Схемы защитного отключения электроустановок. Защитное отключение В каких случаях применяют защитное отключающее устройство

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

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.

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 - это быстродействующая защи­та, обеспечивающая автоматическое отключение электро­установки при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током.

настоящее время защитное отключение является наиболее эффективным электрозащитным средством. Опыт развитых зарубежных стран показывает, что массовое применение устройств защитного отключения (УЗО) обес­печило резкое снижение электротравматизма.

Защитное отключение находит все более широкое при­менение в нашей стране. Оно рекомендовано к использо­ванию в качестве одного из средств по обеспечению электробезопасности нормативными документами (НТД): ГОСТ 12.1.019-79, ГОСТ Р 50571.3-94 ПУЭ и др. В ряде случаев требуется обязательное применение УЗО в элек­троустановках зданий (см. ГОСТ Р 5066.9-94). К объектам, подлежащим оснащению УЭО, относятся: вновь стро­ящиеся, реконструируемые, капитально ремонтируемые жилые дома, общественные здания, промышленные соору­жения независимо от форм собственности и принадлеж­ности. Не допускается применение УЗО в тех случаях, когда внезапное отключение может привести по техноло­гическим причинам к возникновению ситуаций, опасных для персонала, к отключению пожарной, охранной сигна­лизации и т.п.

Основными элементами УЗО являются прибор защитного отключения и исполнительное устройство - автоматиче­ский выключатель. Прибор защитного отключения - это совокупность отдельных элементов, которые восприни­мают входной сигнал, реагируют на его изменение и при заданном значении сигнала воздействую на выключатель. Исполнительное устройство - автоматический выключа­тель, обеспечивающий отключение соответствующего участка электроустановки (электрической сети) при по­лучении сигнала от прибора защитного отключения.

Основные требования, предъявляемые к УЗО:

1) Быстродействие - время отключения (),скла­дываемое из времени действия прибора (t п) и времени действия выключателя (t в) , должно отвечать условию

Существующие конструкции приборов и аппаратов, применяемых в схемах защитного отключения, обеспечи­вают время отключения t o ткл = 0,05 - 0,2 с.

2) Высокая чувствительность - способность реагиро­вать на малые значения входных сигналов. Высокочув­ствительные устройства УЗО позволяют задавать уставки выключателям (значения входных сигналов, при которых выключатели срабатывают), обеспечивающие безопасность прикосновения человека к фазе.

3) Селективность - избирательность действия УЗО, т.е. способность отключать от сети тот участок, в котором возникла опасность поражения человека током.

4) Самоконтроль - способность реагировать на соб­ственные неисправности путем отключения защищаемого объекта является желательным свойством для УЗО.

5) Надежность - отсутствие отказов в работе, а также ложных срабатываний. Надежность должна быть до­статочно высокой, так как отказы УЗО могут создавать ситуации, связанные с поражением персонала током.

Область применения УЗО практически не ограничена: они могут применяться в сетях любого напряжения и с любым режимом нейтрали. Наибольшее распространение УЗО получили в сетях до 1000 В, где они обеспечивают безопасность при замыкании фазы на корпус, снижении сопротивления изоляции сети относительно земли ниже определенного предела, прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением, в пере­движных электрических установках, в электроинстру­менте и др. Причем УЗО могут применятся как самостоятельные защитные устройства, так и в качестве дополнительной меры к занулению или защитному зазем­лению. Эти свойства определяются типом применяемого УЗО и параметрами защищаемой электроустановки.

Типы устройств защитного отключения. Работа элек­трической сети как в нормальном, так и в аварийном режиме сопровождается наличием определенных пара­метров, которые могут изменяться в зависимости от условий и режима работы. Степень опасности поражения человека определенным образом зависит от этих пара­метров. Следовательно, их можно использовать в ка­честве входных сигналов для УЗО.

На практике для создания УЗО используются следую­щие входные сигналы:

Потенциал корпуса относительно земли;

Ток замыкания на землю;

Напряжение нулевой последовательности;

Дифферинциальный ток (ток нулевой последователь­ности) ;

Напряжение фазы относительно земли;

Оперативный ток.

Кроме того, применяются и комбинированные уст­ройства, реагирующие на несколько входных сигналов.

Ниже рассмотрена схема и работа устройства защит­ного отключения, реагирующего на потенциал корпуса относительно земли.

Назначение УЗО данного типа - устранение опасности поражения людей током при возникновении на заземлен­ном или зануленном корпусе повышенного потенциала. Обычно эти устройства являются дополнительной мерой защиты к заземлению или занулению. Устройство сраба­тывает, если возникший на корпусе поврежденного обо­рудования потенциал φ к окажется выше потенциала φ кдоп, которое выбирается, исходя из наибольшего длительно допустимого напряжения прикосновения U пр.доп.

Датчиком в этой схеме служит реле напряжения РН,

Рис.28. Принципиальная схема УЗО, реагирующего на

потенциал корпуса, соединенного с землей с помощью вспомогательного заземлителя R воп

При замыкании фазы на заземленный (или зануленный) корпус вначале действует защитное заземление, обеспечивающее понижение напряжения на корпусе до значения U к = I з * R з,

где R з - сопротивление защитного заземления.

Если это напряжение превысит напряжение уставки реле РН U уст, то реле за счет тока I р сработает, ра­зомкнув своими контактами цепь питания магнитного пускателя МП. А силовые контакты магнитного пускате­ля, в свою очередь, обесточат поврежденное оборудова­ние, т.е. УЗО выполнит свою задачу.

Оперативное (рабочее) включение и выключение оборудо­вания осуществляется кнопками ПУСК, СТОП. Контакты БК магнитного пускателя обеспечивают его питание после отпускания кнопки ПУСК.

Достоинством этого типа УЗО является простота его схемы. К недостаткам относятся необходимость вспомогательного заземления, отсутствие самоконтроля ис­правности, неселективность отключения в случае при­соединения нескольких корпусов к одному защитному за­землителю, непостоянство уставки при изменении R воп.

Далее рассмотрим вторую схему, реагирующую на диф­ференциальный ток (или ток нулевой последователь­ности) – УЗО(Д). Эти устройства наиболее универсальны, и поэтому находят широкое применение на произ­водстве, в общественных зданиях, в жилых домах и т.д.

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.