2.9.5 Пристрої захисного вимикання

Пристрої захисного вимикання (ПЗВ) призначені для вимикання електричного кола в мережах напругою 380/220 або 127/220 В при виникненні витоку струму на землю. Струм витоку на землю може появитися при порушенні ізоляції електроустановки або доторканні людини до струмоведучих частин, які знаходяться під напругою. ПЗВ встановлюються з метою захисту людей від ураження електричним струмом та запобігання виникненню пожеж при порушенні ізоляції електроустановки.

Згідно з діючими “Правилами будови електроустановок” установка ПЗВ обов'язкова в житлових будинках, дитячих дошкільних закладах, медичних закладах, басейнах, будівельних майданчиках, сільськогосподарських об'єктах, в мережах живлення переносних електроприймачів та інших об'єктах.

Функціонально ПЗВ – це швидкодіючий захисний вимикач, який реагує на диференціальний струм у провідниках, що підводять електроенергію до захищуваної електроустановки.

Датчиком диференціального струму є диференціальний трансформатор 5 (рис. 2.16), через вікно магнітопровода якого пропущені два або чотири провідники. Вторинна обмотка трансформатора замкнена на пусковий орган 9, який виконується на чутливих електромагнітних реле прямої дії або електронних компонентах. Виконавчий механізм складається з групи силових контактів 1, механізму вимикання 8 і важеля ручного приводу 2. Для контролю роботоздатності пристрою передбачено коло, яке складається з резистора 4 і кнопки “Тест” 3. ПЗВ виготовляється у двополюсному та чотириполюсному виконанні.

В нормальному режимі при відсутності струму витоку І_Δ в силовому колі по провідниках, що проходять через вікно магнітопровода трансформатора 5 протікає робочий струм споживача 10. Рівні струми у провідниках створюють в магнітопроводі рівні за величиною, але векторно зустрічно направлені магнітні потоки. Результуючий магнітний потік дорівнює нулю, струм у вторинній обмотці трансформатора також рівний нулю і пристрій 9 не спрацьовує.

В житлових будинках застосовуються ПЗВ, які спрацьовують при струмах витоку 10 і 30 мА (безпечним для людини є струм 30 мА). Час спрацювання – кілька мілісекунд. Така висока чутливість ПЗВ забезпечується вимикальним реле, робота якого базується на принципі суперпозиції (накладання) двох магнітних полів: поля постійного магніту і змінного магнітного поля котушки, яка живиться від вторинної обмотки трансформатора струму 5.

Коли ПЗВ увімкнено, якір 4 реле (рис. 2.17) притягнено до ярма 7 котушки 5 внаслідок дії магнітного поля постійного магніту 3. Протидіюча сила розтягувальної пружини 1 спрямована на відтягування якоря. При наявності струму витоку на землю у котушці 5 протікає змінний струм, під дією якого у ярмі реле 7 появляється змінний магнітний потік. Відбувається накладання потоку постійного магніту і змінного потоку котушки. У певний момент негативного напівперіоду змінного потоку сила пружини 1 виявляється більшою за силу, створену сумарним магнітним потоком, що спричинить миттєве відпадання якоря, і як наслідок – розмикання контактів ПЗВ.

При доторканні людини до відкритих струмоведучих частин або пробої ізоляції на заземлений корпус електроспоживача по фазному провіднику через ПЗВ крім струму навантаження І_L проходить додатковий струм витоку І_Δ. Нерівність струмів в первинних обмотках (І_L + І_Δ у фазному провіднику та І_N = І_L в нульовому робочому провіднику) створює небаланс магнітних потоків і, як наслідок, виникнення у вторинній обмотці трансформатора струму керування. Якщо цей струм перевищує значення уставки порогового елемента пускового органу 9, останній спрацьовує і через механізм вимикання 8 спричиняє розмикання головних контактів 1.

Для періодичного контролю роботоздатності ПЗВ при замкнених головних контактах 1 натискають на кнопку “Тест”, створюючи штучне коло для диференціального струму. Спрацювання ПЗВ свідчить про його справність. Повторне вмикання проводиться вручну за допомогою важеля керування 2.

ПЗВ класифікують за різними ознаками.

За призначенням:

- пристрої без розчіплювачів максимального струму;

- пристрої з розчіплювачами максимального струму.

За способами керування:

- ПЗВ, функціонально не залежні від напруги;

- ПЗВ, функціонально залежні від напруги.

ПЗВ, функціонально залежні від напруги, в свою чергу поділяються на:

- ПЗВ, які автоматично розмикають головні контакти після зникнення напруги з витримкою часу або без неї. При відновленні напруги одні моделі цих пристроїв автоматично повторно замикають контакти свого головного кола, інші залишаються у вимкненому стані.

- ПЗВ, які не розмикають головні контакти після зникнення напруги.

Такі пристрої в одному варіанті після зникнення напруги не розмикають свої контакти, але здатні розімкнути силове коло при виникненні диференціального струму. В іншому варіанті при відсутності напруги пристрої не можуть вимкнути головне коло при появі диференціального струму.

За способом установки:

- ПЗВ для стаціонарної установки при нерухомій електропроводці;

- ПЗВ переносного типу і шнурового приєднання.

За кількістю полюсів:

- двополюсні з двома захищеними полюсами;

- чотириполюсні з чотирма захищеними полюсами.

За умовами регулювання вимикаючого диференціального струму:

- з одним або кількома фіксованими значеннями вимикаючого диференціального струму.

За умовами функціонування при наявності складової постійного струму:

- типу АС, що реагують тільки на синусоїдальний змінний струм;

- типу А, що реагують як на синусоїдальний, так і на пульсуючий постійний диференціальний струм.

За наявності затримки часу:

- ПЗВ загального призначення, без витримки часу;

- ПЗВ типу S – з витримкою часу.

За ступенем захисту від дії зовнішнього середовища – ПЗВ відкритого і захищеного (в оболонці) виконання.

За ступенем монтажу – ПЗВ поверхневого, утопленого та панельно- щитового монтажу.

За характером розчіплювача максимального струму: типів В, С і D з струмами відсічок відповідно (3…5) Ірозч.н., (5…10) І_розч.н і (10…20) І_розч.н.

Для захисту конкретної електроустановки ПЗВ вибирають так, щоб його номінальна напруга U_п.н і номінальний струм І_п.н були відповідно не меншими від напруги електромережі U_мер.н і максимального тривалого робочого струму І_тр.р електроустановки, тобто виконувалися умови: U_п.н ≥ U_мер.н , Іп.н ≥ І_тр.р. Номінальний вимикаючий диференціальний струм пристрою вибирається із ряду І_Δп = 6, 10, 30, 100, 300 і 500 мA у відповідності із вимогами стандартів безпеки до влаштування електроустановки. Конструктивне виконання пристрою визначається за ознаками, наведеними в класифікації ПЗВ.