Устройства реагирующие на напряжение корпуса относительно земли. Защитное отключение в электроустановках. Ошибки в схемах подключения из-за которых выбивает УЗО
Защитное отключение
Зануление
Зануление - преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Нулевой защитный проводник - проводник, соединяющий зануляемые части с нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом.
Зануление применяется в сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью. В случае пробоя фазы на металлический корпус электрооборудования возникает однофазное короткое замыкание, что приводит к быстрому срабатыванию защиты и тем самым автоматическому отключению поврежденной установки от питающей сети. Такой защитой являются: плавкие предохранители или максимальные автоматы, установленные для защиты от токов коротких замыканий; автоматы с комбинированными расцепителями.
При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключается, в случае если ток однофазного короткого замыкания I З удовлетворяет условию I З >= к ∙I Н, где I Н - номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автоматического выключателя, А; к - коэффициент кратности тока.
Для автоматов к = 1,25 - 1,4. Для предохранителей к = 3.
Проводимость нулевого защитного проводника должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода.
Расчет зануления на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю или корпус сводится к расчету заземления нейтральной точки трансформатора и повторных заземлителей нулевого защитного проводника. Согласно ПУЭ сопротивление заземления нейтрали должно быть не более 8 Ом при 220/127 В; 4 ОМ при 380/220 В; 2 Ом при 660/380 В.
Защитное отключение - это система защиты, автоматически отключающая электроустановку при возникновении опасности поражения человека электрическим током (при замыкании на землю, снижении сопротивления изоляции, неисправности заземления или зануления). Защитное отключение применяется тогда, когда трудно выполнить заземление или зануление, а также в дополнение к нему в некоторых случаях.
Учитывая зависимость оттого, что является входной величиной, на изменение которой реагирует защитное отключение, выделяют схемы защитного отключения: на напряжение корпуса относительно земли; на ток замыкания на землю; на напряжение или ток нулевой последовательности; на напряжение фазы относительно земли; на постоянный и переменный оперативные токи; комбинированные.
Принцип действия УЗО как защитного выключателя, реагирующего на ток утечки.
Рис. 14. Схема электроустановки с УЗО
Устройства, реагирующие на напряжение нулевой последовательности, применяются в трехпроводных сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и малой протяженностью. Устройства защитного отключения, реагирующие на ток замыкания, применяются для установок, корпуса которых изолированы от земли (ручной электроинструмент, передвижные установки и т.д.).
Устройство, реагирующее на ток нулевой последовательности, применяется в сетях с заземленной и изолированной нейтралью.
Защитное отключение - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Защитное отключение" 2017, 2018.
Защитное отключение - быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током, которая может возникнуть при: замыкании фалы на корпус электрооборудования: снижении сопротивления... .
Защитное отключение – это система защиты, автоматически отключающая электроустановку при возникновении опасности поражения человека электрическим током (при замыкании на землю, снижении сопротивления изоляции, неисправности заземления или зануления). Защитное... .
Защитное заземление Под защитным заземлением понимается преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Заземление частей электроустановки и корпусов... .
Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током, которая может возникнуть: - при замыкании фазы на корпус электрооборудования; - при снижении... .
РАЗДЕЛ 6.12 Защитное отключение (ЗО) – система защиты, автоматически отключающая электроустановку при возникновении опасности поражения человека электрическим током (при замыкании на землю, снижение сопротивления изоляции, неисправности заземления) ЗО применяются... .
Защитное отключение - система защиты, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения электрическим током. Схема защитного отключения приведена на рис. 2.13.3. Эта схема осуществляет защиту от глухих замыканий на... [читать подробнее] .
Защитное отключение представляет собой быстродействующую защиту, обеспечивающую автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током. Такая опасность может возникнуть при нарушении изоляции токоведущих частей и пробое на... .
Защитным отключением называется устройство, быстро (не более 0,2 с) автоматически отключающее участок электрической сети при возникновении в нем опасности поражения человека током.
Такая опасность может возникнуть, в частности, при замыкании фазы на корпус электрооборудования; при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенного предела; при появлении в сети более высокого напряжения; при прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением. В этих случаях в сети происходит изменение некоторых электрических параметров; например, могут измениться напряжение корпуса относительно земли, ток замыкания на землю, напряжение фаз относительно земли, напряжение нулевой последовательности и др. Любой из этих параметров, а точнее говоря — изменение его до определенного предела, при котором возникает опасность поражения человека током, может служить импульсом, вызывающим срабатывание защитно-отключающего устройства, т. е. автоматическое отключение опасного участка сети.
Основными частями устройства защитного отключения являются прибор защитного отключения и автоматический выключатель.
Прибор защитного отключения — совокупность отдельных элементов, которые реагируют на изменение какого-либо параметра электрической сети и дают сигнал на отключение автоматического выключателя. Этими элементами являются: датчик — устройство, воспринимающее изменение параметра и преобразующее его в соответствующий сигнал. Как правило, датчиками служат реле соответствующих типов; усилитель, предназначенный для усиления сигнала датчика, если он оказывается недостаточно мощным; цепи контроля, служащие для периодической проверки исправности схемы защитно-отключающего устройства; вспомогательные элементы — сигнальные лампы, измерительные приборы (например, омметр), характеризующие состояние электроустановки и т. п.
Автоматический выключатель — устройство, служащее для включения и отключения цепей, находящихся под нагрузкой, и при коротких замыканиях. Он должен отключать цепь автоматически при поступлении сигнала от прибора защитного отключения.
Типы устройств. Каждое защитно-отключающее устройство в зависимости от параметра, на который оно реагирует, может быть отнесено к тому или иному типу, в том числе к типам устройств, реагирующих на напряжение корпуса относительно земли, ток замыкания на землю, напряжение фазы относительно земли, напряжение нулевой последовательности, ток нулевой последовательности, оперативный ток и др. Ниже в качестве примера рассмотрено два типа таких устройств.
Защити отключающие устройства, реагирующие на напряжение корпуса относительно земли, имеют назначение устранить опасность поражения током при возникновении на заземленном или запуленном корпусе повышенного напряжения. Эти устройства являются дополнительной мерой защиты к заземлению или занулению.
Принцип действия — быстрое отключение от сети установки, если напряжение ее корпуса относительно земли окажется выше некоторого предельно допустимого значения Uк.доп, вследствие чего прикосновение к корпусу становится опасным.
Принципиальная схема такого устройства приведена на рис. 76. Здесь в качестве датчика служит реле максимального напряжения, включенное между защищаемым корпусом и вспомогательным заземлителем RB непосредственно или через трансформатор напряжения. Электроды вспомогательного заземлителя размещаются в зоне нулевого потенциала, т. е. не ближе 15—20 м от заземлителя корпуса R3 или заземлителей нулевого провода.
При пробое фазы на заземленный или зануленный корпус вначале проявится защитное свойство заземления (или зануления), благодаря которому напряжение корпуса будет ограничено некоторым пределом UK. Затем, если UK окажется выше заранее установленного предельно допустимого напряжения Uк.доп, срабатывает защитно-отключающее устройство, т. е. реле максимального напряжения, замкнув контакты, подаст питание на отключающую катушку и вызовет тем самым отключение установки от сети.
Рис. 76. Принципиальная схема защитно-отключающего устройства, реагирующего на напряжение корпуса относительно земли:
1 — корпус; 2 — автоматический выключатель; НО — катушка отключающая; H — реле напряжения максимальное; R3 — сопротивление защитного заземления; RB — сопротивление вспомогательного заземления
Применение этого типа защитно-отключающих устройств ограничивается установками с индивидуальными заземлениями.
Защитно-отключающие устройства, реагирующие на оперативный постоянный ток, предназначены для непрерывного автоматического контроля изоляции сети, а также для защиты человека, прикоснувшегося к токоведущей части, от поражения током.
В этих устройствах сопротивление изоляции проводов относительно земли оценивается величиной постоянного тока, проходящего через эти сопротивления и получаемого от постороннего источника.
При снижении сопротивления изоляции проводов ниже некоторого заранее установленного предела в результате повреждения или прикосновения человека к проводу постоянный ток возрастет и вызовет отключение соответствующего участка.
Принципиальная схема этого устройства показана на рис. 77. Датчиком служит реле тока Т с малым током срабатывания (несколько миллиампер). Трехфазный дроссель — трансформатор ДТ предназначен для получения нулевой точки сети. Однофазный дроссель Д ограничивает утечку переменного тока в землю, которому он оказывает большое индуктивное сопротивление.
Рис. 77. Принципиальная схема защитно-отключающего устройства, реагирующего на оперативный постоянный ток: *
1 — автоматический выключатель;
2 — источник постоянного тока; КО — катушка отключения выключателя; ДТ — дроссель трехфазный; Д — дроссель однофазный; Т — реле тока; R1, R2, R3 — сопротивления изоляции фаз относительно земли; Ram - сопротивление замыкания фазы на землю
Постоянный ток Iр, получаемый от постороннего источника, протекает по замкнутой цепи: источник — земля — сопротивление изоляции всех проводов относительно земли — провода — трехфазный дроссель ДТ — однофазный дроссель Д — обмотка реле тока Т — источник тока.
Величина этого тока (А) зависит от напряжения источника постоянного тока Uист и общего сопротивления цепи:
где Rд — суммарное сопротивление реле и дросселей, Ом;
Ra — суммарное сопротивление изоляции проводов R1, R2, R3 и замыкания фазы на землю R3M.
При нормальном режиме работы сети сопротивление Rd велико, и поэтому ток Iр незначителен. В случае же снижения сопротивления изоляции одной (или двух, трех фаз) в результате замыкания фазы на землю или на корпус, либо в результате прикосновения к фазе человека сопротивление Rэ уменьшится, а ток Iр возрастет и, если он превысит ток срабатывания реле, произойдет отключение сети от источника питания.
Область применения этих устройств — сети небольшой протяженности напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью.
Систему защиты, обеспечивающую автоматическое отключение всех фаз или
полюсов аварийного участка сети за полное время отключения не более
0,2 с, называют защитным отключением
.
Независимо от состояния нейтрали питающей системы любое однофазное
замыкание на корпус приводит к появлению напряжения относительно земли
на корпусах электрооборудования. Это обстоятельство используют при
построении универсальной защиты, которая обеспечивает отключение
автоматами поврежденного электрооборудования при появлении некоторой
заданной разности потенциалов между корпусом и землей. Такая система
идентична заземлению и основана на автоматическом отключении
электроприемника, если на его металлических частях, нормально не
находящихся под напряжением, последнее появляется. Защитное отключение
применяют для систем с изолированной и глухозаземленной нейтралью.
Рис. 1. Принципиальная схема защитного отключения:
1 - корпус электроприемника; 2 - отключающая пружина; 3 - контакты
сетевого контактора; 4 - защелка; 5 - сердечник катушки; б -
отключающая катушка; 7, 8 - заземлители; 9 контакт
Рассмотрим действие защитного отключения при
возникновении напряжения на корпусе одиночного электроприемника в
результате повреждения его изоляции. Здесь возможны два случая:
электроприемник не заземлен и электроприемник имеет заземление.
Первому случаю соответствует разомкнутое положение контакта 9 (рис.
1). На некотором расстоянии от защищаемого электроприемника забивают в
землю заземлитель 7 (в том случае, если нет естественных заземлителей,
которые не должны иметь электрической связи с корпусом /
электроприемника). Защитный отключатель позволяет произвести разрыв
цепи электроснабжения контактами сетевого контактора при подаче
напряжения на катушку 6.
При обесточенном состоянии катушки 6 ее сердечник 5 удерживает
защелку 4, не позволяя пружине 2 разомкнуть контакты 3 (на схеме
контакты показаны разомкнутыми, хотя сердечник удерживает защелку).
Один конец обмотки катушки присоединен к корпусу 7 электроприемника,
второй - к выносному заземлителю 7. В случае повреждения изоляции между
корпусом электроприемника и выносным заземлителем 7 появится фазное
напряжение. Отключающая катушка 6 окажется под напряжением, и по ее
обмотке потечет ток. Сердечник 5 втянется и освободит удерживающую
защелку 4. Пружина 2 разомкнет контакты 3 сетевого контактора, и цепь
питания электроустановки разорвется. Напряжение прикосновения на корпусе
электроприемника исчезнет, соприкосновение с ним станет безопасным.
Второму случаю, когда корпус электроприемника заземлен, соответствует
замкнутое положение контакта 9. При возникновении повреждения изоляции
на корпусе электроприемника появится напряжение, значение которого
будет определять падение напряжения в заземлителе, равное току
замыкания на землю, умноженному на сопротивление заземления заземлителя.
Принципиальной разницы в действии защиты в первом и втором случаях
нет.
Основой защиты с помощью защитного отключения является быстрое отключение поврежденного электроприемника.
Рис. 2. Схема защитного отключения при изолированной нейтрали
Согласно ПУЭ, защитное отключение рекомендуется применять в следующих
установках: электроустановки с изолированной нейтралью, к которым
предъявляются повышенные требования в отношении безопасности (в
дополнение к устройству заземлений). Схема такого защитного отключения
показана на рис. 2. При появлении в катушке реле КА тока замыкания на
землю его размыкающий контакт в цепи катушки контактора КМ размыкается и
контактор своими главными контактами отключает электродвигатель М от
сети;
электроустановки с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В,
корпуса которых не имеют присоединения к заземленному нейтральному
проводу, поскольку выполнение такого присоединения затруднено;
передвижные установки, если заземление их не может быть выполнено в соответствии с требованиями ПУЭ.
Защитное отключение отличается универсальностью и быстродействием,
поэтому его использование в сетях как с глухозаземленной, гак и с
изолированной нейтралью весьма перспективно. Особенно целесообразно
использовать его в сетях напряжением 380/220 В.
Недостатком защитного отключения является возможность отказа
отключения в случае пригоралия контактов коммутационного устройства или
обрыва проводов.
Защитное отключение предназначено для быстрого и автоматического отключения поврежденной электрической установки в случаях замыкания фазы на корпус, снижения сопротивления изоляции проводников или при замыкании человека на токопроводящие элементы.
Область применения устройства защитного отключения (УЗО) практически не ограничена: они могут применятся в сетях любого напряжения и с любым режимом нейтрали. Наибольшее распространение УЗО получили в сетях напряжением до 1000 В на установках с высокой степенью опасности, где применение защитного заземления или зануления затруднено по техническим или другим причинам, например, на испытательных или лабораторных стендах.
К преимуществам УЗО относятся: простота схемы, высокая надежность, высокое быстродействие (время срабатывания t = 0,02¸0,05 с), высокая чувствительность и селективность.
По принципу действия УЗО различаются следующим образом:
Прямого действия:
1. УЗО, реагирующее на напряжение корпуса U к;
2. УЗО, реагирующее на ток корпуса I к.
Непрямого действия:
3. УЗО, реагирующее на несимметрию фазных напряжений – напряжение нулевой последовательности U о;
4. УЗО, реагирующее на несимметрию фазных токов – тока нулевой последовательности I о;
5. УЗО, реагирующее на оперативный ток I оп.
Рассмотрим перечисленные типы устройств защитного отключения.
1. УЗО, реагирующее на напряжение корпуса.
Работа схемы УЗО, представленной на рис. 7.29, осуществляется следующим образом.
Запуск в работу ЭУ производится нажатием на кнопку «ПУСК» с нормально открытыми контактами. При этом отключающая катушка ОК, получив питание от фазных проводников 2 и 3 , сжимая пружину Р и втягивая шток, замыкает все четыре контакта магнитного пускателя МП. Кнопка «ПУСК» отпускается, а дальнейшее питание ОК при работающей ЭУ осуществляется по линии самоподпитки ЛС через контакт МК. При замыкании фазного проводника, например проводника 2 , на корпус ЭУ через реле напряжения РН, установленное на линии дополнительного заземления (r g ), потечет ток. При этом нормально закрытые контакты реле напряжения РН разомкнутся, катушки ОК обесточатся и при помощи механической пружины Р произойдет размыкание контактов магнитного пускателя МП и отключение поврежденной установки от сети. Устраняется опасность поражения обслуживающего персонала электротоком. Для проверки работоспособности схемы УЗО производится операция самоконтроля на холостом ходу работы электроустановки. При нажатии кнопки КС, соединенной с фазным проводником 1 и линией защитного заземления через сопротивление R с , корпус ЭУ окажется под напряжением. При исправном состоянии и отсутствии дефектов в схеме УЗО произойдет отключение всей установки, как описано выше. При помощи линии самоподпитки ЛС с дополнительным механическим контактом МК схема УЗО, представленная на рис. 7.29, позволяет осуществлять нулевую защиту – защиту от самозапуска электроустановки
при внезапном исчезновении и внезапной подаче напряжения.
Рис. 7.28. Принципиальная схема устройства защитного отключения,
реагирующего на потенциал корпуса:
МП - магнитный пускатель; ОК - отключающая катушка с пружиной Р; РН - реле напряжения с нормально закрытыми контактами РН; r 3 - сопротивление основного защитного заземления; r g - сопротивление дополнительного заземления; ЛС - линия самоподпитки; МК - дополнительный механический контакт; П - кнопка «ПУСК»; С - кнопка «СТОП»; КС - кнопка «САМОКОНТРОЛЬ»; R c - сопротивление самоконтроля; a 1 , a 2 - коэффициенты прикосновения основного и дополнительного заземлений
Выбор напряжения срабатывания УЗО, реагирующего на напряжение корпуса, производится по формуле:
(7.25)
где U пр доп – допустимое напряжение прикосновения, принимаемое равным 36 В при продолжительности воздействия тока на человека 3¸10 с. (табл. 7.2); R p , X L – активное и индуктивное сопротивления РН; a 1 , a 2 – коэффициенты прикосновения соответствующих заземлителей; r g – сопротивление дополнительного заземления.
Расчет по формуле (7.25) сводится к определению величины r g при этом напряжение срабатывания схемы УЗО должно быть меньше напряжения прикосновения, т.е. U ср < U пр.
2. УЗО, реагирующее на ток корпуса.
Принцип действия схемы устройства защитного отключения, реагирующего на ток корпуса, аналогичен действию схемы УЗО, срабатывающей по напряжению корпуса, описанному выше. Данная схема не требует установки дополнительного заземления. Вместо реле напряжения РН устанавливается реле тока РТ на линии основного защитного заземления. Другие устройства и элементы схемы остаются без изменения, как на рис. 7.20. Выбор тока срабатывания I ср УЗО, реагирующего на ток корпуса ЭУ, производится по формуле:
I ср = (7.26)
где Z рт – полное сопротивление реле тока, r 3 – сопротивление защитного заземления; U – допустимое напряжение прикосновения (7.25).
3. УЗО, реагирующее на несимметрию фазных напряжений.
Рис. 7.30. Принципиальная схема устройства защитного отключения,
реагирующего на несимметрию фазных напряжений:
а
- фильтр нулевой последовательности с общей точкой 1
; РН - реле напряжения;
Z
1 , Z
2 , Z
3 - полные сопротивления фазных проводников 1, 2 и 3; r
зм1 , r
зм2 - сопротивления
замыкания фазных проводников 1 и 2 на землю; U
о =φ 1 - φ 2 – напряжение нулевой последовательности (φ 1 - потенциал в точке 1
, φ 2 - потенциал в точке 2
)
Датчиком в данной схеме УЗО служит фильтр нулевой последовательности, состоящий из конденсаторов, соединенных в звезду.
Рассмотрим действие схемы УЗО, представленной на рис. 7.30.
Если сопротивления фазных проводников относительно земли будут равны между собой, т.е. Z 1 = Z 2 = Z 3 = Z , то напряжение нулевой последовательности равно нулю, U о = φ 1 - φ 2 = 0. При этом данная схема УЗО не действует.
Если произойдет симметричное уменьшение сопротивлений фазных проводников на величину n
> 1, т.е. 
, то напряжение U
о также будет равно нулю и УЗО не сработает.
Если произойдет несимметричное ухудшение изоляции фазных проводников Z 1 ¹ Z 2 ¹ Z 3 , то в этом случае напряжение нулевой последовательности превысит напряжение срабатывания схемы и устройство защитного отключения отключит сеть, U о > U ср.
Если произойдет замыкание на землю одного фазного проводника, то при малом значении сопротивления замыкание r зм1 напряжение нулевой последовательности будет близким к фазному напряжению, U ф > U ср, что приведет к срабатыванию защитного отключения.
Если произойдет замыкание на землю двух проводников одновременно, то при малых значениях r зм1 и r зм2 напряжение нулевой последовательности будет близким к величине , что также приведет к отключению сети. Таким образом, к преимуществам схемы УЗО, реагирующей на напряжение U о, относятся:
Надежность срабатывания схемы при несимметричном ухудшении изоляции фазных проводников;
Надежность срабатывания при одно- или двухфазном замыкании проводников на землю.
Недостатками данной схемы УЗО является абсолютная нечувствительность при симметричном ухудшении сопротивления изоляции фазных проводников и отсутствие самоконтроля в схеме, что снижает безопасность обслуживания электрических систем и установок.
4. УЗО, реагирующее на несимметрию фазных токов
а ) б )
Рис. 7.31. Принципиальная схема устройства защитного отключения,
реагирующего на несимметрию фазных токов:
а
- схема трансформатора тока нулевой последовательности ТТНП; б
- I
1 , I
2 , I
3 - токи фазных проводников 1
, 2
, 3
; РТ - реле тока; ОК - отключающая катушка; 4
- магнитопровод ТТНП;
5
- вторичная обмотка ТТНП
Датчиком в схеме УЗО этого типа служит трансформатор тока нулевой последовательности ТТНП, схематично представленный на рис. 7.31, б . Вторичная обмотка ТТНП дает сигнал на реле тока РТ и при токе нулевой последовательности I 0 , равном или большем тока установки, произойдет отключение электроустановки.
Рассмотрим действие УЗО, представленной на рис. 7.31.
При равенстве сопротивлений изоляции фазных проводников Z 1 = Z 2 = Z 3 = Z и симметричной нагрузки на фазах I 1 = I 2 = I 3 = I ток нулевой последовательности I 0 будет равен нулю, а следовательно, магнитный поток в магнитопроводе 4 (рис. 7.31, а ) и ЭДС во вторичной обмотке 5 ТТНП будут также равны нулю. Схема защиты не действует.
При симметричном ухудшении изоляции фазных проводников и симметричном изменении фазных токов данная схема УЗО также не реагирует, так как ток I 0 = 0 и во вторичной обмотке ЭДС отсутствует.
При несимметричном ухудшении изоляции фазных проводников или при их замыкании на землю или на корпус ЭУ возникнет ток нулевой последовательности I 0 > 0 и во вторичной обмотке ТТНП образуется ток, равный или больший тока срабатывания. В результате поврежденный участок или установка отключится от сети, что является основным преимуществом данной схемы УЗО. К недостаткам схемы относятся сложность конструкции, нечувствительность к симметричному ухудшению изоляции и отсутствие самоконтроля в схеме.
5. УЗО, реагирующее на оперативный ток.
Датчиком в этой схеме УЗО служит реле тока с малым токам срабатывания (несколько миллиампер).
Рис. 7.32. Принципиальная схема устройства защитного отключения,
реагирующего на оперативный ток:
D 1 ,D 2 ,D 3 - трехфазный дроссель с общей точкой 1
; D р - однофазный дроссель; I
оп - оперативный ток от постороннего источника; РТ - реле тока; Z
1 , Z
2 , Z
3 - полные сопротивления фазных проводников 1
, 2
и 3
; r
зм - сопротивление замыкания фазного проводника;
- путь оперативного тока
В схему защиты подается постоянный оперативный ток I оп от постороннего источника, который проходит по замкнутой цепи: источник – земля – сопротивление изоляции проводников Z 1 , Z 2 и Z 3 – сами проводники – трехфазный и однофазный дроссели – обмотка реле тока РТ.
При нормальном режиме работы сопротивления изоляции проводников высокие, и поэтому оперативный ток незначителен и меньше тока срабатывания, I оп < I ср.
В случае любого снижения сопротивления (симметричного или несимметричного) изоляции фазных проводников или в результате прикосновения человека к ним полное сопротивление цепи Z уменьшится, а оперативный ток I оп возрастет и, если он превысит ток срабатывания I ср, произойдет отключение сети от источника питания.
Достоинством УЗО, реагирующего на оперативный ток, являются обеспечение высокой степени безопасности для людей на всех режимах работы сети благодаря ограничению тока и возможности самоконтроля исправности схемы.
Недостатком этих устройств является сложность конструкции, поскольку требуется источник постоянного тока.
В сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1 кВ (системах TN ) защитное заземление неэффективно, так как даже при глухом замыкании на землю ток зависит от сопротивления заземления и при его уменьшении ток возрастает, а напряжение прикосновения может достигать опасных значений. Поэтому в системах TN защита от поражения электрическим током при косвенном прикосновении обеспечивается ограничением времени воздействия электрического тока на организм человека. Для этого должно быть выполнено защитное автоматическое отключение питания, обеспечивающее защиту как от сверхтоков (токов короткого замыкания) и называемое защитным занулением, так и от токов утечки с помощью устройств защитного отключения, реагирующих на дифференциальный ток (УЗО-Д).
Защитное автоматическое отключение питания автоматическое размыкание цепи одного или нескольких фазных проводников (и, если требуется, нулевого рабочего проводника), выполняемое в целях электробезопасности.
Назначение автоматического отключения питания предотвращение появления напряжения прикосновения, длительность воздействия которого может представлять опасность при повреждении изоляции.
Для автоматического отключения питания могут быть применены защитно-коммутационные аппараты, реагирующие на сверхтоки (автоматические выключатели) и устанавливаемые в фазных проводниках, или на дифференциальный ток (УЗО-Д).
Защитное зануление преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока в трехфазных сетях. Это соединение осуществляется с помощью нулевого защитного PE - или совмещенного PEN -проводника.
Принципиальная схема защитного зануления в сети трехфазного тока (система TN - S ) показана на рис.14.8.
Принцип действия защитного зануления превращение замыкания на открытые проводящие части (металлические корпуса электроустановок) в однофазное короткое замыкание (замыкание между фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать большой ток короткого замыкания I к, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети.
При замыкании, например, фазного проводника L 3 на зануленный корпус (рис. 14.8) ток короткого замыкания проходит через следующие участки цепи: обмотку трансформатора (генератора), фазный L 3 и нулевой защитный PE -провод. Величина тока определяется фазным напряжением и полным сопротивлением цепи однофазного короткого замыкания:
при этом сопротивления трансформатора Z т, фазного провода Z ф.пр и нулевого защитного PE -провода Z н имеют активную и индуктивную составляющие.
В качестве аппаратов защиты выступают плавкие предохранители, автоматические предохранители и автоматические выключатели, которые должны обеспечить малое время размыкания цепи (отключения).
Кроме того, поскольку зануленные корпуса (или другие открытые проводящие части) заземлены через нулевой защитный PE - (или совмещенный PEN -) проводник и повторные заземления R п, то в аварийный период, т.е. с момента возникновения замыкания на корпус и до автоматического отключения поврежденной электроустановки от сети, проявляется защитное свойство этого заземления, как при защитном заземлении. За счет протекания тока замыкания I з через сопротивление повторного заземления R п, напряжение PE -проводника (или PEN -проводника), а, следовательно, и присоединенных к нему корпусов электрооборудования, относительно земли снижается в аварийный период до момента срабатывания защиты или в случае обрыва PE - (или PEN -) проводника. Таким образом, защитное зануление осуществляет два защитных действия быстрое автоматическое отключение поврежденной установки от питающей сети и снижение напряжения зануленных металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжением, относительно земли.
Повторные заземления PE - или PEN -проводника на воздушных линиях выполняются на всех ответвлениях длиной более 200 м и на вводе в электроустановку. В сети напряжением 380/220 В сопротивление заземления нейтрали должно быть не более 4 Ом, а общее сопротивление растеканию заземлителей всех повторных заземлений PE - или PEN -проводника не более 10 Ом.
Время защитного автоматического отключения для системы TN при номинальном фазном напряжении не должно превышать значений: 127 В 0,8 с; 220 В – 0,4 с; 380 В – 0,2 с; более 380 В – 0,1 с.
Для обеспечения указанного времени отключения питания ток однофазного короткого замыкания должен превышать не менее чем в три раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или ток срабатывания расцепителя автоматического выключателя с обратно зависимой от тока характеристикой. При защите сети автоматическими выключателями с электромагнитным расцепителемпревышение тока короткого замыкания над номинальным током определяется типом электромагнитного расцепителя: A , B , C , D .
Рис. 14.8. Принципиальная схема защитного зануления.
Автоматическое отключение с использованием устройств защитного отключения (УЗО ) , реагирующих на токи утечки. При малых токах замыкания, токах утечки, снижении уровня изоляции, а также при обрыве нулевого защитного проводника защитное зануление недостаточно эффективно, поэтому в этих случаях УЗО является единственным средством защиты человека от поражения электрическим током. Современные устройства защитного отключения (УЗО) имеют быстродействие от 0,04 до 0,3 с.
УЗО создаются на различных принципах действия. Наиболее совершенным является УЗО, реагирующее на ток утечки (дифференциальный ток). Достоинство его состоит в том, что оно защищает человека от поражения электрическим током как в случае прикосновения к открытым проводящим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением из-за повреждения изоляции, так и при прямом прикосновении к токоведущим частям. Именно такие УЗО могут быть отнесены одновременно к средствам защиты как при косвенных, так и при прямых прикосновениях.
Кроме того, УЗО выполняет еще одну важную функцию – защиту электроустановок от возгораний, первопричиной которых являются утечки, вызванные ухудшением изоляции. Известно, что более трети пожаров возникает от неисправностей электропроводок, поэтому вполне справедливо УЗО называют «противопожарным сторожем».
УЗО состоит из трех функциональных элементов: датчика, исполнительного органа и коммутационного устройства. Датчик улавливает токи утечки, стекающие с фазных проводов на землю в случае прямого прикосновения человека или повреждения изоляции. Сигнал о наличии тока утечки поступает в исполнительный орган, где усиливается и преобразуется в команду на отключение коммутационного устройства. Наибольшее распространение получили УЗО, основанные на использовании в качестве датчика информации о возникновении опасных ситуаций дифференциального трансформатора тока (ДТТ). Исполнительный орган УЗО может работать на двух различных принципах: электронном и электромеханическом.
Электрическая схема электромеханического УЗО приведена на рисунке 14.9. Датчиком устройства служит ДТТ (I), кольцевой магнитопровод которого охватывает провода, питающие нагрузку и играющие роль первичной обмотки. При отсутствии тока утечки рабочие токи (I1) в прямом (фазном L ) и (I2) в обратном (нулевом рабочем N ) проводах равны и наводят в магнитопроводе равные, но противоположно направленные магнитные потоки; результирующий поток равен нулю и поэтому ЭДС во вторичной обмотке отсутствует. УЗО не срабатывает. При появлении тока утечки (I ) (например, при замыкании на корпус или прикосновении человека к оголённому фазному проводу) ток в прямом проводе превышает обратный ток на величину тока утечки I ; в сердечнике возникает магнитный поток небаланса, а во вторичной обмотке наводится ЭДС, пропорциональная току утечки. По обмотке магнитоэлектрического реле (2) протекает ток, вызывающий его срабатывание и воздействие на механизм свободного расцепления (3), отключающий контакты. УЗО срабатывает. Таково действие УЗО двухполюсного исполнения в цепи однофазной нагрузки.
Для работы в трехфазной сети (как трех-, так и четырехпроводной) УЗО выполняется четырехполюсным, то есть магнитопровод охватывает три фазных и нулевой рабочий проводники. Некоторые типы устройств защитного отключения (в основном, зарубежного производства) совмещают в себе функции УЗО и автоматического выключателя, что неизбежно ведет к снижению надежности и повышению стоимости за счет усложнения схемы и увеличения количества компонентов.
По виду рабочего напряжения (тока утечки) УЗО делятся на типы:
АС – только для переменного (синусоидального) напряжения;
А – для синусоидального напряжения и пульсирующего напряжения с постоянной составляющей.
При выборе УЗО следует учитывать, что источником пульсирующего напряжения могут быть стиральные машины, персональные компьютеры, телевизоры, регуляторы источников света.
УЗО является высокоэффективным и перспективным способом защиты. Оно используется в электроустановках до 1 кВ в дополнение к защитному заземлению (защитному занулению), а также в качестве основного или дополнительного способа защиты, когда другие способы и средства неприменимы или малоэффективны.
Рис. 14.9. Электрическая схема УЗО.
