5. Влияние уровней изоляции и ёмкости сети на условия электробезопасности. Нормы сопротивлений изоляции относительно земли для подземных электроустановок. Контроль сопротивления изоляции.

Для того чтобы при нормальной работе электрооборудования человек не ощущал протекание тока сопротивление изоляции должно удовлетворять данному условию.

на U=1В R=2000Ом

Н ормы:

для электродвигателей комбайновых комплексов ;

для электродвигателей других машин и механизмов и для кабелей любой длины и сечения, пускозащитной аппаратуры .

всех машин и механизмов, в том числе и пускателей, проверяется перед спуском в шахту, а так же после монтажа и текущего ремонта.

как и емкостное сопротивление оказывают токоограничивающие действие I, протекающему через тело человека. Чем > , тем < .

Токоведущие части электрооборудования и заземлённые элементы электроустановки (будучи проводниками) имеют между собой диэлектрик.

,

ЕПБ регламентируется на заземление и емкость сети:

,

Что ограничивает кабельную сеть 3мкФ = 3км.

6. Защитное отключение, схемы защитного отключения. Требования, предъявляемые к защитному отключению.

ЗАЩИТНОЕ ОТКЛЮЧЕНИЕ — быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки напряжением до 1000 В при возникновении в ней опасности поражения электрическим током. Такая опасность может возникнуть при замыкании фазы на корпус, снижении сопротивления изоляции ниже определенного значения и в случае прикосновения человека к находящейся под напряжением токоведущей части. В таких ситуациях мерой защиты может быть лишь быстрое отключение соответствующего участка электросети в целях разрыва цепи тока через человека. Время срабатывания современных устройств защитного отключения (УЗО) не превышает 0,03—0,04 с. При уменьшении времени протекания тока через человека снижается опасность поражения. Так, в бытовых электроустановках переменного тока частотой 50 Гц напряжением до 1000 В практически безопасным можно считать действие напряжения прикосновения 100, 200 и 220 В соответственно в течение 0,2, 0,1 и 0,01—0,03 с. УЗО применяют в сетях любого напряжения и с любым режимом нейтрали, хотя наиболее они распространены в сетях напряжением до 1000 В. В сетях с заземленной нейтралью УЗО обеспечивают безопасность при замыкании фазы на корпус и при снижении сопротивления изоляции сети ниже некоторого значения, а в сетях с изолированной нейтралью — еще и безопасность прикосновения человека к находящейся под напряжением токоведущей части электроустановки. Однако эти свойства также зависят от типа УЗО и параметров электроустановки. Различают несколько типов УЗО в зависимости от входных величин, на которые они реагируют: потенциал корпуса электроустановки, ток замыкания на землю, напряжение нулевой последовательности, ток нулевой последовательности, напряжение фазы относительно земли, оперативный ток.

1 Назначение, принцип действия, область применения защитного отключения

Термин "устройство защитного отключения - УЗО", принятый в отечественной специальной литературе, наиболее точно определяет назначение данного устройства и его отличие от других коммутационных электрических аппаратов - автоматических выключателей, выключателей нагрузки, магнитных пускателей и т.д.

Защитным отключением называется автоматическое отключение электроустановок при однофазном (однополюсном) прикосновении к частям, находящимся под напряжением, недопустимым для человека, и (или) при возникновении в электроустановке тока утечки (замыкания), превышающего заданные значения.

Назначение защитного отключения - обеспечение электробезопасности, что достигается за счет ограничения времени воздействия опасного тока на человека. Защита осуществляется специальным устройством защитного отключения (УЗО), которое, работая в дежурном режиме, постоянно контролирует условия поражения человека электрическим током.

Область применения: электроустановки в сетях с любым напряжением и любым режимом нейтрали. Наибольшее распространение защитное отключение получило в электроустановках, используемых в сетях напряжением до 1 кВ с заземленной или изолированной нейтралью.

2 Классификация УЗО

Все УЗО по виду входного сигнала классифицируют на несколько типов (рис.1).Рис.1. Классификация УЗО по виду входного сигнала

В зависимости от характеристик электроустановок, для которых предназначены УЗО, их следует классифицировать по: режиму нейтрали источника питания электроустановки; роду и частоте тока; напряжению; числу фаз (полюсов); мобильности.

В зависимости от режима нейтрали источника питания электроустановки УЗО подразделяют на устройства, предназначенные для электроустановок с изолированной либо с глухозаземленной нейтралью.

По роду и частоте тока УЗО подразделяют на устройства, предназначенные для электроустановок: переменного тока частоты 50 (60) Гц; переменного тока непромышленной частоты; постоянного тока; выпрямленного тока; двух и более родов тока из числа указанных выше.

УЗО, предназначенные для отключения электроустановок при прикосновении человека к частям, находящимся под напряжением, подразделяют на устройства, рассчитанные на электроустановки следующих классов напряжений : переменного тока частоты 50 (60) Гц - 127, 220, 380, 500, 660, 1140 В; переменного тока частоты 400 Гц - 200 В; постоянного (выпрямленного) тока - 110, 220, 275, 400 В. УЗО, предназначенные для отключений электроустановки при возникновении в ней тока утечки, подразделяют на устройства, рассчитанные на электроустановки вышеуказанных классов напряжений, а также 6000 и 10000 В частоты 50 (60) Гц.

По числу фаз (полюсов) УЗО подразделяют на: однофазные (однополюсные); двухфазные (двухполюсные); трехфазные (трехполюсные, четырехполюсные).

По видам средств защиты, взаимодействующих с УЗО, различают устройства, используемые с: защитным заземлением; занулением; автоматическим закорачиванием на землю поврежденной фазы (шунтированием цепи утечки тока замыкания на землю); компенсацией (автоматической или статической) тока утечки (замыкания на землю).

Кроме того, УЗО могут классифицироваться по другим критериям, например, по конструктивному исполнению.

Например:

1. Характеристика защищаемой электроустановки.

1.1. Нейтраль источника питания - глухозаземленная.

1.2. Род и частота тока - переменный 50 Гц.

1.3. Номинальное напряжение - 380 В, ток нагрузки - 25 А.

1.4. Число фаз - три. 1.5. Установка передвижная.

2. Вид входного сигнала - ток нулевой последовательности.

3. Возможность и способ регулирования уставок - уставка нерегулируемая.

4. Способ контроля исправности - только ручной.

5. Условия монтажа - УЗО встраивается в оболочку магнитного пускателя типа ПМЕ-211.

6. Необходимость использования с другими средствами защиты - УЗО должно использоваться совместно с занулением.

7. Избирательность - УЗО селективное.

8. Подключение к электроустановке - непосредственное.

9. Вид исполнения - общего назначения.

Основными параметрами, по которым подбирается то или иное УЗО являются: номинальный ток нагрузки т.е. рабочий ток электроустановки, который протекает через нормально замкнутые контакты УЗО в дежурном режиме; номинальное напряжение (действующее значение напряжения, при котором обеспечивается работоспособность УЗО-220,380В); уставка (дифференциальный отключающий ток или минимальное значение входного сигнала, вызывающего срабатывание УЗО и последующее автоматическое отключение поврежденного участка сети или токоприемника); время срабатывания устройства.

3 Принцип работы УЗО

Принцип работы УЗО состоит в том, что оно постоянно контролирует входной сигнал и сравнивает его с наперед заданной величиной (уставкой). Например, значения уставок должны выбираться для сетей с глухозаземленной нейтралью - из ряда 0,002; 0,006; 0,01; 0,02; 0,03; 0,1; 0,3; 0,5; 1,0 А. Если входной сигнал превышает уставку, то устройство срабатывает и отключает защищенную электроустановку от сети. В качестве входных сигналов устройств защитного отключения используют различные параметры электрических сетей, которые несут в себе информацию об условиях поражения человека электрическим током.

Основными элементами любого устройства защитного отключения являются датчик, преобразователь и исполнительный орган.

4 УЗО, реагирующее на потенциал корпуса относительно земли

Предназначено для обеспечения безопасности при возникновении на заземленном (или зануленном) корпусе электроустановки повышенного потенциала. Датчиком в этом устройстве (рис.2) служит реле Р, обмотка которого включена между корпусом электроустановки и вспомогательным заземлителем Rв. Электроды вспомогательного заземлителя Rв располагаются вне зоны растекания токов заземлителя Rз.

Рис.2. Схема УЗО, реагирующего на потенциал корпуса

Фактически данный тип УЗО дублирует защитные свойства заземления или зануления и применяется в качестве дополнительной защиты, повышая надежность заземления или зануления. Данный тип УЗО может применяться в сетях с любым режимом нейтрали, когда заземление или зануление неэффективно.

5 УЗО, реагирующее на дифференциальный (остаточный) ток

Находят широкое применение во всех отраслях промышленности. Характерной их особенностью является многофункциональность. Такие УЗО могут осуществлять защиту человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении, при косвенном прикосновении, при несимметричном снижении изоляции проводов относительно земли в зоне защиты устройства, при замыканиях на землю и в других ситуациях.

Принцип действия УЗО дифференциального типа заключается в том, что оно постоянно контролирует дифференциальный ток и сравнивает его с уставкой. При превышении значения дифференциального тока уставки УЗО срабатывает и отключает аварийный потребитель электроэнергии от сети. Входным сигналом для трехфазных УЗО является ток нулевой последовательности. Входной сигнал УЗО функционально связан с током, протекающим через тело человека Ih. Область применения УЗО дифференциального типа - сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ (система TN - S). Схема включения УЗО, реагирующего на дифференциальный ток в сети с заземленной нейтралью типа TN - S представлена на рис. 3.

Рис.3. Схема подключения к сети УЗО (система TN - S), реагирующего на дифференциальный ток

Датчиком такого устройства является трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП), на выходных обмотках которого формируется сигнал, пропорциональный току через тело человека Ih. Преобразователь УЗО (П) сравнивает значение входного сигнала с уставкой, значение которой определяется допустимым током через человека, усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для управления исполнительным органом (ИО). Исполнительный орган, например, контактор, отключает электроустановку от сети в случае возникновения опасности поражения электрическим током в зоне защиты УЗО.

По условиям функционирования дифференциальные УЗО подразделяются на следующие типы: АС, А, В, S, G. УЗО типа АС - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно, либо медленно возрастающий. УЗО типа А - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный дифференциальный ток, возникающие внезапно, либо медленно возрастающие. УЗО типа В - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи. УЗО типа S - устройство защитного отключения, селективное (с выдержкой времени отключения). УЗО типа G - то же, что и типа S, но с меньшей выдержкой времени.

6 Принцип действия УЗО на примере

Рис. 4. Схема, иллюстрирующая принцип действия УЗО

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, который в результате пробоя изоляции оказался под напряжением, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I1 потечет дополнительный ток ID (ток утечки), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным). Неравенство токов в первичных обмотках - I1 + ID в фазном проводнике и I2 = I1 в нулевом рабочем проводнике - вызывает небаланс магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока. Если этот ток превышает заданное значение тока порогового элемента пускового органа 2, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3. Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается. Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4. При нажатии кнопки "Т" искусственно создается цепь протекания отключающего дифференциального тока. Срабатывание УЗО в этом случае означает, что устройство в целом исправно.

Заключение

В основе действия защитного отключения, как электрозащитного средства, лежит принцип ограничения (за счет быстрого отключения) продолжительности протекания тока через тело человека при непреднамеренном прикосновении его к элементам электроустановки, находящимся под напряжением.

Устройства защитного отключения (УЗО), реагирующие на дифференциальный ток, наряду с устройствами защиты от сверхтока, относятся к дополнительным видам защиты человека от поражения электрическим током при косвенном прикосновении, обеспечиваемой путем автоматического отключения питания.

Статистические данные по электротравматизму, полученные за почти 30-летний период с начала широкого внедрения УЗО, подтверждают высокую эффективность данного электрозащитного средства – количество

Система быстродействующей защиты – откл-ся все фазы ЭУ при возникновении в них опасности поражения эл током.

А) Схемы реагирующие на напряжение корпуса относит земли.

Датчик – реле напряж. Осуществляют защиту от глухих замыканий на землю. Исп-ся в сетях с глухо заземл и изолир нейтралью при любых напряжениях.

«-» Необходимо устанавливать дополнительное заземление. Отсутствие самоконтроля. Невозможно применять при металлической связи корпуса с землей.

Б) Схемы реагирующие на ток замыкания на землю.

Датчик - реле тока. Осуществляют защиту от глухих замыканий на землю. Исп-ся в сетях с глухо заземл и изолир нейтралью при любых напряжениях.

«+» Нет вспомогательного заземления.

«-» Отсутствие самоконтроля. Невозможно применять при металлической связи корпуса с землей.

В) Схемы реагирующие на напряжение нулевой последовательности.

Датчик – фильтр нулевой последовательности, включенный м/у фазами сети и землей.

Защита от глухих замыканий на землю и от прикосновения к нетоковедущим частям оказавшимся под напряжением.

«-» не осуществляет защиту от прикосновения к фазе, от утечек, не осуществляет контроль изоляции. Повышение опасности при малом сопротивлении фильтра. Ложные срабатывания при большом сопр фильтра. Нечувствительность к несимметричному снижению изоляции фаз. Отсутствие самоконтроля.

«+» С изолир нейтралью четко срабатывает при глухих замыканиях на землю независимо от всего.

Г) Схемы реагирующие на напряжение фазы относит земли.

В схемах данного типа датчики – реле напряжения, включенные м/у фазами и землей и контролирующие напряжение фаз относительно земли, которые в нормальном состоянии близки к фазному напряжению источника питания. В случае повреждения, напряжение фазы снижается, и при напряжении фазы < напряжения уставки, сеть отключается.

В данной схеме самоконтроль осуществляется след образом: В случае обрыва цепи одного из реле, напряжение с него снимается и происходит разрыв цепи.

Схема осуществляет защиту от глухих замыканий на землю.

«+» Самоконтроль. «-» необходимо 3 реле.

Напряжение уставки = 0,5 линейного напряжения сети.

Д) Схемы реагирующие на ток нулевой последовательности.

Датчик – ТТ нулевой последовательности.

Используются в сетях с заземленной нейтралью. При появлении утечки при замыкании на корпус или на землю протекает ток утечки. В первичной обмотке возникает рассогласованный ток в следствие смещения нулевой точки. Данный ток наводит эл.-магн. Поле, во вторичной обмотке возникает ток пропорциональный току утечки. Реле срабатывает при достижении тока уставки. Время срабатывания не превышает 0,2 с.

Схема обеспечивает защиту от глухих и не полных замыканий на землю, защиту от напряжения прикосновения к заземленному корпусу , от прикосновения к одной из фаз. Уставка принимается = минимальному допустимому току утечки.

«+» Независимость от заземления

«-» Отсутствие самоконтроля, сложность конструкции.

Используется в сетях с глухозаземленной нейтралью, с изолир. нейтралью с нулевым проводником.

Е) Вентильные схемы.

Д атчик выполняется в виде систем вентилей, которые выпрямляют ток в цепи реле – изоляция сети.

Выпрямленный ток проходит через изоляцию сети и обмотку реле, следовательно зависит от общего омического сопротивления сети. Чем выше ур изоляции тем ниже ур тока. При превышении им тока уставки реле защиты срабатывает и отключает сеть.

Данная схема защищает от глухих замыканий на землю и осуществляет автоматический контроль изоляции сети.

«+» Высокая чувствительность, простота, защита от поражения при прикосновении к одной из фаз.

«-» Не селективность, не применяется в сетях с глухо заземленной нейтралью, отсутствие самоконтроля, и возможность поражения выпрямленным током при малом сопротивлении реле.

Ж) Схемы на выпрямленном оперативном токе.

Ток гальванометра накладывается на сеть, протекает по сети, при появлении тока утечки, общий ток протекающий через реле защиты уменьшается, реле срабатывает.

«+» Высокая чувствительность, простота, защита от поражения при прикосновении к одной из фаз. Самоконтроль.

«-» Не селективность, не применяется в сетях с глухо заземленной нейтралью, отсутствие самоконтроля, и возможность поражения выпрямленным током при малом сопротивлении реле.

Область применения схем защиты и основные требования к ним.

А) Время отключения при U<1000В <=0,2с; Время отключения при U>1000В <=0,12с

Б) Надежность: отсутствие отказов, ложных отключений, самоконтроль.

В) Высокая чувствительность, входной сигнал по току меньше единиц миллиампер, по напряжению меньше десятков вольт.

Г) Селективность, устройством УЗО должен отключаться только поврежденный участок.

Д) Простота, удобство, экономичность.

УЗО применяют для передвижных устройств напряжением до 1000В. Как дополнение к занулению для удаленного ЭО. Электрифицированный ручной инструмент в случае невозможности выполнения защитного заземления.