Обеспечение электробезопасности путем автоматического отключения питания. Учебное пособие

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

А. М. ПАРАХИН, Г. Е. АСЕЕВ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ ПУТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ПИТАНИЯ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

НОВОСИБИРСК

2022

1

на ток нулевой последовательности (на несимметрию фазных токов утечки); реагирующие на несимметрию напряжений фаз относительно земли (на напряжение нулевой последовательности); реагирующие на токи и напряжения оперативных источников питания; реагирующие на напряжение корпуса электроустановки относительно земли.

Из анализа электробезопасности следует, что названные величины имеют различную функциональную связь с Ih и зависят прежде всего

отусловийпоражения, типаэлектроустановкиирежимаееработы. Следовательно, эффективностьУЗОзависитнетолькоотвходногосигнала, но и от названных факторов. Для повышения эффективности УЗО иногда используется несколько входных сигналов. В этом случае устройство называется комбинированным.

Быстродействие защитного отключения должно обеспечивать безопасность во всем диапазоне опасных для человека токов. Поэтому оно

выбираетсяпомаксимальновозможному Ih вданнойэлектроустановке. Зависимость допустимого для человека значения тока Ihд промышленной частоты от времени его воздействия показана на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость допустимого для человека значения тока от времени его воздействия

6

Путем аппроксимации этой зависимости и несложных преобразований получено аналитическое выражение для расчета времени (в секундах) срабатывания УЗО

где Ihм – максимально возможное значение тока в цепи тела человека,

на который реагирует УЗО, А.

Кроме того, при выборе уставки срабатывания и быстродействия УЗОнеобходимоучитыватьрекомендацииМЭК(Международнойэлектротехнической комиссии) (табл. 1 и рис. 2).

Таблица 1

Физиологическое воздействие электрического тока на человека в зависимости от интервала значений тока и времени

его протекания по телу (рис. 2)

7

Окончание табл. 1

Замечание. Использование УЗО с I n 10 мА в большинстве случаев не

приноситзаметногоповышенияуровнябезопасностипосравнениюсприменением УЗОс I n 30 мА . Вто жевремяприиспользованииУЗО с I n 10 мА

возникает ряд проблем, связанных с ложным отключением УЗО из-за имеющихся в сети небольших естественных токов утечки (например, при наличии значительной влажности).

Рис. 2. Графики областей физиологического действия на человека переменного тока промышленной частоты по рекомендациям МЭК и времятоковые характеристики УЗО

8

Уставка для каждой группы УЗО определяется отдельно с учетом принципа работы устройства и факторов, влияющих на его работу.

Устройства защитного отключения на токе нулевой последовательностипредставляютнаибольшийинтерес, поэтомурассмотримихболее подробно.

Датчиком этих устройств является трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП) с магнитопроводом тороидальной формы. Первичными обмотками трансформатора служат фазные проводники, пропущенные через окно магнитопровода, вторичная обмотка равномерно расположена на магнитопроводе.

На рис. 3 показана схема для анализа входного сигнала УЗО на токе нулевой последовательности, где Yea , Yeb , Yec – проводимости

фаз относительно земли вне зоны защиты; Yia , Yib , Yic – проводимости фаз относительно земли в зоне защиты; Yн – проводимости нагрузки датчика.

Рис. 3. Схема замещения трехфазной сети с трансформатором тока нулевой последовательности

Из этой схемы видно, что ТТНП будет реагировать только на токи утечки в зоне защиты. Следовательно, устройство такого типа осуществляет селективную защиту. При этом входным сигналом является суммарный ток утечек в зоне защиты

9

Из выражения (1.2) видно, что до прикосновения человека к фазе (Ih 0) входной сигнал определяется фазными токами утечки

и в общем случае не равен нулю. Для УЗО этот ток служит помехой. При равенстве фазных токов утечки входной сигнал до прикосновения равен нулю, при прикосновении значение тока, проходящего через тело человека, увеличивается. Значение тока в нагрузке ТТНП будет

где Kт – коэффициент трансформации ТТНП.

Для определения количественных зависимостей влияния параметров сети на величину входного сигнала на основании первого закона Кирхгофа запишем:

или, выразив токи через напряжения и проводимости с учетом выражения (1.3), получаем

I U0Y0

Y0 3Ye 0. Это возможно при низкой чувствительности устройства,

если человек своим прикосновением выровнял проводимости фаз относительно земли, и при компенсации токов утечки вне зоны защиты.

10