Режимы нейтрали в сетях до 1000в, устройство защитного отключения

1. Узо на токе нулевой последовательности

УЗО на токе нулевой последовательности или на токе утечки (далее везде - просто УЗО) призвано выполнять три основные функции:

а) защита персонала от опасности косвенного прикосновения;

б) защита материальных ценностей от повреждений и уничтожения в результате протекания тока однофазного короткого замыкания;

в) дополнительная защита персонала от опасности прямого прикосновения.

Рассмотрим действие УЗО на примере трехфазного несимметричного электроприемника (ЭП), питаемого по четырехпроводной схеме от источника с глухозаземленной нейтралью. При исправной изоляции токоведущих частей от корпуса векторная (геометрическая) сумма всех четырех токов равна нулю (можно сказать, возвращается тока ровно столько, сколько приходит). Сумма четырех МДС в сердечнике трансформатора тока нулевой последовательности ТТНП также равна нулю, напряжение на исполнительный орган ИО (катушку отключения) не подается, выключатель Q остается во включенном состоянии (рис. 1,а).

Рисунок - 1 Принцип действия УЗО

а -нормальный режим; б -однофазное замыкание на корпус

Если изоляция одной из фаз (например, А) повреждена, появляется ток утечки Iз, проходящий к ЭП через ТТНП, но возвращающийся к нейтрали источника по пути корпус-земля (можно сказать, что возвращается тока меньше, чем приходит). Сумма четырех МДС пропорциональна току утечки, на ИО поступает сигнал, выключатель Q отключает поврежденный ЭП (рис. 1, б).

В зависимости от конструкции различают УЗО магнитного и электромагнитного действия. Схема магнитного УЗО (УЗО прямого действия) приведена на рисунке 1. В нормальном режиме обмотки 2 обтекаются одним и тем же током Iвх = Iвых, их МДС равны и встречно направлены, результирующий магнитный поток равен нулю, якорь 4 находится в верхней позиции, контакты 1 замкнуты.

При замыкании на корпус внутри электроприемника 7 появляется ток утечки на землю Iз = Iвх ‒ Iвых, пропорционально ему возрастает результирующий магнитный поток, пластина 4 притягивается к магнитопроводу 3, контакты 1 размыкаются под действием пружины 6.

Рисунок 2 ‒ Схема магнитного УЗО прямого действия

Схема электромагнитного УЗО косвенного действия приведена на рисунке 3. Основным узлом данного УЗО является трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП), состоящий из магнитопровода 3, двух первичных (2) и одной вторичной (4) обмоток. ЭДС и ток обмотки 4 пропорциональны току утечки Iз. При определенной величине тока утечки происходит срабатывание магнитоэлектрической защелки 5,6, что вызывает размыкание контактов 1 под действием пружины 8

Рисунок 3 ‒ Схема электромагнитного УЗО косвенного действия

2. Характеристики и классификация узо

Током срабатывания УЗО I_НБ называется наименьшая величина тока утечки, вызывающая его срабатывание.

Чувствительностью УЗО называется способность реагировать на наи-меньшие токи утечки. В зависимости от чувствительности все УЗО де-лятся на три группы:

а) высокой чувствительности- I_НБ  30 мА;

б) средней чувствительности- 30 мА  I_НБ  300 мА;

в) низкой чувствительности- I_НБ  300 мА.

В зависимости от разрывной мощности контактов различают:

- УЗО ‒ выключатель, разрывная мощность контактов которого позволяет отключать ток короткого замыкания;

- УЗО ‒ выключатель нагрузки, разрывная мощность которого ниже мощности короткого замыкания в рассматриваемой цепи.

В зависимости от способности реагировать на ток утечки, содержащий постоянную составляющую, УЗО делятся на три класса:

Класс АС - реагирует только на переменный ток.

Класс А - реагирует на пульсирующий ток; обозначается нормализованным знаком, расположенным на этикетке рядом с током уставки I_НБ

Класс В - реагирует на все виды токов, в том числе – на чисто постоянный ток.

Энергия, воздействующая на механизм отключения УЗО, весьма незначительна, и есть опасность несраба­тыва­ния этого механизма в результате его старения. Поэтому УЗО снабжаются устройствами тестирования, состоящими из кнопки «Тест» и сопротивления Rт, величина которого подобрана так, чтобы обеспечить протекание тока Iт, равного уставке УЗО I_НБ (рисунок 4). При нажатии на кнопку «Тест» ток Iт проходит через ТТНП и возвращается через Rт, минуя ТТНП. При этом исправное УЗО должно сработать.

Селективность- это координация работы УЗО на разных ступенях схемы электроснабжения, позволяющая обеспечить срабатывание только одного УЗО, ближайшего к месту повреждения. Например, селективность между УЗО Q и Q1 (рисунок 5) означает, что при однофазном замыкании за Q1 только он должен отключиться; выключатель Q должен остаться в работе. Для этого время выдержки t УЗО Q должно быть больше времени t1 срабатывания УЗО Q1.

Рисунок 4 ‒ Проверка УЗО. Рисунок 5 ‒ Селективность УЗО.

Такая координация по времени достигается либо искусственным замедлением УЗО Q, либо подбором время - токовых характеристик УЗО (пологих или крутопадающих).

Ложным отключением называется любое отключение УЗО при токе утечки, не представляющем никакой опасности ни для персонала, ни для имущества. Ложные отключения не только наносят вред, нарушая бесперебойность электроснабжения; они могут вынудить эксплуатационный персонал вывести из работы такие УЗО, несмотря на весь риск этого решения.

Обычно ложные отключения вызываются токами переходных процессов, проходящими через емкости сети на землю.

Различают 3 основные причины ложных отключений: атмосферные перенапряжения; коммутационные перенапряжения; включение в работу цепи, обладающей значительной емкостью по отношению к земле; большие фоновые токи утечки; ошибки в схеме включения.

Грозовые атмосферные явления наводят в распределительных сетях волны перенапряжения с крутыми фронтами. В электроустановках под действием этих волн через емкости изоляции на землю протекают токи переходного процесса, что может привести к ложному отключению УЗО.

Коммутационные перенапряжения связаны с включением и отключением индуктивных нагрузок. При этом также могут возникать токи утечки на землю небольшой продолжительности. Включаемая под напряжение цепь может иметь значительную емкость по отношению к земле (например, длинные кабельные линии, разветвленные осветительные сети и т.п.). В этом случае во время переходного режима к земле протекают токи утечки.

Простым и эффективным способом борьбы с ложными отключения-ми, вызванными указанными причинами, является замедление действия УЗО. Т.к. продолжительность переходных процессов обычно не превышает 30 – 40 мс, выдержка времени порядка 50 мс в большинстве случаев достаточна.

Следует также обратить внимание на чувствительность используемых УЗО. Есть очевидная зависимость: чем выше чувствительность, тем больше вероятность ложных отключений и поэтому установка УЗО высокой чувствительности должна быть обоснована. Распространенной ошибкой в схеме включения УЗО является соединение нейтрали с землей за (ниже) УЗО по ходу энергии.

Устранение ложных отключений позволяет соединить высокие уровни бесперебойности и безопасности электроснабжения в одной уста- новке.