Защитное отключение электроустановок. Схемы защитного отключения электроустановок

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.

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.

Защитным отключением называется автоматическое отключение электроустановок при однофазном 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, обеспечивает электробезопасность при прикосновении человека к токоведущим частям оборудования, позволяет осуществлять постоянный контроль изоляции, отключает установку при замыкании токоведущих частей на землю. Для защиты людей от поражения электрическим током применяются УЗО с током срабатывания не более 30 мА.

Область применения защитного отключения: 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 заданной величиной. Если входной сигнал превышает эту величину, то устройство 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.

УЗО реагирует на «ток утечки» и в течение сотых долей секунды отключает электричество, защищая человека от поражения электрическим током, оно улавливает малейшую утечку тока и размыкает контакты.

Конструктивно УЗО бывают двух видов:

электронные, зависимые от напряжения питания, их механизм для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от внешнего источника; электромеханические, независимые от напряжения питания, они дороже электронных УЗО, но обладают большей чувствительностью. Источником энергии, необходимой для функционирования таких УЗО является сам входной сигнал - дифференциальный ток, на который оно реагирует.

Все УЗО по виду входного сигнала классифицируют на несколько типов:

реагирующее на напряжение корпуса относительно земли; реагирующее на дифференциальный (остаточный) ток; реагирующее на комбинированный входной сигнал; реагирующее на ток замыкания на землю; реагирующее на оперативный ток (постоянный; переменный 50 Гц); реагирующее на напряжение нулевой последовательности.

Применение УЗО должно осуществляться в соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ).

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.

Для чего используют защитное отключение?

Опасность поражения током обусловливается напряжением прикосновения (£ / доя1, В) а затем силой тока, который может пройти через тело человека (/ "А). Как известно.

где /? А - сопротивление тела человека, Ом.

Если напряжение прикосновения в момент касания человека к корпусу или фазы сети превышает допустимое значение, то возникает реальная угроза поражения током и степени защиты в этом случае может стать только разрыв цепи тока, отключение соответствующего участка сети. Для выполнения этой задачи используют защитное отключение.

Защитным отключением называется быстродействующая защита, который обеспечивает автоматическое отключение электроустановки при возникновении опасности поражения человека током.

Заземление и зануление не всегда гарантируют безопасность людей. Защитное отключение значительно быстрее зануление отключает поврежденный участок установки чем более гарантированно обеспечивает защиту людей от поражения электрическим током.

В каких случаях применяют защитное выключение?

Защитное отключение применяют только в электрических установках напряжением до 1000 В качестве самостоятельную защиту или одновременно с заземлением:

в передвижных электроустановках с изолированной нейтралью генератора;

в стационарных установках с изолированной нейтралью для защиты работающих с ручными электроинструментами;

в стационарных электроустановках с глухозаземленной нейтралью на отдельных удаленных от трансформаторов потребителям большой мощности, на которых защита зануление неэффективен;

в условиях повышенной опасности поражения электрическим током. Сфера применения устройств защитного отключения практически не ограничена. Они могут использоваться в сетях любого назначения и с любым режимом нейтрали. Однако наибольшее распространение они получили в пределах до 1000 В, особенно там, где трудно осуществлять эффективное заземление или зануление, когда есть высокая вероятность случайного прикосновения к токоведущим частям (передвижные электроустановки, ручной электроинструмент).

Какие требования предъявляются к защитного отключения и какие функции оно выполняет?

Защитное отключение можно использовать как основной вид защиты или вместе с заземлением и занулением.

К устройству защитного отключения ставят следующие требования: самоконтроль, надежность, высокая чувствительность и малое время выключения.

Защитное отключение отдельно или в совокупности с другими средствами защиты выполняет следующие функции:

защита при замыкании на землю или корпус оборудования;

защиту при появлении опасных токов утечки;

защиту при переходе высшего напряжения на сторону низшего;

автоматический контроль круга защитного заземления и зануления.

Как выполняется защитное отключение?

Защитное отключение выполняется очень чувствительными и быстродействующими защитными возникающими устройствами. Чувствительность и скоротечна действие их значительно превышает автоматические выключатели или другие меры элементы.

В электрических схемах защитных отключающих устройствах используют чувствительные элементы, реагирующие на появление тока в нулевом проводе, напряжения на корпусе поврежденного электрооборудования и др.

Защитные отключающие устройства срабатывают по 0,1-0,05 с, в то время как зануление 0,2 и более секунд. При такой кратковременной длительности прохождения тока через тело человека безопасным будет ток даже величиной 500-600 мА. Учитывая, что сопротивление тела человека 1000 Ом, то ток приведенной величины может протекать по телу человека только в том случае, когда его напряжение будет составлять 500-650 В, а такого напряжения в электрических сетях напряжением 380/220 В с заземленной нейтралью быть не может даже при аварийном режиме в чрезвычайных ситуациях.

Защитное отключение также применяется в тех случаях, когда устройство заземления будет вызывать значительные трудности (скальные грунты) или будет нецелесообразным вследствие подвижного фронта работ.

Поэтому защитные отключающие устройства является надежной защитой людей от поражения электрическим током.

Одной из мер обеспечения безопасности в электроустановках является использование малых напряжений порядка 36,34,12 В и менее: для ламп местного освещения у станков; для переносных ламп (12 В); питания электропаяльников, электродрели и другого электрического инструмента.