Устройства реагирующие на напряжение корпуса относительно земли. Защитное автоматическое отключение

Защитное отключение - вид защиты от поражения током в электроустановках, обеспечивающей автоматическое отключение всех фаз аварийного участка сети. Длительность отключения поврежденного участка сети должна быть не более 0,2 с.

Области применения защитного отключения: дополнение к защитному заземлению или занулению в электрифицированном инструменте; дополнение к занулению для отключения электрооборудования, удаленного от источника питания; мера защиты в передвижных электроустановках напряжением до 1000 В.

Сущность работы защитного отключения заключается в том, что повреждение электроустановки приводит к изменениям в сети. Например, при замыкании фазы на землю изменяется напряжение фаз относительно земли - значение фазного напряжения будет стремиться к величине линейного напряжения. При этом возникает напряжение между нейтралью источника и землей, так называемое напряжение нулевой последовательности. Снижается общее сопротивление сети относительно земли при изменении сопротивления изоляции в сторону его уменьшения и т. д.

Принцип построения схем защитного отключения заключается в том, что перечисленные режимные изменения в сети воспринимаются чувствительным элементом (датчиком) автоматического устройства как сигнальные входные величины. Датчик выполняет роль реле тока или реле напряжения. При определенном значении входной величины защитное отключение срабатывает и отключает электроустановку. Значение входной величины называют уставкой.

Структурная схема устройства защитного отключения (УЗО) представлена на рис.

Рис. Структурная схема устройства защитного отключения: Д - датчик; П - преобразователь; КПАС - канал передачи аварийного сигнала; ИО - исполнительный орган; МОП - источник опасности поражения

Датчик Д реагирует на изменение входной величины В, усиливает ее до значения KB (К - коэффициент передачи датчика) и посылает в преобразователь П.

Преобразователь служит для преобразования усиленной входной величины в аварийный сигнал КВА. Далее канал передачи аварийного сигнала КПАС передает сигнал АС с преобразователя на исполнительный орган (ИО). Исполнительный орган осуществляет защитную функцию по устранению опасности поражения - отключает электрическую сеть.

На схеме показаны участки возможных помех, влияющие на работу УЗО.

На рис. приведена принципиальная схема защитного отключения с помощью реле максимального тока.

Рис. Схема устройства защитного отключения: 1 - реле максимального тока; 2 - трансформатор тока; 3 - заземляющий провод; 4 - заземлитель; 5 - электродвигатель; 6 - контакты пускателя; 7 - блок-контакт; 8 - сердечник пускателя; 9 - рабочая катушка; 10 - кнопка опробования; 11 - вспомогательное сопротивление; 12 и 13 - кнопки останова и включения; 14 - пускатель

Катушка этого реле с нормально замкнутыми контактами подключается через трансформатор тока или непосредственно в рассечку проводника, идущего к отдельному вспомогательному или общему заземлителю.

Электродвигатель включается в работу нажатием кнопки «Пуск». При этом подается напряжение на катушку, сердечник пускателя втягивается, контакты замыкаются и включают электродвигатель в сеть. Одновременно замыкается блок-контакт, вследствие чего катушка остается под напряжением.

При замыкании на корпус одной из фаз образуется цепь тока: место повреждения - корпус - заземляющий провод - трансформатор тока - земля - емкость и сопротивление изоляции проводов неповрежденных фаз - источник питания - место повреждения. Если величина тока достигнет уставки срабатывания токового реле, реле сработает (т. е. его нормально замкнутый контакт разомкнётся) и разорвет цепь катушки магнитного пускателя. Сердечник этой катушки освободится, и пускатель отключится.

Для проверки исправности и надежности действия защитного отключения предусмотрена кнопка, при нажатии которой устройство срабатывает. Вспомогательное сопротивление ограничивает ток замыкания на корпус до необходимой величины. Предусмотрены кнопки для включения и отключения пускателя.

В систему предприятий общественного питания входит большой комплекс мобильных (инвентарных) зданий из металла или с металлическим каркасом для уличного торгово-сервисного обслуживания (закусочные, кафе и т. п.). В качестве технического средства защиты от электротравматизма и от возможного пожара в электроустановках предписано обязательное применение на этих объектах устройства защитного отключения в соответствии с требованиями ГОСТ Р50669-94 и ГОСТ Р50571.3-94.

Главгосэнергонадзор рекомендует использовать для этой цели электромеханическое устройство типа АСТРО-УЗО, принцип действия которого основан на воздействии возможных токов утечки на магнитоэлектрическую защелку, обмотка которой подключена во вторичную обмотку трансформатора тока утечки, с сердечником из специального материала. Сердечник в нормальном режиме работы электрической сети удерживает механизм расцепления во включенном состоянии. При возникновении какой-либо неисправности во вторичной обмотке трансформатора тока утечки наводится ЭДС, сердечник втягивается, происходит срабатывание магнитоэлектрической защелки, связанной с механизмом свободного расцепления контактов (отключается рубильник).

АСТРО-УЗО имеет российский сертификат соответствия. Устройство включено в Госреестр.

Устройством защитного отключения должны оснащаться не только указанные выше сооружения, но и все помещения с повышенной или особой опасностью поражения электрическим током, в том числе сауны, души, теплицы с электроподогревом и т. п.

Защитным отключением называется устройство, быстро (не более 0,2 с) автоматически отключающее участок электрической сети при возникновении в нем опасности поражения человека током.

Такая опасность может возникнуть, в частности, при замыкании фазы на корпус электрооборудования; при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенного предела; при появлении в сети более высокого напряжения; при прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением. В этих случаях в сети происходит изменение некоторых электрических параметров; например, могут измениться напряжение корпуса относительно земли, ток замыкания на землю, напряжение фаз относительно земли, напряжение нулевой последовательности и др. Любой из этих параметров, а точнее говоря — изменение его до определенного предела, при котором возникает опасность поражения человека током, может служить импульсом, вызывающим срабатывание защитно-отключающего устройства, т. е. автоматическое отключение опасного участка сети.

Основными частями устройства защитного отключения являются прибор защитного отключения и автоматический выключатель.

Прибор защитного отключения — совокупность отдельных элементов, которые реагируют на изменение какого-либо параметра электрической сети и дают сигнал на отключение автоматического выключателя. Этими элементами являются: датчик — устройство, воспринимающее изменение параметра и преобразующее его в соответствующий сигнал. Как правило, датчиками служат реле соответствующих типов; усилитель, предназначенный для усиления сигнала датчика, если он оказывается недостаточно мощным; цепи контроля, служащие для периодической проверки исправности схемы защитно-отключающего устройства; вспомогательные элементы — сигнальные лампы, измерительные приборы (например, омметр), характеризующие состояние электроустановки и т. п.

Автоматический выключатель — устройство, служащее для включения и отключения цепей, находящихся под нагрузкой, и при коротких замыканиях. Он должен отключать цепь автоматически при поступлении сигнала от прибора защитного отключения.

Типы устройств. Каждое защитно-отключающее устройство в зависимости от параметра, на который оно реагирует, может быть отнесено к тому или иному типу, в том числе к типам устройств, реагирующих на напряжение корпуса относительно земли, ток замыкания на землю, напряжение фазы относительно земли, напряжение нулевой последовательности, ток нулевой последовательности, оперативный ток и др. Ниже в качестве примера рассмотрено два типа таких устройств.

Защити отключающие устройства, реагирующие на напряжение корпуса относительно земли, имеют назначение устранить опасность поражения током при возникновении на заземленном или запуленном корпусе повышенного напряжения. Эти устройства являются дополнительной мерой защиты к заземлению или занулению.

Принцип действия — быстрое отключение от сети установки, если напряжение ее корпуса относительно земли окажется выше некоторого предельно допустимого значения Uк.доп, вследствие чего прикосновение к корпусу становится опасным.

Принципиальная схема такого устройства приведена на рис. 76. Здесь в качестве датчика служит реле максимального напряжения, включенное между защищаемым корпусом и вспомогательным заземлителем RB непосредственно или через трансформатор напряжения. Электроды вспомогательного заземлителя размещаются в зоне нулевого потенциала, т. е. не ближе 15—20 м от заземлителя корпуса R3 или заземлителей нулевого провода.

При пробое фазы на заземленный или зануленный корпус вначале проявится защитное свойство заземления (или зануления), благодаря которому напряжение корпуса будет ограничено некоторым пределом UK. Затем, если UK окажется выше заранее установленного предельно допустимого напряжения Uк.доп, срабатывает защитно-отключающее устройство, т. е. реле максимального напряжения, замкнув контакты, подаст питание на отключающую катушку и вызовет тем самым отключение установки от сети.

Рис. 76. Принципиальная схема защитно-отключающего устройства, реагирующего на напряжение корпуса относительно земли:
1 — корпус; 2 — автоматический выключатель; НО — катушка отключающая; H — реле напряжения максимальное; R3 — сопротивление защитного заземления; RB — сопротивление вспомогательного заземления

Применение этого типа защитно-отключающих устройств ограничивается установками с индивидуальными заземлениями.

Защитно-отключающие устройства, реагирующие на оперативный постоянный ток, предназначены для непрерывного автоматического контроля изоляции сети, а также для защиты человека, прикоснувшегося к токоведущей части, от поражения током.

В этих устройствах сопротивление изоляции проводов относительно земли оценивается величиной постоянного тока, проходящего через эти сопротивления и получаемого от постороннего источника.

При снижении сопротивления изоляции проводов ниже некоторого заранее установленного предела в результате повреждения или прикосновения человека к проводу постоянный ток возрастет и вызовет отключение соответствующего участка.

Принципиальная схема этого устройства показана на рис. 77. Датчиком служит реле тока Т с малым током срабатывания (несколько миллиампер). Трехфазный дроссель — трансформатор ДТ предназначен для получения нулевой точки сети. Однофазный дроссель Д ограничивает утечку переменного тока в землю, которому он оказывает большое индуктивное сопротивление.

Рис. 77. Принципиальная схема защитно-отключающего устройства, реагирующего на оперативный постоянный ток: *
1 — автоматический выключатель;
2 — источник постоянного тока; КО — катушка отключения выключателя; ДТ — дроссель трехфазный; Д — дроссель однофазный; Т — реле тока; R1, R2, R3 — сопротивления изоляции фаз относительно земли; Ram - сопротивление замыкания фазы на землю

Постоянный ток Iр, получаемый от постороннего источника, протекает по замкнутой цепи: источник — земля — сопротивление изоляции всех проводов относительно земли — провода — трехфазный дроссель ДТ — однофазный дроссель Д — обмотка реле тока Т — источник тока.

Величина этого тока (А) зависит от напряжения источника постоянного тока Uист и общего сопротивления цепи:

где Rд — суммарное сопротивление реле и дросселей, Ом;

Ra — суммарное сопротивление изоляции проводов R1, R2, R3 и замыкания фазы на землю R3M.

При нормальном режиме работы сети сопротивление Rd велико, и поэтому ток Iр незначителен. В случае же снижения сопротивления изоляции одной (или двух, трех фаз) в результате замыкания фазы на землю или на корпус, либо в результате прикосновения к фазе человека сопротивление Rэ уменьшится, а ток Iр возрастет и, если он превысит ток срабатывания реле, произойдет отключение сети от источника питания.

Область применения этих устройств — сети небольшой протяженности напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью.

Защитное отключение - вид защиты от поражения током в электроустановках, обеспечивающей автоматическое отключение всех фаз аварийного участка сети. Длительность отключения поврежденного участка сети должна быть не более 0,2 с.

Области применения защитного отключения: дополнение к защитному заземлению или занулению в электрифицированном инструменте; дополнение к занулению для отключения электрооборудования, удаленного от источника питания; мера защиты в передвижных электроустановках напряжением до 1000 В.

Сущность работы защитного отключения заключается в том, что повреждение электроустановки приводит к изменениям в сети. Например, при замыкании фазы на землю изменяется напряжение фаз относительно земли - значение фазного напряжения будет стремиться к величине линейного напряжения. При этом возникает напряжение между нейтралью источника и землей, так называемое напряжение нулевой последовательности. Снижается общее сопротивление сети относительно земли при изменении сопротивления изоляции в сторону его уменьшения и т. д.

Принцип построения схем защитного отключения заключается в том, что перечисленные режимные изменения в сети воспринимаются чувствительным элементом (датчиком) автоматического устройства как сигнальные входные величины. Датчик выполняет роль реле тока или реле напряжения. При определенном значении входной величины защитное отключение срабатывает и отключает электроустановку. Значение входной величины называют уставкой.

Структурная схема устройства защитного отключения (УЗО) представлена на рис.

Рис. Структурная схема устройства защитного отключения: Д - датчик; П - преобразователь; КПАС - канал передачи аварийного сигнала; ИО - исполнительный орган; МОП - источник опасности поражения

Датчик Д реагирует на изменение входной величины В, усиливает ее до значения KB (К - коэффициент передачи датчика) и посылает в преобразователь П.

Преобразователь служит для преобразования усиленной входной величины в аварийный сигнал КВА. Далее канал передачи аварийного сигнала КПАС передает сигнал АС с преобразователя на исполнительный орган (ИО). Исполнительный орган осуществляет защитную функцию по устранению опасности поражения - отключает электрическую сеть.

На схеме показаны участки возможных помех, влияющие на работу УЗО.

На рис. приведена принципиальная схема защитного отключения с помощью реле максимального тока.

Рис. Схема устройства защитного отключения: 1 - реле максимального тока; 2 - трансформатор тока; 3 - заземляющий провод; 4 - заземлитель; 5 - электродвигатель; 6 - контакты пускателя; 7 - блок-контакт; 8 - сердечник пускателя; 9 - рабочая катушка; 10 - кнопка опробования; 11 - вспомогательное сопротивление; 12 и 13 - кнопки останова и включения; 14 - пускатель

Катушка этого реле с нормально замкнутыми контактами подключается через трансформатор тока или непосредственно в рассечку проводника, идущего к отдельному вспомогательному или общему заземлителю.

Электродвигатель включается в работу нажатием кнопки «Пуск». При этом подается напряжение на катушку, сердечник пускателя втягивается, контакты замыкаются и включают электродвигатель в сеть. Одновременно замыкается блок-контакт, вследствие чего катушка остается под напряжением.

При замыкании на корпус одной из фаз образуется цепь тока: место повреждения - корпус - заземляющий провод - трансформатор тока - земля - емкость и сопротивление изоляции проводов неповрежденных фаз - источник питания - место повреждения. Если величина тока достигнет уставки срабатывания токового реле, реле сработает (т. е. его нормально замкнутый контакт разомкнётся) и разорвет цепь катушки магнитного пускателя. Сердечник этой катушки освободится, и пускатель отключится.

Для проверки исправности и надежности действия защитного отключения предусмотрена кнопка, при нажатии которой устройство срабатывает. Вспомогательное сопротивление ограничивает ток замыкания на корпус до необходимой величины. Предусмотрены кнопки для включения и отключения пускателя.

В систему предприятий общественного питания входит большой комплекс мобильных (инвентарных) зданий из металла или с металлическим каркасом для уличного торгово-сервисного обслуживания (закусочные, кафе и т. п.). В качестве технического средства защиты от электротравматизма и от возможного пожара в электроустановках предписано обязательное применение на этих объектах устройства защитного отключения в соответствии с требованиями ГОСТ Р50669-94 и ГОСТ Р50571.3-94.

Главгосэнергонадзор рекомендует использовать для этой цели электромеханическое устройство типа АСТРО-УЗО, принцип действия которого основан на воздействии возможных токов утечки на магнитоэлектрическую защелку, обмотка которой подключена во вторичную обмотку трансформатора тока утечки, с сердечником из специального материала. Сердечник в нормальном режиме работы электрической сети удерживает механизм расцепления во включенном состоянии. При возникновении какой-либо неисправности во вторичной обмотке трансформатора тока утечки наводится ЭДС, сердечник втягивается, происходит срабатывание магнитоэлектрической защелки, связанной с механизмом свободного расцепления контактов (отключается рубильник).

АСТРО-УЗО имеет российский сертификат соответствия. Устройство включено в Госреестр.

Устройством защитного отключения должны оснащаться не только указанные выше сооружения, но и все помещения с повышенной или особой опасностью поражения электрическим током, в том числе сауны, души, теплицы с электроподогревом и т. п.

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.

Защитное отключение

Зануление

Зануление - преднамеренное электрическое соединœение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Нулевой защитный проводник - проводник, соединяющий зануляемые части с нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом.

Зануление применяется в сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью. В случае пробоя фазы на металлический корпус электрооборудования возникает однофазное короткое замыкание, что приводит к быстрому срабатыванию защиты и тем самым автоматическому отключению поврежденной установки от питающей сети. Такой защитой являются: плавкие предохранители или максимальные автоматы, установленные для защиты от токов коротких замыканий; автоматы с комбинированными расцепителями.

При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключается, в случае если ток однофазного короткого замыкания I З удовлетворяет условию I З >= к ∙I Н, где I Н - номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автоматического выключателя, А; к - коэффициент кратности тока.

Для автоматов к = 1,25 - 1,4. Для предохранителœей к = 3.

Проводимость нулевого защитного проводника должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода.

Расчет зануления на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю или корпус сводится к расчету заземления нейтральной точки трансформатора и повторных заземлителœей нулевого защитного проводника. Согласно ПУЭ сопротивление заземления нейтрали должно быть не более 8 Ом при 220/127 В; 4 ОМ при 380/220 В; 2 Ом при 660/380 В.

Защитное отключение - это система защиты, автоматически отключающая электроустановку при возникновении опасности поражения человека электрическим током (при замыкании на землю, снижении сопротивления изоляции, неисправности заземления или зануления). Защитное отключение применяется тогда, когда трудно выполнить заземление или зануление, а также в дополнение к нему в некоторых случаях.

Учитывая зависимость оттого, что является входной величиной, на изменение которой реагирует защитное отключение, выделяют схемы защитного отключения: на напряжение корпуса относительно земли; на ток замыкания на землю; на напряжение или ток нулевой последовательности; на напряжение фазы относительно земли; на постоянный и переменный оперативные токи; комбинированные.

Принцип действия УЗО как защитного выключателя, реагирующего на ток утечки.

Рис. 14. Схема электроустановки с УЗО

Устройства, реагирующие на напряжение нулевой последовательности, применяются в трехпроводных сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и малой протяженностью. Устройства защитного отключения, реагирующие на ток замыкания, применяются для установок, корпуса которых изолированы от земли (ручной электроинструмент, передвижные установки и т.д.).

Устройство, реагирующее на ток нулевой последовательности, применяется в сетях с заземленной и изолированной нейтралью.

Защитное отключение - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Защитное отключение" 2017, 2018.