2.4.4 Защитное отключение: область применения, функциональные схемы

Защитное отключение - это быстродействующая защита, которая обеспечивает автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения электротоком. Эта опасность может возникнуть в следующих случаях:

- при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенного значения, в частности при замыкании фазы на землю;

- при повышении напряжения в сети вследствие замыкания в трансформаторе;

- при случайном прикосновении человека к токоведущим частям.

Измеренные значения сопротивлений, токов или напряжений используются в качестве управляющих сигналов в устройствах защитного отключения (УЗО).

Защитное отключение рекомендуется применять в качестве дополнительной защитной меры при заземлении (в сетях с изолированной нейтралью) или занулении (в сетях с глухозаземленной нейтралью), а также в качестве основной меры, если безопасность не может быть обеспечена другими способами.

Существует несколько разновидностей УЗО, которые реагируют на:

- потенциал корпуса относительно земли;

- ток замыкания на землю;

- напряжение нулевой последовательности;

- ток нулевой последовательности;

- напряжение фазы относительно земли;

- оперативный ток;

- ток утечки.

На рис. 7 и 8 показаны функциональные схемы наиболее распространенных УЗО. На рис. 7 обозначены: ОК - отключающая катушка; РН - реле напряжения; РТ - реле тока. Принципиальная разница между этими схемами состоит в датчике. В первом случае в качестве его используется реле напряжения, обладающее высоким сопротивлением и пренебрежимо малым потребляемым током. Во втором случае в качестве датчика используется реле тока, обладающее низким сопротивлением. Обе схемы обладают высокой чувствительностью, однако требуют наличия заземлителей. Для снятия напряжения на основном заземлителе (Rз) необходим вспомогательный заземлитель (Rв). Необходимо также, чтобы их поля растекания не пересекались. Эти схемы используются преимущественно для стационарного оборудования.

Рисунок 7 - Функциональные схемы УЗО, реагирующих на потенциал корпуса относительно земли (рис. 7 а) и на ток замыкания на землю (рис. 7 б)

На рис. 8 показана функциональная схема УЗО, реагирующего на ток утечки.

Рисунок 8 - Функциональная схема УЗО, реагирующего на ток утечки

Если разность токов I1 и I2 превышает 40 мА, в сердечнике электромагнита возникает разностный магнитный поток, притягивающий якорь и соединенный с ним нормально разомкнутый контакт реле. Вслед за этим включается катушка ОК и размыкает нормально замкнутые контакты. Таким образом происходит отключение поврежденной части сети. Данная схема не требует наличия заземлителей. Она широко используется в электроустановках как со стационарными так и переносными (электроинструменты) потребителями электроэнергии.

2.4.5 Защитное заземление: определение, принцип действия, область применения, нормативные требования

Защитное заземление - преднамеренное соединение с землей металлических нетоковедущих частей электрооборудования, которые могут оказаться под напряженим в результате нарушения изоляции электроустановки.

По назначению заземление разделяют на три вида:

• рабочее заземление (преднамеренное соединение с землей отдельных точек

электрической цепи, обеспечивающее работу оборудования, например, нейтральной точки трансформатора; генератора; использования земли в качестве фазного проводника, радиопередающей аппаратуры и т. д.);

• заземление молниезащиты (преднамеренное соединение с землей

молниеприемников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю);

- защитное заземление.

Назначение защитного заземления - устранение опасности поражения людей электротоком при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т. е. при замыкании фазы на корпус.

Принцип действия защитного заземления - снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шага, обусловленного замыканием на корпус.

Рассмотрим принцип действия на примере трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью (см. рис. 9).

Рисунок 9 - Схема защитного заземления в 3-фазной 3-проводной сети с изолированной нейтралью (система IT)

Касание человека к незаземленному корпусу, на который пробита фаза, при поврежденной сети (при 500 кОм) представляет реальную угрозу поражения электротоком. Если корпус заземлен, его сопротивление включено параллельно телу человека. Их общее сопротивление равно (см. анализ опасности сети)

. (15)

Ток через (при условии равенства сопротивления изоляции всех фаз) равен

. (16)

Поскольку тело человека и заземлитель соединены параллельно, выражение для общего тока можно записать в следующем виде

(17)

Очевидно, что при и . Таким образом, с уменьшением сопротивления защитного заземления опасность поражения электротоком снижается. Однако на практике максимально допустимое сопротивление заземления составляет единицы Ом, так как невозможно изготовить заземлитель с нулевым сопротивлением (нормативные требование к защитному заземлению будут рассмотрены дальше).

Область применения защитного заземления:

- сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью (в сетях с заземленной нейтралью ток замыкания на землю ограничен сопротивлением заземления нейтрали. Из-за этого его величина может быть недостаточной для срабатывания максимальной токовой защиты);

- сети напряжением выше 1000 В с любым режимом нейтрали (в этом случае ток замыкания на землю как правило достаточный для срабатывания максимальной токовой защиты).

Согласно ПУЭ, не требуется заземлять корпуса электрооборудования, установленного в помещениях без повышенной опасности поражения электротоком при напряжении электроустановок не более 42 В переменного и не более 110 В постоянного тока. Во взрывоопасных помещениях защитное заземление необходимо при любых напряжениях и видах тока.

Согласно требованиям ПУЭ сопротивление защитного заземления в любое время года должно быть не более:

- 4 Ом – в электроустановках напряжением до 1000 В; если мощность источника (генератора или трансформатора) меньше 100 КВА, сопротивление заземления допускается до 10 Ом;

- 0,5 Ом – в электроустановках напряжением выше 1000 В с токами замыкания на землю больше 500 А;

- 250/Iз, Ом, (но не более 10 Ом) – в установках напряжением выше 1000 В с токами замыкания на землю до 500 А и без компенсации емкостных токов.