Основні характеристики та параметри ПЗВ

Номінальний робочий струм, або струм навантаженняI_n одна з найважливіших характеристик ПЗВ яка обумовлюється здатністю силових контактів і внутрішніх провідників пристрою витримувати навантаження зберігаючи при цьому свої захисні функції і працездатність. Шкала номінальних струмів стандартна: 16 А, 25 А, 40 А, 63 А, 80 А 100 А, 125 А.

Другою характеристикою є номінальний диференційний струмI_Dn–це струм витоку, при якому ПЗВ спрацьовує. Струм витоку обов'язково вказується на корпусі пристрою.

Як і для робочого струму, для диференціального струму є свої стандартні уставки (номінали). Номінальний диференційний струм I_Dnможе мати наступні значення: 6 мА, 10 мА, 30 мА, 100 мА, 300 мА, 500 мА.

З яким струмом витоку вибрати ПЗВдля захисту людини від ураження електрострумом? Відповідь очевидна – це диференціальнийструм, який не більше30 мА (величина струму 30 мА є невідпускаючий, при якому людина не в змозі самостійно розтиснути руки при ураженні електричним струмом).

Відзначимо, що ПЗВ з номіналом 10 мА застосовують для захисту в приміщеннях з підвищеною вологістю, а з номіналом 100 мА, 300 мА і 500 мА застосовують в якості протипожежних.

Ще одна важлива характеристика ПЗВ– це номінальна напругаU_n. Для однофазних пристроїв його значення дорівнює 230 В, для трифазних 400 В.

Далі параметр – це умовний номінальний струм КЗ (позначається I_nc). Цей параметр

показує стійкість до струмів КЗ, тобто величину струму яку може пропустити через себе ПЗВ не втрачаючи своїх властивостей.

Стандартні значення I_ncнаступні: 3000 А, 4500 А, 6000 А, 10000 А. Чим більше цей параметр тим краще.

Номінальна включаюча і відключаюча здатність I_m (показник здатності навантаження контактної групи) –це таке значення діючого струму, яке пристрій захисного відключення здатне включити, пропускати через себе в плині часу розмикання і відключити в той час як диференційний струм змушує ПЗВ спрацювати без порушень своїх властивостей.

Відповідно до нормативних вимог ГОСТ Р 51326.1-99 п. 5.3.8, мінімальне значення струму відключення і включення повинно бути в 10 разів більше номінального струму ПЗВ або рівним 500 А (I_m = 10×I_nc або I_m = 500А).Цей показник може бути рівним 1000 А, 1500 А і навіть 3000 А.

Номінальна диференціальна включаюча та відключаюча здатністьI_Dm–показник, який показує здатність ПЗВ включити, пропускати через себе в плині часу відключення і відключати без порушень своїх властивостей диференційний струм КЗ.

Для прикладу уявімо ситуацію, коли сталося пошкодження всередині якогось електроприладу, фаза пробила на корпус і виник витік. Причому витік досить таки великий скажімо 300 А і рівносильний струму КЗ. Силові контакти ПЗВ розраховані на розмикання струму такої величини без ризику втрати працездатності. Це стосується і ситуації коли ПЗВ включають на пошкоджену ділянку при такому витоку.

Відповідно до нормативних вимог ГОСТ Р 51326.1-99 п. 5.3.9, мінімальне значення диференціального струму відключення і включення повинно бути в 10 разів більше номінального струму ПЗВ або рівним 500 А, тобто:

I_Dm= 10 ×I_n

                                                                  абоI_Dm= 500 А.                                                           (7.9)

По суті, величина номінальної включаючої здатності і диференціальної включаючої здатності рівні між собою, тобто

                                                                     I_m= I_Dm .                                                               (7.10)

Номінальний невідключаючий диференційний струмI_Dn0 –величина диференціального струму, яка при заданих умовах експлуатації не призводить до спрацьовування ПЗВ.Згідно вищезгаданого ГОСТ Р 51326.1-99, п.5.3.4. значення номінального відключається диференціального струму є стандартним і дорівнює 0.5 від уставки номінального струму витоку, тобто

                                                                 I_Dn0 = 0,5 I_Dn                                                                            (7.11)

Параметр I_Dn0характеризує поріг спрацьовування пристрою. Наприклад, якщо через ПЗВ буде протікати сила струму витоку менше ніж I_Dn0, то ПЗВ не спрацьовуватиме. ПЗВ буде відключатися лише в тому випадку, коли через нього буде проходити струм витоку в діапазоні від I_Dn0 до I_Dn.

Природно, що якщо витік струму буде більше I_Dn, то ПЗВ також буде спрацьовувати. Наприклад, якщо ПЗВ має диференціальний струм в 10 мА, то пристрій спрацює воно тільки тоді, коли витік струму буде від 5 мА і вище; ПЗВ з номіналом 30 мА, спрацює при витоку від 15 мА і вище.

Для оцінки струмів витоку можна прийняти наступні величини:

Ø комп'ютеризоване робоче місце – 1¸ 2 мА;

Ø принтер – до 1 мА;

Ø факс – 0,5¸ 1 мА;

Ø дисплей – 0,5 ¸ 1,5 мА;

Ø копіювальний апарат –0,5 ¸ 1,5 мА.

Час відключення ПЗВ–проміжок часу між моментом раптового виникнення струму витоку (відключаючого диференціального струму), спрацьовування відключаючого механізму, розмикання контактів та гасіння дуги між ними.

Час відключення часто називають ще часом спрацьовуванняПЗВ. Стандартні значення часу відключення і невідключення (Dt^cт.) надані в табл. 1.

Таблиця 7.8

Стандартні значення часу відключення і невідключення ПЗВ

Примітки. 1. Для ПЗВ загального типу, які призначені тільки для компоновки зі штепсельними розетками і вилками, а також для ПЗВ типу з I_Dn< 30 мА струм 0,25 А може бути використаний як альтернатива 5 I_Dn.

2. Максимальний час відключення, встановлений в табл. 1, поширюється також на ПЗВ типу А, однак значення струму I_Dn , 2I_Dn , 5I_Dn , 0,25 і 500Априймають для випробувань з коефіцієнтом 1,4 для ПЗВ з I_Dn > 0,01 А і з коефіцієнтом 2 для ПЗВ з I_Dn < 0,01 А.

На рис.1 можна побачити пристрої захисного відключення трьох різних фірм- виробників і на кожному з них виробник позначає свою марку і серію (лінійку): ПЗВ (ВДС) фірм hager, IEK, Schneider Electric.

Рис. 7.26. Серія (лінійка) пристроїв захисного відключення

Рис. 7.27. Пристрій захисного відключення української компанії IEK (м. Дніпро)

Зазначимо, що пристрої захисного відключення (ПЗВ), які нерідко називаються вимикачамидиференціального струму (ВДС), можна використовувати як основний і єдиний захід (спосіб) захисту від ураження електричним струмом.Ці пристрої широко використовуються для забезпечення безпеки ручного електрифікованого інструменту. Зокрема, раніше були серії з маркуванням «С», «ИЭ».

ПЗВ можна застосовувати як основний та єдиний захід захисту, що забезпечує безпеку при доторканні до фазного проводу та здійснює самоконтроль. У цьому випадку захисне заземлення та занулення не потрібно. Окрім цього, ПЗВ можна застосовувати як основний захід захисту разом з захисним заземлення або зануленням.

Таким чином, ПЗВ може забезпечити безпеку при доторканні до корпусу електрообладнання, яке виявилося під напругою. Окрім цього, пристроєм здійснюється автоматичний контроль безперервності кіл захисного заземлення і занулення, а також самоконтроль.

ПЗВ можна використовувати як доповнення до інших засобів захисту, зокрема до захисного заземлення і занулення. У цьому випадкуПЗВ повинно забезпечити безпеку при доторканні людини до заземлених або до занулених частин обладнання. При цьому, вимоги до захисного заземлення і занулення можна значно знизити.

Параметри ПЗВ такі:

1. Номінальна напруга (Un) – дійсне значення напруги, за якої забезпечується працездатність ПЗВ. Un = 220, або Un = 380 В.

2. Номінальний струм навантаження (I_n) – значення струму, яке ПЗВ може пропускати у тривалому режимі роботи. I_n= 6, 16, 25, 40, 63, 80, 100 і 125 А.

3. Номінальний диференційний струм вимикання (позначення I_dn, або I_Dn) – значення диференційного струму, яке викликає вимкнення ПЗВ згідно заданих умов експлуатації (це струм витоку, при якому ПЗВ спрацьовує): I_dn = 0,006; 0,01; 0,03; 0,1; 0,3; 0,5 А.

4. Номінальний диференційний струм невимикання (позначення I_dn0 , або I_Dn0) – значення диференційного струму, яке не викликає вимкнення ПЗВ за заданих умов експлуатації: I_dn0 = 0,5 I_dn , або в інших позначеннях I_Dn0 = 0,5 I_Dn .

5. Граничне значення надструму невимикання (I_nm) – мінімальне значення невимикаючого надструму за симетричного навантаження двох і чотириполюсних ПЗВ або несиметричному навантаженні чотириполюсних ПЗВ: I_nm= 6 I_n (надструм–це  будь-який струм, що перевищує номінальний струм навантаження).

6. Номінальна вмикальна та вимикальна здатність (комутаційна здатність) (I_m) – дійсне значення струму, який ПЗВ здатний увімкнути, пропускати протягом свого часу розмикання і вимкнути за заданих умов експлуатації, без порушення власної працездатності. Мінімальне значення I_m = 10 I_n або 500 А (вибирається більше значення).

7. Номінальний умовний струм короткого замикання (I_nc) – діюче значення струму, яке може витримати ПЗВ, що захищається пристроєм захисту від коротких замикань, за заданих умов експлуатації, без незворотних змін, що порушують його працездатність:I_nc =3000; 4500; 6000; 10 000 А.

Сучасний релейний захист характеризується переходом від традиційної електромеханічної елементної бази до мікропроцесорної техніки, яка забезпечує і поєднує у собі як основні функції (увімкнення, вимкнення, захист від перевантаженьі струмів КЗ), так і додаткові функції – діагностика, автоматика, контроль кіл і модулів, захист людини від ураження електричним струмом.

Мікропроцесорні пристрої, які реалізовані в вигляді однієї мікросхеми або комплекту з декількох спеціалізованих мікросхем, суміщають функції контактора, пускача, автоматичного вимикача, реле.

З появою однокристальних мікро-ЕОМ (1971 р.) пов’язують початок ери масового застосування комп’ютерної автоматизації у галузі управління та технічного керування. Мабуть ця обставина і визначила термін “контролер”(англ. controller — регулятор, управляючий пристрій) і винайдення в 1976 році американською фірмою Intel мікроконтролера. На сьогоднішній день існує більше 200 модифікацій мікроконтролерів.

Використання в сучасному мікроконтролері достатнього потужнього мікропроцесора з широкими можливостями, побудованого на одній мікросхемі замість цілого набору, значно знижує геометричні розміри, енергоспоживання і вартість побудованих на його базі пристроїв.

Розвиток інтегральних мікросхем відбувається в напрямі істотного збільшення ступеня інтеграції елементів у кристалі (чіпі) та побудові на їх основі швидкодіючих пристроїв програмної обробки інформації (мікропроцесорів), а також пристроїв формування алгоритмів керування (мікроконтролерів).

Зв’язуючою ланкою між мікроелектронними компонентами системи керування і навантаженням будь-якого силового перетворювача є силовий ключ. Монолітна інтеграція об'єднує на одному кристалі силові ключі, драйвери, схеми діагностики та захисту.

Тенденції розвитку мікропроцесорних систем захисту пов’язані з переходом від жорстко програмованих пристроїв до гнучко програмувальних структур на базі високоінтегрованих мікропроцесорних модулів й інтелектуальних підсистем. Потужні системи автоматизованого й автоматичного моделювання / проектування (САМ/САД) дозволяють створити адаптивні мікроконтролери, які реалізують нелінійні алгоритми цифрового керування за допомогою фазі-логіки і моделі нейронної мережі. Вказані системи забезпечують автоматичний захист мережі, підвищену швидкодію, зміну діапазону робочих напруг, збільшення кратності відключаємих струмів, можливість зміни уставки відключаємих струмів, збільшення показників надійності захисту людини як при прямому, так і при непрямому дотику, розширення шкали комутацій струмів до 1000 А, стійкість до впливу зовнішніх факторів середовища (вібростійкість, температурна компенсація, вологостійкість тощо), підвищення напрацювання на відмову [29].

Удосконалення техніки релейного захисту та автоматики (РЗА) приводить до створення мікропроцесорних (цифрових) пристроїв РЗА з можливістю інтеграції їх в АСУ ТП енергооб'єктів.

Рис. 7.28. Мікропроцесорний пристрій захисту

Мікропроцесорна техніка дозволяє перейти до якісно нового покоління захисту, що має можливості, які на електромеханічних і мікроелектронних пристроях отримати неможливо:

1. Висока надійність функціонування захисту за рахунок апаратної надійності і постійно діючої самодіагностики.

2. Простота технічного й оперативного обслуговування.

3. Можливість отримання практично будь-яких форм характеристик вимірювальних органів.

Можливість настройки кількох наборів уставок на одному приєднанні з введенням в роботу будь-якого з них автоматично або дистанційно при зміні режиму роботи мережі, причому дистанційне введення можливе за паролем з будь-якого рівня диспетчерського управління.

4. Реєстрація та передача інформації про роботу пристроїв РЗА на будь-який рівень диспетчерського управління.

5. Інтегрування з системами контролю й управління об'єктом.

6. Інтегрування з системами контролю й управління об'єктом.

7. Зменшення споживання, як по ланцюгах змінного струму і напруги, так і по ланцюгах оперативного постійного струму.

8. Значне зменшення ваги і габаритів пристрою.

І нарешті, розглянемо ввід електроживлення у жиле приміщення (будинок, квартиру).

Для забезпечення захисту електроприймачів потрібно улаштувати пристрої максимального струмового захисту, а саме плавкі запобіжники і автоматичні вимикачі (автомати). Для захисту працівників чи мешканців потрібні пристрої захисного відключення (ПЗВ). Врахування споживаної електроенергії здійснюється електролічильником (рис. 7.29). 

Вхід       Електролічильник  ПЗВ

                                                             ß ß

До розеток і освітлюваних приладів

Рис. 7.29. Спосіб А підключення електроприймачів у будинку та приватній квартирі

Як видно з рис. 7.29, ПЗВ встановлено після вхідного автомата і лічильника електроенергії. Далі від ПЗВ фазний провід йде на два автоматичні вимикачі (АВ), контролюючі різні групи навантаження.

Далі, після вимикачів, він розводиться до освітлювальних приладів і розеток.По лінії нейтралі, провід йде на клемну колодку, після неї, він розводиться до пристроїв споживачам (до розеток, освітлюваних приладів і вимикачів).По лінії нейтралі провід йде на клемну колодку, після неї, він розводитьсядо пристроїв споживачам.

Нижче розглянуті ще дві принципіальні схеми уведення електроживлення у будинок (квартиру).

Двохжильні провода електропроводки

Рис. 7.30. Спосіб Б підключення електроприймачів у будинку та приватній квартирі

Заземлюючий провідник

Рис. 7.31. Спосіб В підключення в будинку та приватній квартирі

_____________________________________________________________________________________