Схеми захисного вимкнення електроустановок. С. Захисне відключення Принцип роботи апаратів захисного відключення

Захисне відключення– швидкодіючий захист, що забезпечує автоматичне відключення електроустановки при виникненні в ній небезпеки ураження струмом.

Така небезпека може виникнути при замиканні фази на корпус, зниженні опору ізоляції нижче певної межі та у разі дотику людини безпосередньо до струмоведучих частин, що знаходяться під напругою.

Основними елементами пристроїв захисного відключення (ПЗВ) є прилад захисного відключення виконавчий орган - автоматичний вимикач.

Прилад захисного відключення (ПЗВ)- це сукупність окремих елементів, які сприймають вхідну величину, реагують на її зміни та дають сигнал на вимкнення вимикача. Цими елементами є:

1 - датчик - пристрій, що сприймає зміну параметра і перетворює його на відповідний сигнал;

2 - підсилювач (у разі слабкого сигналу);

3 - ланцюги контролю – для перевірки справності схеми;

4 - допоміжні елементи (сигнальні лампи та вимірювальні прилади).

Автоматичний вимикач– служить для увімкнення та вимикання ланцюгів, що знаходяться під навантаженням. Він повинен відключати ланцюг під час надходження сигналу від приладу захисного відключення.

Основні вимоги до пристрою захисного відключення (ПЗВ):

1 – висока чутливість;

2 – малий час відключення (0,05-0,2с)

3 – селективність дії, тобто. за наявності небезпеки;

4 – мати самоконтроль справність;

5 - достатня надійність

Область застосування – практично не обмежена. Найбільшого поширення ПЗВ набули в мережах напругою до 1000В.

Розрізняють типи ПЗВ, які реагують на:

1 – потенціал корпусу;

2 – струм замикання на землю;

5 - струм нульової послідовності;

6 – оперативний струм.

Є комбіновані пристрої, які реагують не на одну, а на кілька вхідних величин.

Розглянемо схему ПЗВ, що реагує на потенціал корпусу щодо землі (рисунок).

Електроустановка живиться від 3-х фазної, 3-х провідної мережі із ізольованою нейтраллю.

1 – контакти магнітного пускання;

2 – кнопка «пуск»;

3 – кнопка «стоп»;

4 – нормально замкнуті контакти (НЗК) реле напруги 6;

5 - котушка магнітного пускача (U раб = U л);

6 – реле напруги;

7 – кнопка перевірки працездатності схеми;

8 – плавкі запобіжники;

9 – електроустановка;

10 – захисне заземлення;

11 допоміжне заземлення;

Малюнок 12.7. Схема захисного відключення, що реагує на потенціал корпусу щодо землі

Розглянемо 3 режими роботи:

1. Нормальний режим роботи.

При натисканні на кнопку «пуск» (2) на котушку пускача (5) подається лінійна напруга через замкнуті контакти кнопки «стоп» (3) і нормально замкнуті контакти (4), реле напруги (6). При протіканні струму через котушку пускача(5), у ній виникає магнітне поле, яке притягує сердечник, на якому розташовані контакти(1). Вони замикаються і електроустановку (9) подається напруга, а додатковий контакт блокує кнопку «пуск» (2) і можна відпустити. При натисканні на кнопку «стоп» (3) розривається ланцюг живлення котушки пускача (5), магнітне поле зникає і сердечник, на якому розташовані контакти (1) під дією власної ваги (або пружини) повертається у вихідне положення. Відключення електроустановки від мережі.

2. Аварійний режим роботи(Замикання фази на корпус та обрив ланцюга захисного заземлення)

При включеній установці та наявності аварійного режиму на корпусі установки (9) виникає напруга щодо допоміжного заземлення (11), яке подається на реле напруги (6) через замкнуті контакти кнопки (7). При досягненні напруги на корпусі установки (9) рівного напрузі «уставки» реле напруги (6) воно спрацьовує і розмикає свої нормально замкнуті контакти (4). Напруга «уставки» реле напруги (6) вибирається з умов безпеки. Електроустановка відключається від мережі. При повторному включенні електроустановки цикл повториться.

3. Перевірка працездатності схеми.

При включеній електроустановці, яка знаходиться в нормальному режимі при натисканні на кнопку (7) (розмикаються нормально замкнуті контакти, що з'єднують заземлений корпус електроустановки (9) та реле напруга (6) та на реле напруги (6) подається фазна напруга). Повинне відключити електроустановку від мережі.

ПЗВ(Пристрій Захисного Відключення) - це комутаційний апарат призначений для захисту електричного ланцюга від струмів витоку, тобто струмів, що протікають по небажаних, в нормальних умовах експлуатації, що проводять шляхи, що у свою чергу забезпечує захист від пожеж (загоряння електропроводки) та від ураження людини електричним. струмом.

Визначення «комутаційний» означає, що цей апарат може включати і відключати електричні ланцюги, тобто проводити їх комутацію.

ПЗВ також має інші варіанти назв, наприклад: диференціальний вимикач, вимикач диференціального струму, (скорочено вимикач диф струму) і т.п.

1. Пристрій та принцип роботи ПЗВ

І так для наочності представимо найпростішу схему підключення через ПЗВ лампочки:

Зі схеми видно, що при нормальному режимі роботи ПЗВ, коли його рухомі контакти замкнуті, струм I 1 величиною, наприклад, 5 Ампер від фазного дроту проходить через магнітопровід ПЗВ, потім через лампочку, і повертається в мережу по нульовому провіднику, так само через магнітопровід ПЗВ, при цьому величина струму I 2 дорівнює величині струму I 1 і становить 5 Ампер.

У такій ситуації частина струму електричного ланцюга надходить від фазного дроту не повертатиметься в мережу, а проходячи через тіло людини йтиме в землю отже струм I 2 який повертатиметься в мережу через магнітопровід ПЗВ по нульовому дроту буде менше струму I 1 вступника в мережу, відповідно і величина магнітного потоку Ф 1 стане більшою за величину магнітного потоку Ф 2 , в результаті чого в магнітопроводі ПЗВ сумарний магнітний потік вже не буде дорівнює нулю.

Наприклад струм I 1 =6А, струм I 2 =5,5А, тобто. 0,5 Ампера протікає через тіло людини в землю (тобто 0,5 Ампера - струм витоку), тоді магнітний потік Ф 1 дорівнюватиме 6 умовних одиниць, а магнітний потік Ф 2 - 5,5 умовних одиниць тоді сумарний магнітний потік дорівнюватиме:

Ф сум = Ф 1 + Ф 2 =6+(-5,5)=0,5 ум. од.

Сумарний магнітний магнітний потік, що виник, індукує електричний струм у вторинній обмотці який проходячи через магнітоелектричне реле приводить його в роботу, а воно, у свою чергу, розмикає рухомі контакти відключаючи електричний ланцюг.

Перевірка працездатності ПЗВ здійснюється натисканням кнопки "ТЕСТ". Натискання цієї кнопки штучно створює в ПЗВ витік струму, що повинно призвести до вимкнення ПЗВ.

1. Схема підключення ПЗВ.

ВАЖЛИВО!Так як в ПЗВ відсутній захист від надструмів, при будь-якій схемі його підключення повинна бути передбачена так само установка для захисту ПЗВ від струмів перевантаження і короткого замикання.

Підключення ПЗВздійснюється за однією з наступних схем, залежно від типу мережі:

Підключення ПЗВ без заземлення:

Така схема застосовується, як правило, у будинках зі старою електропроводкою (двопровідною), в який відсутній заземлюючий провід.

Підключення ПЗВ із заземленням:

N-C-S(коли нульовий провідник поділяється на нульовий робочий та нульовий захисний):

Схема підключення ПЗВ до електромережі(коли нульовий робочий та нульовий захисний провідники розділені):

ВАЖЛИВО!У зоні дії ПЗВ не можна поєднувати нульовий захисний (провід заземлення) та нульовий робочий провідники! Тобто не можна в схемі, після встановленого ПЗВ, з'єднувати між собою робочий нуль (синій дріт на схемі) і провід заземлення (зелений дріт на схемі).

1. Помилки у схемах підключення через які вибиває ПЗВ.

Як було зазначено вище ПЗВ спрацьовує на струми витоку, тобто. якщо спрацювало ПЗВ - це означає, що сталося попадання людини під напругу або з якоїсь причини виявилася пошкоджена ізоляція електропроводки або електроустаткування.

Але що якщо ПЗВ мимоволі спрацьовує і при цьому пошкоджень ніде немає, а підключене електроустаткування справне? Можлива вся справа в одній з наступних помилок у схемі мережі ПЗВ.

Однією з найпоширеніших помилок є об'єднання нульового захисного та нульового робочого провідника в зоні дії ПЗВ:

У цьому випадку величина струму, що виходить з мережі через ПЗВ по фазному проводу, буде більша ніж величина струму, що повертається в мережу по нульовому провіднику т.к. частина струму протікатиме повз ПЗВ по провіднику заземлення, що призведе до спрацьовування ПЗВ.

Так само, часто трапляються випадки використання як нульового робочого провідника провідник заземлення або сторонню провідну заземлену частину (наприклад арматуру будівлі, систему опалення, водопровідну трубу). Таке підключення зазвичай відбувається при пошкодженні нульового робочого провідника:

Обидва ці випадки призводять до того, що ПЗВ вибиває, т.к. струм, що виходить з мережі по фазному проводу, струм через ПЗВ не повертається назад в мережу.

1. Як вибрати ПЗВ? Типи та характеристики ПЗВ.

Щоб правильно підібрати ПЗВ і виключити можливість помилки скористайтеся нашим .

ПЗВ вибирається за його основними характеристиками. До них відносяться:

1. Номінальний струм- максимальний струм при якому ПЗВ здатне довго працювати не втрачаючи свою працездатність;
2. Диференціальний струм- Мінімальний струм витоку при якому ПЗВ зробить відключення електричного ланцюга;
3. Номінальна напруга- Напруга при якому ПЗВ здатне довго працювати не втрачаючи свою працездатність
4. Тип струму-постійний (позначається "-") або змінний (позначається "~");
5. Умовний струм короткого замикання- Струм який короткочасно може витримати ПЗВ до моменту поки не спрацює захисна апаратура (запобіжник або автоматичний вимикач).

Вибір ПЗВґрунтується на наступних критеріях:

— За номінальною напругою та типом мережі:Номінальна напруга ПЗВ має бути більшою або дорівнює номінальній напрузі ланцюга, що захищається ним:

Uном. ПЗВ⩾ Uном. мережі

При однофазної мережіпотрібно двополюсне ПЗВ, при трифазної мережі — чотириполюсне.

- По номінальному струму:згідно з пунктом 7.1.76. ПУЭ використання ПЗВ в групових лініях, що не мають захисту від без додаткового апарату, що забезпечує цей захист не допускається, при цьому необхідна розрахункова перевірка ПЗВ в режимах надструму з урахуванням захисних характеристик вищого апарату, що забезпечує захист від надструму.

Зі сказаного вище слід, що перед ПЗВ повинен стояти апарат захисту ( або ) саме по струму цього вищестоящого апарату захисту необхідно вибирати номінальний струм ПЗВ виходячи з умови, що номінальний струм ПЗВ повинен бути більшим або дорівнює номінальному струму встановленого до нього апарату захисту:

I ном. ПЗВ ⩾ I ном. апарату захисту

При цьому рекомендується щоб номінальний струм ПЗВ був на ступінь більше номінального струму вищого апарату захисту (наприклад якщо перед ПЗВ встановлений автомат на 25 Ампер ПЗВ рекомендується ставити з номінальним струмом 32 Ампера)

Довідково - стандартні значення номінальних струмів ПЗВ: 4А, 5А, 6А, 8А, 10А, 13А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А і т.д.,

— За диференційним струмом:

Диференціальний струм - це одна з головних характеристик ПЗВ, яка показує при якій величині струму витоку ПЗВ відключить ланцюг.

Відповідно до пункту 7.1.83. ПУЕ:Сумарний струм витоку мережі з урахуванням стаціонарних і переносних електроприймачів, що приєднуються, в нормальному режимі роботи не повинен перевищувати 1/3 номінального струму ПЗВ. За відсутності даних струм витоку електроприймачів слід приймати з розрахунку 0,4 мА на 1 А струму навантаження, а струм витоку мережі - з розрахунку 10 мкА на 1 м довжини фазного провідника. Тобто. диференціальний струм мережі можна розрахувати за такою формулою:

Δ I мережі =((0.4*I мережі)+(0.01*L дроти))*3,міліАмпер

де: Iмережі- Струм мережі (розрахований за формулою вище), в Амперах; Lдроти— загальна довжина проводки електромережі, що захищається, в метрах.

Розрахувавши Δ I мережіприймаємо найближче стандартне значення диференціального струму ПЗВ Δ I ПЗВ:

Δ I ПЗВ ⩾ Δ I мережі

Стандартними величинами диференціального струму ПЗВ є: 6, 10, 30, 100, 300, 500мА

Диференціальні струми: 100, 300 та 500мА застосовуються для захисту від пожеж, а струми: 6, 10, 30мА – для захисту від ураження людини електричним струмом. При цьому струми 6 і 10мА застосовуються, як правило, для захисту окремих споживачів і диференціальний струм 30мА підходить для загального захисту електромережі.

У випадку якщо ПЗВ необхідно для захисту від ураження електричним струмом, а за розрахунком струм витоку склав більше 30мА необхідно передбачити встановлення декількох ПЗВ на різні групи ліній, наприклад одне ПЗВ для захисту розеток в кімнатах, а друге для захисту розеток у кухні, знизивши тим самим потужність проходить через кожне ПЗВ як наслідок знизивши струм витоку мережі, тобто. у такому разі розрахунок необхідно буде проводити для двох або більше ПЗВ, які будуть встановлені на різні лінії.

- За типом ПЗВ:

ПЗВ бувають двох типів: електромеханічнеі електронне. Принцип роботи електромеханічного ПЗВ ми розглядали вище, його основним робочим органом є диференціальний трансформатор (магнітопровід з обмоткою) який порівнює величини струму, що йде в мережу, і струму, що повертається з мережі, а в електронному цю функцію виконує електронна плата для роботи якої необхідна напруга.

10

Під захисним відключенням розуміють швидке, за час не більше 200 мс, автоматичне від'єднання від джерела живлення всіх фаз споживача або частини електропроводки, якщо пошкоджена ізоляція або має місце інша аварійна ситуація, що загрожує людині ураженням електричним струмом.

Захисне автоматичне вимкнення живлення– автоматичне розмикання ланцюга одного або кількох фазних провідників (і, якщо потрібно, нульового робочого провідника), яке виконується з метою електробезпеки.

Захисне відключення може бути як єдиним і головним заходом захисту, так і додатковою мірою до мереж заземлення та занулення стосовно електроустановок з робочою напругою до 1000 вольт.

Призначення захисного відключення- Забезпечення електробезпеки, що досягається за рахунок обмеження часу впливу небезпечного струму на людину.

Захисне відключення– швидкодіючий захист, що забезпечує автоматичне відключення електроустановки при виникненні в ній небезпеки ураження струмом. Така небезпека може виникнути при:

замиканні фази на корпус електроустаткування;

при зниженні опору ізоляції фаз щодо землі нижче за певну межу;

появі в мережі вищої напруги;

дотику людини до струмоведучої частини, що знаходиться під напругою.

У цих випадках в мережі відбувається зміна деяких електричних параметрів: наприклад, можуть змінитися напруга корпусу щодо землі, напруга фаз щодо землі, напруга нульової послідовності та ін. ураження людини струмом, може бути імпульсом, що викликає спрацьовування захисно-відключається пристрою, тобто автоматичне відключення небезпечної ділянки мережі.

На даний час пристроїзахисного відключення зазвичай застосовувалися на електроустановках чотирьох видів:

Пересувні установки із ізольованою нейтраллю (у таких умовах у принципі зведення повноцінного заземлюючого пристрою проблематично). Захисне відключення застосовується тоді або разом із заземленням, або як самостійна захисна міра.

Стаціонарні установки із ізольованою нейтраллю (де необхідний захист електричних машин, з якими працюють люди).

Мобільні та стаціонарні установки з нейтраллю будь-якого типу, коли має місце високий рівень загрози ураження електричним струмом, або якщо установка функціонує у вибухонебезпечних умовах.

Стаціонарні установки з глухозаземленной нейтраллю на деяких споживачах великої потужності і на віддалених споживачах, де занулення недостатньо для захисту або де воно як захисний захід не цілком ефективно, не дає достатньої кратності струму замикання фази на землю.

Для реалізації функції захисного відключення використовували спеціальні пристрої захисного відключення. Їхні схеми можуть відрізнятися, конструкції залежать від особливостей електроустановки, що захищається, від характеру навантаження, від режиму заземлення нейтралі і т. д.

Прилад захисного відключення– сукупність окремих елементів, які реагують на зміну будь-якого параметра електричної мережі та дають сигнал на вимкнення автоматичного вимикача. Пристрій захисного відключення залежно від параметра, на який воно реагує, можна віднести до того чи іншого типу, у тому числі до типів пристроїв, що реагують на напругу корпусу щодо землі, струм замикання на землю, фаза напруги відносно землі, напруга нульової послідовності, струм нульової послідовності, оперативний струм та ін.

Тут може бути застосоване спеціально встановлене реле захисту, яке влаштоване так само, як і високочутливі реле напруги з контактами, що розмикаються, які включаються в ланцюг живлення магнітного пускача, скажімо, електродвигуна.

Призначення захисного відключення полягає в тому, щоб одним приладом здійснювати сукупність захисту або деякі з таких видів:

від однофазних замикань на землю чи елементи електрообладнання, нормально ізольовані від напруги;

від не повних замикань, коли зниження ізоляції однієї із фаз створює небезпеку ураження людини;

від ураження при дотику людини до однієї з фаз електрообладнання, якщо дотик стався в зоні захисту приладу.

Як приклад можна навести простий пристрій захисного відключення з урахуванням реле напруги. Обмотка реле включається між корпусом устаткування, що захищається, і заземлювачем.

В умовах, коли обмотка реле має опір сильно перевищує таке у допоміжного заземлювача, винесеного за межі зони розтікання заземлення захисту, - обмотка реле К1 виявиться під напругою корпусу щодо землі.

Тоді в момент аварійного пробою на корпус, напруга буде більша за напругу спрацьовування реле і реле спрацює, замкнувши ланцюг відключення автоматичного вимикача Q1 або розімкнувши своїм спрацюванням ланцюг живлення обмотки магнітного пускача Q2.

Інший варіант простого пристрою захисного відключення для електроустановок – це (реле максимального струму). Його обмотка вмикається в розрив дроту занулення, завдяки чому контакти аналогічним чином розімкнуть ланцюг живлення обмотки магнітного пускача якщо замкнути ланцюг живлення обмотки автоматичного вимикача. Замість обмотки реле, до речі, іноді можна використовувати обмотку вимикача - розчіплювача як реле максимального струму.

Коли пристрій захисного відключення вводиться в експлуатацію, його обов'язково перевіряють: проводяться планові повні та часткові перевірки, щоб переконатися, що пристрій працює надійно, що коли потрібно відбуватися відключення.

Раз на три роки проводять повну планову перевірку, найчастіше разом із ремонтом сполучених ланцюгів електроустановок. У перевірку входять також випробування ізоляції, перевірка уставок захисту, тести пристроїв захисту та загальний огляд апаратури та всіх з'єднань.

Щодо часткових перевірок, то їх проводять час від часу залежно від приватних умов, проте до них входять: перевірка ізоляції, загальний огляд, тести захисту у дії. Якщо захисний пристрій працює не цілком коректно, проводять глибшу перевірку за спеціальним алгоритмом.

У наш час найбільшого поширення захисне відключення набуло в електроустановках, що використовуються в мережах напругою до 1 кВ із заземленою або ізольованою нейтраллю.

Електроустановки напругою до 1 кВ житлових, громадських та промислових будівель та зовнішніх установок повинні, як правило, отримувати живлення від джерела з глухозаземленою нейтраллю. Для захисту від ураження електричним струмом при непрямому дотику в таких електроустановках повинно бути автоматичне вимкнення живлення.

При виконанні автоматичного відключення живлення в електроустановках напругою до 1 кВ всі відкриті провідні частини повинні бути приєднані до глухозаземленої нейтралі джерела живлення, якщо застосована система TN, та заземлені, якщо застосовані системи ІТ або ТТ. При цьому характеристики захисних апаратів та параметри захисних провідників повинні бути узгоджені, щоб забезпечувався нормований час відключення пошкодженого ланцюга захисно-комутаційним апаратом відповідно до номінальної фазної напруги мережі живлення.

Захист здійснюється, яке, працюючи в черговому режимі, постійно контролює умови ураження людини електричним струмом.

ПЗВ застосовують в електроустановках до 1 кВ:

у пересувних ел. установках з ізольованою нейтраллю (особливо якщо утруднено створення заземлювального пристрою. Може застосовуватися як у вигляді самостійного захисту, так і в поєднанні із заземленням);

у стаціонарних електроустановках з ізольованою нейтраллю для захисту ручних електричних машин як єдиний захист, та на додаток до інших;

в умовах підвищеної небезпеки ураження електричним струмом та вибухонебезпеки у стаціонарних та пересувних електроустановках з різними режимами нейтралі;

в стаціонарних електроустановках з глухозаземленной нейтраллю на окремих віддалених споживачах електричної енергії та споживача великої номінальної потужності, у яких захист зануленням мало ефективна.

Принцип роботи ПЗВ полягає в тому, що воно постійно контролює вхідний сигнал і порівнює його з наперед заданою величиною (уставкою). Якщо вхідний сигнал перевищує вставку, пристрій спрацьовує і відключає захищену електроустановку від мережі. Як вхідні сигнали пристроїв захисного відключення використовують різні параметри електричних мереж, які несуть у собі інформацію про умови ураження людини електричним струмом.

Захисне відключення призначене для швидкого та автоматичного відключення пошкодженої електричної установки у випадках замикання фази на корпус, зниження опору ізоляції провідників або при замиканні людини на струмопровідні елементи.

Область застосування пристрою захисного відключення (ПЗВ) практично не обмежена: вони можуть застосовуватися в мережах будь-якої напруги та з будь-яким режимом нейтралі. Найбільшого поширення ПЗВ набули в мережах напругою до 1000 В на установках з високим ступенем небезпеки, де застосування захисного заземлення або занулення утруднено з технічних або інших причин, наприклад, на випробувальних або лабораторних стендах.

До переваг ПЗВ належать: простота схеми, висока надійність, висока швидкодія (час спрацьовування t = 0,02?0,05 с), висока чутливість та селективність.

За принципом дії ПЗВ різняться так:

Прямої дії:

1. ПЗВ, що реагує на напругу корпусу Uдо;

2. ПЗВ, що реагує на струм корпусу Iдо.

Непрямої дії:

3. ПЗВ, що реагує на несиметрію фазної напруги – напруга нульової послідовності Uпро;

4. ПЗВ, що реагує на несиметрію фазних струмів – струму нульової послідовності Iпро;

5. ПЗВ, що реагує на оперативний струм Iоп.

Розглянемо перелічені типи пристроїв захисного вимкнення.

1. ПЗВ, що реагує на напругу корпусу.

Робота схеми ПЗВ, представленої на рис. 7.29 здійснюється таким чином.

Запуск у роботу ЕУ здійснюється натисканням на кнопку «ПУСК» із нормально відкритими контактами. При цьому котушка ОК, що відключає, отримавши харчування від фазних провідників 2 і 3 , стискаючи пружину Р та втягуючи шток, замикає всі чотири контакти магнітного пускача МП. Кнопка «ПУСК» відпускається, а подальше харчування ОК при працюючій ЕУ здійснюється по лінії самопідживлення ЛЗ через контакт МК. При замиканні фазного провідника, наприклад, провідника 2 на корпус ЕУ через реле напруги РН, встановлене на лінії додаткового заземлення ( r g), потече струм. При цьому нормально закриті контакти реле напруги РН розімкнуться, котушки ОК знеструмляться і за допомогою механічної пружини Р відбудеться розмикання контактів магнітного пускача МП та відключення пошкодженої установки від мережі. Усувається небезпека ураження обслуговуючого персоналу електрострумом. Для перевірки працездатності схеми ПЗВ провадиться операція самоконтролю на холостому ході роботи електроустановки. При натисканні кнопки КС, з'єднаної з фазним провідником 1 та лінією захисного заземлення через опір R з, корпус ЕУ опиниться під напругою. При справному стані та відсутності дефектів у схемі ПЗВ відбудеться відключення всієї установки, як описано вище. За допомогою лінії самопідживлення ЛЗ з додатковим механічним контактом МК схема ПЗВ, представлена ​​на рис. 7.29, дозволяє здійснювати нульовий захист – захист від самозапуску електроустановки

при раптовому зникненні та раптовій подачі напруги.

Мал. 7.28. Принципова схема пристрою захисного відключення,
реагує на потенціал корпусу:

МП – магнітний пускач; ОК - котушка, що відключає, з пружиною Р; РН - реле напруги із нормально закритими контактами РН; r 3 – опір основного захисного заземлення; r g- Опір додаткового заземлення; ЛЗ - лінія самопідживлення; МК – додатковий механічний контакт; П – кнопка «ПУСК»; С – кнопка «СТОП»; КС – кнопка «САМОКОНТРОЛЬ»; R c- Опір самоконтролю; a 1 , a 2 - коефіцієнти дотику основного та додаткового заземлень

Вибір напруги спрацьовування ПЗВ, що реагує на напругу корпусу, проводиться за формулою:

(7.25)

де Uпр доп - допустима напруга дотику, що приймається рівним 36 В при тривалості впливу струму на людину 310 с. (Табл. 7.2); R p , X L– активний та індуктивний опір РН; a 1 , a 2 – коефіцієнти дотику відповідних заземлювачів; r g- Опір додаткового заземлення.

Розрахунок за формулою (7.25) зводиться до визначення величини r gпри цьому напруга спрацьовування схеми ПЗВ має бути меншою за напругу дотику, тобто. Uср< Uін.

2. ПЗВ, що реагує на струм корпусу.

Принцип дії схеми пристрою захисного відключення, що реагує на струм корпусу, аналогічний дії схеми ПЗВ, що спрацьовує за напругою корпусу, описаним вище. Ця схема не потребує встановлення додаткового заземлення. Замість реле напруги РН встановлюється реле струму РТ лінії основного захисного заземлення. Інші пристрої та елементи схеми залишаються без зміни, як на рис. 7.20. Вибір струму спрацьовування IСР ПЗВ, що реагує на струм корпусу ЕУ, проводиться за формулою:

Iср = (7.26)

де Zрт - повний опір реле струму, r 3 – опір захисного заземлення; U- Допустима напруга дотику (7.25).

3. ПЗВ, що реагує на несиметрію фазної напруги.

Мал. 7.30. Принципова схема пристрою захисного відключення,
реагує на несиметрію фазних напруг:

а- фільтр нульової послідовності із загальною точкою 1 ; РН – реле напруги;
Z 1 , Z 2 , Z 3 - повні опори фазних провідників 1, 2 та 3; rзм1 , rзм2 - опору
замикання фазних провідників 1 та 2 на землю; Uо =φ 1 - φ 2 - напруга нульової послідовності (φ 1 - потенціал у точці 1 , φ 2 - потенціал у точці 2 )

Датчиком у цій схемі ПЗВ служить фільтр нульової послідовності, що складається з конденсаторів, з'єднаних у зірку.

Розглянемо дію схеми ПЗВ, поданої на рис. 7.30.

Якщо опори фазних провідників щодо землі дорівнюють між собою, тобто. Z 1 = Z 2 = Z 3 = Z, то напруга нульової послідовності дорівнює нулю, Uо = φ 1 - φ 2  = 0. При цьому дана схема ПЗВ не діє.

Якщо відбудеться симетричне зменшення опорів фазних провідників на величину n> 1, тобто. , то напруга Uтакож буде дорівнює нулю і ПЗВ не спрацює.

Якщо станеться несиметричне погіршення ізоляції фазних провідників Z 1 ¹ Z 2 ¹ Z 3 , то в цьому випадку напруга нульової послідовності перевищить напругу спрацьовування схеми та пристрій захисного відключення відключить мережу, Uпро > Uпор.

Якщо станеться замикання на землю одного фазного провідника, то за малого значення опору замикання rзм1 напруга нульової послідовності буде близьким до фазної напруги, Uф > UСР, що призведе до спрацювання захисного відключення.

Якщо станеться замикання на землю двох провідників одночасно, то за малих значень rзм1 та rзм2 напруга нульової послідовності буде близьким до величини, що також призведе до відключення мережі. Таким чином, до переваг схеми ПЗВ, що реагує на напругу Uо, відносяться:

надійність спрацьовування схеми при несиметричному погіршенні ізоляції фазних провідників;

Надійність спрацьовування за одно- або двофазного замикання провідників на землю.

Недоліками даної схеми ПЗВ є абсолютна нечутливість при симетричному погіршенні опору ізоляції фазних провідників та відсутність самоконтролю у схемі, що знижує безпеку обслуговування електричних систем та установок.

4. ПЗВ, що реагує на несиметрію фазних струмів

а) б)

Мал. 7.31. Принципова схема пристрою захисного відключення,
реагує на несиметрію фазних струмів:

а- Схема трансформатора струму нульової послідовності ТТНП; б - I 1 , I 2 , I 3 - струми фазних провідників 1 , 2 , 3 ; РТ – реле струму; ОК - котушка, що відключає; 4 - магнітопровід ТТНП;
5 - вторинна обмотка ТТНП

Датчиком у схемі ПЗВ цього типу служить трансформатор струму нульової послідовності ТТНП, схематично представлений на рис. 7.31, б. Вторинна обмотка ТТНП дає сигнал на реле струму РТ при струмі нульової послідовності I 0 , рівному або більше струму установки, відбудеться відключення електроустановки.

Розглянемо дію ПЗВ, представленої на рис. 7.31.

При рівності опорів ізоляції фазних провідників Z 1 = Z 2 = Z 3 = Zта симетричного навантаження на фазах I 1 = I 2 = I 3 = Iструм нульової послідовності I 0 дорівнюватиме нулю, а отже, магнітний потік у магнітопроводі 4 (рис. 7.31, а) та ЕРС у вторинній обмотці 5 ТТНП також дорівнюватимуть нулю. Схема захисту діє.

При симетричному погіршенні ізоляції фазних провідників та симетричній зміні фазних струмів дана схема ПЗВ також не реагує, оскільки струм I 0 = 0 і у вторинній обмотці ЕРС відсутня.

При несиметричному погіршенні ізоляції фазних провідників або при їх замиканні на землю або корпус ЕУ виникне струм нульової послідовності I 0 > 0 і у вторинній обмотці ТТНП утворюється струм, рівний чи більший струму спрацьовування. В результаті пошкоджена ділянка або установка відключиться від мережі, що є основною перевагою цієї схеми ПЗВ. До недоліків схеми належать складність конструкції, нечутливість до симетричного погіршення ізоляції та відсутність самоконтролю у схемі.

5. ПЗВ, що реагує на оперативний струм.

Датчиком у цій схемі ПЗВ служить реле струму з малим струмом спрацьовування (кілька міліампер).

Мал. 7.32. Принципова схема пристрою захисного відключення,
реагує на оперативний струм:

D 1 ,D 2 ,D 3 - трифазний дросель із загальною точкою 1 ; D р – однофазний дросель; Iоп – оперативний струм від стороннього джерела; РТ – реле струму; Z 1 , Z 2 , Z 3 - повні опори фазних провідників 1 , 2 і 3 ; rзм – опір замикання фазного провідника;
- Шлях оперативного струму

У схему захисту подається постійний оперативний струм. Iоп від стороннього джерела, що проходить по замкнутому ланцюзі: джерело – земля – опір ізоляції провідників Z 1 , Z 2 та Z 3 – самі провідники – трифазний та однофазний дроселі – обмотка реле струму РТ.

При нормальному режимі роботи опору ізоляції провідників високі, тому оперативний струм незначний і менше струму спрацьовування, Iоп< Iпор.

У разі будь-якого зниження опору (симетричного чи несиметричного) ізоляції фазних провідників або внаслідок дотику людини до них повний опір ланцюга Zзменшиться, а оперативний струм Iоп зросте і, якщо він перевищить струм спрацьовування Iпорівн., відключення мережі від джерела живлення.

Перевагою ПЗВ, що реагує на оперативний струм, є забезпечення високого ступеня безпеки для людей на всіх режимах роботи мережі завдяки обмеженню струму та можливості самоконтролю справності схеми.

Недоліком цих пристроїв є складність конструкції, оскільки потрібне джерело постійного струму.

Захисне відключення - вид захисту від ураження струмом в електроустановках, що забезпечує автоматичне вимкнення всіх фаз аварійної ділянки мережі. Тривалість відключення пошкодженої ділянки мережі має бути не більше ніж 0,2 с.

Області застосування захисного відключення: доповнення до захисного заземлення або занулення в електрифікованому інструменті; доповнення до занулення для відключення електроустаткування, віддаленого від джерела живлення; міра захисту у пересувних електроустановках напругою до 1000 В.

Сутність роботи захисного відключення полягає в тому, що пошкодження електроустановки призводить до змін у мережі. Наприклад, при замиканні фази на землю змінюється напруга фаз щодо землі - значення фазної напруги буде прагнути до величини лінійної напруги. При цьому виникає напруга між нейтраллю джерела та землею, так звана напруга нульової послідовності. Знижується загальний опір мережі щодо землі у разі зміни опору ізоляції у бік його зменшення тощо.

Принцип побудови схем захисного відключення у тому, що перелічені режимні зміни у мережі сприймаються чутливим елементом (датчиком) автоматичного пристрою як сигнальні вхідні величини. Датчик виконує роль реле струму або напруги. За певного значення вхідної величини захисне відключення спрацьовує та відключає електроустановку. Значення вхідної величини називають уставкою.

Структурна схема пристрою захисного відключення (ПЗВ) представлена ​​на рис.

Мал. Структурна схема пристрою захисного відключення: Д – датчик; П – перетворювач; КПАС – канал передачі аварійного сигналу; ВВ – виконавчий орган; МОП – джерело небезпеки поразки

Датчик Д реагує на зміну вхідної величини, посилює її до значення KB (К - коефіцієнт передачі датчика) і посилає в перетворювач П.

Перетворювач служить для перетворення посиленої вхідної величини аварійний сигнал КВА. Далі канал передачі аварійного сигналу КПАС передає сигнал АС з перетворювача на виконавчий орган (ІВ). Виконавчий орган здійснює захисну функцію усунення небезпеки ураження - відключає електричну мережу.

На схемі показані ділянки можливих перешкод, що впливають роботу ПЗВ.

На рис. наведено принципову схему захисного відключення за допомогою реле максимального струму.

Мал. Схема пристрою захисного відключення: 1 – реле максимального струму; 2 – трансформатор струму; 3 - заземлюючий провід; 4 - заземлювач; 5 – електродвигун; 6 – контакти пускача; 7 – блок-контакт; 8 - сердечник пускача; 9 - робоча котушка; 10 – кнопка випробування; 11 - допоміжний опір; 12 і 13 - кнопки зупинки та включення; 14 - пускач

Котушка цього реле з нормально замкнутими контактами підключається через трансформатор струму або безпосередньо в розсічення провідника, що йде до окремого допоміжного або загального заземлювача.

Електродвигун вмикається в роботу натисканням кнопки «Пуск». При цьому подається напруга на котушку, сердечник пускача втягується, контакти замикаються та включають електродвигун у мережу. Одночасно замикається блок-контакт, внаслідок чого котушка залишається під напругою.

При замиканні на корпус однієї з фаз утворюється ланцюг струму: місце ушкодження - корпус - заземлюючий провід - трансформатор струму - земля - ​​ємність та опір ізоляції проводів неушкоджених фаз - джерело живлення - місце ушкодження. Якщо величина струму досягне уставки спрацьовування струмового реле, реле спрацює (тобто його нормально замкнутий контакт розімкнеться) і розірве ланцюг котушки магнітного пускача. Сердечник цієї котушки звільниться, і пускач відключиться.

Для перевірки справності та надійності дії захисного відключення передбачена кнопка, при натисканні якої пристрій спрацьовує. Допоміжний опір обмежує струм замикання корпус до необхідної величини. Передбачені кнопки для увімкнення та вимкнення пускача.

У систему підприємств громадського харчування входить великий комплекс мобільних (інвентарних) будівель із металу або з металевим каркасом для вуличного торговельно-сервісного обслуговування (закусочні, кафе тощо). Як технічний засіб захисту від електротравматизму та від можливої ​​пожежі в електроустановках передбачено обов'язкове застосування на цих об'єктах пристрою захисного відключення відповідно до вимог ГОСТ Р50669-94 та ГОСТ Р50571.3-94.

Головдерженергонагляд рекомендує використовувати для цієї мети електромеханічний пристрій типу АСТРО-УЗО, принцип дії якого заснований на дії можливих струмів витоку на магнітоелектричну клямку, обмотка якої підключена у вторинну обмотку трансформатора струму витоку, із сердечником із спеціального матеріалу. Серце в нормальному режимі роботи електричної мережі утримує механізм розчеплення у включеному стані. При виникненні будь-якої несправності у вторинній обмотці трансформатора струму витоку наводиться ЕРС, сердечник втягується, відбувається спрацьовування магнітоелектричної клямки, пов'язаної з механізмом вільного розчеплення контактів (відключається рубильник).

АСТРО-УЗО має російський сертифікат відповідності. Пристрій включено до Держреєстру.

Пристрій захисного відключення повинні оснащуватися не тільки зазначені вище споруди, але й усі приміщення з підвищеною або особливою небезпекою ураження електричним струмом, у тому числі сауни, душі, теплиці з електропідігрівом тощо.