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

установок при однофазном (однополюсном) прикосновении к частям, находящимся под напряжением, недопустимым для человека, и (или) при возникновении в электроустановке тока утечки (замыкания), превышающего заданные значения.

Область применения устройства защитного отключения (УЗО) практически ничем не ограничена, и оно может применяться при любых напряжениях и в сетях с любыми режимами нейтрали, кроме случаев, когда отключение электроприемника может привести к ситуациям, опасным для потребителей (отключению пожарной сигнализации и т.п.). Преимущественно УЗО получило распространение в сетях до 1000 В на установках с высокой степенью опасности при случайном прикосновении людей к токоведущим частям, где применение защитного заземления или зануления затруднено по техническим или другим причинам (плохо проводящий скальный грунт; большая стесненность оборудования, расположенного под основанием помещения и др.). Используется УЗО в лабораторных установках, на испытательных стендах, в передвижных устройствах, в ручных переносных электрических машинах и т.д. Защитное отключение может быть применено как единственная защитная мера и как основная мера защиты совместно с дополнительным защитным заземлением или занулением.

Основные требования, которым должны удовлетворять УЗО:

–высокая чувствительность;

–малое время отключения;

–селективность действия;

–способность осуществлять самоконтроль исправности;

–достаточная надежность.

В соответствии с ГОСТ Р МЭК 60755–2012 по виду входного сигнала следует различать УЗО, реагирующие:

–на ток нулевой последовательности;

–напряжение нулевой последовательности;

101

–сумму, разность, фазовые соотношения между током

инапряжением нулевой последовательности (или выделенных гармоник напряжения и тока), а также между током или напряжением нулевой последовательности и фазовыми напряжениями сети;

–ток утечки;

–напряжение корпуса относительно земли;

–оперативный ток (постоянный, переменный непромышленной частоты), накладываемый на рабочий ток электроустановки;

–два и более перечисленных фактора (многофакторные

УЗО).

Исходя из приведенного перечня входных сигналов, в зависимости от принципа действия, выделяют следующие типы УЗО:

– реагирующее на напряжение корпуса электроустановки Uк;

–реагирующее на ток замыкания на землю Iк;

–реагирующее на напряжение нулевой последовательности U0;

–реагирующее на оперативный ток Iоп;

–реагирующее на ток нулевой последовательности I0 (дифференциальный ток).

Рассмотрим действие перечисленных типов УЗО.

1.2.4.1.Устройство защитного отключения, реагирующее на напряжение корпуса электроустановки

относительно земли

Рассматриваемый принцип работы УЗО может применяться в сетях всех напряжений, независимо от режима нейтрали, например в случае заземления корпусов электроустановки в сети с глухозаземленной нейтралью или при занулении корпусов со значительной протяженностью питающих

102

линий, где возможны обрывы нулевого защитного проводника или повторного заземления.

Рассмотрим схему защитного отключения, реагирующего на напряжение корпуса и применяемую в трехфазных сетях (рис. 30).

Рис. 30. Схема защитного отключения, реагирующего на напряжение корпуса электроустановки: rк – сопротивление защитного заземления электроустановки; РН – реле напряжения; rв – сопротивление дополнительного заземления; ОК – отключающая катушка

Принцип действия УЗО основан на быстром отключении от сети поврежденной электроустановки при появлении на корпусе потенциала ϕк, превышающего величину допустимого напряжения прикосновения ϕк.доп.

Датчиком в схеме УЗО служит реле напряжения РН, включенное между защищаемым корпусом и вспомогательным заземлителем rв. Вспомогательный заземлитель размещается вне зоны растекания токов, стекающих с заземлителя корпуса rк. При замыкании фазного проводника на заземлен-

103

ный корпус сначала проявляется защитное свойство заземления, снижающее потенциал корпуса до некоторого уровня:

где Iз – ток замыкания, протекающий через заземление корпуса rк.

Если потенциал ϕк превышает величину допустимого напряжения прикосновения ϕк.доп, то сработает устройство защитного отключения и произойдет отключение поврежденной установки от сети.

Таким образом, срабатывание УЗО должно происходить при значении потенциала ϕк.доп, когда напряжение прикосновения к корпусу не превышает допустимого значения Uпр.доп, т.е. уставка срабатывания УЗО

ϕу ≤ ϕк.доп.

Выразив потенциал ϕк.доп через величину напряжения прикосновения Uпр.доп, получим

где α1, α2 – коэффициенты напряжения прикосновения. Если в период прикосновения к корпусу человек стоит

вне поля растекания тока с защитного заземлителя rк и сопротивление основания, на котором он стоит, невелико, то

можно принять α1 = α2 = 1, тогда ϕу ≤ Uпр доп.

Напряжение срабатывания реле Uср должно быть мень-

ше Uгр.доп, так как потенциал корпуса ϕк.доп оказывается приложенным не только к сопротивлению Zр обмотки реле на-

пряжения, но и к последовательно соединенному с ним сопротивлению вспомогательного заземления rв:

104

Заменив в этом уравнении ϕк.доп на Uпр.доп и выразив ток

α1α2

Из этого уравнения при известных параметрах Rp, Xp, α1, α2, а также при Uпр.доп определяется значение rв, при котором происходит срабатывание защиты. Преимуществом УЗО, реагирующего на напряжение корпуса, является простота схемы. Недостатки УЗО заключаются в следующем:

–необходимость иметь вспомогательное заземление;

–неселективность отключения в случае присоединения нескольких корпусов к одному заземлителю;

–отсутствие самоконтроля исправности и непостоянство уставки при изменениях сопротивления rв.

105

1.2.4.2. Устройство защитного отключения, реагирующее на ток замыкания на землю

Такой принцип работы УЗО применяется в электрических сетях с установками, корпуса которых изолированы от земли, а следовательно, и один от другого, т.е. установками, между которыми нет электрических связей помимо связи через реле. В этом случае защита работает селективно. Такими установками являются ручной электрифицированный инструмент, передвижные установки и т.п. Напряжение питающей сети и режим ее нейтрали могут быть любыми.

Схема защитного отключения, реагирующего на ток замыкания на корпус, приведена на рис. 31, где в качестве датчика устанавливается реле тока РТ в рассечку заземляющего проводника с сопротивлением rз.

Принцип действия УЗО основан на быстром отключении поврежденного оборудования от сети в случае, если ток, проходящий через проводник, заземляющий корпус этого оборудования, превысит некоторый предел Iз.доп, при котором напряжение прикосновения имеет наибольшее длительно до-

пустимое значение Uпр.доп.

Датчиком служит токовое реле РТ, обладающее малым сопротивлением и включенное непосредственно в рассечку заземляющего провода (рис. 31, а) или во вторичную обмотку трансформатора тока (рис. 31, б), который применяется при большом токе замыкания на землю, когда трудно подобрать реле.

Удобен насыщающийся трансформатор тока, при котором обмотка реле не перегружается, когда ток в первичной обмотке трансформатора больше номинального значения.

При замыкании фазы на корпус ток, стекающий в землю, если он превышает уставку, вызывает срабатывание реле, т.е. отключение установки от сети.

106

При условии, что α1 = α2 = 1, получим

Ток срабатывания реле Iср должен быть равен току уставки Iу или Iз.доп, поскольку ток Iз.доп проходит лишь через реле, независимо от того, соединен корпус с землей только через заземляющий проводник или он имеет и другое соединение (через опорную поверхность и т.п.). Таким образом,

Iср = Iу.

Достоинствами рассматриваемых УЗО являются:

–простота конструкции;

–относительно высокие надежность и четкость срабатывания, особенно при больших токах, проходящих через реле;

–возможность обеспечить селективность отключения (при отсутствии металлической связи между защищаемыми корпусами).

Недостатки указанных устройств заключается в том, что:

–в случае обрыва заземляющего проводника УЗО перестает работать;

–корпуса электроприемников, кроме связи через проводники системы заземления или зануления, имеют, как правило, связь через металлические конструкции зданий и сооружений, селективность работы этих устройств не может быть обеспечена, т.е. при наличии металлической связи между защищающими корпусами УЗО работает неселективно

–отсутствует самоконтроль исправности.

1.2.4.3.Устройство защитного отключения, реагирующее на напряжение нулевой последовательности

Этот тип защитного отключения применяется в трехфазных трехпроводных сетях, преимущественно до 1000 В, с изолированной нейтралью малой протяженности, обла-

108

дающих высоким сопротивлением изоляции и небольшой емкостью относительно земли.

Назначение этих УЗО – устранение опасности поражения током, возникающей при глухом замыкании одной или двух фаз на землю, в том числе при замыкании фазы на заземленный корпус. Эти схемы, как правило, не отключают сеть при замыкании фазы на землю через большое сопротивление, а следовательно, и при прикосновении человека к токоведущей части.

Принцип действия УЗО заключается в быстром отключении сети от источника питания при возникновении напряжения нулевой последовательности, обусловленной несимметрией полных проводимостей проводов сети относительно земли выше некоторого предела.

Принципиальная схема устройства показана на рис. 32. Датчиком служит фильтр напряжения нулевой последовательности, состоящей из трех конденсаторов, соединенных в звезду. Для этой цели могут применяться и другие фильтры (вольтметры, лампы накаливания, конденсаторы, трансформаторы напряжения, резисторы и др.).

Реле напряжения, включенное между нулевой точкой фильтра и землей, срабатывает, когда напряжение нулевой последовательности, т.е. напряжение между нейтральной точкой источника тока и землей, U0 достигает значения, при котором напряжение на зажимах реле становится равным напряжению его срабатывания Uср или превышает его. При этом происходит отключение сети от источника. При равенстве проводимостей фазных проводников относительно земли Y1 = Y2 = Y3 = Y напряжение нулевой последовательности равно нулю: U0 = 0.

Если эти проводимости не равны между собой, что возможно в результате несимметричного ухудшения сопротивления изоляции или при замыкании фазного проводника на землю, напряжение нулевой последовательности тем больше,

109

чем больше несимметрия. Наибольшая несимметрия возникает при глухом замыкании на землю, когда U0 достигает фазного напряжения: U0 = Uф.

Рис. 32. Схема УЗО, реагирующего на напряжение нулевой последовательности, с фильтром из трех конденсаторов: С – конденсаторы; РН – реле напряжения; ОК – отключающая катушка автомати-

ческого выключателя; Y1, Y 2 , Y 3 – комплексы проводимостей фаз относительно земли; qзм′ , qзм′′ – проводимости замыкания на землю фаз 1 и 3 соответственно

Если произойдет замыкание фазного проводника 1 на землю или замыкание на заземленный корпус электроуста-

соответственно, то напряжение нулевой последовательности будет равным половине фазного, т.е. U0 = 0,5Uф.

Это значение U0 принимается за уставку Uycт, при которой происходит отключение сети, следовательно,

110