МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

(Минсельхоз России)

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМ. ПРОФ. И.И.ИВАНОВА»

Кафедра Электротехники и мж

Лабораторная работа №12

ПРИМЕНЕНИЕ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ (УЗО) В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

по дисциплине «Электропривод»

КУРСК – 2007

Составили: профессор Серебровский В.И.

преподаватель Назаренко Ю.В.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12

ПРИМЕНЕНИЕ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ (УЗО)

В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Цель работы: изучить назначение, устройство, принцип работы, способы подключения и выбора УЗО.

Принцип действия и электрозащитная эффективность УЗО.

Требования, предъявляемые к УЗО

Все рассмотренные ранее способы электрозащиты (защитное заземление, зануление, выравнивание электрического потенциала) предназначены для обеспечения электробезопасности в режимах системы электроснабжения, при которых ток протекает по земле, а человек или сельскохозяйственное животное оказывается в зоне растекания тока. Если же человек случайно прикасается к токоведущей части электроустановки напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью и при этом либо стоит на земле или на электропроводящем полу, либо прикасается к зануленной части электроустановки или технологического оборудования, то ни заземление, ни зануление, ни выравнивание электрического потенциала не оказывают какого-либо электрозащитного действия. При этом напряжение до прикосновения в точности равняется фазному напряжению сети, а напряжение прикосновения (на теле человека) либо также практически равно фазному (при пути тока по телу человека «рука — часть тела, прикасающаяся к зануленной части»), либо меньше фазного на значение падения напряжения в сопротивлениях обуви R_об и ног R_ног:

, (1)

где I_т— ток по телу человека;

R_т — сопротивление тела человека.

Это самые опасные ситуации, при которых вероятность электропоражения наибольшая. Надежную электрозащиту в этих случаях могут обеспечить лишь устройства защитного отключения (УЗО) по току утечки, получившие за последнее время всеобщее признание.

Покажем принцип действия УЗО на примере его использования в трехфазной четырехпроводной сети напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью и смешанной трех- и однофазной нагрузкой (рис.1). При использовании УЗО нулевой (четвертый) провод служит только как рабочий, то есть исключительно для подключения однофазной нагрузки, но не для зануления. Металлические нетоковедущие части электроустановки, технологического оборудования и различных коммуникаций, которые случайно могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции токоведущих частей, заземлены.

Схема включения УЗО в трехфазную четырехпроводную сеть

напряжением до 1000 В с нулевым рабочим проводом и заземлением корпусов электрического и технологического оборудования

1 - датчик тока утечки (трансформатор тока утечки); 2 - коммутационное устройство; 3 - исполнительный орган (схема защиты по току утечки и привод коммутационного устройства); 4 - кнопка контроля исправности УЗО; 5 - трехфазный потребитель электроэнергии; 6 - однофазный потребитель электроэнергии.

Рис. 1.

Введем новое понятие — ток утечки. Представим, что человек, стоящий на токопроводящем полу или на земле, прикасается к токоведущей части, например к фазе, как это показано на рисунке 1. Образуется замкнутая электрическая цепь утечки, включающая фазу электрической сети, тело человека, землю и заземляющее устройство трансформатора. Ток, протекающий по участку цепи «тело человека — земля — заземляющее устройство нейтрали трансформатора», параллельному нулевому рабочему проводу, и является током утечки. Цепь утечки образуется в подобной сети также при обычном замыкании на корпус потребителя электро­энергии («фаза электрической сети — корпус — заземля­ющее устройство потребителя электроэнергии — земля — заземляющее устройство трансформатора»), и наконец, при одновременном прикосновении человека к токоведущей части и к заземленной нетоковедущей части, например, к корпусу. Таким образом, током утечки будем называть ток, протекающий в сети с заземленной нейтралью по участку цепи, параллельному нулевому рабочему проводу. В случае применения пятипроводной трехфазной системы с глухозаземленной нейтралью, нулевыми рабочим и защитным проводами ток утечки или часть его может также протекать и по защитному нулевому проводу.

УЗО (рис. 1) может быть условно разделено на три функциональных элемента: датчик тока утечки 1, исполнительный орган 3 и коммутационное устройство 2. Датчик тока утечки, или, как его обычно называют, трансформатор тока утечки (ТТУ), представляет собой тороидальный пермаллоевый трансформатор тока. Первичной одновитковой обмоткой ТТУ служат все три фазы и нулевой рабочий провод. Вторичная обмотка ТТУ обычно имеет большое число витков, расположенных вдоль всего тороида с постоянным (одинаковым) шагом. Исполнительный орган служит для преобразования сигнала, получаемого от датчика тока утечки, в управляющее воздействие на отключение коммутационного устройства. В зависимости от чувствительности УЗО исполнительный орган выполняют с усилителем или без усилителя.

Рассмотрим три возможных режима в сети с произвольной несимметрией нагрузки и включенным УЗО: первый — при значении тока утечки I_ут, равном нулю, второй—при значении I_ут, меньшем тока уставки I_уст (значение тока утечки, при котором должно происходить срабатывание УЗО и отключение защищаемого им участка сети от напряжения), третий—при I_ут, равном или большем I_уст. При отсутствии тока утечки алгебраическая сумма мгновенных значений тока в фазных и нулевом рабочем проводах при любой произвольной несимметрии нагрузки, как известно, равняется нулю. Поэтому и магнитодвижущая сила (МДС) первичной обмотки ТТУ также равняется нулю. Следовательно, магнитное поле в тороидальном сердечнике ТТУ отсутствует и ЭДС в его вторичной обмотке не наводится. В исполнительный орган не поступает сигнал, свидетельствующий о наличии тока утечки, и УЗО находится в «ждущем» режиме.

При появлении тока утечки алгебраическая сумма мгновенных значений токов в фазных и нулевом рабочем проводах отличается от нуля на значение тока утечки. Поэтому появляется МДС, создаваемая первичной обмоткой ТТУ, в тороидальном сердечнике ТТУ возбуждается переменное с частотой сети (50 Гц) магнитное поле, которое наводит ЭДС во вторичной обмотке ТТУ, и в цепи «вторичная обмотка ТТУ—исполнительный орган УЗО» начинает протекать ток, пропорциональный I_ут.

Схема исполнительного органа выполнена так, что при I_ут, меньшем I_уст, управляющего воздействия на отключение коммутационного устройства не подается и УЗО продолжает находиться в ждущем режиме. При I_ут, равном или большем I_уст, исполнительный орган «выдает» управляющее воздействие на отключение коммутационного устройства, последнее срабатывает и отключает от напряжения защищаемый участок сети. После устранения причины, вызвавшей появление тока утечки, УЗО включают кнопкой «Пуск» или в некоторых случаях механически взводят, как обычный автоматический выключатель.

Основными характеристиками УЗО являются ток уставки и полное время отключения после возникновения тока утечки, равного току уставки или больше него. На первый взгляд кажется очевидным, что чем меньше ток уставки, тем эффективнее защитное отключение. Однако, это справедливо лишь в отношении электрозащитной функции УЗО. Действительно, с одной стороны, при уменьшении тока уставки УЗО и при прочих равных условиях вероятность возникновения электротравм у людей и у сельскохозяйственных животных уменьшается, следовательно, растет электрозащитная эффективность УЗО. Но, с другой стороны, чем ниже ток уставки, тем выше вероятность ложных отключений УЗО, вызванных как действием различных электромагнитных помех, так и естественными (не аварийными) токами утечки, связанными с несовершенством и дефектами изоляции сети и потребителей электроэнергии в зоне защиты. Появление же ложных отключений и связанных с ними перерывов в подаче электроэнергии снижает надежность, а, следовательно, и эффективность электроснабжения.

Налицо противоречие между электрозащитной эффективностью УЗО и эффективностью электроснабже­ния. Понятно, что преодолеть это противоречие можно, во-первых, повышением помехоустойчивости УЗО и, во-вторых, снижением уровня естественных токов утечки за счет улучшения качества электрической изоляции, как самой сети, так и потребителей электроэнергии. Это может быть достигнуто повышением уровня эксплуатации внутренних электрических сетей и потребителей электроэнергии, а также применением новой высококачественной изоляции, рассчитанной на работу в тяжелых условиях сельскохозяйственных производственных помещений. К сожалению, как показывает опыт, добиться значительного уменьшения естественных токов утечки во всем множестве хозяйств за сравнительно короткое время практически нереально: уровень эксплуатации повышается сравнительно медленно, а провода, кабели, электрические двигатели и т. п. с новой электрической изоляцией пока поступают в сельское хозяйство в ограниченных количествах. Поэтому приходится идти на сознательное повышение тока уставки с тем, чтобы отстроиться и от естественных токов утечки и от всевозможных электромагнитных помех. Заметим, что подобное положение сложилось применительно к использова­нию УЗО не только в нашем сельском хозяйстве, но и за рубежом в большинстве высокоразвитых стран.

У нас в сельском хозяйстве условия применения УЗО значительно отличаются от зарубежных. Поэтому и непосредственное использование зарубежного опыта не представлялось возможным. Достаточного своего опыта применения УЗО тоже пока нет. Это явилось одной из основных причин разработки принципиально нового метода количественной оценки электрозащитной эффективности УЗО, позволившего обосновать целесообразные значения тока уставки УЗО, предназначенных для использования в сельском хозяйстве.

Под индивидуальной электрозащитной эффективностью устройства защитного отключения (Эузо) условились понимать уменьшенное на единицу отношение вероятностей электропоражения наугад выбранного человека Р(ЭП) при отсутствии УЗО и Р(ЭП) при наличии УЗО и при прочих равных условиях, то есть:

, (2)

Значение Э_УЗО теоретически может изменяться от 0 при Р(ЭП), равном Р(ЭП) yзo (это может быть при очень больших токах уставки, например, при

300 мА) до значений 10³ и более при весьма малых токах уставки (например, 5 мА) и высокой надежности УЗО. Понятно, что чем выше Эузо, тем больший электрозащитный эффект дает их применение.

Таблица 1.

Индивидуальная электрозащитная эффективность УЗО Эузо

Iуст, мА	ЭУЗО при продолжительности срабатывания tУЗО, с
	1	0,02	1	0,02
	для бетонного пола		для деревянного пола
10	0,214	24,00	0,227	23,97
15	0,204	20,16	0,216	20,27
20	0,152	13,07	0,183	13,29
30	0,098	7,84	0,128	8,02
50	0,051	5,51	0,080	5,64
100	0,015	4,34	0,041	4,40

В таблице 1 приведены результаты расчетов Эузо, индивидуальной электрозащитной эффективности УЗО, выполненных при различных токах уставки, времени срабатывания УЗО и при различном материале покрытия пола. Эти данные наглядно показывают, что электрозащитная эффективность УЗО при прикосновении че­ловека к токоведущим частям электроустановок напряжением 0,38 кВ с глухозаземленной нейтралью, сопровождающемся появлением тока утечки, быстро растет при уменьшении тока уставки и времени срабатывания. Добавим, что значительное влияние на увеличение Эузо также оказывает повышение их надежности (уменьшение Р_отк). Значительно меньшее влияние на Эузо оказывает материал покрытия пола. Анализ индивидуальной электрозащитной эффективности УЗО позволил установить факторы, от которых этот показатель зависит, меру влияния этих факторов и пути возможного повышения Эузо. Однако, еще больший практический интерес представляет оценка общей электрозащитной эффективности множества УЗО с различными токами уставки в условиях сельскохозяйственного производства. Это особенно важно при решении задачи о рациональной структуре электрозащитных способов и средств, обеспечивающих заданный уровень электробезопасности при наименьших приведенных затратах.

По аналогии с индивидуальной электрозащитной эффективностью УЗО примем, что общая электрозащитная эффективность Эузо.об будет определяться соотношением, аналогичным (2):

Э_{УЗОоб = ,}(3)

где n_эп, n_эп._УЗО - математическое ожидание числа электропоражений, вызванных прикосновением к токоведущим частям электроустановок напряжением 0,38 кВ с глухозаземленной нейтралью, соответственно при отсутствии УЗО и при их применении.

Обозначим: N — число всех электроустановок, при обслуживании которых без УЗО происходит n_эп электропоражений в год;

a_о—доля электроустановок, не имеющих УЗО; а₁, а₂,..., a_m — доля электроустановок с УЗО, имеющими токи уставки соответственно i_ycт.₁, i_уст.₂,..., i_{уст .m}; Э_узо.1, Э_узо2,..., Э_УЗОm индивидуальная электрозащитная эффективность УЗО указанными выше токами уставки.

Принимаем следующие допущения, упрощающие решение задачи. Первое — вероятность попадания человека под напряжение, то есть вероятность прикосновения к находящимся под напряжением токоведущим частям для всех электроустановок одинакова и не изменяется в зависимости от того, применяют или не применяют УЗО. Второе — все множество людей Nл распределено равномерно по множеству электроустановок, то есть на каждую из электроустановок приходится одно и то же число взаимодействующих с ней людей (Nл:N). Третье—индивидуальная электрозащитная эффективность УЗО при одинаковых токах уставки одинакова и не зависит от особенностей электроустановок и условий, в которых эти электроустановки находятся.

Определим вначале математическое ожидание числа электропоражений n^_эп для данного множества людей Nл за единицу времени (за 1 с) при отсутствии УЗО:

n^_ЭП = N_лР(Прик)Р(ЭП), (4)

где Р(Прик) — вероятность прикосновения человека в течение данной секунды к токоведущей части электроустановки, заведомо находящейся под напряжением; Р(ЭП) —вероятность электропоражения человека при условии, что он прикоснулся к находящейся под напряжением токоведущей части электроустановки.

Теперь найдем математическое ожидание числа электропоражений n^_{ЭП УЗО} для того же множества людей N_л за ту же единицу времени, но уже при применении УЗО. Очевидно, что n^_{ЭП УЗО} представляет собой сумму математических ожиданий числа электропоражений людей, обслуживающих группы электроустановок с одинаковыми УЗО (имеющими одинаковые токи уставки) или без УЗО, то есть

n^_{ЭП УЗО} = а₀N_лР(Прик)Р(ЭП)+ а₀N_лР(Прик)Р(ЭП)_УЗО1++ а_mN_лР(Прик)Р(ЭП)_УЗОm, (5)

где а_о Nл, а₁Nл и т. д. — число людей, взаимодействующих с электроустановками, соответственно не имеющими УЗО и имеющими их с токами уставки i_ycт1 и т. д.; Р(ЭП)узо₁ ; и т. д.— вероятность электропоражения человека при условии, что он прикоснулся к находящейся под напряжением токоведущей части электроустановки, защищенной УЗО с током уставки соответственно i_ycт1 и т. д. В соответствии с равенством (2) находим

; и т.д.

Подставим значения Р(ЭП) узо в равенство (5) и проведем его простейшее преобразование;

n^_{ЭП УЗО} = N_лР(Прик)Р(ЭП), (6)

Отношение математических ожиданий числа электропоражений n'_ЭП и n'_ЭПУЗО равняется отношению n'_ЭП и n'_ЭПУЗО. Поэтому

Э_{УЗОоб =} (7)

Исследование применимости в сельскохозяйственном производстве УЗО с различными токами уставки показало, что в ближайшее время будут использовать преимущественно УЗО с минимально возможной продолжительностью срабатывания и с токами уставки в 10, 20 и 50 мА, причем соотношение числа этих УЗО можно оценить как 3:2:1. В таблице 2 приведены значения Э _узо.об' рассчитанные по формуле (7) при t_УЗО, равном 0,02 с в зависимости от обеспеченности устройствами защитного отключения. При а_о, равном единице, УЗО полностью отсутствуют и Э_узо.об равна нулю. Если же а_o равно нулю, то все электроустановки имеют УЗО и Э _{узо. об} наибольшая (при данном соотношении между а₁, а₂ и т. д.). В рассматриваемом случае наибольшая Э_узо._об равна 13,55, то есть n_ЭП сокращается более чем в 14,5 раза. Заметим, что значение а_о весьма сильно влияет на общую электрозащитную эффективность УЗО. Так, если всего 10% электроустановок не имеют УЗО, (а₀ = 0,1), то Эузо об уменьшается вдвое по сравнению со случаем, когда все электроустановки имеют УЗО.

Таблица 2.

Общая электрозащитная эффективность УЗО Э _{узо об} в зависимости от обеспеченности устройствами защитного отключения

Доля электроустановок без УЗО а0	ЭУЗО об
1	0
0,8	0,23
0,5	0,87
0,3	1,87
0,2	2,92
0,1	6,18
0,0	13,55

Наряду с основной функцией—электрозащита людей при случайных прикосновениях к токоведущим частям электроустановок — УЗО весьма эффективно выполняют и две другие также имеющие важное значение функции: быстрое отключение защищаемой зоны сети при возникновении в ней замыкания на корпус и предотвращение «электропожаров», вызываемых значительными токами утечки (200 ... 300 мА), появляющимися вследствие повреждения изоляции. Следует иметь в виду, что ни один из способов защиты электрических сетей напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, за исключением УЗО, не реагирует на столь небольшие токи утечки. В некоторых зарубежных рекламных проспектах УЗО поэтому даже называют «противопожарным сторожем».

Огромные масштабы электрификации сельского хозяйства, тяжелые условия среды сельскохозяйственных предприятий и сравнительно высокий уровень электротравматизма вследствие прикосновения к токоведущим частям электроустановок напряжением 380 В с глухозаземленной нейтралью, а также при использовании электроприборов в условиях быта сельского населения обусловили превращение сельского хозяйства в крупнейший в нашей стране потенциальный потребитель УЗО. Поэтому вполне закономерно, что при разработке и серийном выпуске УЗО в первую очередь учитывают технические требования, предъявляемые к ним сельским хозяйством.

Для использования в сельском хозяйстве требуются УЗО в двух-, трех- и четырехполюсном исполнении как на базе магнитных пускателей и автоматов, так и в виде блоков, содержащих трансформатор тока утечки и исполнительный орган, воздействующий на независимый расцепитель коммутационного аппарата. Двухполюсные УЗО предназначаются для электрозащиты в зоне однофазных ответвлений, в частности в быту и при питании электрифицированного инструмента, трехполюсные—при электроснабжении трехфазной силовой нагрузки, а четырехполюсные — для сетей со смешанной трехфазной и однофазной нагрузкой. Номинальное напряжение УЗО: 220 В в двухполюсном и 380 В в трех-и четырехполюсном исполнениях. Номинальный ток главной цепи (силовых контактов) и ток уставки двух модификаций УЗО в двухполюсном исполнении должны соответственно составлять 10 и 25 А,

6 и 10 мА.

Аналогичные параметры УЗО шести модификаций трех- и четырехполюсного исполнения должны иметь значения 25, 40, 63 и 100 А; 15, 30, 100 и 300 мА. Токи уставки 100 и 300 мА предназначены для УЗО, рассчитанных на установку в головных участках воздушных линий электропередачи при применении новой перспективной четырехпроводной системы электроснабжения с нулевым рабочим проводом и заземлением (а не занулением) нетоковедущих частей у потребителей. УЗО в виде двух отдельных блоков (выносной трансформатор тока утечки и исполнительный орган) предусмотрены на номинальный ток главной цепи 250 А и с переключаемой уставкой по току срабатывания на 30, 100, 300 и 500 мА. Назначение подобного УЗО —электрозащита как в зоне отдельных фидеров к мощным потребителям, так и на головных участках воздушных линий электропередачи напряжением 0,38 кВ. Время срабатывания у различных модификаций УЗО для обеспечения селективности работы установлено двумя ступенями в 0,05 и 0,1 с. Первая ступень—0,05 с должна быть у УЗО, предназначенных для электрозащиты на концевых участках сетей и в условиях быта, вторая ступень—0,1 с —у УЗО, используемых на головных участках сетей. Потребляемая мощность исполнительными органами УЗО установлена в диапазоне от 3 до 8 Вт. Гарантированное число срабатываний защитного отключения должно быть не ниже 10000 циклов (для УЗО на базе магнитных пускателей—100000 циклов).

С целью расширения функциональных возможностей УЗО, за исключением предназначенных для использования в быту сельского населения и в блочном исполнении, технические требования предусматривают также различные сочетания встроенных защит: от перегрузки (в том числе позисторную) и от коротких замыканий. Все УЗО должны нормально работать при колебаниях температуры окружающей среды от —40 до +40°С (в экспортном исполнении до +50°С).

Применение узо для обеспечения электробезопасности в сельских электрических сетях напряжением 0,38/0,22 кВ

Применительно к требованиям обеспечения электробезопасности в условиях сельскохозяйственного производства наша электропромышленность начала серийный выпуск сравнительно небольшого числа УЗО типа ЗОУП-25 и с 1980 г. типа РУД-05 УЗ.

Устройство ЗОУП-25 выполнено на базе трехполюсного магнитного пускателя ПМЕ-211 и предназначено для обеспечения электробезопасности в зоне сети напряжением 0,38 кВ, питающей трехфазную силовую нагрузку. Нулевой провод выполняет либо защитную функцию (при применении зануления), либо отсутствует (при использовании заземления нетоковедущих частей у потребителя). Функциональные возможности ЗОУП-25 ограничены только защитным отключением и использо­ванием в качестве магнитного пускателя. Защита от пе­регрузок и от междуфазных замыканий отсутствует.

Внешний вид УЗО типа ЗОУП-25 со снятой крышкой стального защитного кожуха

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

4 — кнопка «Стоп»; 5 — кожух; б—кнопка «Контроль»; 7 — штуцера.

Рис. 2.

Основные технические параметры УЗО: номинальное напряжение 380 В; номинальный ток главной цепи 25 А; ток уставки 10 мА; продолжительность срабатывания не более 0,05 с; потребляемая мощность 5 Вт; число гарантированных циклов срабатывания 16*10⁴ при частоте включения до 150 в час; срок службы 10 лет; габаритные размеры 315Х175х155 мм, масса 4,5 кг.

Все функциональные элементы УЗО ЗОУП-25, изображенного на рисунке 2, а именно: трансформатор тока утечки (ТТУ), исполнительный орган (схема защиты по току утечки) 1 и коммутационный аппарат (контактор) 2 помещены в стальной кожух 5. Основание кожуха имеет вводные штуцера 7 с сальниковыми уплотнениями. На крышке оболочки размещены толкатели кнопок управления: «Пуск» 3, «Стоп» 4 и «Контроль» 6 исполнительного органа. Там же вмонтирована линза сигнальной лампы (Л1). Принципиальная электрическая схема УЗО приведена на рисунке 3, а на рисунке 4 показано монтажное расположение основных элементов электрической схемы. При нажатии кнопки КнП к электрической сети одновременно подключаются втягивающая катушка контактора Р1 и емкостной делитель СЗ напряжения питания исполнительного органа. С момента нажатия кнопки КнП 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 большего него, потребитель подключается к сети. Транзисторы усилителя ТЗ, Т4 и Т8 закрыты. Электрическая энергия потребляется лишь в цепи стабилитронов D7 и D9.

При появлении тока утечки во вторичной обмотке ТТУ наводится ЭДС с частотой 50 Гц. Первый же отрицательный полупериод ЭДС вторичной обмотки ТТУ открывает транзисторы ТЗ и Т4. При определенном значении переменного напряжения на базе транзистора Т8, определяемом током уставки, возникает резонанс тока в контуре RLC ударного возбуждения, в который входят резистор R7, катушка промежуточного реле Р2 и конденсатор С1. Через 0,004. . .0,006 с после возникновения резонанса при помощи диода D5 включается цепь пороговой положительной обратной связи с коллектора транзистора Т8 на базу транзистора Т4. Импульс с транзистора Т8 поступает на базу транзистора Т4 в фазе с управляющим напряжением, усиленным транзистором ТЗ. Транзисторы Т4 и Т8 переходят из режима усиления переменного тока в режим насыщения и полностью открываются. Катушка реле Р2 втягивает якорь, разрывает цепь питания катушки контактора Р1 и замыкает цепь самоблокировки. Потребитель отключается от сети.

Принципиальная электрическая схема УЗО типа ЗОУП-25

Рис. 3.

Монтажное расположение основных элементов электрической схемы

УЗО типа ЗОУП-25

(обозначения те же, что на рис. 2).

Рис. 4.

Назначение элементов принципиальной электрической схемы УЗО следующее: диоды D1 и D2 служат для защиты транзистора ТЗ от пробоя и одновременно для формирования амплитуды управляющего напряжения на его базе при токах утечки, превышающих 100 мА; резисторы R1, R2, R5 и R6 предназначены для термостабилизации рабочих точек транзисторов ТЗ и Т4 по постоянному току; резистор R4 повышает стабильность рабочей точки транзистора ТЗ и улучшает форму усиленного им сигнала; диод D6, стабилитрон D7 и резистор R7 являются параметрическим стабилизатором напряжения питания транзисторов ТЗ и Т4; транзистор Т10 стабилизирует напряжение питания усилителя и одновременно снижает значение второй гармонической выпрямленного напряжения с 0,2 до 0,003.. .0,005 В, защищая усилитель от помех со стороны сети; стабилитрон D9 и резистор R9 стабилизируют напряжение питания выходного каскада усилителя; конденсатор СЗ — балластное сопротивление при питании схемы усилителя от сети; резистор R11—балластное сопротив­ление к сигнальной неоновой лампе Л1; резистор R12— контрольное сопротивление утечки тока. Важная особенность усилителя ЗОУП-25 заключается в очень узкой полосе пропускания, обусловленной применением резонансного контура RLC и соответствующего режима работы транзисторов ТЗ, Т4 и Т8. Максимальное усиление достигается на частоте 50. . .60 Гц. Третья гармоническая составляющая (150 Гц) подавляется более чем в 3000 раз.

УЗО типа ЗОУП-25 хорошо зарекомендовали себя при их использовании с передвижными электрифицированными машинами с кабельным способом питания (ну­левая жила кабеля используется лишь как защитная) мощностью до 10 кВт включительно и для защиты зоны сети к отдельным трехфазным потребителям или их группам с той же суммарной мощностью. Естественный ток утечки при этом обычно не превышал 3...5 мА. При использовании ЗОУП-25 с различными электротермическими установками небольшой мощности часто наблюдались отключения, вызванные повышенными токами естественной утечки.

Устройство типа РУД-05 УЗ (реле утечки дифференциальное) предназначено для электрозащиты в трехфазных четырехпроводных сетях напряжением 380/220 В со смешанной нагрузкой и состоит из двух раздельных блоков: трансформатора тока утечки (ТТУ) и исполнительного органа (рис. 5).

Встроенный коммутационный аппарат отсутствует. Поэтому РУД-05 УЗ может работать только в комплексе с коммутационным аппаратом, имеющим независимый расцепитель, например с автоматом типа A3100. Функциональные возможности РУД-05 УЗ ограничены лишь защитным отключением.

Основные технические параметры устройства: номиналь­ное напряжение 380 или 220 В; допустимые колебания напряжения питающей сети от 0,8 до 1,1 номинального напряжения; номинальный ток главной цепи — 100 А, ток уставки 30, 100, 300 мА (изменение ступенчатое); время срабатывания не более 0,06 с; потребляемая мощность не более 8 Вт; реле имеет один переключающий контакт для воздействия на катушку независимого расцепителя коммутационного аппарата, длительный ток через контакт 6,3 А, при включении индуктивной нагрузки допустимый ток 15А, при cos , меньшем или равном 0,7,

при отключении 15 А при cos , большем или равном 0,4; минимальная

Внешний вид УЗО типа РУД-05

Рис. 5.

наработка (число циклов срабатывания до первого отказа) реле не менее 3000; срок службы не менее трех лет; габаритные размеры ТТУ 70Х55Х100 мм, то же исполнительного органа 150Х95Х190; общая масса не более 1,4 кг.

ТТУ имеет тороидальный магнитопровод из пермаллоя с равномерно намотанной вторичной обмоткой, шунтированной резистором R1. Для защиты от внешних воздействий ТТУ заключен в пластмассовый корпус. В качестве первичной обмотки ТТУ должен использоваться питающий нагрузку четырехжильный кабель, пропускаемый через окно магнитопровода с внутренним диаметром, равным 45 мм. Вторичная обмотка ТТУ выведена на зажимы а и б (рис. 6).

Исполнительный орган (схема защиты по току утечки) помещен в пластмассовый корпус с зажимами для подключения к электрической сети, ТТУ и независимому расцепителю коммутационного аппарата. На верхней крышке корпуса расположена кнопка контроля исправности устройства.

Принцип действия РУД-05 УЗ мало отличается от ЗОУП-25. Однако схема защиты по току утечки имеет ряд особенностей, например, переключатель тока уставки. При случайном нарушении цепи, связывающей ТТУ с исполнительным органом, выдается сигнал на отклю­чение коммутационного аппарата.

Следует помнить важную особенность включения РУД-05 УЗ в сеть: непосредственно перед УЗО нулевой провод «расщепляется» на рабочий и защитный (зануляющий). Через окно магнитопровода ТТУ проходит только нулевой рабочий провод, а нулевой защитный — мимо ТТУ (рис. 6). Таким образом, перед УЗО (по «ходу энергии») трехфазная четырехпроводная система переходит в пятипроводную (раздельные нулевые рабочий и защитный провода). Однако пятипроводная система имеет два недостатка. Первый заключается в увеличенном расходовании проводов, а второй- в выносе на все зануленное оборудование напряжения в случае замыкания на корпус любого из зануленных эле­ментов электроустановки. Это значительно увеличивает вероятность попадания людей под напряжение.

Электрическая схема включения УЗО типа РУД-05 УЗ

1 - автоматический выключатель типа АЗ100; 2 — расцепитель независимый ав­томата; 3 - блок схемы защиты по току утечки; 4 - выходное реле типа РП-ОУЗ: 5 - трансформатор блока питания; 6 - трансформатор тока утечки.

Рис. 6.

Указанных недостатков лишена четырехпроводная система с УЗО, нулевым рабочим проводом и заземлением (а не занулением) нетоковедущих частей у потребителей (подобная система, в частности, давно уже используется во Франции в качестве основной). При этом сопротивление заземлителя не должно превышать отношения заведомо безопасного напряжения, например, 24 В, к току уставки УЗО. Даже при токе уставки в 300 мА сопротивление заземления должно быть уже не выше 80 Ом, что легко достигается использованием в первую очередь естественных заземлителей, например, железобетонных оснований и фундаментов. Смысл подобного нормирования заключается в том, что в случае появления тока утечки на корпус, недостаточного для срабатывания УЗО, корпус может длительно находиться под напряжением, но под заведомо безопасным. Отметим, что применение подобной системы оправдано лишь при условии высокой надежности защит­ного отключения. Это обеспечивается как повышением надежности УЗО, в том числе и введением в схему УЗО самоконтроля исправности, так и применением двух- или многоступенчатой селективной системы УЗО, устанавливаемых, например, на общем вводе и на фидерах к отдельным потребителям или их группам. При этом селективность действия УЗО достигается наиболее просто — отстройкой по времени срабатывания, например, в 0,05 с на фидерах к отдельным потребителям и 0,1 с на общем вводе.

В перспективе ожидается широкое применение УЗО для обеспечения электробезопасности сельских воздушных линий электропередачи напряжением 380/220 В. Известно, что на таких линиях при обрыве и падении на землю фазных проводов ток замыкания на землю в большинстве случаев недостаточен для срабатывания обычной токовой защиты и лежащие на земле провода длительное время находятся под напряжением. Это создает большую опасность для сельского населения, в первую очередь для детей. Статистика показывает, что из-за подобной ситуации происходит значительное чис­ло электропоражений.

Между тем обеспечить надежное защитное отключе­ние линии с оборвавшимся и упавшим на землю проводом (фазным или нулевым) сравнительно просто. Для этого трехфазную четырехпроводную линию следует выполнять с рабочим нулевым проводом, вместо зануления нетоковедущих частей электроустановок потребителей применять заземление (индивидуальное для каждого потребителя или групповое для нескольких потребителей), а на головном участке линии (на трансформаторной подстанции) устанавливать УЗО, время срабатывания которого было бы на ступень выше, чем у УЗО на вводах в производственные или бытовые помещения. Ток уставки УЗО на подстанции может достигать 500. . .1000 мА. Защита от атмосферных перенапряжений на воздушных линиях только с рабочим нулевым проводом (и, конечно, без повторных заземлений) должна обеспечиваться применением специальных разрядников.

Монтаж узо и особенности эксплуатации электрических сетей с узо

При выборе конкретного варианта применения УЗО на сельскохозяйственном объекте следует учитывать три основных фактора: электрозащитную эффективность УЗО, надежность электроснабжения и затраты на УЗО. Наибольшие электрозащитная эффективность и надежность электроснабжения достигаются применением селективной двухступенчатой схемы установки УЗО. На каждом ответвлении к отдельному потребителю или к группе однородных потребителей устанавливают УЗО с продолжительностью срабатывания и током уставки возможно меньшими (первая ступень), а на вводе с большими. При этом фактически вся сеть оказывается в зоне защиты УЗО с наименьшими возможными токами уставки и временем срабатывания, что приводит к наибольшей электрозащитной эффективности. Кроме того, появление тока утечки на любом участке сети вызы­вает отключение наименьшего числа потребителей. Этим, во-первых, достигается наибольшая надежность электроснабжения (конечно, при прочих равных условиях) и, во-вторых, значительно упрощается отыскание места повреждения изоляции, обусловившее появление тока утечки. Однако затраты на подобную схему наибольшие. Поэтому подобную схему можно рекомендовать лишь для наиболее ответственных объектов с большим числом различных потребителей, например, для крупных птицефабрик. Все рассуждения о селективной двухступенчатой схеме имеют практический смысл лишь при наличии УЗО с различными временами срабатывания и токами уставки.

При невозможности или экономической нецелесообразности выполнения двухступенчатой схемы размеще­ния УЗО их следует устанавливать либо на фидерах к отдельным потребителям или к группам однородных потребителей, либо на вводе. Последняя схема наименее эффективна, так как вследствие неизбежного увеличения суммарного тока утечки приходится выбирать заведомо больший ток уставки УЗО. Это же, как было показано ранее, приводит к снижению электрозащитной эффективности. Кроме того, неизбежно уменьшается надежность электроснабжения (в случае аварийного увеличения тока утечки хотя бы у одного из потребителей отключается от напряжения весь объект).

В животноводческих и птицеводческих помещениях осветительные сети следует разделять на две группы с установкой УЗО на каждой из них. Розетки для подключения переносных осветительных, нагревательных приборов и электроинструмента либо выделяют в отдельную группу с УЗО, либо подключают к осветительным группам.

Если УЗО устанавливают на действующем объекте, то после выбора схемы размещения УЗО проводят соответствующую подготовку сети и потребителей. Эта подготовка включает два этапа. Первый — доведение уров­ня фазной изоляции потребителей и электрической сети относительно земли до требуемого «Правилами устройства электроустановок (ПУЭ)» значения (не ниже 500 кОм). Второй — разделение нулевого провода на рабочий и защитный (при применении пятипроводной системы) или доведение сопротивления заземления нетоковедущих частей электроустановок (корпуса) до требуемых значений и перевод нулевого провода в ре­жим рабочего провода (его изоляция от заземленных корпусов электроустановок). Следует иметь в виду, что после перевода нулевого провода в режим рабочего электроустановку можно ставить под напряжение толь­ко после включения в работу УЗО.

УЗО монтируют в строго вертикальном положении (отклонение от вертикали не должно превышать 5°) в местах, не подверженных вибрации и доступных для пе­риодического осмотра УЗО и их контроля. Каждому установленному УЗО присваивают номер, который заносят в специальный журнал. В журнале записывают паспортные данные УЗО, результаты контрольных проверок исправности УЗО и все случаи срабатывания УЗО с указанием причин.

После монтажа и периодически не реже раза в не­делю нужно контролировать исправность каждого УЗО путем нажатия контрольной кнопки на их корпусе. При этом в защищаемой зоне между фазой и землей подключается резистор, имитирующий снижение сопротивления изоляции до уровня, при котором должно происходить срабатывание УЗО. Если при нажатии контрольной кнопки УЗО не срабатывает, то оно должно быть немедленно демонтировано и заменено исправным.

При внезапном срабатывании УЗО следует его снова включить. Если при включении произойдет повторное срабатывание, то необходимо проверить уровень фазной изоляции сети и потребителей относительно земли за УЗО по ходу энергии (проверяемая сеть должна быть отключена от УЗО).

При установлении аварийного снижения уровня изоляции требуется определить место повреждения и тем или иным способом усилить изоляцию. Обычно наиболее трудоемкой операцией оказывается именно обнаружение места повреждения. Это связано с тем, что приборы, предназначенные для этой цели, пока серийно не выпускаются. Поэтому проверку уровня изоляции приходится выполнять последовательно по отдельным участкам сети и потребителям. При отсутствии аварийного снижения сопротивления изоляции проверяют исправность УЗО (эта проверка, естественно, может быть выполнена сразу после отъединения от УЗО защищаемого участка сети).

Ремонтировать УЗО и регулировать ток уставки следует лишь в специализированных мастерских.

20

19

3

18

4

17

5

16

6

15

7

14

8

13

9

12

10

11