2. Устройство и принцип действия зоуп-25

В данной работе описываются устройство и характеристики УЗО ЗОУП-25 (защитно-отключающее устройство пусковое с номинальным током нагрузки 25 А). Чувствительным элементом этого устройства является датчик тока нулевой последовательности (ДТНП). Часто этот датчик называют трансформатором тока утечки (ТТУ), который реагирует на разность токов нулевой последовательности. ДТНП имеет катушки для каждого из четырех проводов трехфазной сети с нулевым проводом. Магнитные потоки от этих катушек в общем магнитопроводе взаимно компенсируются, и при отсутствии утечки через изоляции проводов их сумма равна нулю.

ЗОУП-25 (рис.1) содержит устройство сравнения, усилитель, блок питания, исполнительное реле для отключения сети, которое совместно с ДТНП составляет блок чувствительной защиты, выполненный в одном корпусе с магнитным пускателем.

Рис. 1. Блок-схема ЗОУП-25

При прикосновении человека к фазе появляется ток нулевой последовательности, который отфильтровывается датчиком (ДТНП) и сравнивается с уставкой. Если он больше тока уставки, сигнал усиливается и подается на исполнительное реле, т.е. срабатывает защита. Уставка ЗОУП-25 определяется на основе анализа тока нулевой последовательности (рис.2). ЗОУП-25 постоянно контролирует величину сигнала I_с, сравнивая его с уставкой I_у, и при I_с  I_у отключает сеть. Критической величиной входного сигнала называется величина I_{с кр}, которая равна значению длительно допустимого тока, проходящего через тело человека: I_{с кр} = I_{h доп} = 10 мА.

Токи нулевой последовательности в электроустановках связаны с дефектами изоляции силовой и осветительной сети и обусловлены в основном величиной активной составляющей сопротивления изоляции фазных проводов относительно земли. Входной сигнал в УЗО электрической сети равен в общем случае векторной сумме токов утечки через изоляцию и тока через человека:

I_с = I_А+ I_В + I_С + I_h,

где I_А, I_В, I_С – токи утечек через изоляцию фазных проводов, А; I_h – ток, проходящий через тело человека, А.

Анализ данного выражения показывает, что I_h = 0 до прикосновения человека к любой фазе и при равенстве токов утечки I_А = I_В = I_С входной сигнал УЗО равен нулю, т.е. векторная сумма токов тоже равна нулю. Входной сигнал может превысить уставку I_у в двух случаях:

– при резком различии токов утечки в разных фазах;

– при прикосновении человека или животного к одной из фаз, когда I_h  I_у.

Наиболее эффективна работа ЗОУП-25 при I_у = I_{с кр.} При I_у  I_{с кр} чувствительность устройства будет выше, чем это необходимо – имеют место неоправданные отключения сети; при I_у > I_{с кр} сеть не будет отключаться при токах, опасных для человека. ДТНП реагирует только на токи утечки в зоне защиты (рис. 2). В этом проявляется важное свойство селективности (избирательность срабатывания) защиты по расположению.

Рис. 2. Схема для расчетов уставки УЗО

Кроме того, ЗОУП-25 обладает селективностью защиты по фазам, т.е. при снижении величины сопротивления изоляции любой из фаз векторная сумма утечки I_с превышает уставку I_у и защита срабатывает. ЗОУП-25, таким образом, защищает электроустановку при нарушении изоляции и может использоваться, вследствие свойства селективности защиты по фазам, и для защиты однофазных сетей.

Внешний вид ЗОУП-25 представлен на рис. 3.

Основные технические характеристики ЗОУП-25:

– номинальное напряжение сети 380/220 В;

– номинальный ток нагрузки 25 А;

– ток уставки 10 мА;

– среднее время срабатывания 0,05 с;

– число гарантированных циклов срабатывания 160000 при частоте включений до 150 в час;

– средний срок службы 10 лет;

– масса 4,5 кг;

Электрическая принципиальная схема ЗОУП-25 приведена на рис.4.

Рис. 3. Внешний вид ЗОУП-25 со снятой крышкой:

1 – исполнительный орган; 2 – коммутационный аппарат; 3 – кнопка «Пуск»;

4 – кнопка «Стоп»; 5 – кожух; 6 – кнопка «Контроль»; 7 – штуцеры

Рис. 4. Электрическая принципиальная схема установки ЗОУП-25

При нажатии кнопки SB1 к электрической сети одновременно подключаются втягивающая катушка контактора КМ и емкостный делитель С3 напряжения питания исполнительного органа. С момента нажатия SB1 до включения контактора проходит 0,01...0,015 с. Этого времени достаточно для подготовки усилителя к работе. При отсутствии в защищаемой зоне сети тока утечки, равного току уставки или больше него, нагрузка подключается к сети. Транзисторы трехкаскадного усилителя VT1, VT2, VT3 закрыты. Электрическая энергия потребляется лишь в цепи стабилитронов VD7 и VD9. При прикосновении человека или животного к фазному проводу появляется ток утечки. Во вторичной обмотке ДТНП наводится ЭДС с частотой 50 Гц. В первый же отрицательный полупериод ЭДС вторичной обмотки ДТНП открывает транзисторы VT1, VT2, VT3. При определенном значении переменного тока на базе транзистора VT4, определяемом током уставки, возникает резонанс тока в колебательном контуре RCL ударного возбуждения, в который входят резистор R9, катушка промежуточного реле KV и конденсатор С2. Через 0,004...0,006 с после возникновения резонанса при помощи диода VD6 включается цепь пороговой положительной обратной связи с коллектора транзистора VT4 на базу транзистора VT3. Импульс транзистора VT1 находится в фазе с управляющим напряжением, усиленным транзистором VT2. Транзисторы VT1 и VT2 переходят из режима усиления переменного тока в режим насыщения и полностью открываются. Катушка реле KV втягивает якорь, разрывает цепь питания катушки контактора КМ и замыкает цепь самоблокировки. Нагрузка отключается от сети.