Пристрої, що реагують на напругу корпусу щодо землі. Захисне вимкнення в електроустановках. Помилки у схемах підключення через які вибиває ПЗВ
Захисне відключення
Занулення
Занулення- навмисне електричне з'єднання з нульовим захисним провідником металевих нетоковедущих частин, які можуть опинитися під напругою. Нульовий захисний провідник - провідник, що з'єднує частини, що занулюються, з нейтральною точкою обмотки джерела струму або її еквівалентом.
Занулення застосовується у мережах напругою до 1000 В із заземленою нейтраллю. У разі пробою фази на металевий корпус електрообладнання виникає однофазне коротке замикання, що призводить до швидкого спрацьовування захисту і тим самим автоматичного відключення пошкодженої установки від мережі живлення. Такий захист є: плавкі запобіжники або максимальні автомати, встановлені для захисту від струмів коротких замикань; автомати із комбінованими розчіплювачами.
При замиканні фази на занулений корпус електроустановка автоматично відключається, якщо струм однофазного короткого замикання I З задовольняє умові I З >= до∙I Н, де I Н - номінальний струм плавкою вставки запобіжника або струм спрацьовування автоматичного вимикача, А; до- Коефіцієнт кратності струму.
Для автоматів до= 1,25 – 1,4. Для запобіжників до = 3.
Провідність нульового захисного провідника має бути не менше 50% провідності фазного дроту.
Розрахунок занулення на безпеку дотику до корпусу при замиканні фази на землю або корпус зводиться до розрахунку заземлення нейтральної точки трансформатора та повторних заземлювачів нульового захисного провідника. Відповідно до ПУЭ опір заземлення нейтралі має бути трохи більше 8 Ом при 220/127 У; 4 ОМ при 380/220; 2 Ом за 660/380 Ст.
Захисне відключення- це система захисту, що автоматично відключає електроустановку при виникненні небезпеки ураження людини електричним струмом (при замиканні на землю, зниженні опору ізоляції, несправності заземлення або занулення). Захисне відключення застосовується тоді, коли важко виконати заземлення або занулення, а також на додаток до нього у деяких випадках.
Враховуючи залежність від того, що є вхідною величиною, на зміну якої реагує захисне відключення, виділяють схеми захисного відключення: на напругу корпусу щодо землі; на струм замикання землі; на напругу або струм нульової послідовності; на напругу фази щодо землі; на постійний та змінний оперативні струми; комбіновані.
Принцип дії ПЗВ як захисного вимикача, що реагує на струм витоку.
Мал. 14. Схема електроустановки з ПЗВ
Пристрої, що реагують на напругу нульової послідовності, застосовуються в трипровідних мережах напругою до 1000 з ізольованою нейтраллю і малою протяжністю. Пристрої захисного відключення, що реагують на струм замикання, використовуються для установок, корпуси яких ізольовані від землі (ручний електроінструмент, пересувні установки тощо).
Пристрій, що реагує на струм нульової послідовності, застосовується в мережах із заземленою та ізольованою нейтраллю.
Захисне відключення - поняття та види. Класифікація та особливості категорії "Захисне відключення" 2017, 2018.
Захисне відключення - швидкодіючий захист, що забезпечує автоматичне відключення електроустановки при виникненні в ній небезпеки ураження струмом, яка може виникнути при: замиканні фоли на корпус електроустаткування: зниженні опору... .
Захисне відключення – це система захисту, що автоматично відключає електроустановку при виникненні небезпеки ураження людини електричним струмом (при замиканні на землю, зниженні опору ізоляції, несправності заземлення або занулення). Захисне... .
Захисне заземлення Під захисним заземленням розуміється навмисне з'єднання із землею або її еквівалентом металевих невідповідних частин, які можуть опинитися під напругою. Заземлення частин електроустановки та корпусів... .
Захисне відключення – швидкодіючий захист, що забезпечує автоматичне відключення електроустановки при виникненні в ній небезпеки ураження струмом, яка може виникнути: - при замиканні фази на корпус електроустаткування; - при зниженні... .
РОЗДІЛ 6.12 Захисне відключення (ЗО) – система захисту, що автоматично відключає електроустановку при виникненні небезпеки ураження людини електричним струмом (при замиканні на землю, зниження опору ізоляції, несправності заземлення) ЗО застосовуються... .
Захисне відключення - система захисту, що забезпечує автоматичне відключення електроустановки у разі виникнення в ній небезпеки ураження електричним струмом. Схема захисного відключення наведено на рис. 2.13.3. Ця схема здійснює захист від глухих замикань на... [читати докладніше] .
Захисне відключення є швидкодіючим захистом, що забезпечує автоматичне відключення електроустановки при виникненні в ній небезпеки ураження струмом. Така небезпека може виникнути при порушенні ізоляції струмопровідних частин і пробої на... .
Захисним відключенням називається пристрій, що швидко (не більше 0,2 с) автоматично відключає ділянку електричної мережі при виникненні в ньому небезпеки ураження людини струмом.
Така небезпека може виникнути, зокрема, у разі замикання фази на корпус електроустаткування; при зниженні опору ізоляції фаз щодо землі нижче за певну межу; з появою в мережі вищої напруги; при дотику людини до струмоведучої частини, яка перебуває під напругою. У таких випадках у мережі відбувається зміна деяких електричних параметрів; наприклад, можуть змінитися напруга корпусу відносно землі, струм замикання на землю, напруга фаз щодо землі, напруга нульової послідовності та ін. імпульсом, що викликає спрацювання захисно-вимикаючого пристрою, тобто автоматичне відключення небезпечної ділянки мережі.
Основними частинами пристрою захисного відключення є прилад захисного відключення та автоматичний вимикач.
Прилад захисного відключення — сукупність окремих елементів, які реагують зміну будь-якого параметра електричної мережі і дають сигнал відключення автоматичного вимикача. Цими елементами є: датчик - пристрій, що сприймає зміну параметра і перетворює його на відповідний сигнал. Як правило, датчиками є реле відповідних типів; підсилювач, призначений для посилення сигналу датчика, якщо він виявляється недостатньо потужним; ланцюги контролю, що служать для періодичної перевірки справності схеми захисно-вимикаючого пристрою; допоміжні елементи – сигнальні лампи, вимірювальні прилади (наприклад, омметр), що характеризують стан електроустановки тощо.
Автоматичний вимикач - пристрій, що служить для увімкнення та відключення ланцюгів, що знаходяться під навантаженням, та при коротких замиканнях. Він повинен відключати ланцюг автоматично, коли надходить сигнал від приладу захисного відключення.
Типи пристроїв. Кожен захисно-вимикаючий пристрій залежно від параметра, на який він реагує, може бути віднесений до того чи іншого типу, у тому числі до типів пристроїв, що реагують на напругу корпусу щодо землі, струм замикання на землю, напруга фази відносно землі, нульова напруга послідовності, струм нульової послідовності, оперативний струм та ін Нижче як приклад розглянуто два типи таких пристроїв.
Захист відключаючих пристроїв, що реагують на напругу корпусу щодо землі, мають призначення усунути небезпеку ураження струмом при виникненні на заземленому або запуленому корпусі підвищеної напруги. Ці пристрої є додатковим заходом захисту для заземлення або занулення.
Принцип дії — швидке відключення від мережі установки, якщо напруга її корпусу щодо землі виявиться вищою за деяке гранично допустиме значення Uк.доп, внаслідок чого дотик до корпусу стає небезпечним.
Принципова схема такого пристрою наведена на рис. 76. Тут як датчик служить реле максимальної напруги, включене між корпусом, що захищається, і допоміжним заземлювачем RB безпосередньо або через трансформатор напруги. Електроди допоміжного заземлювача розміщуються в зоні нульового потенціалу, тобто не ближче 15-20 м від заземлювача корпусу R3 або заземлювачів нульового дроту.
При проби фази на заземлений або занулений корпус спочатку проявиться захисна властивість заземлення (або занулення), завдяки якому напруга корпусу буде обмежена деякою межею UK. Потім, якщо UK виявиться вище заздалегідь встановленої гранично допустимої напруги Uк.доп, спрацьовує захисно-вимикаючий пристрій, тобто реле максимальної напруги, замкнувши контакти, подасть живлення на котушку, що відключає, і викличе тим самим відключення установки від мережі.
Мал. 76. Принципова схема захисно-вимикаючого пристрою, що реагує на напругу корпусу щодо землі:
1 - корпус; 2 - автоматичний вимикач; АЛЕ - котушка відключає; H - реле напруги максимальне; R3 - опір захисного заземлення; RB - опір допоміжного заземлення
Застосування цього типу захисно-вимикання обмежується установками з індивідуальними заземленнями.
Захисно-вимикаючі пристрої, що реагують на оперативний постійний струм, призначені для безперервного автоматичного контролю ізоляції мережі, а також для захисту людини, що доторкнулась до струмоведучої частини, від ураження струмом.
У цих пристроях опір ізоляції проводів щодо землі оцінюється величиною постійного струму, що проходить через ці опори та одержується від стороннього джерела.
При зниженні опору ізоляції проводів нижче за деяку заздалегідь встановлену межу внаслідок пошкодження або дотику людини до проводу постійний струм зросте і викличе відключення відповідної ділянки.
Принципова схема цього пристрою показано на рис. 77. Датчиком служить реле струму Т з малим струмом спрацьовування (кілька міліампер). Трифазний дросель – трансформатор ДП призначений для отримання нульової точки мережі. Однофазний дросель Д обмежує витік змінного струму в землю, якому він чинить великий індуктивний опір.
Мал. 77. Принципова схема захисно-вимикаючого пристрою, що реагує на оперативний постійний струм: *
1 - автоматичний вимикач;
2 - джерело постійного струму; КО - котушка відключення вимикача; ДП - дросель трифазний; Д - однофазний дросель; Т - реле струму; R1, R2, R3 - опору ізоляції фаз щодо землі; Ram - опір замикання фази на землю
Постійний струм Ір, що отримується від стороннього джерела, протікає по замкнутому ланцюзі: джерело - земля - опір ізоляції всіх проводів щодо землі - проводи - трифазний дросель ДТ - однофазний дросель Д - обмотка реле струму Т - джерело струму.
Величина цього струму (А) залежить від напруги джерела постійного струму Uіст та загального опору ланцюга:
де Rд - сумарний опір реле та дроселів, Ом;
Ra - сумарний опір ізоляції проводів R1, R2, R3 та замикання фази на землю R3M.
При нормальному режимі роботи мережі опір Rd велике, і тому струм Iр незначний. У разі зниження опору ізоляції однієї (або двох, трьох фаз) в результаті замикання фази на землю або на корпус, або в результаті дотику до фази людини опір Rе зменшиться, а струм Iр зросте і, якщо він перевищить струм спрацьовування реле, відбудеться відключення мережі від джерела живлення.
Область застосування цих пристроїв – мережі невеликої протяжності напругою до 1000 В із ізольованою нейтраллю.
Систему захисту, що забезпечує автоматичне відключення всіх фаз або полюсів аварійної ділянки мережі за повний час відключення не більше 0,2 с, називають захисним вимкненням.
Незалежно від стану нейтралі системи живлення будь-яке однофазне замикання на корпус призводить до появи напруги щодо землі на корпусах електрообладнання. Цю обставину використовують при побудові універсального захисту, що забезпечує відключення автоматами пошкодженого електрообладнання з появою певної заданої різниці потенціалів між корпусом та землею. Така система ідентична заземленню і заснована на автоматичному відключенні електроприймача, якщо на його металевих частинах, які нормально не знаходяться під напругою, останнє з'являється. Захисне відключення застосовують для систем із ізольованою та глухозаземленою нейтраллю.
Мал. 1. Принципова схема захисного відключення:
1 - корпус електроприймача; 2 - пружина, що відключає; 3 – контакти мережевого контактора; 4 - клямка; 5 - сердечник котушки; б - котушка, що відключає; 7, 8 – заземлювачі; 9 контакт
Розглянемо дію захисного відключення у разі виникнення напруги на корпусі одиночного електроприймача внаслідок пошкодження його ізоляції. Тут можливі два випадки: електроприймач не заземлений та електроприймач має заземлення.
Першому випадку відповідає розімкнене положення контакту 9 (рис. 1). На деякій відстані від електроприймача, що захищається, забивають в землю заземлювач 7 (у тому випадку, якщо немає природних заземлювачів, які не повинні мати електричного зв'язку з корпусом / електроприймача). Захисний вимикач дозволяє розрив ланцюга електропостачання контактами мережевого контактора при подачі напруги на котушку 6.
При знеструмленому стані котушки 6 її сердечник 5 утримує клямку 4, не дозволяючи пружині 2 розімкнути контакти 3 (на схемі контакти показані розімкненими, хоча сердечник утримує клямку). Один кінець обмотки котушки приєднаний до корпусу електроприймача 7, другий - до виносного заземлювача 7. У разі пошкодження ізоляції між корпусом електроприймача і виносним заземлювачем 7 з'явиться фазна напруга. Котушка 6, що відключає, виявиться під напругою, і по її обмотці потече струм. Сердечник 5 втягнеться і звільнить утримуючу клямку 4. Пружина 2 розімкне контакти 3 мережевого контактора, і ланцюг живлення електроустановки розірветься. Напруга дотику на корпусі електроприймача зникне, зіткнення з ним стане безпечним.
Другий випадок, коли корпус електроприймача заземлений, відповідає замкнуте положення контакту 9. При виникненні пошкодження ізоляції на корпусі електроприймача з'явиться напруга, значення якого визначатиме падіння напруги в заземлювачі, що дорівнює струму замикання на землю, помноженому на опір заземлення заземлювача. Принципової різниці у дії захисту у першому та другому випадках немає.
Основою захисту за допомогою захисного вимкнення є швидке відключення пошкодженого електроприймача.
Мал. 2. Схема захисного відключення при ізольованій нейтралі
Відповідно до ПУЕ, захисне відключення рекомендується застосовувати у таких установках: електроустановки з ізольованою нейтраллю, до яких висуваються підвищені вимоги щодо безпеки (на додаток до влаштування заземлень). Схему такого захисного відключення показано на рис. 2. При появі в котушці реле КА струму замикання на землю його контакт, що розмикає, в ланцюгу котушки контактора КМ розмикається і контактор своїми головними контактами відключає електродвигун М від мережі;
електроустановки з глухозаземленою нейтраллю напругою до 1000 В, корпуси яких не мають приєднання до заземленого нейтрального дроту, оскільки виконання такого приєднання утруднене;
пересувні установки, якщо заземлення їх може бути виконано відповідно до вимог ПУЭ.
Захисне відключення відрізняється універсальністю та швидкодією, тому його використання в мережах як з глухозаземленою, так і з ізольованою нейтраллю дуже перспективно. Особливо доцільно використовувати їх у мережах напругою 380/220 У.
Недоліком захисного відключення є можливість відмови від вимкнення у разі пригоралі контактів комутаційного пристрою або обриву проводів.
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 здійснюється 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 спрацьовування 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 за несиметричного погіршення 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., відбудеться 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.
У мережах з глухозаземленою нейтраллю напругою до 1 кВ (системи TN) захисне заземлення неефективне, оскільки навіть при глухому замиканні на землю струм залежить від опору заземлення і при його зменшенні струм зростає, а напруга дотику може досягати небезпечних значень. Тому в системах TNЗахист від ураження електричним струмом при непрямому дотику забезпечується обмеженням часу впливу електричного струму на організм людини. Для цього має бути виконано захисне автоматичне відключення живлення,забезпечує захист як від надструмів (струмів короткого замикання) і зване захисним зануленням, так і від струмів витоку за допомогою пристроїв захисного відключення, що реагують на диференціальний струм (ПЗВ-Д).
Захисне автоматичне вимкнення живлення автоматичне розмикання ланцюга одного або декількох фазних провідників (і, якщо потрібно, нульового робочого провідника), яке виконується з метою електробезпеки.
Призначення автоматичного вимкнення живлення запобігання появі напруги дотику, тривалість впливу якого може становити небезпеку при пошкодженні ізоляції.
Для автоматичного відключення живлення можуть бути застосовані захисно-комутаційні апарати, що реагують на надструми (автоматичні вимикачі) та встановлюються у фазних провідниках, або на диференціальний струм (ПЗВ-Д).
Захисне занулення навмисне електричне з'єднання відкритих провідних частин з нейтральною глухозаземленою точкою обмотки джерела струму в трифазних мережах. Це з'єднання здійснюється за допомогою нульового захисного PE- або поєднаного PEN-Провідника.
Принципова схема захисного занулення мережі трифазного струму (система TN- S) показано на рис.14.8.
Принцип дії захисного занулення перетворення замикання на відкриті провідні частини (металеві корпуси електроустановок) на однофазне коротке замикання (замикання між фазним та нульовим захисним провідниками) з метою викликати великий струм короткого замикання Iдо, здатний забезпечити спрацьовування захисту і тим самим автоматично відключити пошкоджену електроустановку від мережі живлення.
При замиканні, наприклад, фазного провідника L 3 на занулений корпус (рис. 14.8) струм короткого замикання проходить через такі ділянки ланцюга: обмотку трансформатора (генератора), фазний L 3 та нульовий захисний PE-Провід. Величина струму визначається фазною напругою та повним опором ланцюга однофазного короткого замикання:
при цьому опору трансформатора Zт, фазного дроту Zф.пр та нульового захисного PE-дроти Zн мають активну та індуктивну складові.
Як апарати захисту виступають плавкі запобіжники, автоматичні запобіжники та автоматичні вимикачі, які повинні забезпечити малий час розмикання ланцюга (відключення).
Крім того, оскільки занулені корпуси (або інші відкриті провідні частини) заземлені через нульовий захисний PE- (або суміщений PEN-) провідник та повторні заземлення Rп, то аварійний період, тобто. з моменту виникнення замикання на корпус та до автоматичного відключення пошкодженої електроустановки від мережі, проявляється захисна властивість цього заземлення, як при захисному заземленні. За рахунок протікання струму замикання Iчерез опір повторного заземлення Rп, напруга PE-провідника (або PEN-провідника), а, отже, і приєднаних до нього корпусів електрообладнання щодо землі знижується в аварійний період до моменту спрацьовування захисту або у разі обриву PE- (або PEN-) Провідника. Таким чином, захисне занулення здійснює дві захисні дії - швидке автоматичне відключення пошкодженої установки від мережі живлення і зниження напруги занулених металевих нетоковедучих частин, що опинилися під напругою, щодо землі.
Повторні заземлення PE- або PEN-Провідники на повітряних лініях виконуються на всіх відгалуженнях довжиною більше 200 м і на введенні в електроустановку. У мережі напругою 380/220 Опір заземлення нейтралі має бути не більше 4 Ом, а загальний опір розтіканню заземлювачів всіх повторних заземлень PE- або PEN-Провідника - не більше 10 Ом.
Час захисного автоматичного вимкнення для системи TNпри номінальній фазній напрузі не повинно перевищувати значень: 127 - 0,8 с; 220 В - 0,4 с; 380 В - 0,2 с; понад 380 – 0,1 с.
Для забезпечення зазначеного часу відключення живлення струм однофазного короткого замикання повинен перевищувати не менше ніж у три рази номінальний струм плавкою вставки найближчого запобіжника або струм спрацьовування розчеплювача автоматичного вимикача із залежною від струму характеристикою. При захисті мережі автоматичними вимикачами з електромагнітним розчіпником перевищення струму короткого замикання над номінальним струмом визначається типом електромагнітного розчіплювача: A, B, C, D.
Мал. 14.8. Принципова схема захисного занулення.
Автоматичне вимкнення з використанням пристроїв захисного вимкнення (ПЗВ ) , що реагують на струми витоку. При малих струмах замикання, струмах витоку, зниження рівня ізоляції, а також при обриві нульового захисного провідника захисне занулення недостатньо ефективне, тому в цих випадках ПЗВ є єдиним засобом захисту людини від ураження електричним струмом. Сучасні пристрої захисного відключення (ПЗВ) мають швидкодію від 0,04 до 0,3 с.
ПЗВ створюються на різних принципах дії. Найбільш досконалим є ПЗВ, що реагує на струм витоку (диференціальний струм). Достоїнство його полягає в тому, що воно захищає людину від ураження електричним струмом як у разі дотику до відкритих провідних частин електроустановки, що опинилися під напругою через пошкодження ізоляції, так і при прямому дотику до струмоведучих частин. Саме такі ПЗВ можуть бути віднесені одночасно до засобів захисту як при непрямих, так і за прямих дотиків.
Крім того, ПЗВ виконує ще одну важливу функцію – захист електроустановок від загорянь, першопричиною яких є витік, спричинений погіршенням ізоляції. Відомо, що більше третини пожеж виникає від несправностей електропроводок, тому цілком справедливо ПЗВ називають протипожежним сторожем.
ПЗВ складається з трьох функціональних елементів: датчика, виконавчого органу та комутаційного пристрою. Датчик уловлює струми витоку, що стікають із фазних проводів на землю у разі прямого дотику людини або пошкодження ізоляції. Сигнал про наявність струму витоку надходить у виконавчий орган, де посилюється і перетворюється на команду відключення комутаційного устройства. Найбільшого поширення набули ПЗВ, засновані на використанні як датчик інформації про виникнення небезпечних ситуацій диференціального трансформатора струму (ДТТ). Виконавчий орган ПЗВ може працювати на двох різних принципах: електронномуі електромеханічний.
Електрична схема електромеханічного ПЗВ наведено малюнку 14.9. Датчиком пристрою служить ДТТ (I), кільцевий магнітопровід якого охоплює дроти, що живлять навантаження і відіграють роль первинної обмотки. За відсутності струму витоку робочі струми (I1) у прямому (фазному) L) та (I2) у зворотному (нульовому робочому N) проводах рівні і наводять у магнітопроводі рівні, але протилежно спрямовані магнітні потоки; результуючий потік дорівнює нулю і тому ЕРС у вторинній обмотці відсутня. ПЗВ не спрацьовує. При появі струму витоку (I ) (наприклад, при замиканні на корпус або дотику людини до оголеного фазного проводу) струм у прямому дроті перевищує зворотний струм на величину струму витоку I ; у сердечнику виникає магнітний потік небалансу, а у вторинній обмотці наводиться ЕРС, пропорційна струму витоку. По обмотці магнітоелектричного реле (2) протікає струм, що викликає його спрацьовування та вплив на механізм вільного розчеплення (3), що відключає контакти. ПЗВ спрацьовує. Така дія ПЗВ двополюсного виконання в ланцюзі однофазного навантаження.
Для роботи в трифазній мережі (як три-, так і чотирипровідний) ПЗВ виконується чотириполюсним, тобто магнітопровід охоплює три фазні та нульові робітникпровідники. Деякі типи пристроїв захисного відключення (в основному, зарубіжного виробництва) поєднують у собі функції ПЗВ та автоматичного вимикача, що неминуче веде до зниження надійності та підвищення вартості за рахунок ускладнення схеми та збільшення кількості компонентів.
За видом робочої напруги (струму витоку) ПЗВ діляться на типи:
АС - тільки для змінної (синусоїдальної) напруги;
А – для синусоїдальної напруги та пульсуючої напруги з постійною складовою.
При виборі ПЗВ слід враховувати, що джерелом напруги можуть бути пральні машини, персональні комп'ютери, телевізори, регулятори джерел світла.
ПЗВ є високоефективним та перспективним способом захисту. Воно використовується в електроустановках до 1 кВ на додаток до захисного заземлення (захисного занулення), а також як основний або додатковий спосіб захисту, коли інші способи та засоби не застосовні або малоефективні.
Мал. 14.9. Електрична схема ПЗВ.
