиомера. Определите хиральный атом углерода.
  • Какой объем этанола вы ожидаете в 5 литрах лимончелло?
  • Мутные системы содержат частицы в масштабе, сравнимом с длиной волны видимого света.Каков диапазон длин волн видимого света?
  • Почему наука о лимончелло может оказаться полезной для разработки самоэмульгирующихся систем?
  • Фазовая диаграмма содержит «метастабильную область узо». Что подразумевается под термином «метастабильный»?

Кэролайн Эванс, руководитель отдела химии, Веллингтонский колледж, Великобритания

Лицензия

«Эффект Узо»: после спонтанного эмульгирования транс-анетола в воде методом ЯМР

https: // doi.org / 10.1016 / j.crci.2007.11.003Получить права и содержание

Abstract

Некоторые аперитивы, такие как Pastis или Ouzo, представляют собой этанольные экстракты семян аниса. При разбавлении водой эти аперитивы, которые в основном состоят из воды, этанола и транс -анетола, мгновенно становятся мутными. Это явление является результатом спонтанного эмульгирования, иногда называемого «эффектом Узо». Используя дейтерированный этанол и воду, можно проследить процесс агрегации с помощью ЯМР, используя эксперименты DOSY и TOCSY.Анализ этих результатов позволяет нам предложить механизм процесса агрегации, с помощью которого транс -анетол первоначально образует небольшие агрегаты, видимые с помощью ЯМР, которые затем сливаются с образованием небольших капель микронного размера, которые «ЯМР невидимы».

Резюме

Определенные аперитивы, связанные с пастисом или узо, не содержащими дополнительных продуктов. Lorsqu’on disout ces apéritifs dans l’eau, major composés d’eau, d’éthanol et de trans -anéthole, le mélange prend immédiatement une consistance laiteuse.Этот феномен является результатом спонтанного создания эмульсии, который является источником маленького количества воды и богатого решения: «l’effet Ouzo». En utilisant de l’éthanol D6 et D 2 O, или, возможно, de suivre le mécanisme d’agrégation par RMN, en utilisant des expériences de type DOSY et EXSY. L’analyse des expériences permet de proposer un mécanisme d’agrégation par lequel le trans -anéthol s’auto-associerait для бывших мелких агрегаций, видимых в RMN, авангард объединителя для бывших микропусковых тележек и больших хвостов (de l ‘ ordre du micromètre), невидимый en RMN.

Ключевые слова

Trans -anethole

«Ouzo effect»

Aggregation

DOSY

EXSY

Mots-clés

trans -anethole

000 9uzo2000

-anéthole

EXSY

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Copyright © 2007 Académie des Sciences. Опубликовано Elsevier Masson SAS. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Познакомьтесь с Эриком Смитом из Узо Бэй Хьюстон, Loch Bar Houston и Atlas Restaurant Group — журнал Voyage Houston

Сегодня мы хотели бы познакомить вас с Эриком Смитом.

Итак, прежде чем мы перейдем к конкретным вопросам о компании, почему бы вам не рассказать нам некоторые подробности о себе и своей истории.
Atlas Restaurant Group была основана в 2012 году, когда Александр Ф. Смит основал ресторан Ouzo Bay Baltimore. Я стал партнером Алекс (Мой брат) в 2013 году, и с тех пор мы открыли 18 ресторанов в трех штатах и ​​одном округе (Вашингтон). У нас есть 15 уникальных концептуальных брендов и более 1000 сотрудников по всей стране. Мы смогли добиться всего этого, не имея ни инвесторов, ни посторонних денег.Все сделки принадлежат и управляются нами. Мы смогли масштабироваться, потому что каждый из них до сих пор был успешным и обеспечил необходимый денежный поток для расширения. Ключом к нашему успеху были последовательность, упорный труд и постоянное стремление к совершенству во всех аспектах нашего бизнеса.

Ровная дорога?
У нас был один закрытый из 19 оригинальных ресторанов. Это была не борьба, а большой познавательный опыт. Неудачу никогда не следует рассматривать по определению, а скорее как опыт роста, который указывает вам правильное направление к успеху.

Мы будем рады узнать больше о вашем бизнесе.
Мы — группа ресторанов / гостиничных и развлекательных заведений. Что отличает нас от других, так это то, что, в отличие от других ресторанов, мы сосредотачиваемся на всех трех фазах того, что я упомянул выше, чтобы убедиться, что ужин с нами — это настоящий опыт, помимо еды на тарелке. Наша компания стремится предоставлять нашим гостям лучшее качество продукции, развлечения и услуги каждый вечер.

Наш город — хорошее место, чтобы заниматься тем, чем вы занимаетесь?
Хьюстон — невероятный город, полный роста и возможностей.Лучшая часть Хьюстона — это этнически и социально разнородные толпы. Жители Хьюстона невероятно гостеприимные люди и одни из лучших гостей, с которыми мы когда-либо сталкивались.

Цена:

  • Rose At The Bay (Ouzo Bay) — скидка 50% на отдельные бутылки Rose и 49 долларов Vueve Rose Champagne
  • Happy Hour Ouzo Bay: воскресенье — пятница с 15 до 19.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.