Большую опасность представляет переход напряжения на металлические конструктивные нетоковедущие части. Наиболее совершенным способом защиты от появления опасного напряжения на конструктивных частях электрооборудования является защитное отключение.
Для защиты от появления опасного напряжения применяется защитное отключение.
Отключение электроустановок при замыканиях на корпус в этом случае обеспечивается специальными устройствами, автоматически снимающими напряжение с установки. Такими устройствами служат автоматические выключатели или контакторы, снабженные специальным реле защитного отключения.
Реле состоит из электромагнитной катушки, сердечник которой в обесточенном состоянии замыкает свои контакты. Контакты реле соединены последовательно с кнопкой «стоп» в цепи управления контактора.
При появлении напряжения на зажимах катушки реле и протекании по ней достаточного по величине тока сердечник катушки втягивается и размыкает свои контакты в цепи управления, вследствие чего контактор отключает от сети поврежденный приемник тока.
Схемы присоединения реле защитного отключения могут быть различны. Так, на рис. 1 приведена схема защитного отключения со вспомогательным заземлителем, в которой катушка реле присоединяется на корпус защищаемого объекта и на землю.
Электромагнит отрегулирован таким образом, что при появлении на защищаемом объекте напряжения 24-40 В через обмотку катушки проходит ток, сердечник электромагнита втягивается под воздействием этого реле размыкает свой контакт и происходит отключение электродвигателя от сети. Сопротивление заземления может быть весьма высоким (300-500 Ом), что делает заземление легко осуществимым.
На рис. 2 приведена еще одна схема защитного отключения. Реле защитного отключения присоединено к к корпусу защищаемого объекта и к точке, общей для подключенных к сети столбиков из селеновых выпрямительных пластинок, соединенных в звезду. Катушка может быть отрегулирована так, что при протекании через нее тока силой 0,01 А происходит втягивание сердечника и размыкание контакта реле с последующим отключением самого объекта от сети посредством контактора.
Защитное отключение применяют в следующих случаях:
- в электроустановках с изолированной нейтралью, к которым предъявляются повышенные требования в отношении безопасности, в дополнение к устройству заземлений (например, подземные работы и т. п.);
- в электроустановках с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В вместо присоединения корпусов оборудования к заземленной нейтрали, если выполнение этого присоединения вызывает затруднения, при этом защищаемая установка должна иметь заземляющее устройство, удовлетворяющее требованиям электроустановок с изоляционной нейтралью;
- в передвижных установках, когда устройство заземления представляет значительные трудности.
Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током.
Такая опасность может возникнуть, в частности, при замыкании фазы на корпус электрооборудования; при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенного предела; появлении в сети более высокого напряжения; 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, 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.
Устройства защитного отключения (УЗО) должны обеспечивать отключение неисправной электроустановки за время не более 0.2 с.
Основными частями УЗО 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.
Автоматический выключатель – устройство, служащее для включения и отключения цепей, находящихся под нагрузкой, и при коротких замыканиях.
Типы УЗО.
УЗО, реагирующее на напряжение корпуса относительно земли , имеют назначение устранить опасность поражения током при возникновении на заземленном или зануленном корпусе повышенного напряжения.
УЗО, реагирующие на оперативный постоянный ток , предназначены для непрерывного контроля изоляции сети, а также для защиты человека, прикоснувшегося к токоведущей части, от поражения током.
Рассмотрим схему, которая обеспечивает защиту при появлении напряжения на корпусе относительно земли.
Рис. Схема защитного отключения при напряжении на
корпусе относительно земли.
Схема работает следующим образом. При включении кнопки П замыкается цепь питания обмотки магнитного пускателя МП, который своими контактами включает электроустановку и самоблокируется по цепи, составленной нормально замкнутыми контактами кнопки “стоп” С, реле защиты РЗ и блок-контактами.
При появлении напряжения относительно земли на корпусе U з, равного по величине длительно допустимому напряжению прикосновения, под действием катушки РЗ (КРЗ) срабатывает реле защиты. Контакты РЗ разрывают цепь обмотки МП, и неисправная электроустановка отключается от сети. Цепь искусственного замыкания, включаемая кнопкой К, служит для контроля исправности схемы отключения.
Целесообразно применять защитное отключение в передвижных электроустановках и при использовании ручного электроинструмента, так как условия их эксплуатации не позволяют обеспечить безопасность заземлением или другими защитными мерами.
С. Защитное отключение
Назначение, принцип действия, область применения. Защитным отключением называется автоматическое отключение электроустановок при однофазном (однополюсном) прикосновении к частям, находящимся под напряжением, недопустимым для человека, и (или) при возникновении в электроустановке тока утечки (замыкания), превышающего заданные значения.
Назначение защитного отключения - обеспечение электробезопасности, что достигается за счет ограничения времени воздействия опасного тока на человека. Защита осуществляется специальным устройством защитного отключения (УЗО), которое, работая в дежурном режиме, постоянно контролирует условия поражения человека электрическим током.
Область применения: электроустановки в сетях с любым напряжением и любым режимом нейтрали.
Наибольшее распространение защитное отключение получило в электроустановках, используемых в сетях напряжением до 1 кВ с заземленной или изолированной нейтралью.
Принцип работы УЗО состоит в том, что оно постоянно контролирует входной сигнал и сравнивает его с наперед заданной величиной (устав-кой). Если входной сигнал превышает уставку, то устройство срабатывает и отключает защищенную электроустановку от сети. В качестве входных сигналов устройств защитного отключения используют различные параметры электрических сетей, которые несут в себе информацию об условиях поражения человека электрическим током.
Все УЗО по виду входного сигнала классифицируют на несколько типов (рис. 4.11).
Рис.4.11. Классификация УЗО по виду входного сигналаКроме того УЗО могут классифицироваться по другим критериям, например, по конструктивному исполнению.
Основными элементами любого устройства защитного отключения являются датчик, преобразователь и исполнительный орган.
Основными параметрами, по которым подбирается то или иное УЗО являются: номинальный ток нагрузки т.е. рабочий ток электроустановки, который протекает через нормально замкнутые контакты УЗО в дежурном режиме; номинальное напряжение; уставка; время срабатывания устройства.
Рассмотрим более подробно
УЗО, реагирующее на потенциал корпуса относительно земли , предназначенное для обеспечения безопасности при возникновении на заземленном (или зануленном) корпусе электроустановки повышенного потенциала. Датчиком в этом устройстве (рис.4.12) служит реле Р, обмотка которого включена между корпусом электроустановки и вспомогательным заземлителем R в. Электроды вспомогательного заземлителя R в располагаются вне зоны растекания токов заземлителя R з .
При замыкании на корпус защитное заземление
R з снизит потенциал корпуса относительно земли до величины j з =I з R з. Если по каким-либо причинам окажется, что j з > j здоп , где j здоп - потенциал корпуса, при котором напряжение прикосновения не превышает допустимого, то срабатывает реле Р, которое своими контактами замкнет цепь питания катушки коммутационного аппарата и произойдет отключение поврежденной электроустановки от сети.Фактически данный тип УЗО дублирует защитные свойства заземления или зануления и применяется в качестве дополнительной защиты, повышая надежность заземления или зануления.
Данный тип УЗО может применяться в сетях с любым режимом нейтрали, когда заземление или зануление неэффективно.
УЗО, реагирующее на дифференциальный (остаточный) ток, находят широкое применение во всех отраслях промышленности. Характерной их особенностью является многофункциональность. Такие УЗО могут осуществлять защиту человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении, при косвенном прикосновении, при несимметричном снижении изоляции проводов относительно земли в зоне защиты устройства, при замыканиях на землю и в других ситуациях.
Принцип действия УЗО дифференциального типа заключается в том, что оно постоянно контролирует дифференциальный ток и сравнивает его с уставкой. При превышении значения дифференциального тока уставки УЗО срабатывает и отключает аварийный потребитель электроэнергии от сети. Входным сигналом для трехфазных УЗО является ток нулевой последовательности. Входной сигнал УЗО функционально связан с током, протекающим через тело человека
I h .Область применения УЗО дифференциального типа – сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ (система TN - S).
Схема включения УЗО, реагирующего на дифференциальный ток в сети с заземленной нейтралью типа
TN - S представлена на рис 4.13.
Датчиком такого устройства является трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП), на выходных обмотках которого формируется сигнал, пропорциональный току через тело человека
I h . Преобразователь УЗО (П) сравнивает значение входного сигнала с уставкой, значение которой определяется допустимым током через человека, усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для управления исполнительным органом (ИО). Исполнительный орган, например, контактор, отключает электроустановку от сети в случае возникновения опасности поражения электрическим током в зоне защиты УЗО.По условиям функционирования дифференциальные УЗО подразделяются на следующие типы: АС, А, В,
S, G.УЗО типа АС – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно, либо медленно возрастающий.
УЗО типа А – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный дифференциальный ток, возникающие внезапно, либо медленно возрастающие.
УЗО типа В – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи.
S – устройство защитного отключения, селективное (с выдержкой времени отключения). G – то же, что и типа S ,но с меньшей выдержкой времениКонструктивно дифференциальные УЗО разделяются на два типа:
Электромеханические УЗО, функционально не зависящие от напряжения питания. Источником энергии, необходимой для функционирования таких УЗО – выполнения защитных функций, включая операцию отключения, является сам входной сигнал – дифференциальный ток, на который оно реагирует.
- Электронные УЗО, функционально зависящие от напряжения питания . Их механизм для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от внешнего источника.
Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током.
Такая опасность может возникнуть при замыкании фазы на корпус, снижении сопротивления изоляции ниже определенного предела и в случае прикосновения человека непосредственно к токоведущим частям, находящимся под напряжением.
Основными элементами устройств защитного отключения (УЗО) является прибор защитного отключения исполнительный орган - автоматический отключатель.
Прибор защитного отключения (ПЗО) - это совокупность отдельных элементов, которые воспринимают входную величину, реагируют на ее изменения и дают сигнал на отключение выключателю. Этими элементами являются:
1 - датчик – устройство, воспринимающее изменение параметра и преобразующее его в соответствующий сигнал;
2 - усилитель (в случае слабого сигнала);
3 - цепи контроля – для проверки исправности схемы;
4 - вспомогательные элементы (сигнальные лампы и измерительные приборы).
Автоматический выключатель – служит для включения и выключения цепей, находящихся под нагрузкой. Он должен отключать цепь при поступления сигнала от прибора защитного отключения.
Основные требования к устройству защитного отключения (УЗО):
1 - высокая чувствительность;
2 - малое время отключения (0,05-0,2с)
3 - селективность действия, т.е. при наличии опасности;
4 - иметь самоконтроль исправность;
5 - достаточная надежность
Область применения - практически не ограничена. Наибольшее распространение УЗО получили в сетях напряжением до 1000В.
Различают типы УЗО, которые реагируют на:
1 - потенциал корпуса;
2 - ток замыкания на землю;
5 - ток нулевой последовательности;
6 - оперативный ток.
Есть устройства комбинированные, которые реагируют не на одну, а на несколько входных величин.
Рассмотрим схему УЗО, реагирующее на потенциал корпуса относительно земли (рисунок).
Электроустановка питается от 3-х фазной, 3-х проводной сети с изолированной нейтралью.
1 – контакты магнитного пускания;
2 – кнопка «пуск»;
3 – кнопка «стоп»;
4 – нормально замкнутые контакты (НЗК) реле напряжения 6;
5 – катушка магнитного пускателя(U раб = U л);
6 – реле напряжения;
7 – кнопка проверки работоспособности схемы;
8 – плавкие предохранители;
9 – электроустановка;
10 – защитное заземление;
11 вспомогательное заземление;
Рисунок 12.7. Схема защитного отключения, реагирующая на потенциал корпуса относительно земли
Рассмотрим 3 режима работы:
1. Нормальный режим работы.
При нажатии на кнопку «пуск» (2) на катушку пускателя (5) подается линейное напряжение через замкнутые контакты кнопки «стоп» (3), и нормально замкнутые контакты (4), реле напряжения (6). При протекании тока через катушку пускателя(5), в ней возникает магнитное поле, которое притягивает сердечник, на котором расположены контакты (1). Они замыкаются и на электроустановку (9) подается напряжение, а дополнительный контакт блокирует кнопку «пуск» (2) и ее можно отпустить. При нажатии на кнопку «стоп» (3) разрывается цепь питания катушки пускателя (5), магнитное поле исчезает и сердечник, на котором расположены контакты (1) под действием собственного веса (или пружины) возвращается в исходное положение. Происходит отключение электроустановки от сети.
2. Аварийный режим работы (замыкание фазы на корпус и обрыв цепи защитного заземления)
При включенной установке и наличии аварийного режима на корпусе установки(9)возникает напряжение относительно вспомогательного заземления (11) которое подается на реле напряжения (6) через замкнутые контакты кнопки (7). При достижении напряжения на корпусе установки (9) равного напряжению «уставки» реле напряжения (6) , оно срабатывает и размыкает свои нормально замкнутые контакты (4). Напряжение «уставки» реле напряжения (6) выбирается из условий безопасности. Электроустановка отключается от сети. При повторном включении электроустановки – цикл повторится.
3. Проверка работоспособности схемы.
При включенной электроустановке, находящейся в нормальном режиме при нажатии на кнопку (7) (размыкаются нормально замкнутые контакты, соединяющие заземленный корпус электроустановки (9) и реле напряжение (6) и на реле напряжения (6) подается фазное напряжение). Должно произойти отключение электроустановки от сети.
Защитное отключение - это быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током.
настоящее время защитное отключение является наиболее эффективным электрозащитным средством. Опыт развитых зарубежных стран показывает, что массовое применение устройств защитного отключения (УЗО) обеспечило резкое снижение электротравматизма.
Защитное отключение находит все более широкое применение в нашей стране. Оно рекомендовано к использованию в качестве одного из средств по обеспечению электробезопасности нормативными документами (НТД): ГОСТ 12.1.019-79, ГОСТ Р 50571.3-94 ПУЭ и др. В ряде случаев требуется обязательное применение УЗО в электроустановках зданий (см. ГОСТ Р 5066.9-94). К объектам, подлежащим оснащению УЭО, относятся: вновь строящиеся, реконструируемые, капитально ремонтируемые жилые дома, общественные здания, промышленные сооружения независимо от форм собственности и принадлежности. Не допускается применение УЗО в тех случаях, когда внезапное отключение может привести по технологическим причинам к возникновению ситуаций, опасных для персонала, к отключению пожарной, охранной сигнализации и т.п.
Основными элементами УЗО являются прибор защитного отключения и исполнительное устройство - автоматический выключатель. Прибор защитного отключения - это совокупность отдельных элементов, которые воспринимают входной сигнал, реагируют на его изменение и при заданном значении сигнала воздействую на выключатель. Исполнительное устройство - автоматический выключатель, обеспечивающий отключение соответствующего участка электроустановки (электрической сети) при получении сигнала от прибора защитного отключения.
Основные требования, предъявляемые к УЗО:
1) Быстродействие - время отключения (),складываемое из времени действия прибора (t п) и времени действия выключателя (t в) , должно отвечать условию
Существующие конструкции приборов и аппаратов, применяемых в схемах защитного отключения, обеспечивают время отключения t o ткл = 0,05 - 0,2 с.
2) Высокая чувствительность - способность реагировать на малые значения входных сигналов. Высокочувствительные устройства УЗО позволяют задавать уставки выключателям (значения входных сигналов, при которых выключатели срабатывают), обеспечивающие безопасность прикосновения человека к фазе.
3) Селективность - избирательность действия УЗО, т.е. способность отключать от сети тот участок, в котором возникла опасность поражения человека током.
4) Самоконтроль - способность реагировать на собственные неисправности путем отключения защищаемого объекта является желательным свойством для УЗО.
5) Надежность - отсутствие отказов в работе, а также ложных срабатываний. Надежность должна быть достаточно высокой, так как отказы УЗО могут создавать ситуации, связанные с поражением персонала током.
Область применения УЗО практически не ограничена: они могут применяться в сетях любого напряжения и с любым режимом нейтрали. Наибольшее распространение УЗО получили в сетях до 1000 В, где они обеспечивают безопасность при замыкании фазы на корпус, снижении сопротивления изоляции сети относительно земли ниже определенного предела, прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением, в передвижных электрических установках, в электроинструменте и др. Причем УЗО могут применятся как самостоятельные защитные устройства, так и в качестве дополнительной меры к занулению или защитному заземлению. Эти свойства определяются типом применяемого УЗО и параметрами защищаемой электроустановки.
Типы устройств защитного отключения. Работа электрической сети как в нормальном, так и в аварийном режиме сопровождается наличием определенных параметров, которые могут изменяться в зависимости от условий и режима работы. Степень опасности поражения человека определенным образом зависит от этих параметров. Следовательно, их можно использовать в качестве входных сигналов для УЗО.
На практике для создания УЗО используются следующие входные сигналы:
Потенциал корпуса относительно земли;
Ток замыкания на землю;
Напряжение нулевой последовательности;
Дифферинциальный ток (ток нулевой последовательности) ;
Напряжение фазы относительно земли;
Оперативный ток.
Кроме того, применяются и комбинированные устройства, реагирующие на несколько входных сигналов.
Ниже рассмотрена схема и работа устройства защитного отключения, реагирующего на потенциал корпуса относительно земли.
Назначение УЗО данного типа - устранение опасности поражения людей током при возникновении на заземленном или зануленном корпусе повышенного потенциала. Обычно эти устройства являются дополнительной мерой защиты к заземлению или занулению. Устройство срабатывает, если возникший на корпусе поврежденного оборудования потенциал φ к окажется выше потенциала φ кдоп, которое выбирается, исходя из наибольшего длительно допустимого напряжения прикосновения U пр.доп.
Датчиком в этой схеме служит реле напряжения РН,
Рис.28. Принципиальная схема УЗО, реагирующего на
потенциал корпуса, соединенного с землей с помощью вспомогательного заземлителя R воп
При замыкании фазы на заземленный (или зануленный) корпус вначале действует защитное заземление, обеспечивающее понижение напряжения на корпусе до значения U к = I з * R з,
где R з - сопротивление защитного заземления.
Если это напряжение превысит напряжение уставки реле РН U уст, то реле за счет тока I р сработает, разомкнув своими контактами цепь питания магнитного пускателя МП. А силовые контакты магнитного пускателя, в свою очередь, обесточат поврежденное оборудование, т.е. УЗО выполнит свою задачу.
Оперативное (рабочее) включение и выключение оборудования осуществляется кнопками ПУСК, СТОП. Контакты БК магнитного пускателя обеспечивают его питание после отпускания кнопки ПУСК.
Достоинством этого типа УЗО является простота его схемы. К недостаткам относятся необходимость вспомогательного заземления, отсутствие самоконтроля исправности, неселективность отключения в случае присоединения нескольких корпусов к одному защитному заземлителю, непостоянство уставки при изменении R воп.
Далее рассмотрим вторую схему, реагирующую на дифференциальный ток (или ток нулевой последовательности) – УЗО(Д). Эти устройства наиболее универсальны, и поэтому находят широкое применение на производстве, в общественных зданиях, в жилых домах и т.д.
