Защитного отключения

Назначение, область применения и устройство

Классификация систем заземления.

Назначение, область применения и устройство защитного отключения.

Тема лекции: Защитное отключение.

ЛЕКЦИЯ № 17

Цель лекции: изучить принцип действия и область применения защитного отключения как защиты человека от поражения электрическим током.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. Охрана труда в электроустановках / Под редакцией Б.А. Князевского. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 366 с.

2. Маньков В.Д. Безопасность жизни и деятельности. Часть III. Безопасность эксплуатации электроустановок. Учеб. пособие для военных ВВУЗов. – СПб.: ВИКУ, 2000. – 355 с., ил.

Перечень наглядных пособий и технических средств:

1. Плакат 17.1. Состав элементов и принцип действия УЗО–Д.

Зануление корпусов ЭУ как защита при переходе напряжения на нетоковедущие части ЭУ не обеспечивает защиту человека от поражения электрическим током при значительном удалении потребителей (ЭУ) от источника электрической энергии, когда занулены достаточно мощные ЭУ с номинальной мощностью порядка 80 ÷ 100 кВт и более и в ряде других случаев, которые были рассмотрены в предыдущей лекции.

В Правилах устройства электроустановок определено: если безопасность не может быть обеспечена путем устройства заземления или зануления либо если устройство заземления или зануления вызывают трудности по условиям выполнения или по экономическим соображениям, то необходимо применение защитного отключения.

В отличие от защитного заземления и зануления защитное отключение рекомендуется использовать как в качестве основной, так и в качестве дополнительной защиты. Рассмотрим классификацию, принцип действия и область применения защитного отключения.

Защитное отключение (ЗО) – быстродействующая защита, осуществляющая автоматическое отключение ЭУ при возникновении в ней замыканий или токов утечки в проводниках электропитания, чем обеспечивает защиту от поражения электрическим током человека и возникновения пожара. Защита осуществляется ограничением времени протекания через человека опасных токов и протекания токов утечки в проводниках.

Далее при изложении материала по ЗО в основном будем рассматривать его как защиту от поражения человека электрическим током.

Как известно,

где – напряжение прикосновения;

– ток через тело человека;

– сопротивление тела человека.

Таким образом, если при прикосновении человека к корпусу оборудования или фазе сети напряжение прикосновения (или ток через тело человека) превысит длительно допустимое значение, то возникает реальная угроза поражения человека током, и мерой защиты в этом случае может быть лишь быстрый разрыв цепи тока через тело человека, т.е. отключение соответствующего участка цепи. Для выполнения этой задачи и служит защитное отключение. Защита осуществляется устройством защитного отключения (УЗО), которое постоянно контролирует условия поражения и осуществляет отключение сети или участка ее при их возникновении.

В зависимости от характеристик ЭУ, в которых используются УЗО, они классифицируются по (плак.32.1):

– режиму нейтрали источника питания ЭУ;

– роду и частоте тока;

– напряжению;

– числу фаз (полюсов);

– мобильности.

В зависимости от режима нейтрали источника питания ЭУ УЗО подразделяют на устройства для ЭУ с изолированной либо глухозаземленной нейтралью, при этом значения уставок тока должны указываться в технических условиях на конкретные типы устройств по ГОСТ 22920-78.

По роду и частоте тока УЗО подразделяют на устройства, пред-назначенные для ЭУ:

– переменного тока частотой 50 (60) Гц;

– переменного тока непромышленной частоты;

– постоянного тока;

– выпрямленного тока;

– двух и более родов токов из числа указанных выше.

Для отключения ЭУ при прикосновении человека к частям, находящимся под напряжением, применяются УЗО, рассчитанные на следующие классы напряжений:

– переменного тока частотой 50 (60) Гц – 127, 220, 380, 500, 660, 1140 В;

– переменного тока частотой 400 Гц – 220 В;

– постоянного (выпрямленного) тока – 110, 220, 275, 400 В.

УЗО, применяемые для отключения ЭУ при возникновении в них токов утечки, подразделяют на устройства, рассчитанные на ЭУ вышеуказанных классов напряжений, а также 6000 и 10000 В частотой 50 (60) Гц.

По числу фаз (полюсов) УЗО подразделяют на:

– однофазные (однополюсные);

– двухфазные (двухполюсные);

– трехфазные (трехполюсные, четырехполюсные).

По мобильности электроустановок УЗО подразделяются на устройства, предназначенные для ЭУ:

– стационарных;

– передвижных;

– переносных;

– ручных.

По виду входного сигнала различают УЗО, реагирующие на:

– ток нулевой последовательности;

– напряжение нулевой последовательности;

– ток утечки;

– напряжение корпуса относительно земли;

Плакат 32.1. Классификация устройств защитного отключения

– сумму (разность) фазовых соотношений между током и напряжением нулевой последовательности (или выделенных гармоник напряжения и тока), а также между током или напряжением нулевой последовательности и фазными напряжениями сети;

– оперативный ток (постоянный, переменный непромышленной частоты, накладываемый на рабочий ток ЭУ);

– два и более из перечисленных факторов (многофакторные УЗО).

В зависимости от возможности регулирования уставок УЗО бывают:

– с регулируемыми уставками;

– с нерегулируемыми уставками.

В свою очередь, УЗО с регулируемыми уставками подразделяются на устройства:

– с плавным регулированием уставок;

– с дискретным регулированием уставок;

– с комбинированным регулированием уставок.

В зависимости от избирательности действия УЗО подразделяются на селективные и неселективные. Селективные УЗО должны обеспечивать возможность осуществления продольной (многоступенчатой) и поперечной селективности, а также совместной работы с аппаратами повторного включения, релейной и общесетевой защиты.

Очень часто УЗО применяются с другими техническими средствами и способами защиты: с защитным заземлением, автоматическим закорачиванием на землю поврежденной фазы (шунтированием цепи утечки тока замыкания на землю). В паспорте на УЗО должно быть указано, с каким средством защиты оно используется.

Признаками условий поражения являются электрические параметры сети, изменяющие свое значение при подключении к ней человека. Электрический параметр сети, несущий в себе информацию об опасности поражения, для УЗО является входным сигналом l.

Величина входного сигнала, соответствующая наибольшему значению длительно допустимого тока через человека I_Ч.ДОП, называется критической величиной входного сигнала l_КР.

Принцип работы УЗО состоит в том, что оно постоянно контролирует входной сигнал l и сравнивает его с наперед установленным значением (уставкой) , а при осуществляет отключение сети. УЗО наиболее эффективно осуществляет защиту, когда . При будет неоправданное отключение сети (перезащита), при в некотором диапазоне опасных для человека токов защита не будет работать (недозащита).

Все УЗО могут быть представлены обобщенной структурной схемой, изображенной на рис.32.1.

Рис.32.1. Обобщенная структурная схема УЗО

Из схемы видно, что УЗО состоит из датчика, сравнивающего устройства–преобразователя, усилителя, исполнительного устройства и коммутационного аппарата. На схеме показаны также источник опасности поражения и всевозможные помехи, влияющие на работу устройства.

Источник опасности поражения – это, прежде всего, ЭУ, обслуживаемая человеком. Следует отметить, что эта схема характерна для всех автоматических мер защиты.

Датчик (Д) – это чувствительный элемент устройства, реагирующий на входной сигнал. Датчик иногда называется фильтром входного сигнала (входной величины).

Сравнивающее устройство–преобразователь (СРУП) служит для сравнения входной величины с уставкой и преобразования входной величины соответствующей опасности поражения в аварийный сигнал.

Усилитель (У) усиливает аварийный сигнал и передает его на исполнительное устройство (ИУ) и далее на коммутационный аппарат (КАП), который осуществляет защитную функцию по устранению опасности поражения: для УЗО – это отключение сети.

При возникновении условия поражения человека током появляется или изменяется входной сигнал . Датчик реагирует на изменение входной величины и на его выходе выделяется сигнал , где – коэффициент передачи датчика. При необходимости сигнал с датчика усиливается.

Сигнал с датчика (Д) подается на сравнивающее устройство–преобра-зователь (СРУП), где он сравнивается (с учетом коэффициента ) с уставкой, если он равен или превышает уставку, то преобразовывается в аварийный сигнал и передается на усилитель, в котором он усиливается. Усиленный аварийный сигнал передается на исполнительное устройство (ИУ), которое способствует отключению коммутационного аппарата (КАП) и прерывает электропитание ЭУ, чем устраняется опасность поражения электрическим током.

Наличие помех может изменить значение входного или аварийного сигнала, что приводит к перезащите или недозащите. Особенно подвержен помехам входной сигнал УЗО. При воздействии на него помех защита реагирует на суммарный сигнал:

.

Из назначения и принципа действия ЗО следует, что УЗО должно отвечать следующим основным требованиям:

1. Иметь достаточную чувствительность для того, чтобы контролировать входной сигнал во всем диапазоне опасных для человека токов.

2. Иметь достаточное быстродействие для того, чтобы своевременно осуществлять отключение сети.

3. Иметь стабильные характеристики во времени для того, чтобы исключить перезащиту или недозащиту.

4. Иметь высокую надежность в условиях длительной непрерывной работы.

5. Осуществлять контроль исправности устройств.

6. Обладать высокой перегрузочной способностью.

7. Осуществлять селективную защиту, т.е. отключать только аварийные участки сети.

8. Иметь минимальное обратное отрицательное влияние на источник опасности поражения, т.е. не вносить дополнительной опасности при эксплуатации ЭУ.

9. Потреблять минимальную энергию в дежурном режиме.

10. Быть универсальным и иметь модернизационную гибкость.

11. Иметь хорошую технологичность конструкции и возможность использования стандартных и унифицированных элементов.

12. Иметь эргономическую и психологическую целесообразность.

Устройство, предназначенное для отключения ЭУ при прикосновении человека к ТВЧ, должно иметь такие функциональные характеристики, чтобы при его использовании ток, проходящий через тело человека , и продолжительность воздействия тока в интервале времени до 1 с не превышали значений . Исходя из этого условия, может быть определено требуемое время срабатывания УЗО с помощью графика, приведенного на плак.32.2.

Плакат 32.2. Зависимость допустимого для человека значения тока

от времени его воздействия

Кроме того, может быть приближенно рассчитано по известному значению , используя выражение

[c].

Время срабатывания селективных УЗО, предназначенных для многоступенчатой защиты сетей напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью, должно быть таким, чтобы время срабатывания УЗО, установленного на последней ступени, не превышало 0,5 с.

Фактическое время срабатывания УЗО считается с момента возникновения аварийной ситуации до момента прекращения тока во всех полюсах коммутационного аппарата (КАП), т.е.

,

где – время действия прибора УЗО, с;

– время действия выключателя, с.

Время действия прибора УЗО зависит от конструкции датчика, преобразователя и других узлов прибора, а также от используемой элементной базы, как правило, удается получить

= 0,02 ¸ 0,05 с.

Время действия выключателя:

,

где – промежуток времени с момента подачи отключающего импульса на катушку выключателя до начала расхождения его контактов, с;

– время горения дуги между контактами выключателя, с.

У выключателей до 1000 В обычно больше » 0,05 с. Однако, у быстродействующих автоматов: = 0,01 ¸ 0,02 [с], соответственно » 0,06 ¸ 0,07 [с], тогда = 0,08 ¸ 0,12 [c].

Электрический параметр, несущий информацию об опасности поражения током, является входным сигналом для УЗО, которое сравнивает входной сигнал с уставкой и при достижении ее отключает сеть.

УЗО наиболее эффективно осуществляет защиту, когда уставка равна величине входного сигнала, соответствующей наибольшему значению длительно допускаемого тока, проходящего через тело человека.

Уставка бывает нерегулируемой и регулируемой. В последнем случае она может быть плавно регулируемой, дискретно регулируемой и комбинированной. Выбор уставки производят исходя из условия безопасности с помощью расчетных зависимостей, связывающих входной сигнал УЗО с параметрами электрической сети и электрической цепи через тело человека. Рассчитанные величины следует скорректировать до рекомендуемых по ГОСТ 12.4.155-85 значений.

Устройства защитного отключения могут применяться в сетях любого напряжения с любым режимом нейтрали. Особенно рекомендуется применять защитное отключение в ЭУ напряжением до 1000 В, когда высока вероятность случайного контакта личного состава с ТВЧ.

Устройства защитного отключения используют:

– в передвижных, переносных и бытовых ЭУ;

– в стационарных удаленных от источника питания электроприемниках и потребителях большой номинальной мощности, для которых защита занулением недостаточно эффективна;

– в вводных распределительных устройствах жилых, административных, общественных, учебно–воспитательных, производственных и других зданиях.

Для сетей с глухозаземленной нейтралью стандартные значения уставок составляют: 0,002; 0,006; 0,01; 0,02; 0,03; 0,1; 0,3; 0,5; 1,0 А (для селективных УЗО еще 2 и 5 А).

Для сетей с изолированной нейтралью при выборе уставки следует пользоваться рекомендациями ГОСТ 22929-78, причем для селективных УЗО рекомендованы следующие значения уставок:

– при напряжении сети до 1000 В – 0,025 А;

– при напряжении сети выше 1000 В – 0,3; 0,5; 0,75; 1,5 А (ГОСТ 12.4.155-85).

Чем меньше время отключения, тем выше степень безопасности при одних и тех же условиях, так как с уменьшением времени прохождения тока через человека опасность воздействия тока снижается.

Существующие конструкции приборов и аппаратов, применяемых в схемах защитного отключения, обеспечивают время отключения

= 0,05 ¸ 0,2 [с].

Селективность – избирательность действия устройства защитного отключения, которая выражается в способности отключать от сети лишь поврежденный объект с помощью его выключателя. Это очень важное свойство защитного отключения, поскольку из–за неселективности вместе с поврежденными объектами может отключаться исправное оборудование.

Самоконтроль – способность реагировать на неисправность в собственной схеме путем отключения защищаемого объекта.

Надежность устройств защитного отключения характеризуется постоянной готовностью к действию, способностью срабатывать во всех случаях при нарушении нормального режима работы защищаемого объекта с возникновением опасности поражения током, способностью не реагировать на все другие случаи нарушения режима.

Чувствительность устройств защитного отключения – это их способность реагировать на малые изменения входной величины, т.е. оказывать непосредственное влияние на степень безопасности.

Устройства защитного отключения применяются в сетях с любым режимом нейтрали и, как правило, напряжением до 1000 В (см. плак.32.1).

В сетях напряжением выше 1000 В УЗО входят в состав релейной защиты и автоматики (РЗ и А) ЭУ при глухих замыканиях на землю на отключение, а при замыканиях на землю (замыкания через большое сопротивление R_З > 200 кОм) с работой на сигнал.

Принцип действия устройства защитного отключения,

Дата добавления: 2014-01-04