2.3. Защитное отключение

Устройства защитного отключения (УЗО) обеспечивают автоматическое отключение участка сети при возникновении в нем опасности поражения человека электрическим током в режиме однополюсного прикосновения, либо при возникновении пожароопасной ситуации вследствие повреждения электрической изоляции. УЗО выявляет наличие опасной ситуации и своим выходом воздействует на коммутационный аппарат (контактор, автоматический выключатель, магнитный пускатель), который снимает питание с неисправного участка. Часто управляемый коммутационный аппарат входит в комплект УЗО.

УЗО представляет собой наиболее эффективное средство защиты людей от поражения током при их прикосновении к токоведущей части или к нетоковедущим частям приемников электроэнергии с неисправной изоляцией.

В настоящее время УЗО широко применяются во всех развитых странах. Обязательное требование применения УЗО в конкретных типах электроустановок присутствует в электротехнических нормах многих стран: Франции, Австрии, Германии, Америки и других.

Правилами устройства электроустановок предписывает обязательное применение УЗО при проектировании всех жилых и общественных зданий.

УЗО применяют в сетях питания ручных электроинструментов во всех отраслях народного хозяйства (в строительстве, шахтах, на лесозаготовках и т.п.). Кроме того, их используют в тех случаях, когда бывает трудно осуществить эффективное заземление или зануление  в передвижных электроустановках, расположенных в районах с плохо проводящими грунтами и т.д.

Основные требования, предъявляемые к УЗО: высокая чувствительность, селективность срабатывания, наличие самоконтроля исправности, достаточная надежность, быстродействие. Выполнение последнего требования особенно сложно для УЗО, предназначенных для применения во взрывоопасных зонах (например, в шахтах), т.к. нормы на быстродействие срабатывания в целях предотвращения воспламенения горючего газа от искры (при повреждении изоляции) жестче норм электробезопасности. Поэтому устройство опережающего отключения, разработанное в Институте горного дела им. Скочинского, содержит дополнительный блок  короткозамыкатель (КЗ) (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2  Устройство опережающего отключения

Введенный короткозамыкатель изменяет типовой алгоритм работы УЗО: после формирования напряжения U_ИЗМ на выходе чувствительного органа (ЧО) блок КЗ замыкает накоротко три фазы силовой сети; после этого автоматический выключатель А снимает питание с нагрузки Z_Н .

Форсировка срабатывания до 4 мс достигается за счет использования лучших временных характеристик при работе коммутационных аппаратов в режиме короткого замыкания.

2.4 Защита от опасности перехода высокого напряжения на сторону низшего

В любой электрической сети, в каждом приборе имеются понижающие или измерительные трансформаторы. Конструкция современных трансформаторов не исключает случаев электрического контакта между обмотками разных напряжений  вследствие замыкания на корпус или непосредственно между обмотками. Переход высшего напряжения на сторону низшего может повлечь за собой повреждение изоляции приемников электроэнергии, возникновение несчастных случаев и других аварийных ситуаций на стороне низшего напряжения.

Допустим, в трехфазной сети с изолированной нейтралью ток нагрузки измеряется амперметром А, подключенным к трансформатору тока ТТ (рисунок 2.3, а).

От этой сети, в частности, получает питание понижающий трансформатор ТР 380/36 В для светильников местного освещения в помещении с повышенной опасностью поражения током (рисунок 2.3, б).

Цепи вторичных обмоток трансформаторов  низковольтные, поэтому возникновение режима однополюсного прикосновения к ним вполне вероятно. В случае замыкания между обмотками в этом режиме человек фактически прикасается к фазе А (рисунок 2.3, а) или к фазе В (рисунок 2.3, б).

Рисунок 2.3  Варианты перехода высокого напряжения на сторону низшего в сети 380 В: при замыкании между обмотками трансформатора тока (а) и при замукании между обмотками трансформатора напряжения (б)

В качестве технического средства защиты применяют заземление одного полюса вторичной обмотки трансформатора. Принцип работы такой защиты аналогичен защитному шунтированию. В сетях с глухим заземлением нейтрали необходимо выполнить зануление полюса вторичной обмотки понижающего трансформатора.

Если первичная обмотка имеет напряжение выше 1000 В, то ее замыкание на обмотку низшего напряжения ухудшает также и условия пожаробезопасности.

Допустим, в трансформаторе 10/0,4 кВ происходит замыкание фазы А на обмотку низшего напряжения, работающую в режиме с изолированной нейтралью. В контуре тока замыкания I_ЗАМ (рисунок 2.4) основная часть фазного напряжения первичной обмотки падает на сопротивлениях изоляции фаз сети 380 В. Поэтому в рассматриваемом случае напряжение фаз сети низкого напряжения относительно земли составит U_ФЗ = 6 кВ.

Согласно Правилам, изоляция каждого электротехнического изделия подвергается испытаниям на электрическую прочность. Во время этих испытаний к ней в течение 1 минуты прикладывается напряжение U_ИСП = 2*U_РАБ + 1000 В. В частности, при U_РАБ =380 В U_ИСП = 2 кВ. В этом случае U_ФЗ = 6 кВ >> U_ИСП = 2 кВ, что может вызвать во всей сети электрические побои изоляции с сопутствующими им дуговыми замыканиями и пожарами.

Рисунок 2.4  Переход высшего напряжения на сторону низшего в высоковольтной сети

Техническое средство защиты в этой ситуации  заземление нейтрали вторичной обмотки понижающего трансформатора через пробивной предохранитель ППР. Предохранитель одним контактом подключается к нейтрали, а вторым  к заземлителю. Между этими контактами имеется изоляционная прокладка из слюды толщиной 0,5 мм со сквозными отверстиями. В нормальных эксплуатационных режимах вторичная обмотка работает в режиме с изолированной нейтралью. При появлении высокого напряжения происходит пробой воздушных промежутков в отверстиях слюдяной прокладки, и ток замыкания между обмотками проходит по низкоомному контуру «поврежденная фаза А  обмотка низшего напряжения  дуговой разряд в предохранителе ППР  заземлитель  земля  заземлитель нейтрали обмотки высоковольтного питающего трансформатора». При этом на стороне высокого напряжения срабатывает так называемая «земляная защита» и снимается питание с поврежденного трансформатора.

Исправность пробивных предохранителей контролируют специальные устройства.