книги / Основы электробезопасности. Мероприятия, обеспечивающие электробезопасность персонала. Первая помощь пострадавшим от электрического тока

Напряжение срабатывания реле Ucp должно быть меньше напряжения уставки Uуст, так как к обмотке реле, обладающей сопротивлением Zp, прикладывается лишь часть U0, другая часть напряжения U0 прикладывается к сопротивлению фильтра Zф. Таким образом, из равенства (22) получаем выражение для Ucp:

Преимуществами рассмотренной схемы, реагирующей на напряжение нулевой последовательности, являются:

– простота схемы;

– надежность срабатывания при глухих замыканиях на землю, независимо от сопротивления изоляции и емкости сети.

К недостаткам схемы относятся:

–абсолютная нечувствительность к симметричному снижению сопротивления изоляции проводников;

–непригодность применения в сетях с глухозаземленной нейтралью;

–отсутствие самоконтроля исправности устройства.

1.2.4.4. Устройство защитного отключения, реагирующее на оперативный постоянный ток

Устройство защитного отключения, реагирующее на оперативный постоянный ток, применяется в сетях до 1000 В с изолированной нейтралью. При этом корпуса электроустановок могут быть заземлены или изолированы от земли. В сети с заземленной нейтралью эти схемы не применяются из-за шунтирования сопротивления изоляции проводников малым сопротивлением заземления нейтрали, вследствие чего оперативный постоянный ток замыкается через это зазем-

111

ление. По этой же причине сети, в которых применяются рассматриваемые схемы, должны быть небольшой протяженности.

Назначение УЗО, реагирующего на оперативный ток, – защита человека, прикоснувшегося к токоведущей части, от поражения током, а также осуществление непрерывного контроля сопротивления изоляции сети. Оно может служить дополнительной, к защитному заземлению, мерой защиты электроустановки.

Принцип действия – быстрое отключение сети от источника тока при снижении сопротивления ее изоляции относительно земли ниже некоторого предела, при котором напряжение прикосновения достигает длительного допустимого значения Unp.доп. Принципиальная схема этого устройства приведена на рис. 33. Датчиком в схеме служит реле тока РТ с малым током срабатывания (несколько миллиампер).

Рис. 33. Схема защитного отключения, реагирующего на оперативный постоянный ток: D1, D2, D3 – трехфазный дроссель; D – однофазный дроссель; РТ – реле тока; Iоп – оперативный постоянный ток; r1, r2, r3 – активные сопротивления изоляции; rзм – сопротивление замыкания фазного проводника 1; ОК – отключающая катушка;

QF – автоматический выключатель

112

Трехфазный дроссель D1, D2, и D3 предназначен для получения нулевой точки сети. Однофазный дроссель D необходим для ограничения утечки в землю переменного тока, которому он оказывает большое индуктивное сопротивление. Оперативный постоянный ток Iоп от постороннего источника проходит по замкнутому контуру (рис. 33). Значение этого тока зависит от напряжения источника постоянного тока Uист и общего сопротивления цепи:

где Rд – суммарное активное сопротивление дросселей и реле тока, Ом; rэ – эквивалентное активное сопротивление изоляции проводников (r1, r2, r3) и замыкания фазы на землю rзм, Ом,

где rиз – активное сопротивление изоляции трехфазных проводников 1, 2, 3, определяемое по формуле

При нормальном режиме работы сети сопротивления rэ велико, поэтому ток Iоп незначительный. В случае снижения сопротивления изоляции одной (двух, трех) фазы (фаз) в результате замыкания на землю rзм или на корпус или прикосновения к ней человека сопротивление rэ уменьшается, а ток Iоп возрастает, и, если он превысит ток срабатывания реле РТ, произойдет отключение сети от источника питания.

Ток срабатывания Iср определяется по выражению

113

где rуст определяется по формуле

в которой Rч – сопротивление тела человека, Ом.

Уставка не зависит от степени несимметрии сопротивлений изоляции фазных проводников.

Преимущества УЗО, реагирующих на оперативный постоянный ток:

–высокая степень безопасности из-за малой величины тока, проходящего через тело человека;

–возможность самоконтроля неисправностей, так как при обрыве цепей в схеме реле тока электроустановка обесточивается и отключается.

Недостатки этих устройств:

–сложность конструкции;

–необходимость источника постоянного тока;

–низкая эффективность действия в протяженных сетях, поскольку они не контролируют значения емкостного сопротивления сети относительно земли.

1.2.4.5.Устройство защитного отключения, реагирующее на ток нулевой последовательности

(на дифференциальном токе)

Устройство защитного отключения, реагирующее на ток нулевой последовательности, применяется в сетях как с заземленной, так и с изолированной нейтралью. Назначение УЗО этого типа – обеспечение безопасности человека в случае прикосновения к заземленному или зануленному корпусу при замыкании на него фазного проводника. Следовательно, это устройство может служить дополнительной, к защитному заземлению или занулению, защитой, а также в качестве самостоятельной защиты вместо заземления или зануления.

114

Принцип действия – быстрое отключение участка сети или электроустановки, если ток нулевой последовательности превысит некоторое значение, при котором напряжение прикосновения к пробитому корпусу электроустановки имеет наибольшее предельно допустимое значение Unp.доп. Схема УЗО приведена на рис. 34.

Рис. 34. Схема защитного отключения, реагирующего на ток нулевой последовательности: а – принципиальная схема; б – трансформатор тока нулевой последовательности; 1, 2, 3 – фазные проводники, первичные обмотки ТТНП; 4 – магнитопровод ТТНП; 5 – вторичная обмотка ТТНП; РТ – реле тока с нормально замкнутыми контактами РТ; ОК – отключающая катушка; QF – автоматический

выключатель

Датчиком в схеме защитного отключения этого типа служит трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП), магнитопровод которого 4 охватывает все проводники 1, 2, 3, играющие в этом случае роль первичных одновитковых обмоток трансформатора. В результате магнитные потоки, создаваемые в магнитопроводе ТТНП I1, I2 и I3 в проводниках 1, 2 и 3, складываются, а суммарный поток приводит к возникновению тока во вторичной обмотке ТТНП 5, которая замыкается через обмотку реле тока РТ.

115

Если проводимость фазных проводников относительно земли одинакова, то сумма токов, проходящих по разным проводникам сети, равна нулю: I1 + I2 + I3 = 0. Следовательно, во вторичной обмотке не будет наводиться ЭДС и ток в цепи РТ будет равен нулю: Iр = 0. Если в результате замыкания проводника на корпус (землю) или несимметричного снижения изоляции проводников и прикосновения человека к корпусу, находящемуся под напряжением, возникает несимметрия проводимостей фаз относительно земли, то приведенные выше равенства нарушаются и возникает ток нулевой последовательности I0. В результате во вторичной катушке ТТНП и в катушке РТ потечет ток Iр = I0/k, где k – коэффициент трансформации ТТНП (отношение первичного тока ко вторичному).

Ток Iр, достигнув значения тока срабатывания (тока уставки), вызовет отключение поврежденной установки от сети. Уставкой для случая прикосновения человека к корпусу электроустановки, находящейся под напряжением, будет такое значение тока нулевой последовательности I0y, при котором напряжение прикосновения не превышает Uпр.доп:

где Rч – сопротивление тела человека.

Преимуществами УЗО, реагирующих на ток нулевой последовательности, являются:

–возможность применения в сетях разных напряжений

сразличными режимами нейтрали;

–способность обеспечить безопасность человека при прикосновении не только к корпусу, оказавшемуся под напряжением, но и к фазному проводнику сети;

–высокая степень надежности работы, особенно при отсутствии защитного заземления или зануления корпусов электроустановок.

116

Недостатки схем защиты на токе нулевой последовательности следующие:

–нечувствительность к симметричным снижениям сопротивления изоляции проводников;

–сложность конструкции устройства;

–отсутствие самоконтроля неисправностей в схеме за-

щиты.

В связи с тем, что дифференциальная УЗО является самым распространенным в настоящее время видом защиты, рассмотрим особенности настоящего устройства более подробно.

1.2.5. Устройство защитного отключения на дифференциальном токе (особенности)

1.2.5.1. Принцип действия устройства защитного отключения на дифференциальном токе

Устройство защитного отключения на дифференциальном токе обеспечивает защиту от поражения электрическим током как при прямом, так и при косвенном прикосновении.

Электроустановка отключается в пределах времени, соответствующего допустимым токам и напряжениям прикосновения. Устройства защитного отключения, реализующие вышеперечисленные функции, могут применяться в сетях как с глухозаземленной, так и с изолированной нейтралями. Кроме того, специальные УЗО могут выполнять функции противопожарной защиты, контролируя токи утечки в электрической сети и отключая электропитание при недопустимом снижении сопротивления изоляции.

Наибольшее распространение получили УЗО, основанные на использовании в качестве датчика информации о возникновении опасных ситуаций дифференциального трансформатора тока (ДТТ). В ДТТ первичной обмоткой являются

117

проводники питающей линии, проходящие непосредственно через окно тороидального магнитопровода либо образующие на нем несколько витков. В последнем случае увеличивается значение тока, наводимого во вторичной обмотке, также намотанной на этот магнитопровод.

На рис. 35, а показан ДТТ, состоящий из тороидального сердечника и размещенной на нем вторичной обмотки. Рабочие проводники, проходящие через магнитопровод к нагрузке, а также вторичную обмотку, на эквивалентной схеме можно представить в виде индуктивностей, связанных наводимым в тороидальном сердечнике магнитным потоком (рис. 35, в).

Рис. 35. Дифференциальный трансформатор тока и его эквивалентные схемы при работе: а, в – в нормальном режиме; б, г – при повреждении изоляции

118

Внормальном режиме работы токи, протекающие по

рабочим проводникам, равны между собой (I1 = I2), а наводимые ими магнитные потоки взаимно скомпенсированы

(Ф1 = Ф2), поэтому во вторичной обмотке ток будет отсутствовать.

Вслучае прикосновения человека к корпусу электроприемника с поврежденной изоляцией (точка А) через него

будет протекать ток Ih (рис. 35, б). Тогда, как видно из эквивалентной схемы (рис. 35, г), рабочие токи не равны между собой, т.е. для точки А можно записать

I2 = I1 + Ih.

Магнитные потоки в этом случае также не будут равны между собой (Ф1 ≠ Ф2) и во вторичной обмотке наведется ток, пропорциональный току, протекающему через тело человека:

где kт – коэффициент трансформации.

Аналогичный результат можно получить, если корпус электроприемника соединить с защитным проводником. Тогда ДТТ будет реагировать на появление тока утечки из-за снижения сопротивления изоляции, вне зависимости от прикосновения человека.

Разность рабочих токов, обусловленная появлением тока утечки, называется дифференциальным током:

I∆ = I2 – I1.

Зная коэффициент трансформации, можно по току во вторичной обмотке судить о степени опасности для человека, например при повреждении изоляции. Именно поэтому ток во вторичной обмотке используют как входной сигнал для блока отключения электроприемника от источника питания.

При конструировании УЗО используют следующие схемные элементы:

119

–датчик, реагирующий на параметр сети, прогнозирующий ток, проходящий через тело человека. В данном случае датчиком является ДТТ, реагирующий на дифференциальный ток;

–блок сравнения (пусковой орган), который постоянно отслеживает прогнозируемый параметр и сравнивает его с уставкой, т.е. допустимым током, протекающим через тело человека. Этот блок может выполняться на пороговых электромагнитных элементах, не требующих дополнительного питания (магнитоэлектрических реле), а может содержать усилитель и электронную схему, питающуюся от сети;

–блок отключения (исполнительный механизм), который по сигналу от блока сравнения с помощью силовых контактов отключает электропитание;

–цепь тестирования работоспособности УЗО с кнопкой «Тест», замыкающей рабочие проводники через контур, идущий в обход ДТТ и содержащий сопротивление.

В трехфазных сетях используются четырехполюсные УЗО. В них магнитопровод охватывает три фазных и нулевой рабочий проводники. Принцип действия аналогичен рассмотренному выше. УЗО срабатывает при наличии токов утечки, т.е. токов, не протекающих через нагрузку. На рис. 36 показаны электрические схемы УЗО с условными обозначениями основных функциональных блоков УЗО.

Принципиальные электрические схемы наносятся на лицевую панель УЗО. При этом используются два вида изображения дифференциального трансформатора тока:

1) в виде эллипса (торроидальный сердечник) со вторичной обмоткой (см. рис. 36);

2) в виде трансформатора с первичными обмотками (по числу полюсов) и одной вторичной обмоткой (рис. 37, а, б).

Первичные и вторичные обмотки дифференциального трансформатора обозначаются либо символом индуктивно-

120