- •Г л а в а 3 электробезопасность при электрификации шахт и рудников
- •3.1. Условия и опасности эксплуатации электрооборудования в подземных горных выработках
- •3.2. Воздействие электричества на организм человека
- •3.3. Условия безопасности в электрических сетях с разным режимом нейтрали
- •3.3.1. Сети с изолированной нейтралью
- •3.3.2. Сети с заземленной нейтралью
- •3.3.3. Сравнение условий электробезопасности в сетях с изолированной и заземленной нейтралью
- •3.3.4. Влияние состояния изоляции электрооборудования на уровень электробезопасности
- •3.4. Меры защиты от поражения электрическим током
- •3.5. Защитное заземление
- •3.6. Защитное отключение
- •3.7. Опережающее отключение
3.6. Защитное отключение
В состав аппаратуры защитного отключения входят коммутационный аппарат (автоматический выключатель) и аппарат защиты от утечек тока (реле утечки). Реле утечки реагирует на снижение сопротивления изоляции сети ниже допустимой величины в случае прикосновения человека к токоведущим частям, а также на появление тока утечки, опасного в отношении открытого искрения в условиях взрывоопасной подземной атмосферы.
В настоящее время в шахтах и рудниках применяются аппараты защиты от утечек типа УАКИ, предназначенные для сетей напряжением 127, 380 и 660 В, имеющих емкость до 1 мкФ/фаза. Принцип работы схем этих аппаратов одинаков (схемы отличаются только конструкцией делителей напряжения), но уставки отключающих сопротивлений этих аппаратов различны (табл. 3.3). Поэтому достаточно рассмотреть аппарат УАКИ-660, принципиальная схема которого представлена на рис. 3.9.
В схеме аппарата типа УАКИ трехфазный выпрямитель образован диодами VD1—VD6 и питается от делителя, образованного резисторами R1—R3 и R5—R10. Между общей точкой диодов 0 1 и нулевой точкой звезды делителя напряжения 02 существует выпрямленное напряжение, являющееся оперативным напряжением цепи защиты. При высоком уровне сопротивления изоляции и практическом отсутствии утечек под действием этого напряжения по обмоткам / и 2 реле К протекает вспомогательный ток. Числа витков и сопротивления обмоток 1 и 2 выбраны так, что при Rс→∞ и R→∞ создаваемые этими обмотками магнитные потоки равны. Обмотки включены встречно, поэтому их результирующее воздействие на реле равно нулю, и реле находится в нейтральном состоянии.
При снижении уровня сопротивления изоляции и появлении утечки возникает проходящий через обмотку 1 оперативный ток, величина которого зависит от сопротивления изоляции сети. При дальнейшем снижении сопротивления изоляции оперативный ток увеличивается, а значение вспомогательного тока, проходящего через диод VD7, уменьшается. Если оперативный ток по величине станет больше вспомогательного, этот диод запирается. При этом составляющая тока, определяемая сопротивлением изоляции, протекает по обмотке 2 реле, а образовавшаяся разность магнитных потоков обмоток 1 и 2 приводит к срабатыванию реле К и замыканию его контакта в цепи независимого расцепителя ОК автоматического выключателя. В результате сеть с поврежденной изоляцией отключается.
Рис. 3.9. Принципиальная электрическая схема аппарата защиты от утечек УАКИ-660,
Рис. 3.10. Принципиальная электрическая схема аппарата защиты АЗЛК
Для уменьшения емкостных токов утечки в аппаратах УАКИ-380 и УАКИ-660 применен компенсатор емкости в виде дросселя Др с воздушным зазором в магнитопроводе. Дроссель Др зажимом 1 присоединен к нулевой точке звезды, образованной конденсаторами С2—С4 по 1 мкФ каждый, создающими искусственную нейтраль сети и служащими для предотвращения замыкания на землю оперативного выпрямленного тока. Вторым своим зажимом дроссель Др присоединен через конденсатор С = 20 мкФ к земле. Дроссель Др имеет обмотку с двумя отпайками 2 и 3,'позволяющими регулировать значение индуктивности в зависимости от суммарной протяженности защищаемой сети. Отпайка 3 используется при емкости сети до 0,5 мкФ/фаза, отпайка 2 — при емкости в пределах 0,5— 1 мкФ/фаза.
Кнопка S служит для проверки исправности защиты включением между сетью и землей проверочного резистора R4. Для того чтобы кроме исправности аппарата при проверке можно было убедиться в наличии соединения схемы аппарата с землей (при нарушении которого прекращается действие защиты от утечек), кнопка S присоединяется к специальному дополнительному заземлению Дз, которое должно быть расположено на расстоянии не менее 5 м от местного заземления.
Для условий угольных шахт, опасных по газу или пыли, предназначены аппараты защиты АЗАК, позволяющие осуществлять автоматическую компенсацию емкостной составляющей токов утечки в подземных электрических сетях переменного тока напряжением 380 и 660 В.
На рис. 3.10 приведена принципиальная, электрическая схема аппарата АЗАК, состоящая из устройств защиты от токов утечки I и автоматической компенсации емкостных токов утечки ІІ.
Устройство автоматической компенсации состоит из компенсирующего дросселя ДрЗ; трехфазного дросселя-трансформатора TV4; усилителя переменного тока, собранного на транзисторах VT2—VT4, измерительного генератора; источника питания, включающего в себя диоды VD1—VD6, конденсатор С1, резисторы R13, R29 и стабилитроны VD8, VD10. Компенсирующий дроссель ДрЗ представляет собой дроссель насыщения с положительной обратной связью. Его магнитопровод собран из Ш-образных пластин. На крайних стержнях магнитопро-вода дросселя помещаются обмотки переменного тока / и 2, имеющие одинаковое число витков и соединенные согласно. Поэтому при отсутствии тока в обмотке управления, помещенной на среднем стержне магнитопровода, магнитный поток в этом стержне и, следовательно, переменное напряжение на обмотке управления дросселя отсутствуют. Компенсирующий дроссель ДрЗ с помощью дросселя-трансформатора TV4 и разделительных конденсаторов СІІ-С14 присоединяется между фазами сети и землей, т. е. параллельно емкостям фаз сети относительно земли.
Изменяя величину индуктивности дросселя ДрЗ, можно настроить параллельный колебательный контур, образованный емкостями фаз сети относительно земли и индуктивностью самого дросселя, на резонансную частоту 50 Гц. При этом емкостная составляющая тока утечки будет скомпенсирована. Изменение индуктивности компенсирующего дросселя ДрЗ производится постоянным током управления, протекающим в его обмотке W. При этом на переменный магнитный поток в крайних стержнях магнитопровода дросселя накладывается постоянный магнитный поток. В результате в одном из крайних стержней эти потоки складываются и при определенной величине суммарного потока этот стержень насыщается, что приводит к изменению индуктивности дросселя. Регулирование тока управления дросселя производится двухкаскадным усилителем, собранным на транзисторах VT2—VT4. В цепь нагрузки выходного каскада усилителя через выпрямительный мост включена обмотка управления дросселем, который настраивается в резонанс с фактической емкостью сети.
Измерение емкости фаз сети относительно земли производится измерительным генератором, собранным на транзисторе VT1. Измеряемая емкость сети через конденсаторы С7, С9, С10, С15—С17 и дроссель Др2 подключена параллельно резистору R12 отрицательной обратной связи по переменному току измерительного генератора. Изменение емкости сети вызывает соответствующее изменение напряжения на колебательном контуре, образованном емкостью конденсатора С5 и индуктивностью обмотки трансформатора TV1. Напряжение, определяемое величиной емкости сети, усиливается и подается на обмотку управления компенсирующего дросселя, устанавливая необходимую индуктивность последнего.
Влияние напряжения смещения нейтрали на работу измерительного генератора практически исключается применением дросселя Др1, который для частоты 50 Гц практически представляет короткозамкнутую цепь. Поэтому все напряжение смещения нейтрали прикладывается к конденсаторам С7, С10 а на сопротивлении обратной связи R12 генератора напряжение промышленной частоты близко к нулю.
Для подземных электрических сетей напряжением 380 и 660 В шахт горно-химической промышленности (калийных рудников) , имеющих свои особенности (высокий уровень активного сопротивления изоляции сети, высокое сопротивление растеканию тока в земле и т. д.), предназначены аппараты защиты АЗТС.
Аппарат АЗТС по конструкции идентичен аппарату АЗАК. Электрическая схема усовершенствована, собрана на транзисторах и состоит из блоков защитного отключения и автоматической компенсации емкостных токов утечки. Электрическая схема блока защитного отключения измеряет посредством постоянного тока активное сопротивление фаз сети относительно земли и при снижении его до заданной величины вызывает срабатывание промежуточного маломощного контактора (типа ПМЕ) и отключение сети автоматическим выключателем. Компенсация емкостных токов утечек осуществляется дросселями насыщения, подключенными между фазами сети и землей. Индуктивность дросселей регулируется, как и в схеме аппарата АЗАК, подмагничиванием их постоянным током. При изменении емкости сети в пределах 0—1 мкФ/фаза аппарат АЗТС обеспечивает непревышение длительного тока утечки 10 мА (для АЗАК—25 мА) и отключающее сопротивление трехфазной утечки в пределах 70—120 кОм/фаза (для АЗАК—10,5— 30 кОм/фаза). ВНИИВЭ и Прокопьевским заводом шахтной автоматики разработан унифицированный аппарат защиты АЗШ, имеющий три варианта исполнения: АЗШ-1, АЗШ-2 и АЗШ-3. Базовым является аппарат АЗШ-1, который легко с помощью дополнительных конструкторских элементов перемонтируется в АЗШ-2 или АЗШ-3. АЗШ-1 выполнен для встраивания в распределительное устройство низкого напряжения (РУНН) шахтных передвижных трансформаторных подстанций ТСВП (взамен блока АЗПБ) и может воздействовать как на нулевой расце-питель, так и на независимый расцепитель, а также одновременно на оба расцепителя автоматического выключателя. АЗШ-2 конструктивно выполнен для встраивания в РУНН шахтных подстанций ТКШВП и ТКШВПС (взамен блока БЗП-1А), осуществляет тепловую защиту подстанции и воздействует на независимый расцепитель автоматического выключателя. АЗШ-3 конструктивно выполнен в отдельной взрыво-безопасной оболочке.
На рис. 3.11 показана блок-схема аппарата АЗШ. Схема содержит блок питания 3, на который подается напряжение от трансформатора TV собственных нужд подстанций 1 (АЗШ-1 и АЗШ-2) или от сети, отходящей от автоматического выключателя S. Блок устройства контроля сопротивления изоляции 4 присоединяется к сети через присоединительный трансформатор 7, компенсирующий дроссель 8 и землю. Оперативный ток от источника протекает через землю, сопротивления изоляции Rl—R3 и возвращается через присоединительный трансформатор 7 к источнику. При снижении сопротивления изоляции оперативный ток увеличивается и при критическом уровне сопротивления изоляции достигает порогового значения, в результате чего происходит срабатывание выключающего элемента 6, который выдает команду на отключение либо независимому и нулевому расцепителю 2 автоматического выключателя S (АЗШ-1), либо отключающей катушке (АЗШ-2, АЗШ-3). Выключатель отключает сеть, осуществляя защитное отключение. Аналогичным образом происходит отключение и в случае
. 3.11. Блок-схема унифицированного аппарата защиты АЗШ прикосновения человека к токоведущим частям. При этом аппарат становится на самоблокировку, срабатывает сигнализация 15, и выключатель S невозможно будет включить до тех пор, пока не устранена причина, вызвавшая отключение сети.
Устройство автоматической компенсации емкостной составляющей тока утечки состоит из трансформатора 7, дросселя 8, разделительного конденсатора 9 и электронной схемы настройки. Компенсирующий дроссель представляет собой дроссель насыщения, который через присоединительный трансформатор и разделительный конденсатор подключается параллельно емкости сети С1—СЗ, образуя с ней параллельный колебательный контур. Индуктивность компенсирующего дросселя регулируется изменением постоянного тока, протекающего по обмотке управления. Регулирование величины тока подмагничивания компенсирующего дросселя осуществляется электронной схемой настройки. Настроенный в резонанс параллельный колебательный контур обеспечивает снижение емкостной составляющей токов утечки.
Электронная схема настройки состоит из блока измерения емкости сети 12 и усилителя постоянного тока 13. Блок измерения емкости сети — из стабилизатора напряжения, автогенератора, трансформатора 11 и присоединительного фильтра 10. Присоединительный фильтр подключен к выходу автогенератора. Вторичная обмотка трансформатора 11 подключена к входу усилителя постоянного тока. При изменении распределенной емкости сети меняется собственная частота колебательного контура, образованного присоединительным фильтром 10 и первичной обмоткой трансформатора 11. По мере приближения собственной частоты колебательного контура к частоте задающего автогенератора напряжение на вторичной обмотке трансформатора 11 возрастает. Это напряжение выпрямляется диодным мостом 14 и подается на вход усилителя постоянного тока, на выходе которого включена обмотка управления компенсирующего дросселя 8. С увеличением емкости сети увеличивается и ток подмагничивания, который регулирует индуктивность компенсирующего дросселя. Регулировочным органом 5 осуществляется регулировка порога срабатывания устройства контроля сопротивления изоляции и величин длительного и кратковременного токов утечки.
Блок тепловой защиты 16 (АЗШ-2) расположен на съемной лицевой панели и состоит из датчика нагрева (терморезистор R Т ), усилителя постоянного тока, порогового элемента и исполнительного реле. Порог срабатывания 1 (в месте установки датчика нагрева) свыше установленной температуры возрастает ток через терморезистор, реле срабатывает и своим контактом воздействует на выключающий элемент 6. Последний воздействует на расцепитель 2, в результате чего автоматический выключатель срабатывает и отключает сеть. Аппарат позволит повторно включить сеть при снижении температуры до допустимого уровня.
Аппараты АЗШ предназначены для эксплуатации в сетях напряжением 380 и 660 В и обеспечивают непревышение длительного тока утечки величиной 25 мА при емкости в сети в пределах 0—1 мкФ/фаза. Сопротивления срабатывания при напряжениях 380 и 660 В составляют соответственно: при трехфазной утечке — не менее 10 и 30 кОм/фаза; при однофазной утечке — не более 12 и 20 кОм.
Для электрических сетей с тиристорными преобразователями, питающими регулируемые приводы подъемных машин и лебедок, предназначены аппараты защиты АЗПТ, обеспечивающие непревышение длительного тока утечки 25 мА. Сопротивления срабатывания при напряжениях 380 и 660 В составляют соответственно: при трехфазной утечке — не менее 10 и 20 кОм/фаза; при однофазной утечке — не более 40 и 70 кОм.
Система защиты от токов утечки в электрических сетях напряжением 1140 В (рис. 3.12) состоит из комплекса аппаратов, контролирующих сопротивление изоляции Rиз сети (блок БЗО), производящих отключение сети в случае снижения указанного сопротивления до опасного уровня (блок БЗО и автоматический выключатель Q) и снижающих кратковременный ток утечки до требуемой величины (блок БКЗ). В систему защиты входит также высоковольтное комплектное распределительное устройство КРУВ (высоковольтная ячейка), которое отключает сеть с поврежденной изоляцией при отказе выключателя Q [10].
В блоке защитного отключения БЗО собраны два независимо работающих устройства контроля изоляции и защитного отключения. Оба устройства питаются от одного источника оперативного постоянного напряжения ЕОП. Одно из них, выполняющее функции основной защиты, собрано по схеме с последовательным включением измерительного релейного элемента К-2
Рис. 3.12. Принципиальная электрическая схема системы защиты в электрических сетях напряжением 1140 В
в оперативную сеть. Оперативный ток от источника оперативного напряжения ЕОП протекает через заземлитель з, землю, сопротивление изоляции сети R ИЗ обмотки трехфазного трансформатора TV2 и компенсирующего дросселя L, балластный резистор R3, обмотку реле К2. При высоком сопротивлении изоляции сети R ИЗ этот ток недостаточен для срабатывания реле К2. По мере снижения Rиз ток в обмотке реле К2 возрастает, что приводит при определенном значении R ИЗ к срабатыванию этого реле и отключению защищаемой сети.
Второе устройство, выполняющее функции резервной защиты, собрано по схеме с параллельным относительно R ИЗ и ЕОП отключением реле К1. Оно состоит из реле К1, резистора R1 и трехфазного трансформатора TV1, с помощью которого устройство присоединено к фазам сети до контактов автоматического выключателя. Устройство связано с землей с помощью дополнительного заземлителя Д3, изолированного от элементов основной системы заземления. Искусственная нулевая точка, образованная соединенными в звезду обмотками трансформатора TV1, соединена с источником оперативного напряжения через размыкающий контакт Q.1 автоматического выключателя и резистор R2. Поэтому при отключенном автоматическом выключателе это устройство осуществляет контроль изоляции элементов, расположенных в распределительном устройстве низкого напряжения передвижной трансформаторной подстанции и включенных перед контактами автоматического выключателя Q, после включения которого резервная защита, так же как и основная, осуществляет контроль сопротивления изоляции и защиту от токов утечки по всей сети, на которую подано напряжение.
Вся система защиты от токов утечки работает следующим образом. До подачи высокого напряжения на трансформаторную подстанцию TV контакты Q.2 и К.2.2 в цепи нулевого рас-цепителя НРЯ КРУВ (ячейки) замкнуты и дают возможность взвести КРУВ. Если сеть исправна, после подачи напряжения на подстанцию реле К.1 взводится и замыкает свои контакты К.1.1 и К.1.2 в цепях нулевых расцепителей автоматического выключателя (НРА) и ячейки (НРЯ). В результате расцепитель НРА срабатывает и дает возможность, включив выключатель Q, подать напряжение на защищаемую сеть. Если сопротивление изоляции отходящего от подстанции присоединения ниже уставки основной защиты в режиме блокировочного реле утечки (БРУ), то реле К2 срабатывает и размыкает свои контакты К2.1 и К2.2 б цепях питания НРА и НРЯ. При этом расцепитель НРА оказывается отключенным и включить автоматический выключатель невозможно. Реле К1 резервной защиты в этом режиме остается включенным, так как силовые контакты Q разомкнуты и устройство не реагирует на состояние R ИЗ сети, отключенной выключателем. Поскольку контакт К1.2 остается замкнутым, КРУВ не отключается и на трансформаторную подстанцию продолжает подаваться напряжение.
Уставки основной защиты выбираются выше, а время ее срабатывания ниже, чем те же параметры резервной защиты. Это дает возможность обеспечить при правильном функционировании аппаратов защиты опережающее действие основной защиты (реле К2 — автоматический выключатель Q) по отношению к резервной защите (реле К1—КРУВ) в случае повреждений изоляции сети и появления опасных токов утечки. В результате при исправной аппаратуре защиты КРУВ отключается только при повреждении изоляции элементов, включенных до контактов автоматического выключателя. В остальных аварийных режимах блокируется лишь автоматический выключатель.
При срабатывании реле К2 основной защиты его переключающий контакт К2.1 в цепи нулевого расцепителя НРА выключателя Q размыкается и замыкается в цепи независимого расцепителя РА этого же выключателя. Такая схема позволяет существенно повысить надежность отключения автоматического выключателя при возникновении аварийной ситуации, так как вероятность одновременного выхода из строя двух независимо работающих расцепителей весьма мала.
Таким образом, блок БЗО обеспечивает не только контроль изоляции сети и ее отключение в случае возникновения опасных утечек тока, но и не позволяет эксплуатировать сеть с поврежденными элементами этого блока или цепями его присоединения и заземления. Кроме того, защитное отключение осуществляется даже при повреждении автоматического выключателя воздействием с помощью реле К1 резервной защиты на расцепитель высоковольтной ячейки. Следовательно, контролем исправности и резервированием охвачены все элементы системы
защитного отключения и цепи их связи с сетью и между собой.
Снижение кратковременных токов утечки (токов через человека) обеспечивается блоком БКЗ, в состав которого входят два устройства: статической компенсации емкостных токов утечки; обнаружения фазы сети с поврежденной изоляцией и замыкания ее на землю. Устройство компенсации, состоящее из первичных обмоток трансформатора TV2, образующих искусственную нулевую точку, компенсирующего дросселя L и разделительного конденсатора С, настроено на половину максимальной емкости сети. Оно обеспечивает снижение тока через человека до уровня не более 0,28 А. Дальнейшее снижение этого тока производится короткозамыкателем, включаемым в работу после срабатывания реле К2 основной защиты в блоке БЗО. Контакты короткозамыкателя К А,К В,К С присоединены между соответствующими фазами А, В, С и заземлителем з. В случае прикосновения человека, например, к фазе А срабатывает БЗО, затем БКЗ и своим контактом
К А замыкает фазу А на землю. В результате ток через тело человека снижается до требуемого уровня.
В угольных шахтах основные рабочие и вспомогательные машины на участке (угледобывающий комбайн, конвейеры, мас-лостанция, насосы орошения и др.) настолько взаимосвязаны общим технологическим процессом, что остановка одной из машин вызывает.отключение остальных. Для оперативного выявления той электроустановки, в цепи которой произошла недопустимая утечка, применяются блокировочные реле утечки БРУ.
В автоматических выключателях серии АВ применяется блокировочное реле утечки (БРУ) (рис. 3.13), состоящее из источника оперативного питания, в качестве которого используется установленный в выключателе трансформатор напряжения TV, и самого блока БРУ.
Блок БРУ состоит из выпрямительного моста, собранного на диодах VD3—VD6; усилителя постоянного тока, выполненного на транзисторах VT1—VT2 с соответственно р-п-р и п-р-п переходами; измерительного моста из резисторов R1(R2)—R5 и сопротивления изоляции сети относительно земли, в одну из диагоналей которого включен эмиттер-базовый переход транзистора VT1- исполнительного органа, в качестве которого использовано электромагнитное реле К1; сглаживающих конденсаторов С1 и С2. Измерительная цепь устройства БРУ присоединяется к фазам сети через размыкающийся контакт выключателя QF5 и блок присоединения А1.
Устройство работает следующим образом. Контроль сопротивления изоляции сети относительно земли осуществляется от вторичной обмотки трансформатора TV через выпрямительный мост по цепи: положительный полюс выпрямительного моста, резистор R1, диод VD1, размыкающий контакт выключателя QF5, кнопка проверки устройства S1, блок присоединения из выпрямителей, фаза сети, сопротивление изоляции сети относительно
земли, земля, резистор R5, отрицательный полюс выпрямительного моста.
Кроме этого, ток вторичной обмотки трансформатора TV протекает через резисторы R3 и R4. При изменении величины сопротивления изоляции сети относительно земли изменяется ток утечки, который вызывает соответствующее изменение величины и полярности напряжения диагонали моста из резисторов.
Параметры схемы выбраны так, что при сопротивлении изоляции, равном или меньшем уставки срабатывания устройства, потенциал точки б диагонали моста из резисторов становится больше потенциала точки а. Транзисторы VT1 и VT2 отпираются, вызывая срабатывание исполнительного реле К1. При этом размыкается контакт К1.2 в цепи нулевого расцепителя выключателя, что не позволяет произвести его включение. Одновременно замыкается контакт К1.3 в цепи сигнальной лампы, информируя о том, что сопротивление изоляции снизилось ниже допустимого уровня.
Согласно ГОСТ 22929—78, величина сопротивления срабатывания БРУ должна быть не менее: при напряжении 380 и 660 В —30 кОм, при напряжении 1140 В—100 кОм.
В разветвленных и протяженных подземных электрических сетях рудников неселективное действие общесетевой защиты от утечек тока обусловливает непроизводительные простои отдельных ответвлений. В связи с этим НИГРИ разработана аппаратура селективной защиты типа АСЗС (рис. 3.14), в состав которой входят собственно селективные реле утечки и трансформаторы тока нулевой последовательности ТНП в количестве, соответствующем числу защищаемых фидеров подземной подстанции, и один блок резервной защиты.
Селективные реле утечки направленного действия реагируют на ТНП и предназначены для избирательного отключения защищаемых участков сети при утечках тока, превышающих допустимые значения. Селективное реле утечки состоит из трансформатора ТНП и фильтра напряжения нулевой последовательности (С5—С7, TV, VT), усилителя на двух триодах VT5 и VT6, одновременно выполняющего функции фазового дискриминатора, исполнительного реле К1 и блока питания Ст, VD1, VD2, L1, С1, С2, С4. При появлении однофазной утечки на вторичных обмотках трансформатора ТНП и фильтра возникают напряжения, которые подаются на вход усилителя. На поврежденном ответвлении оба напряжения совпадают по фазе, исполнительное реле обтекается током и срабатывает при утечке в сети, превышающей принятую уставку защиты. Селективное реле утечки обеспечивает непревышение отключаемого тока однофазной утечки величиной 25 мА, отключаемое сопротивление однофазной утечки при напряжении 380 В составляет 10— 12 кОм.
Блок резервной защиты (L3, L2, VD4, VT8, К2) работает неселективно, отключает автомат ввода и предназначен для защиты сети от симметричных утечек, а также от одно- и двухфазных утечек вне зоны действия селективных реле на участке сети: обмотка низшего напряжения силового трансформатора— кабель ввода — сборные шины. Отключаемое сопротивление симметричной утечки составляет 1,5 кОм.
В контактных сетях постоянного тока шахт и рудников с использованием рельсового пути электровозной откатки в качестве токопровода утечка (тело человека) подключается параллельно нагрузке и токи утечек на несколько порядков меньше токов нагрузки. Это создает значительные трудности контроля утечек тока на землю.
Опыт показывает, что наибольшее распространение получают следующие устройства защиты, основанные на способе разделения каналов потребителей и утечек:
с временным разделением каналов тягового и оперативного тока, осуществляющие питание двигателей электровозов импульсным током, а в паузах между импульсами — контроль утечек оперативным током обратной полярности;
с частотным разделением каналов тягового и оперативного тока, осуществляющие контроль утечек оперативным током повышенной частоты при одновременном заграждении цепей электровозов по оперативному току.
Представителями класса устройств с временным разделением каналов являются защиты типа УЗО (разработка МакНИИ), в которых току утечки дополнительно придается полярный признак, а также защита с синхронной коммутацией цепей нагрузок (разработка ДГИ). На рис. 3.15 приведена схема УЗО-2, поясняющая принцип действия защиты с временным разделением каналов.
Аппаратура УЗО-2 предназначена для контроля утечек при питании контактной сети пульсирующим с определенной скважностью напряжением с использованием двухтактного выпрямителя. В паузах между импульсами питающего напряжения состояние изоляции контролируется постоянным оперативным током противоположной полярности. Для устранения влияния электровоза на работу защиты цепь по оперативному току заграждается диодным заградителем VD1. Диод VD3, шунтирующий тяговый двигатель, служит для сглаживания пульсаций. Через диод VD2 к контактному проводу и рельсовому пути подключено реле К1. С помощью фильтра обратного тока Ф и сопротивлений Rф и R0 обмотка реле связана с трехфазной питающей сетью. Диод VD2 включен встречно напряжению контактной сети, поэтому по обмотке реле ток контактной сети не проходит. По этой цепи протекает обратный ток, который является оперативным током контроля изоляции контактного провода относительно рельсов и земли. Реле К1 срабатывает и своим контактом замыкает цепь контакторной катушки К, в результате чего срабатывает контактор и включается рабочее напряжение. Последовательно с нагрузкой электровоза включен заграждающий диод VD4, закрытый для оперативного напряжения и открытый для тока нагрузки. При снижении сопротивления изоляции контактного провода R УТ вследствие шунтирующего действия цепи утечки снижается величина оперативного напряжения на обмотке реле К1, что приводит к отключению напряжения питания контактной сети. Схема позволяет контролировать утечки проводимостью (1,5÷6) 10-4 См.
При применении источника питания сети в виде шеститакт-ного выпрямителя отключение обеспечивается при Rут или сопротивлении тела человека 6 кОм и менее, повторное автоматическое включение — при Rут≥12 кОм.
Принцип частотного разделения каналов для контроля утечки тока на землю реализован в устройствах защиты типа РУКС (разработка ДПИ) на оперативном токе с заграждением цепей потребителей их собственным индуктивным сопротивлением или пассивными индуктивно-емкостными фильтрами, а также типа АЧЗ (разработка ДГИ) с компенсационной схемой заграждения или с активными потенциальными заградителями. Схемы защит этого класса описаны в [И].