Комплексные поставки электротехнического оборудования

Принцип действия устройств защитного отключения

С введением ГОСТ Р 51326.1-99 (МЭК 61008-1-96) "Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения без встроенной защиты от сверхтоков. Часть 1. Общие требования и методы испытаний" Госэнергонадзором рекомендуется для защиты от пожаров при замыканиях в сети и поражения электрическим током применять устройства защитного отключения, реагирующие на дифференциальный ток.

Наиболее часто такие УЗО применяются в двухполюсном и четырехполюсном исполнении. Наиболее распространенное обозначение указанных устройств УЗО-Д.

Рассмотрим состав и принцип действия УЗО-Д на примере двухполюсного устройства, функционально независимого от напряжения питающей сети*.



* Маньков В.Д., Заграничный С.Ф. Виды защит, обеспечивающие безопасность эксплуатации электроустановок (в трех частях). Часть 2. Защита при косвенном прикосновении. Дополнительная защита. Справочное пособие. -  2011. – 128 с.

 

В состав УЗО-Д входят (рис.3): дифференциальный (суммирующий) трансформатор тока 1, содержащий две первичные обмотки, образованные проходящими через сердечник трансформатора фазным и нулевым проводниками, и вторичную обмотку 2; расцепитель 3 на основе магнитоэлектрического реле, воздействующий на исполнительный механизм, приводящий в действие пружинный привод 4 контактной группы 5 коммутационного аппарата QF3, размыкающей цепь питания электроустановки А; контрольная кнопка (ТЕСТ) 6 (QF2) для проверки работоспособности УЗО, при ее включении искусственно создаются токи утечки.

ЭУ с нагрузкой RН подключена к трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью, система заземления TN-С.

Рассмотрим принцип работы УЗО-Д на примере схемы сети и двухполюсного УЗО, представленных на рис.4. В качестве датчика в приведенном устройстве используется дифференциальный (суммирующий) трансформатор тока 1, у которого две первичные обмотки  w1иw2 и одна вторичная w0 . Электроустановка потребителя электрической энергии 2 представлена сопротивлением нагрузки RН ; электромагнитный расцепитель 3, исполнительное устройство 4, отключающее коммутационный аппарат 5 (QF), дополняют состав УЗО.

Человек, прикоснувшийся к токоведущему проводнику, находится на изолированном полу (RП >> 0) и протекающий через него ток IЧ  будет достаточно небольшим (до 30 - 50 мА).

 

В нормальном режиме работы исправной установки при протекании рабочего тока нагрузки векторы токов в прямом I1 и нулевом I2(обратном) проводниках, а значит и в обмотках трансформатора тока w1иw2 , направлены встречно и равны между собой

|I1| = |I2| или I1 + I2 = 0,

а ток утечки, т.е. дифференциальный (разностный) ток отсутствует.

Намагничивающее  действие  магнитодвижущих  сил I1w1  и  I2w2  при протекании по обмоткам w1иw2 равных, но противоположно направленных токов I1иI2 взаимокомпенсируется, т.е.

I1w1 =I2w2.

При этом компенсируются и магнитные потоки Ф1 и Ф2в сердечнике дифференциального трансформатора тока, пропорциональные магнитодвижущим силам

Ф1=I1w1, Ф2 =I2w2.

 

При этом справедливо равенство

Ф1 = Ф2,

Следовательно, дифференциальный ток (ток небаланса) I0 в обмотке w0 отсутствует и УЗО не срабатывает.

При прикосновении человека к токоведущим частям или пробое изоляции фазного провода на открытые проводящие части электроприемника или на землю (аварийный режим) появляется ток утечки. Когда ток через тело человека IЧ достигает значений, больших предельно допустимых значений токов, или напряжение прикосновения UПР достигает значений, больших предельно допустимых значений напряжений в нормальном и аварийном режимах ЭУ (ток утечки превышает ток уставки УЗО), нарушается баланс токов, протекающих по фазному и нулевому проводам, а значит и по обмоткам w1иw2  УЗО, т.е.

I1 ? I2.

Это приводит к нарушению равновесия в сердечнике трансформатора тока и появлению в нем магнитного поля и магнитного потока

= |Ф1 - Ф2|,

которое наводит во вторичной обмотке трансформатора тока э.д.с., равную напряжению

U0 = e0 = - w0 (/dt).

В результате, в обмотке расцепителя 3 появляется ток I0, вызывающий его срабатывание

I0 = U0 / ?(r02  + x02),

где r0и  x0 – активное и индуктивное сопротивление жил соединительных проводов и вторичной обмотки w0 трансформатора тока.

Поврежденный участок электрической цепи или человек, прикоснувшийся к токоведущим частям, быстро отключаются от сети коммутационным аппаратом QF (5).

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения UПР и токов через тело человека в нормальном режиме работы ЭУ составляют: UПР = 2,0 В, IЧ = 0,3 мА для сетей напряжением до 1000 В частотой f= 50 Гц и продолжительностью воздействия тока на человека не более  10 минут в сутки.

Сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом при напряжении UПР = 50 В и выше, а при UПР = 36 В сопротивление тела человека RЧ= 6000 Ом.

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов через тело человека при аварийном режиме электроустановок переменного тока частотой f= 50 Гц напряжением до 1000 В в зависимости от продолжительности воздействия в секундах приведены в табл.2.

 

Таблица 2

Предельно допустимые значения UПР и IЧ в ЭУ до 1000 В

в зависимости от продолжительности воздействия

 

Нормируемая величина

Наибольшие допустимые значения при продолжительности воздействия t, с

0,01-0,08

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Свыше 1,0

UПР

220

200

100

70

55

50

40

35

30

27

25

12

IЧ, мА

220

200

100

70

55

50

40

35

30

27

25

2

 

УЗО выполняет также роль защиты сети от пожара при появлении тока утечки вследствие замыкания фазного провода на землю. Механизм работы УЗО в этом случае аналогичен рассмотренному ранее.

При возникновении пожара в сети из-за коротких замыканий, для отключения поврежденной части сети или ЭУ последовательно с УЗО устанавливается защита от сверхтоков (предохранители, автоматические выключатели).

Применяются УЗО-Д в сетях с любым режимом нейтрали, как правило, напряжением до 1000 В. Однако, применение УЗО должно быть экономически обосновано и целесообразно, так как существуют другие средства и способы защиты от поражения электрическим током.

 

(продолжение следует)