Устройства защитного отключения

Защита от косвенного прикосновения к частям электроустановки, которые могут оказаться под напряжением, выполняется устройством защитного отключения дифференциального типа (УЗО-Д) с током срабатывания от 6 мА (в розетках) до 500 мА (на вводах электроустановок).

Принцип действия УЗО. У УЗО, как и у автоматического выключателя, есть тумблер для включения В (рис.4.3), являющийся частью механического размыкателя электрической цепи М. Когда включается тумблер, электрическая цепь замыкается и если к электрической цепи подключен какой-либо электроприбор, обладающий некоторым сопротивлением R_н, то по электрической цепи

              а                                                б

Рис. 4.3. Принцип действия УЗО: а - УЗО в нормальном режиме работы; б - срабатывание УЗО при утечке тока

потечет электрический ток. Проводники, по которым течет ток, а именно фазовый провод (фаза) и нейтральный провод (ноль) проходят черед кольцеобразную катушку суммирующего трансформатора. Пока никаких нарушений нет, сила тока I₁ = I₂, при этом токи направлены противоположно, а это значит, что в обмотке суммирующего трансформатора никаких электродвижущих сил не возникает. Если происходит обрыв фазного провода или пробой изоляции фазного провода на корпус электроприбора и при этом человек контактирует с корпусом, то возникает ток утечки I_у.. А это значит, что сила тока I₁ = I₂ + I_у. Так как I₁ ≠ I₂, то в обмотке суммирующего трансформатора индуцируется ЭДС, при этом сила тока в обмотке равна силе тока утечки. Размыкатель электрической цепи Р реагирует на этот ток утечки, другими словами — разностный или дифференциальный ток, и размыкает цепь. Происходит это в течение 0,025 – 0,5 секунды. УЗО имеет тестирующий блок «Т». Если нажать на эту кнопку при включенном УЗО, то электронный блок возбуждает в обмотке расчётный ток утечки. При этом должен сработать выключатель.

Провод, идущий от нагрузки электроприбора до УЗО, является нейтральным достаточно условно. Если этот провод при нарушении изоляции замкнет на корпус или будет поврежден и человек будет касаться корпуса или той части этого провода, которая идет от нагрузки, то эффект будет почти таким же, вот только сила тока, проходящего через человека, уменьшится в зависимости от сопротивления.

Чем меньше сила тока, проходящего через тело человека, и чем меньше время прохождения тока, тем более безопасными для здоровья человека будут последствия.

Порог срабатывания УЗО бывает разный. На корпусе УЗО ток утечки может обозначаться по-разному, чаще всего как I_Δ или I_Δn, единица измерения - миллиамперы (мА). Значения тока срабатывания для различных случаев применения УЗО:                                                      

I_Δn = 5 мА. Требование установить УЗО именно с таким порогом срабатывания иногда встречается в инструкциях по монтажу теплых полов, однако отечественными нормами необходимость использования таких УЗО не оговаривается.

I_Δn = 10 мА. Такие УЗО рекомендуется устанавливать для розеток в ванной комнате, на кухне, в детских помещениях, а также для розеток, к которым будет подключаться электрооборудование, установленное или работающее на земле.

I_Δn = 30 мА. Для всех остальных розеток. Также можно использовать такие УЗО на вводе электричества в квартиру или дом и для освещения.

I_Δn = 100 мА и 300 мА. Только на вводе электричества в квартиру или дом для повышения пожарной безопасности.

На корпусе УЗО обычно указывается максимальная сила тока, который данное УЗО может пропускать продолжительное время, обозначается как I_n, единица измерения - амперы. В настоящее время для бытовых нужд чаще всего используются УЗО, рассчитанные на 6, 10, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 и 125 А. Если сила тока в электрической цепи будет больше, то УЗО не отключится, а сгорит, в этом его принципиальное отличие от автоматического выключателя. Поэтому подбирать УЗО нужно с таким расчетом, чтобы максимальное значение силы тока на корпусе УЗО было больше максимальной пропускной способности автоматического выключателя или пробкового выключателя.

Электрическая сеть TN-C

Для питания большинства промышленных электроустановок 220/380 В сейчас обычно применяется трехфазная четырехпроводная электричес­кая сеть TN-C (рис. 4.4).

Основная защитная функция возложена на систему зануления, при которой замыкание фазы на корпус оборудования должно приводить к его отключению с помощью токовых защит. Четвер­тый проводник питающей сети совмещает функции нулевого рабочего (N)

Рис. 4.4. Схема электроснабжения установки с классическим

     занулением (сеть TN-C)

и нулевого защитного (РЕ) проводников. Совмещенный (нулевой и защит­ный) РЕN-проводник согласно ПУЭ должен иметь проводимость, не меньшую половины проводимости фазного проводника. Во вводных устройствах электроустановок с зануленным оборудованием устраивается совмещенная шина PEN. Объединение нулевых и заземляющих проводни­ков допускается только в том месте сети, где установлены коммутацион­ные аппараты аварийного отключения.

В такой электрической сети факти­чески используется земля в качестве параллельного проводника для тока нулевого провода, поэтому применение УЗО-Д в этой сети недостаточно эффективно.

При несимметрии напряжений сети в аварийных режимах (при КЗ и неполнофазном режиме) по земле протекает значительный блуждающий ток, не попадающий в зону действия токовых защит в фазных проводни­ках. У потребителей с малым сопротивлением заземляющего устройства наблюдается появление в нулевой жиле питающего кабеля блуждающего тока от других электроустановок. Чем меньше сопротивление заземлений в сети TN-C, тем больше блуждающие токи, которые создают дополнитель­ную опасность пожара и электротравматизма.

В случае если сопротивление заземляющего устройства у потребите­ля меньше, чем на питающей подстанции, в аварийном режиме создаются неблагоприятные условия для всех прочих потребителей. При КЗ на ввод­ном устройстве часто выгорает контакт в нулевом проводнике, сеть пере­ходит в режим ТТ и весь аварийный сверхток протекает по земле и после­довательно включенным заземлениям подстанции и потребителя. При этом у других потребителей подстанции напряжение прикосновения на корпу­сах занулённого оборудования превышает все допустимые значения.

Необходимо отметить, что допустимое сопротивление заземления источника питания 4 Ом было установлено с учетом того, что при паде­нии фазного провода даже на мокрую землю или в грязь его сопротивление растеканию будет не менее 15 – 20 Ом. Меньшие сопротивления растека­нию создают неблагоприятные условия по электробезопасности для всех электроустановок подстанции. В этой ситуации при низких сопротивлени­ях повторного заземления у потребителей происходит фактическое "рас­пределение аварии" по всем прочим потребителям. Чтобы исключить это, необходимо сопоставить допустимые пределы разницы сопротивлений за­земляющих устройств источника питания и потребителя. Однако в суще­ствующей технической практике и в расчетах это не принято. Нарушение целостности нулевого или защитного проводника может быть долго не за­мечено, и при КЗ неожиданно наступает тяжелая аварийная ситуация с от­казом защит. В случае обрыва РЕ-проводника оборудование может рабо­тать при параметрах рабочего режима, близких к номинальным, но без за­земления.

Электрическая сеть TN-S

Электрическая сеть TN-S (рис. 4.5) — это трехфазная пятипроводная сеть. В ней N-проводники разделяются с РЕ-проводниками на ши­нах PEN подстанции и далее идут раздельно на всем протяжении.

Шины N и шины РЕ вводных устройств потребителей изолированы одна от другой, N- и РЕ-проводники равны по сечению и разделены. Это создает хорошие условия для применения УЗО-Д. В такой сети токи не­симметрии и нулевой последовательности в нормальном режиме не проте­кают по заземляющим устройствам и РЕ-проводникам. При обрыве в цепи N-проводника нарушается работа сети однофазных потребителей, возникает си­льный перекос фаз, но условия электробезопасности не нарушаются. При обрыве N-проводника и КЗ на корпус оборудования ток достигает уставок срабатывания защит фазных проводников. При обрыве РЕ-проводника пи­тающей линии сохраняется работа всех потребителей в номинальном ре­жиме, но оборудование остается заземленным только на собственные заземлители — фактически в режиме сети ТТ.

Рис. 4.5. Схема электроустановки с нулевым и защитным

       раздель­ными проводниками (сеть TN-S)

Электрическая сеть TN-C-S

В этой сети (рис. 4.6) питание потребителей осуществляется по трехфазной четырехпроводной линии с объединенным РЕN-проводником.

Рис. 4.6. Схема электроустановки с нулевым и защитным

       проводни­ками, имеющими соединение до ввода —

       «быстрое зануление» (сеть TN-C-S)

В распределительной сети на вводных устройствах потребителей происхо­дит разделение РЕ и N проводников, равных по сечению и выполненных из цветного металла. Эта сеть по многим параметрам несущественно отли­чается от сети TN-C, но условия электробезопасности для однофазных по­требителей в ней лучше. Расход проводниковых материалов в распредели­тельной сети TN-C-S на 20 – 30 % выше, чем в сети TN-C.

Наличие в сетях TN-C и TN-C-S общего PEN-проводника и его зазе­мления снижает значение потенциала N- и РЕ-проводников между собой и относительно земли при коммутационных и атмосферных перенапряжени­ях. Это может оказаться преимуществом перед сетями TN-S и ТТ при пи­тании электронной техники, имеющей емкостные связи между N- и РЕ-проводниками, особенно в зоне сильного электромагнитного влияния вы­соковольтных ЛЭП.

Электрическая сеть ТT

Электрическая сеть ТТ (рис. 4.7) — это трехфазная четырехпроводная сеть, в которой нулевые проводники питающей линии исполь­зуются только для протекания рабочих и аварийных токов и не применя­ются в системе заземления. Корпуса оборудования не зануляются.

Совместная работа сетей TN и ТТ нежелательна, а при отсутствии защитно-отключающего устройства типа УЗО-Д вообще не допустима. При КЗ в сети ТТ и малом сопротивлении заземлений в сети TN происходят большое смещение нейтрали и вынос потенциала на зануленные корпуса потребителей.

Рис. 4.7. Схема электроустановки с нулевым рабочим проводником и защитным заземлением электроустановки (сеть TT)

При переходе с сети TN-C на сеть ТТ не требуется проклад­ка дополнительных проводников, но необходима обязательная установка УЗО-Д, а в фазных проводниках - коммутационного аппарата типа контак­тора или автомата с независимым расцепителем на вводе у потребителей для немедленного отключения электроустановки при КЗ на РЕ-проводники. При КЗ на корпус независимо от со­отношения сопротивлений заземлений в сети ТТ выноса потенциала на ко­рпуса оборудования других потребителей не происходит.