Принцип работы защитного отключения реагирующего на изменение напряжения корпуса относительно земли

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ / Защитные отключающие устройства

Защитное отключение – это быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током. Оно применяется как самостоятельное средство защиты взамен защитного заземления или зануления, так и в дополнении к ним.

Опасность поражения электрическим током может возникнуть:

— при замыкании фазы на металлический корпус электрооборудования;

— при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли;

— при появления в сети более высокого напряжения;

— при случайном прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением.

Защитное отключение чаще всего применяется в электроустановках до 1000В с изолированной и заземленной нейтралью, но особенно эффективно в тех случаях, когда устройство зануления или зазмления затруднено (например, в передвижных электроустановках, переносном электроинструменте) или невозможно (соединение трехфазной системы треугольником).

Основными элементами устройства защитного отключения (УЗО) является датчик и автоматический выключатель. В простейшем случае датчик может быть реле тока или напряжения. В качестве автоматического выключателя в электроустановках до 1000В могут применяться контакторы (приборы, принцип работы которых основам на замыкании контактов при протекании тока в катушке) или магнитные пускатели – трехфазные контактору переменного тока, снабженные тепловыми реле для автоматического отключения потребителя при перегрузках.

Схема УЗО реагирующего на напряжения корпуса, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема УЗО, реагирующего на изменение напряжения корпуса относительно земли

Схема УЗО содержит три цепи: силовую, управления и датчика. Силовая цепь состоит из предохранителей, главных контактов КМ1, КМ2, КМ3 тепловых реле, КК2 и обмоток электродвигателя. В цепь управления входит катушка контактора, кнопочная станция с нажимным замыкающим контактом SBS и размыкающим контактом SBT и контактом реле PV. Цепь датчика состоит из катушки реле PV и вспомогательного заземления Rв. Электроды вспомогательного заземления Rв размещаются в зоне нулевого потенциала, т.е. не ближе 15…20 метров от заземления Rз.

При нажатии кнопки SBS образуется цепь управления: фаза В, предохранитель F2, контакты реле КК(1-2), контакты реле PV1, контакты SBT, замкнувшиеся контакты SBS, катушка КМ, предохранитель F3, фаза С. Магнитный пускатель срабатывает. Через замкнувшиеся главные контакты КМ1, КМ2, КМ3, предохранители F1, F2, F3 и тепловые реле КК1, КК2 двигатель подключен к трехфазной сети. Удержание цепи управления при отпускании кнопки SBS осуществляется вспомогательными контактами КМ4. Отключение двигателя выполняется нажатием кнопки SBT, т.е. размыканием цепи управления.

При пробое фазы А на заземленный или зануленный корпус двигателя вначале проявиться защитное свойство заземления (или зануления), благодаря которому напряжение корпуса Uк станет равным Uк=Iз*Rз. Затем, если напряжение корпуса окажется выше предельно допустимого значения Uк доп, срабатывает реле напряжения PV и размыкает цепь управления. Главные контакты Км1, КМ2, КМ3 размыкаются и двигатель отключается от сети.

При длительном повышении тока в силовой цепи более чем на 20% размыкаются контакты теплового реле КК (1-2), цепь управления размыкается и двигатель отключается от сети.

Схема датчика УЗО, реагирующего на изменение тока замыкания на землю, приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Датчик УЗО, реагирующий на изменение тока.

Основным элементом в этой схеме является реле тока КА.

При пробое одной из фаз на корпус возникает цепь тока: фаза А, предохранитель F1, контакт КМ1, корпус, реле тока КА, диоды VD1 (VD2) к фазам С (В).

Обмотка реле тока отрегулирована так, что при прохождении через нее ток в 10…15 мА реле срабатывает и размыкает свой нормально замкнутый контакт КА1 в цепи управления. Вследствие этого автоматическое выключающее устройство отключает неисправное электрооборудование от сети.

Существуют и другие схемы УЗО, например: напряжение фазы относительно земли, напряжение нулевой последовательности, ток нулевой последовательности и оперативный ток. Есть и комбинированные схемы УЗО, датчики в которых реагируют на изменение нескольких параметров.

Монтаж и эксплуатация электрических сетей

Устройство защитного отключения (УЗО) – это быстродействующая защита, реагирующая на изменение какого-либо параметра электрической цепи, информирующего о появлении опасности поражения электрическим током (напряжение на корпусе относительно земли, ток замыкания на землю, напряжение фазы относительно земли, напряжение нулевой последовательности, дифференциальный ток и т.д.), и отключающая электроустановку. В настоящее время наибольшее распространение получили УЗО реагирующие на дифференциальный ток.

Ниже представлены несколько схем построения УЗО.

Рисунок — Схема УЗО реагируещего на напряжение на корпусе относительно земли: SF — выключатель, YAT — электромагнитный расцепитель, KV — реле напряжения.

Рисунок — Схема УЗО реагируещего на напряжение на корпусе относительно нулевого провода

Рисунок — Схема УЗО реагируещего на ток замыкания на землю: KA — реле тока.

Рисунок — Схема УЗО реагируещего на напряжение фаз относительно земли

Рисунок — Схема УЗО реагируещего на напряжение нулевой последовательности

УЗО состоит из двух основных элементов – датчика информации о наличии опасной ситуации, реагирующего на один из параметров сети, и исполнительного органа – автоматического выключателя. В УЗО реагирующем на дифференциальный ток таким датчиком является дифференциальный трансформатор тока.

Рассмотрим принцип работы однофазного УЗО, реагирующего на дифференциальный ток.

Рисунок – Принцип работы однофазного УЗО

В нормальном режиме токи, протекающие по фазному и нулевому проводникам, равны (I₁ = I₂). Образованные этими токами в сердечнике магнитные потоки взаимно скомпенсированы (Ф₁ = Ф₂) и во вторичной обмотке трансформатора ток будет отсутствовать.

В случае повреждения изоляции электроприемника (при отсутствии зануления и заземления) через тело человека прикоснувшегося к его корпусу будет протекать ток I_Δ = I₁ — I₂, который называется дифференциальным током. Токи в фазном и нулевом проводниках не будут равны между собой (I₁ ≠ I₂), магнитные потоки в этом случае также не будут равны (Ф₁ ≠ Ф₂) и во вторичной обмотке трансформатора начнет протекать ток пропорциональный току I_Δ. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора, вызовет срабатывание электромагнитного расцепителя и отключение автоматического выключателя. Аналогичный результат можно получить если корпус электроприемника будет заземлен или занулен.

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ 7, ТКП 339-2011), УЗО применяется в следующих случаях.

1. В системе TN УЗО может применяться для организации защиты при косвенном прикосновении с помощью автоматического отключения питания.

2. В системе ТТ для защиты при косвенном прикосновении используется автоматическое отключение питания с обязательным применением УЗО.

3. В системе IT УЗО (с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА) может применяться для защиты при косвенном прикосновении при первом замыкании на землю, а также при двойном замыкании на землю.

4. При наличии требований ПУЭ, УЗО (с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА) следует применять для дополнительной защиты от прямого прикосновения в электроустановках напряжением до 1 кВ.

Не допускается применять УЗО, реагирующие на дифференциальный ток, в четырехпроводных трехфазных цепях (система TN-C). В случае необходимости применения УЗО для защиты отдельных электроприемников, получающих питание от системы TN-C, защитный РЕ-проводник электроприемника должен быть подключен к PEN-проводнику цепи, питающей электроприемник, до защитно-коммутационного аппарата.

Стр. 181 — БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

прибор защитного отключения (рис. 8.12) и автоматический выключатель.

Устройства защитного отключения в зависимости от параметра, на кото-

рый они реагируют, делятся на несколько основных типов:

УЗО, реагирующие на напряжение корпуса относительно земли;

УЗО, реагирующие на оперативный постоянный ток, предназначены для не-

прерывного автоматического контроля изоляции сети, а также для защиты

человека, прикоснувшегося к токоведущей части, от поражения током.

Рис. 8.12. Схема устройства УЗО:

Охрана труда и БЖД

Охрана труда и безопасность жизнедеятельности

Защитное отключение. Электробезопасность

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.

Охрана труда

• Гигиена труда
• ОТ в условиях опасности
• ОТ при работе на компьютере
• ОТ для общественного инспектора
• ОТ в строительстве
• ОТ на предприятии
• ОТ в сельском хозяйстве
• ОТ в ССО
• ОТ в прокатном производстве
• ОТ в машиностроении
• ОТ на ЖД транспорте
• ОТ в пищевой промышленности
• СИЗ органов дыхания
• Капитальные вложения в ОТ
• Знаки безопасности
• Различные материалы по ОТ
• Книги по ОТ