лана из диэлектрического материала с таким расчетом, чтобы обеспечивалась надежная изоляция при повреждении рабочей изоляции проводов внутри рукоятки. Эта рукоятка является дополнительной (защитной) изоляцией.

Для обеспечения безопасности эксплуатации электроустановок важнейшее значение имеет сохранение изоляции сетей и электроприемников на надлежащем уровне. Этой цели служат профилактические испытания изоляции с отключением испытуемых участков и непрерывный контроль изоляции, т.е. контроль при нормально работающем оборудовании. Подробно вопросы контроля изоляции рассматриваются в специальной литературе.

2.6. Устройства защитного отключения как эффективная электрозащитная мера

2.6.1.Историческая справка

Внастоящем разделе рассматриваются только УЗО, реагирующие на дифференциальный ток. Именно этот тип УЗО нашел наиболее широкое применение во всем мире и принят к внедрению

вРоссии.

К устройствам защитного отключения (УЗО), реагирующим на дифференциальный ток, относятся быстродействующие электрические аппараты, обеспечивающие автоматическое отключение электроустановки в случае нарушения изоляции, связанного с превышением током утечки на землю определенного значения.

Примечание. Ток утечки на землю представляет собой протекающий в землю нескомпенсированный (дифференциальный) ток, определяемый геометрической суммой фазных токов и тока в нулевом рабочем проводе электрической сети. Ток утечки на землю возникает как в результате неисправности изоляции токоведущих частей электроустановок, так и в случае прямого контакта с ними людей или животных.

Принцип действия защиты по току утечки давно был известен в релейной технике. В 1928 году немецкий ученый Гемайстер предложилдляобнаружениятоковутечкиназемлюприменятьтрансформатор с кольцевым сердечником. Затем этот принцип был использован для защиты в низковольтных установках от травм, связанных

97

снепосредственным прикосновением к неизолированным проводникам, находящимся под напряжением. Уже в начале 40-х годов Шнель (Германия)указывалнанеобходимостьразработкидифференциального выключателя высокой (для того времени) чувствительности по току утечки (50–60 мА). При этом он отмечал: «Следует отличать две опасных для жизни ситуации, а именно: прямое и косвенное касание электрических проводников, находящихся под напряжением. Против прямого касания относительно земли до сих пор нет защитныx мер. Выключатель дифференциальной защиты является первым устройством, которое может защитить человека в этом случае». В 40-х годах в Германии Шранком был изготовлен и испытан двухполюсной выключатель (220 В, 10 А) с уставкой тока срабатывания не более 90 мА. Видимо, это время можно считать рождением системы защитного отключения.

Вместе с тем в 1950-х годах европейские фирмы отказались от производства аппаратуры защиты при прикосновениях к неизолированным токоведущим частям оборудования. Вероятно, это вызвано тем, что наблюдались случаи ложного срабатывания по причинам каких-либо дефектов в конструкции аппарата. Поэтому к массовому производству был принят низкочувствительный дифференциальный выключатель с током срабатывания порядка 300 мА.

Регистрация швейцарского патента в 1950-х годах (Egger Hein. Fehlerstromschutzschalter in der Schweiz) явилась резким толчком к созданию высокочувствительных и надежных устройств защитного отключения, работающих на так называемом электромеханическом принципе. В Швейцарии производство таких УЗО начато

с1959 года (выключатели типа МА1).

Внастоящее время многие страны мира производят УЗО, обеспечивающие высокий уровень электробезопасности и удовлетворяющие требованиям стандартов Международной электротехнической комиссии (МЭК), а также национальным стандартам.

Начало производства УЗО В России относится к 1970-м годам. С этого времени УЗО в ограниченном объеме выпускали Выборгский завод «Электроинструмент», Гомельский завод электроаппаратуры, Чебоксарский НИИ релестроения, производственное объединение «Бином». Производимые УЗО по своим техническим параметрам уступали зарубежной аппаратуре. Поэтому на российском рынке появились высококачественные изделия ведущих ев-

ропейских фирм – SIEMENS, MOELLER («Felten & Guilleaume»),

98

SCHNEIDER ELECTRIC («Merlin Gerin»), ABB. С каждым годом увеличивались поставки в Россию УЗО китайского производства.

В то же время массовое внедрение УЗО ограничивалось отсутствием соответствующей нормативной базы и качественной недорогой отечественной аппаратуры.

В результате привлечения специалистов научно-исследова- тельских институтов, конструкторских бюро радиотехнических

иэлектромеханических предприятий, а также ведущих технических вузов в течение 1992–1998 годов на ряде предприятий России (в Москве, Барнауле, Дивногорске, Ставрополе) была создана конструк- торско-технологическая база производства современных электронных, электромеханических и многофункциональных УЗО.

С1993 года в России начался ввод в действие группы стандартов на электроустановки зданий, гармонизированных со стандартами МЭК. Этими стандартами предусматривались требования применения устройств защитного отключения для обеспечения электро-

ипожаробезопасности.

Кроме того для обоснования необходимости создания нормативной базы, регламентирующей массовое использование УЗО, совместным решением Главного управления государственной противопожарной службы МВД России и Главгосэнергонадзора России

в1998 году был организован широкомасштабный эксперимент по проверке надежности и эффективности применения УЗО для снижения электротравматизма и пожаров от электроустановок. Эксперимент проводился в течение двух лет в регионе Западной Сибири, Республике Чувашия, а также Московской, Нижегородской и Волгоградской областях. В некоторых регионах, в частности в Московской области и Алтайском крае, массовое применение УЗО началось значительно раньше (1994–1996 годы).

Эксперимент, итоги которого подводились на Первом Всероссийском научно-практическом совещании «Проблемы и перспективы массового применения устройств защитного отключения

вРоссии» (г. Барнаул, 2000 г.), подтвердил высокую эффективность и целесообразность массового внедрения УЗО. Это ускорило создание необходимой нормативной базы и появление соответствующих разделов в 7-м издании ПУЭ.

Таким образом, начало века ознаменовалось в России переходом к массовому целенаправленному применению УЗО.

99

2.6.2. Назначение и принцип действия УЗО

Устройства защитного отключения предназначены для защиты людей и животных от поражения электрическим током при контакте с проводящими частями электроустановок, а также предотвращения пожароопасных проявлений токов утечки через изоляцию (включая развивающиеся короткие замыкания) в электропроводках и электропотребителях.

По принципу действия УЗО является быстродействующим коммутационным аппаратом, управляемым сигналом (дифференциальным током), соответствующим току утечки на землю, который возникает в сети при повреждении изоляции, коротком замыкании на землю, прикосновении людей и животных к токоведущим частям и выделяется из тока нагрузки дифференциальным трансформатором тока. Структура УЗО формируется из следующих основных функциональных блоков (рис. 2.15).

1 – дифференциальный трансформатор тока (ДTT); 2 – пороговое устройство; 3 – исполнительный механизм; 4 – кнопка контроля

Рис. 2.15. Структура УЗО

100

Внормальном режиме – при отсутствии дифференциального тока (тока утечки) – рабочий ток нагрузки, протекая в фазном и нулевом рабочем проводниках, образующих встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока (ДТТ) 1, наводит в магнитном сердечнике трансформатора равные, но век-

торно встречно направленные магнитные потоки Ф1 и Ф 2, компенсирующие друг друга. В результате ток во вторичной обмотке равен нулю и не вызывает срабатывания порогового устройства 2.

При возникновении тока утечки на землю нарушается баланс токов в прямом и обратном проводниках, а следовательно, и магнитных потоков, и во вторичной обмотке появляется трансформированный сигнал, который при определенном значении вызывает срабатывание порогового устройства 2, воздействующего на исполнительный механизм 3. Исполнительный механизм приводит в действие контактную группу, и защищаемая цепь обесточивается.

Всоставе порогового устройства могут использоваться электронный или электромеханический преобразователи.

Электронный преобразователь представляет собой полупроводниковый усилитель полезного сигнала от ДТТ, воздействующего через исполнительный механизм на систему расцепления выключателя.

Работа электромеханического преобразователя основана на использовании дифференциальной магнитной системы с постоянным магнитом(рис.2.16).Якорьудерживаетсявпритянутомсостоянииза счет магнитного потока постоянного магнита, причем якорь преодолевает усилие пружины (см. рис. 2.16 а). Постоянный магнит создает магнитный поток, замыкающийся по параллельным путям через два магнитомягких сердечника – рабочий сердечник и магнитный шунт, служащий для стабилизации магнитной силы постоянного магнита. На одном из полюсов рабочего сердечника находится обмотка возбуждения, которая соединена со вторичной обмоткой дифференциального трансформатора тока (ДТТ).

При повреждении изоляции во вторичной обмотке ДТТ индуктируется напряжение. При этом через обмотку возбуждения протекает ток. Возникающий магнитный поток, направленный встречно магнитному потоку постоянного тока (см. рис. 2.16 б), в течение одного полупериода компенсирует влияние постоянного магнитного

101