Узо, реагирующие на дифференциальный ток однофазных электроприёмников

В основе данных УЗО, лежит - исполь­зование в качестве датчика информации о возникновении опасных для человека ситуаций дифференциального трансформатора тока (ДТТ). В ДТТ первичной обмоткой являются проводники питающей линии, проходящие непосредственно через окно тороидального магнитопровода, либо образующие на нем несколько витков. В последнем случае увеличивается значение тока, наводимого во вторичной обмотке, также намотанной на этот магнитопровод.

Действие УЗО, установленного на участке линии, питающей однофазный электроприёмник, без защитного зануления показано на рис. 12.1, а. В нормальном режиме рабочие токи в фазном проводнике (I₂) и нулевом рабочем проводнике (I₁), протекая через первичные обмотки ДТТ, наводят противоположно направленные магнитные потоки (Ф₂) и (Ф₁). Поскольку в этом случае ток I₂ равен току I₁, то и магнитные потоки Ф₂ и Ф₁ будут равны и взаимно скомпенсированы, а ток во вторичной цепи ДТТ (I_вт) будет отсутствовать.

В случае прикосновения человека к фазе ток I₂ будет разветвляться (т. А на рис. 12.1, б) на ток I1 и ток, протекающий через человека (I_h). Контур протекания тока Ih обозначен на рис. 12.1, а пунктиром. Поскольку при этом токи I₂ и I₁, а соответственно магнитные потоки Ф₂ и Ф₁ будут различаться, то во вторичной обмотке ДТТ появится ток I_вт, пропорциональный разностному (дифференциальному) току I_∆:

(12.1)

Зная коэффициент трансформации k_Т, можно поставить в соответствие ток через человека I_h, дифференциальный ток I∆ и ток во вторичной обмотке I_вт:

(12.2)

Для обеспечения безопасности человека, УЗО должно срабатывать при значении дифференциального тока, т.е. уставке, соответствующей протеканию через человека тока равного предельно допустимому значению. Эта функция в УЗО реализуется в блоке, осуществляющем сравнение фиксируемого с помощью ДТТ дифференциального тока со значением дифференциального тока срабатывания (уставкой). Блок сравнения (блок 2, рис. 12.1,а), выполняется на базе по­роговых электромеханических или электронных компонентов. В случае превышения порогового значения подается сигнал на отключающий механизм 3 (рис. 12.1,а), который разрывает электрическую цепь за время, не превышающее допустимое значение для ожидаемого тока через человека. При этом время отключения (Т_откл) должно соответствовать предельно допустимым значениям тока, проходящего через человека по ГОСТ 12.1.038-82 (см. табл.1.2 к лабораторной работе №1).

Таким образом, в приведенном примере обеспечивается безопасность человека при прямом прикосновении к токоведущим частям. При такой схеме электропитания однофазных электроприёмников (на рис. 12.1 показана система TN-C, в которой нулевой защитный проводник не подсоединен к корпусу) не обеспечивается защита при повреждении изоляции, а также при коротких замыка­ниях на корпус электроприёмника. В этом случае УЗО не работает, как превентивная мера защиты, т.е. без прикосновения человека, поскольку отсутствует ток утечки. Если человек не касается фазного проводника или электроприёмника с повреждённой изоляцией, то это равносильно отсутствию сопротивлению Rh в схеме на рис. 12.1, б. Следовательно, токи I₁ и I₂, магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ будут равны между собой и ток во вторичной обмотке ДТТ будет отсутствовать. Поэтому для питания однофазных электро­приёмников в жилых и общественных зданиях следует использовать трёхпроводные линии: фазный, нулевой рабочий проводник и нулевой защитный проводник (система TN-C-S и TN-S, рис. 12.2,а).

TN-C

а) б)

Рис. 12.1. Действие устройства защитного отключения в случае прикосновения человека к фазному проводнику

( , , _h - сопротивления заземлителя нейтрали, нагрузки, тела человека, соответственно; Ф_{1 и} Ф₂ – магнитные потоки в сердечнике, наводимые токами I_{1 и} I₂ соответственно):

а) принципиальная схема УЗО (1 - дифференциальный трансформатор тока c тороидальным магнитопроводом; 2 - блок сравнения дифференциального тока с уставкой; 3 - отключающий механизм);

б) эквивалентная схема сети, где установлено устройство защитного отключения, при прикосновении человека к повреждённому электроприёмнику ( )

TN-S

а) б)

Рис. 12.2. Действие устройства защитного отключения при подключении корпуса к РЕ-проводнику: а) принципиальная схема УЗО (1 - дифференциальный трансформатор тока c тороидальным магнитопроводом; 2 - блок сравнения дифференциального тока с уставкой; 3 - отключающий механизм); б) эквивалентная схема работы устройства защитного отключения при подсоединении корпуса электроприёмника к РЕ-проводнику ( )

Как следует из рис. 12.2,а, при соединении корпуса электроприёмника с нулевым защитным РЕ-проводником, ток короткого замыкания или ток утечки будет протекать по РЕ-проводнику в «обход» дифференциального трансформатора тока (ДТТ). Поскольку (т. А на рис. 12.2,б), то токи и не будут равны и во вторичной обмотке ДТТ появится ток, который вызовет срабатывание УЗО.

Для контроля работоспособности УЗО создается обходной, относительно ДТТ, контур тока, включающий кнопку «Тест» и токоограничивающее сопротивление R (рис.12.3).

УЗО характеризуется следующими параметрами:

1. Номинальный ток нагрузки (I_n) – значение тока, которое УЗО может пропускать в продолжительном режиме работы.

2. Номинальный отключающий дифференциальный ток (I_∆n) – значение дифференциального тока, которое вызывает отключение УЗО при заданных условиях эксплуатации.

3. Номинальный неотключающий дифференциальный ток (I_∆n0) – значение дифференциального тока, которое не вызывает отключение УЗО при заданных условиях эксплуатации.

4. Включающая и отключающая способность (коммутационная способность) (I_m) – действующее значение ожидаемого тока, который УЗО способно включить, пропускать в течение своего времени размыкания и отключить при заданных условиях эксплуатации без нарушения его работоспособности.

5. Номинальный условный ток короткого замыкания, характеризующий термическую и электродинамическую стойкость изделия (I_nc) – действующее значение ожидаемого тока, которое способно выдержать УЗО защищаемое устройством защиты от коротких замыканий, т.е. плавкой вставкой с номинальным током, равным току нагрузки УЗО.

6. Время отключения (T_n) – промежуток времени между моментом внезапного возникновения отключающего дифференциального тока и моментом выполнения функции данного устройства до полного гашения дуги.

Стандартные значения максимально допустимого времени отключения УЗО типа АС при любом номинальном токе нагрузки и заданных нормами значениях дифференциального тока не должны превышать приведенных в табл.12.1. Практически, современные УЗО срабатывают за время не более 30 мс.

Таблица 12.1