Электробезопасность. Защитное отключение

Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки (через 0,05–0,2 с) при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током.

Защитная функция устройств защитного отключения (УЗО) заключается в ограничении не тока, проходящего через человека, а времени его протекания гак, чтобы выдерживались условия "ГОСТ 12.1.038-82. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов" (утвержденного постановлением Госстандарта СССР от 30.06.1982 № 2987).

Согласно этому ГОСТу, например, при токе, проходящем через человека, равном 500 мА, время его воздействия не должно превышать 0,1 с, при 250 мА – 0,2 с, при 165 мА – 0,3 с, при 100 мА – 0,5 с и т.д. Область применения УЗО весьма широка (электроустановки общественных и жилых зданий, административные и производственные помещения, мастерские, автозаправочные станции (АЗС), ангары, гаражи, складские помещения и т.д.).

Принцип действия УЗО основан на изменении каких- либо электрических величин, происходящих при замыкании фазы на корпус, снижении сопротивления изоляции сети ниже определенного предела при непосредственном прикосновении человека к токоведущим частям электроустановки и в других опасных для него случаях, на которые реагирует исполнительный орган, подающий сигнал для срабатывания защитного отключения.

Наиболее распространенным и совершенным является УЗО-Д, реагирующее на ток утечки (дифференциальный ток). Такие УЗО состоят из трех функциональных элементов: датчика, исполнительного органа и коммутационного (отключающего) устройства. Датчик улавливает токи утечки, стекающие с фазных проводов на землю в случае прикосновения человека к частям под напряжением. Сигнал о наличии тока утечки поступает в исполнительный орган, где усиливается и преобразуется в команду на отключение коммутационного устройства. Исполнительный орган УЗО может быть электронным или электромеханическим (с магнитоэлектрической защелкой). Второй вариант более надежный.

На рис. 24.13 приведена схема УЗО-Д (УЗО с дифференциальной защитой). Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока с кольцевым магнитопроводом 1. При отсутствии тока утечки, т.е. тока, проходящего через человека, рабочие токи в прямом (фазном) и обратном (нулевом рабочем) проводах будут равны и наводят в дифференциальном трансформаторе тока 1 с кольцевым магнитопроводом равные, но противоположно направленные потоки. При этом результирующий магнитный поток равен нулю и ток во вторичной обмотке отсутствует, УЗО не срабатывает. При появлении тока утечки (например, при прикосновении человека к корпусу электроустановки, на которой произошел пробой изоляции и появилось напряжение) ток в прямом проводе будет превышать обратный ток на величину тока утечки (ток утечки на рисунке показан точечной линией). Неравенство тока вызывает небаланс магнитных потоков, в результате чего в магнитопроводе дифференциального трансформатора 1 возникает магнитный поток, а в его вторичной обмотке – дифференциальный ток. Этот ток поступает к пусковому органу 2, и если его величина превышает пороговое (заданное) значение, то он срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3 , который за счет своего пружинного привода, спускового механизма и группы контактов размыкает электрическую сеть. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается. Для периодического контроля исправности УЗО нажимают кнопку Т (тест), создается искусственный дифференциальный (разностный) ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно.

Следует заметить, что из всех известных электрозащитных средств УЗО-Д – единственное, обеспечивающее защиту человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении к токоведущим частям. Кроме того, оно осуществляет защиту электроустановок от возгораний, первопричиной которых являются утечки тока, вызванные повреждением изоляции, неисправной электропроводкой. Поэтому УЗО называют еще и "противопожарным сторожем".

Устройство защитного отключения характеризуется номинальным рабочим током подключаемой нагрузки (16, 25, 40 А), номинальным дифференциальным отключающим током (10, 30 или 100 мА), быстродействием (20–30 мс) и другими параметрами.

Согласно п. 1.7.80 ПУЭ не допускает применение УЗО, реагирующих на дифференциальный ток, в четырехпроводных трехфазных цепях (система TN-C). Но 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 (УЗО).

Рис. 24.13.

Следует заметить, что в системах TN-C (без отдельного защитного проводника), в незаземленных электроприемниках, изолированных от земли (например, холодильник или стиральная машина на изолирующем основании), УЗО, включенное в цепь питания этого электроприемника, не сработает, поскольку не будет цепи протекания тока утечки, т.е. не будет разностного (дифференциального) тока. При этом на корпусе электроустановки образуется опасный потенциал относительно земли.

Но если человек при этом коснется корпуса электроприемника и протекающий через него ток будет больше отключающего дифференциального тока УЗО (тока уставки), то

УЗО сработает и отключит электроприемник от сети. Жизнь человека будет спасена. О тсюда следует, что применение УЗО в сетях TN-C все же оправданно.

УЗО (Устройство Защитного Отключения) — это коммутационный аппарат предназначенный для защиты электрической цепи от токов утечки, то есть токов протекающих по нежелательным, в нормальных условиях эксплуатации, проводящим путям, что в свою очередь обеспечивает защиту от пожаров (возгорания электропроводки) и от поражения человека электрическим током.

Определение «коммутационный» означает, что данный аппарат может включать и отключать электрические цепи, другими словами производить их коммутацию.

УЗО так же имеет другие варианты названий, например: дифференциальный выключатель, выключатель дифференциального тока, (сокращенно выключатель диф тока) и т.п.

1. Устройство и принцип работы УЗО

И так для наглядности представим простейшую схему подключения через УЗО лампочки:

Из схемы видно, что при нормальном режиме работы УЗО, когда его подвижные контакты замкнуты, ток I 1 величиной, к примеру, 5 Ампер от фазного провода проходит через магнитопровод УЗО, затем через лампочку, и возвращается в сеть по нулевому проводнику, так же через магнитопровод УЗО, при этом величина тока I 2 равна величине тока I 1 и составляет 5 Ампер.

В такой ситуации часть тока электрической цепи поступающая от фазного провода не будет возвращаться в сеть, а проходя через тело человека будет уходить в землю следовательно ток I 2 который будет возвращаться в сеть через магнитопровод УЗО по нулевому проводу будет меньше тока I 1 поступающего в сеть, соответственно и величина магнитного потока Ф 1 станет больше величины магнитного потока Ф 2 , в результате чего в магнитопроводе УЗО суммарный магнитный поток уже не будет равен нулю.

К примеру ток I 1 =6А, ток I 2 =5,5А, т.е. 0,5 Ампера протекает через тело человека в землю (т.е. 0,5 Ампера — ток утечки), тогда магнитный поток Ф 1 будет равен 6 условных единиц, а магнитный поток Ф 2 — 5,5 условных единиц тогда суммарный магнитный поток будет равен:

Ф сумм = Ф 1 + Ф 2 =6+(-5,5)=0,5 усл. ед.

Возникший суммарный магнитный магнитный поток индуктирует электрический ток во вторичной обмотке который проходя через магнитоэлектрическое реле приводит его в работу, а оно, в свою очередь, размыкает подвижные контакты отключая электрическую цепь.

Проверка работоспособности УЗО осуществляется нажатием кнопки «ТЕСТ». Нажатие данной кнопки искусственно создает в УЗО утечку тока, что должно привести к отключению УЗО.

1. Схема подключения УЗО.

ВАЖНО! Так как в УЗО отсутствует защита от сверхтоков, при любой схеме его подключения должна быть предусмотрена так же установка , для защиты УЗО от токов перегрузки и короткого замыкания.

Подключение УЗО осуществляется по одной из следующих схем, в зависимости от типа сети:

Подключение УЗО без заземления:

Такая схема применяется, как правило, в зданиях со старой электропроводкой (двухпроводной), в который отсутствует заземляющий провод.

Подключение УЗО с заземлением:

N- C- S (когда нулевой проводник разделяется на нулевой рабочий и нулевой защитный):

Схема подключения УЗО в электросети (когда нулевой рабочий и нулевой защитный проводники разделены):

ВАЖНО! В зоне действия УЗО нельзя объединять нулевой защитный (провод заземления) и нулевой рабочий проводники! Другими словами нельзя в схеме, после установленного УЗО, соединять между собой рабочий ноль (синий провод на схеме) и провод заземления (зеленый провод на схеме).

1. Ошибки в схемах подключения из-за которых выбивает УЗО.

Как было сказано выше УЗО срабатывает на токи утечки, т.е. если сработало УЗО — это значит, что произошло попадание человека под напряжение или по какой либо причине оказалась повреждена изоляция электропроводки или электрооборудования.

Но что если УЗО самопроизвольно срабатывает и при этом повреждений нигде нет, а подключенное электрооборудование исправно? Возможно все дело в одной из следующих ошибок в схеме сети защищаемой УЗО.

Одной из самых распространенных ошибок является объединение нулевого защитного и нулевого рабочего проводника в зоне действия УЗО:

В этом случае величина тока выходящего из сети через УЗО по фазному проводу будет больше чем величина тока возвращающегося в сеть по нулевому проводнику т.к. часть тока будет протекать мимо УЗО по проводнику заземления, что приведет к срабатыванию УЗО.

Так же, часто встречаются случаи использования в качестве нулевого рабочего проводника проводник заземления или стороннюю проводящую заземленную часть (например арматуру здания, систему отопления, водопроводную трубу). Такое, подключение как правило происходит при повреждении нулевого рабочего проводника:

Оба этих случая приводят к тому, что УЗО выбивает, т.к. ток выходящий из сети по фазному проводу ток через УЗО не возвращается обратно в сеть.

1. Как выбрать УЗО? Типы и характеристики УЗО.

Что бы правильно подобрать УЗО и исключить возможность ошибки воспользуйтесь нашим .

УЗО выбирается по его основным характеристикам. К ним относятся:

1. Номинальный ток — максимальный ток при котором УЗО способно длительно работать не теряя свою работоспособность;
2. Дифференциальный ток — минимальный ток утечки при котором УЗО произведет отключение электрической цепи;
3. Номинальное напряжение — напряжение при котором УЗО способно длительно работать не теряя свою работоспособность
4. Тип тока —постоянный (обозначается «-«) или переменный (обозначается «~»);
5. Условный ток короткого замыкания — ток который кратковременно может выдержать УЗО до момента пока не сработает защитная аппаратура (предохранитель или автоматический выключатель).

Выбор УЗО основывается на следующих критериях:

— По номинальному напряжению и типу сети: Номинальное напряжение УЗО должно быть больше либо равно номинальному напряжению защищаемой им цепи:

U ном. УЗО ⩾ U ном. сети

При однофазной сети требуется двухполюсное УЗО , при трехфазной сети — четырехполюсное .

— По номинальному току: согласно пункта 7.1.76. ПУЭ использование УЗО в групповых линиях, не имеющих защиты от , без дополнительного аппарата, обеспечивающего эту защиту не допускается, при этом необходима расчетная проверка УЗО в режимах сверхтока с учетом защитных характеристик вышестоящего аппарата, обеспечивающего защиту от сверхтока.

Из сказанного выше следует, что перед УЗО должен стоять аппарат защиты ( или ) именно по току этого вышестоящего аппарата защиты необходимо выбирать номинальный ток УЗО исходя из условия, что номинальный ток УЗО должен быть больше либо равен номинальному току установленного до него аппарата защиты:

I ном. УЗО ⩾ I ном. аппарата защиты

При этом рекомендуется что бы номинальный ток УЗО был на ступень больше номинального тока вышестоящего аппарата защиты (например если перед УЗО установлен автомат на 25 Ампер УЗО рекомендуется ставить с номинальным током 32 Ампера)

Справочно — стандартные значения номинальных токов УЗО: 4А, 5А, 6А, 8А, 10А, 13А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А и т.д.,

— По дифференциальному току:

Дифференциальный ток — это одна из главных характеристик УЗО которая показывает при какой величине тока утечки УЗО отключит цепь.

В соответствии с пунктом 7.1.83. ПУЭ: Суммарный ток утечки сети с учетом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников в нормальном режиме работы не должен превосходить 1/3 номинального тока УЗО. При отсутствии данных ток утечки электроприемников следует принимать из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки сети - из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника. Т.е. дифференциальный ток сети можно рассчитать по следующей формуле:

Δ I сети =((0.4*I сети)+(0.01*L провода))*3, миллиАмпер

где: I сети — ток сети (рассчитанный по формуле выше), в Амперах; L провода — общая длина проводки защищаемой электросети в метрах.

Рассчитав Δ I сети принимаем ближайшее большее стандартное значение дифференциального тока УЗО Δ I УЗО :

Δ I УЗО ⩾ Δ I сети

Стандартными величинами дифференциального тока УЗО являются : 6, 10, 30, 100, 300, 500мА

Дифференциальные токи: 100, 300 и 500мА применяются для защиты от пожаров, а токи: 6, 10, 30мА — для защиты от поражения человека электрическим током. При этом токи 6 и 10мА применяются, как правило, для защиты отдельных потребителей и , а дифференциальный ток 30мА подходит для общей защиты электросети.

В случае если УЗО необходимо для защиты от поражения электрическим током, а по произведенному расчету ток утечки составил более 30мА необходимо предусмотреть установку нескольких УЗО на разные группы линий, например одно УЗО для защиты розеток в комнатах, а второе для защиты розеток в кухне, снизив тем самым мощность проходящую через каждое УЗО и как следствие снизив ток утечки сети, т.е. в таком случае расчет необходимо будет производить для двух или более УЗО которые будут установлены на разные линии.

— По типу УЗО:

УЗО бывают двух типов: электромеханическое и электронное . Принцип работы электромеханического УЗО мы рассматривали выше, его основным рабочим органом является дифференциальный трансформатор (магнитопровод с обмоткой) который сравнивает величины уходящего в сеть тока и тока возвращающегося из сети, а в электронном эту функцию выполняет электронная плата для работы которой необходимо напряжение.

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.

Защитное отключение выполняется в дополнение или взамен заземления.

Отключение осуществляется автоматами. Защитное отключение рекомендуется в тех случаях, когда безопасность не может быть обеспечена путем устройства заземления или когда его трудно выполнить.

Защитное отключение обеспечивает быстрое- не более 0,2 с автоматическое отключение установки от питающей сети при возникновении в ней опасности поражения током. Такая опасность может возникнуть при замыкании фазы на корпус электрооборудования, при снижении изоляции фаз относительно земли (повреждении изоляции, замыкании фазы на землю); при появлении в сети более высокого напряжения, при случайном прикосновении человека к токоведущим элементам, находящимся под напряжением.

Преимуществами защитного отключения являются: возможность его применения в электрических установках любого напряжения и при любом режиме нейтрали, срабатывание при малых напряжениях на корпусе - 20-40 В и быстрота отключения, равная 0,1 - 0,2 с.

Защитное отключение осуществляется посредством выключателей или контакторов, снабженных специальным отключающим реле. Существует много различных типов защитно-отключающих устройств. Схема одного из них приведена на рис. 76. Выключатель защитного отключения состоит из электромагнитной катушки, сердечник которой в обычном положении удерживает рубильник или специальный автомат включенным в сеть. Электромагнитная катушка одним выводом присоединяется к корпусу защищаемой электроустановки, а другим - к заземлителю. При достижении на корпусе защищаемой электроустановки напряжения свыше 24- 40 В через катушку электромагнита проходит ток, вследствие чего сердечник втягивается внутрь катушки и рубильник под действием пружины выключает ток, снимая напряжение с защищаемой установки.

Применения УЗО в электроустановках жилых, общественных, административных и бытовых зданий можно рассматривать только в случае питания электроприёмников от сети 380/220 с системой заземления TN-S или TN-C-S.

УЗО являются дополнительным средством защиты человека от поражения электрическим током. Кроме того, они осуществляют защиту от возгорания и пожаров, возникающих вследствие возможных повреждений изоляции, неисправностей электропроводки и электрооборудования. При нарушении нулевого уровня изоляции, прямом прикосновении к одной из токоведущих частей или при обрыве защитных проводников УЗО является практически единственным быстродействующим средством защиты человека от поражения электрическим током.

Принцип действия УЗО основан на работе дифференциального трансформатора тока.

Суммарный магнитный поток в сердечнике пропорционален разности токов в проводниках, являющихся первичными обмотками трансформатора тока. Под действием ЭДС в цепи вторичной обмотки протекает ток, пропорциональный разности первичных токов. Этот ток и приводит в действие пусковой механизм.

В нормальном рабочем режиме результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю.

Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на разницу токов в проводниках, подводящих электроэнергию. Если в двух словах описывать принцип работы устройства, то оно сравнивает ток, ушедший в квартиру, с током, который вернулся из квартиры. Если эти токи оказываются разными, УЗО мгновенно отключает напряжение. Это поможет избежать вреда для человека в случаях повреждения изоляции проводов, при неосторожном обращении с электропроводкой или электроприборами.

Поэтому и родилось такое техническое решение, как ферромагнитный сердечник с тремя обмотками: - “токоподводящей”, “токоотводящей”, “управляющей”.

Ток, соответствующий подаваемому на нагрузку фазному напряжению, и ток, отходящий от нагрузки в нейтральный проводник, наводят в сердечнике магнитные потоки противоположных знаков. Если никаких утечек в нагрузке и защищаемом участке проводки нет, суммарный поток будет нулевым. В противном же случае (касание, повреждение изоляции и пр.) сумма двух потоков становится отличной от нуля. Возникающий в сердечнике поток наводит электродвижущую силу в обмотке управления. К обмотке управления через прецизионное устройство фильтрования всевозможных помех подключено реле. Под воздействием возникающей в обмотке управления ЭДС реле разрывает цепи фазы и нуля.

Существуют две основные категории УЗО:

• 1) Электронные
• 2) Электромеханические

Электромеханические УЗО состоят из следующих основных функциональных блоков.

В качестве датчика тока используется дифференциальный трансформатор тока.

Пороговый элемент выполненный на чувствительном магнитоэлектрическом реле.

Исполнительный механизм.

Цепь тестирования, искусственно создающая дифференциальный ток, для контроля исправности устройства.

В большинстве стран мира получили распространение именно электромеханические УЗО. Данный тип УЗО сработает в случае обнаружения тока утечки при любом уровне напряжения в сети т.к. сетевое напряжение никак не влияет на формирование тока, уровень которого и является определяющим при определении момента срабатывания магнитоэлектрического элемента.

При использовании работоспособного (исправного) электромеханического УЗО гарантируется в 100% случаях срабатывание реле и соответственно отключение подачи энергии потребителю.

В электронных УЗО функции порогового элемента и, частично, исполнительного механизма выполняет электронная схема.

Электронное УЗО строится по той же схеме, что и электромеханическое. Разница заключается в том, что место чувствительного магнитоэлектрического элемента занимает элемент сравнения (компаратор, стабилитрон). Для работоспособности такой схемы понадобится выпрямитель, небольшой фильтр. Т.к. трансформатор тока нулевой последовательности - понижающий (в десятки раз), то также необходима цепочка усиления сигнала, которая кроме полезного сигнала также будет усиливать помеху (или сигнал небаланса присутствующий при нулевом токе утечки). Очевидно, что момент срабатывании реле, в данном типе УЗО, определяется не только током утечки, но и сетевым напряжением.

Забегая вперёд необходимо отметить, что стоимость электронных УЗО ниже электромеханических примерно в 10 раз.

В европейских странах подавляющее большинство УЗО - электромеханические.

Преимущества электромеханических УЗО - их полная независимость от колебаний и даже наличия напряжения в сети. Это особенно важно, поскольку в электрических сетях случается обрыв нулевого провода, в результате чего возрастает опасность поражения электротоком.

Применение электронных УЗО целесообразно, когда необходима подстраховка в целях безопасности, например в особо опасных, влажных помещениях. В некоторых странах в вилках электробытовых приборах уже встроены УЗО, это определено требованиями правил.

Для выбора УЗО с достаточной точностью необходимо учесть два параметра:

• 1) Номинальный ток
• 2) Ток утечки (ток срабатывания).

Номинальный ток - это тот максимальный ток, который будет протекать по вашему фазному проводу. Найти значение тока легко, зная максимальную потребляемую мощность. Необходимо поделить потребляемою мощность для худшего случая(максимальная мощность при минимальном Cos(ц)) на фазное напряжение. Не имеет смысл ставить УЗО на ток больший, чем номинальный ток автомата стоящего перед УЗО. В идеале, с запасом, берем УЗО на номинальный ток равный номинальному току автомата.

Существуют УЗО с номинальными токами 10,16,25,40 (А).

Ток утечки (ток срабатывания) - обычно10мА или 30мА если УЗО ставиться в квартиру/дом для защиты жизни человека, а 100-300мА на предприятие для предотвращения пожаров, при обгорании проводов. (ПУЭ 7-е издание п.п. 1.7.50 требует для дополнительной защиты от прямого прикосновения в электроустановках до 1 кВ применять УЗО с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА.).

Кроме УЗО, устанавливаемых на распределительном щитке, можно встретить электророзетки со встроенным УЗО. Эти устройства бывают двух видов: первый устанавливается на место существующей розетки, второй подсоединяется к имеющейся розетке, и затем уже в него включается вилка от электроприбора.

К преимуществам данных устройств можно отнести отсутствие необходимости замены в домах старой застройки электропроводку, а к недостаткам - высокую стоимость (розетки со встроенным УЗО обойдутся примерно в 3 раза дороже, чем УЗО, устанавливаемые на распределительный щит).

УЗО должно быть защищено автоматом (УЗО не предназначено для отключения больших токов.).

Существуют аппараты, совмещающие в себе функции УЗО и автомата.

Такие устройства называются УЗО-Д со встроенной защитой от сверхтоков. У этих УЗО цена традиционно выше, но в некоторых случаях без таких устройств защитного отключения обойтись невозможно.

Для наиболее эффективного применения УЗО предпочтительнее устанавливать устройства по следующей схеме:

• а) УЗО (30 мА на защиту всей квартиры, устанавливается в щитке на лестничной клетке)
• б) УЗО (10 мА) на каждую линию (например, на линии, питающие стиральную машину, «теплые» полы, и т.д., устанавливается в индивидуальный внутриквартирный щиток).

Удобный вариант, поскольку при возникновении какой-либо проблемы с электропроводкой или электроприборами будет отключаться только соответствующая линия, а не вся квартира.

Недостатки данной системы - более высокие затраты и необходимость иметь значительно больше свободного места. Более чем одно УЗО, как правило, удается установить лишь в индивидуальный внутриквартирный щиток, специально спроектированный для этих целей. В обычном щитке на лестничной площадке для этого, как правило, не хватает места.

Для защиты электрооборудования квартиры с применением УЗО необходимо также учесть опасность кратковременного повышения напряжения в случае кроткого замыкания, грозовом разряде на линию электропередачи, и прочих аварийных ситуациях в службе электроснабжения. В результате возможен выход из строя дорогостоящей бытовой техники.

В этом случае очень эффективно применение устройства защиты от перенапряжения совместно с УЗО. В аварийной ситуации при повышении напряжения варистор начинает сбрасывать лишнее напряжение на землю, а УЗО, обнаружив разницу между "вытекающим" и "втекающим" обратно током (разницу, соответствующую току "утечки" на землю), просто отключит сетевое питание, не допустив выхода из строя бытовых электроприборов, и варистора УЗИП. В результате, если использовать разрядник перенапряжения в комплекте с УЗО, то электросеть при повышении напряжения будет просто отключаться.

7. Задача №1

Рассчитать методами удельной мощности и светового потока потребное количество светильников с ЛЛ для общего освещения помещения с электронно-вычислительной техникой и разместить светильники на плане помещения. При этом минимальная освещенность 400 лк., высота рабочей поверхности от пола - 0,8 м; коэффициент отражения света от потолка Рп = 70...50%, стен Pс= 50% и рабочей поверхности Pр=- 30...10%.

1. Определяют высоту, м, подвеса светильника над рабочей поверхностью по формуле:

h = Н - h р- hс.

h = 3,6 - 0,8 - 0,6 = 2,2 м

где Н - высота помещения, м; hр - высота рабочей поверхности от пола;

hc - высота свеса светильника от основного потолка.

2. Вычисляют освещаемую площадь помещения, м2, по формуле:

S = 24 * 6 = 144 м 2

где A и В - длина и ширина помещения, м.

3. Для расчета освещения методом удельной мощности находим табличную удельную мощность Рm и значения величин Кт = 1,5 и Zт = 1,1. Для светильников с УПС35 -4 х 40 вначале определяют условный номер группы = 13. При этом для светильника УПС35 -4 х 40 Рm дана для Е =100 лк, поэтому следует производить ее перерасчет для Еmin по формуле:

Рm = 7,7 + 7,7*0,1 = 8,47

РУ = Рm Emin / E100

РУ = 8,47*400 / 100 = 33,88 Вт/м 2

4. Определяют суммарную мощность, Вт, для освещения заданного помещения по формуле:

Р суммарное = Ру S Kз Z / (Кт Zт)

Р суммарное = 33,88*144*1,5*1,3/ 1,5*1,1 = 5766 Вт

где Кз - коэффициент запаса, устанавливаемый Кз = 1,5; Z - коэффициент неравномерности освещения Z = 1,3

5. Находят потребное количество светильников, шт., по формуле:

Nу = Рсуммарное/ (ni РА)

Nу = 5766/4*40 =36 шт

где РА - мощность лампы в светильнике, Вт; ni - число УПС35 -4 х 40

в светильнике, шт.

6. Для расчета освещения методом светового потока вычисляют индекс помещения по формуле:

i = S / h (A + B)

i = 144/ 2,2* (24+6) = 2,2

7. Находим КПД - коэффициент полезности действия:

8. Находим световой поток заданной (принятой) лампы ФА, лм.:

9. Определяют потребное количество светильников, шт., по формуле:

Nc = 100 Emin S Kз Z / ni ФА K

Nc = 100* 400* 144*1.5*1.3/4*2200*45* 0,9 = 32

где K - коэффициент затенения для помещений с фиксированным положением работающего (конторы, чертежные и др.), равный 0,8...0,9 ; остальные обозначения расшифрованы выше.

10. Разрабатываем рациональную схему равномерного размещения светильников N в помещение.

Расстояние, м, между светильниками и рядами этих светильников определяют по формуле:

Коэффициент зависимости от кривой силы света

L = (0,6…0,8) * 2,2 = 1,32….1,76 м

l k 0.24 * L = 0,24 * (1,32…1,76) = 0,32….0,42 м

При размещении светильников УПС35 -4 х 40 располагают, как правило, рядами - параллельно рядами оборудования или оконным проемам. Поэтому определяют расстояния L и l k .

11. Если по конструктивным особенностям помещения предусматривают разрывы lp , м, между светильниками, то lp 0,5 h. В этом случае размещение светильников лучше вести через суммарную их длину l по формуле:

l = 32* 1,270 = 41 м

где lc - длина светильника, м.

12. Определяем размещения общего количества светильников в помещении, шт., по формулам:

N p = 41/24 = 1,7 2

N .c.p = N c / N p

N .c.p = 32/2 = 16 шт

N общ. = N p* N .c.p

N общ. = 2 * 16 = 32 шт

13. Проверяем фактическую освещенность по формуле:

E = 32* 4*2200*45*0,9/ 100*144*1,5*1,3 = 406 лк. 400 лк.

A -L p.c. - 2 l k / N .c.p - 1

L p.c. = l c * N .c.p

L p.c. = 1,270 * 16 = 20,32

24- 20,32 - 2*0,4 / 16-1 = 0,19 м

B - 2 l k / N .p - 1

6 - 2*0,4/ 2-1 = 5,2 м

Схема размещения светильников типа УСП 35-4х40

Подобрать необходимый вентилятор, тип и мощность электродвигателя и указать основные конструктивные решения.

• 1. Определяем площадь помещения, где необходима механическая вентиляция:
  • S = A*B
  • S = 9*12 = 108 м 2
• 2. Находим удельную тепловую нагрузку:

q = Q изб / S

q = 10*10 3 /108 = 92,6 Вт/ м 2 400 Вт/м 2

3. Находим расход воздуха для удаления избытка тепла:

L я = 3,6 * Q изб / 1,2*(t y - t п)

L я. т. = 3,6 * 10*10 3 / 1,2* (23-16) = 4286 м 3 /ч

L я. з. = L я. т. * 0,65

L я. з. = 4286 * 0,65 = 2786 м 3 /ч

4. Находим наличием выделяющихся вредных веществ в помещении потребный расход воздуха, м3/ч, определяют по формуле:

L вр = m вр / Cg - C n

L вр = 1,0 * 10 3 / 8,0 - 0 = 125 м 3 /ч

5. Расчет значения Lб, м3/ч, ведут по массе выделяющихся вредных веществ в данном помещении, способных к взрыву определяют по формуле:

L б = m вр /0,1* C нк - C n

L б = 1,0 * 10 3 / 0,1*20*10 3 - 0 = 0,5 м 3 /ч

6. Находим минимальный расход наружного воздуха (Lmin, м*м*м/ч), определяемому по формуле:

L min = 40 * 60 * 1,5 = 3600 м 3 /ч

Выбираем самый большой расход воздуха 4286 м 3 /ч = L n

Если L n > Lmin, то значение L n принимают как окончательное

• 4286 > 3600.
• 7. КТА 1-8 ЭВМ - Lв = 2000 м3/ч; Lх = 9,9 кВт.

КТА 2-5-02 - L в = 5000 м 3 /ч; L х = 24,4 кВт.

n в = L n * K в / L в

n в = 4286 * 1 / 2000 = 2,13 шт

n х = Q изб * K в / L х

n х = 10 * 1 / 9,9 = 1,012 шт

n в = 4286 * 1 / 5000 = 0,86 1 шт

n х = 10 * 1 / 24,4 = 0,41шт

Схема по размещению механической вытяжной вентиляции в помещении

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.