Реагирующего на дифференциальный ток

С введением ГОСТ Р 51326-1-99 Госэнергонадзором РФ рекомендуется для защиты от пожаров при замыканиях в сети и поражения электрическим током применять устройства защитного отключения, реагирующие на дифференциальный ток.

Наиболее часто такие УЗО применяются в двухполюсном и четырехполюсном исполнении. Наиболее распространенное обозначение указанных устройств УЗО-Д.

Рассмотрим состав и принцип действия УЗО-Д на примере двухполюсного устройства функционально независимого от напряжения питающей сети.

В состав УЗО-Д входят (рис. 38): дифференциальный (суммирующий) трансформатор тока 1, содержащий две первичные обмотки, образованные проходящими через сердечник трансформатора фазным и нулевым проводниками, и вторичную обмотку 2; расцепитель 3 на основе магнитоэлектрического реле, воздействующий на исполнительный механизм, приводящий в действие пружинный привод 4 контактной группы 5 коммутационного аппарата Q₃, размыкающей цепь питания электроустановки А; контрольная кнопка 6 (Q₂) для проверки работоспособности УЗО, при ее включении искусственно создаются токи утечки.

ЭУ с нагрузкой R_Н подключена к трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью, система заземления TN-С.

Рис. 38. Состав элементов и принцип действия УЗО-Д

Рассмотрим принцип действия УЗО-Д. На рис38 приведена схема сети и двухполюсного УЗО. В качестве датчика в приведенном устройстве используется дифференциальный (суммирующий) трансформатор тока 1, у которого две первичные обмотки w ₁и w ₂ и одна вторичная w ₀.

Электроустановка потребителя электрической энергии 2 представлена сопротивлением нагрузки R_Н ; электромагнитный расцепитель 3, исполнительное устройство 4, отключающее коммутационный аппарат 5 (Q) дополняют состав УЗО.

Человек, прикоснувшийся к токоведущему проводнику, находится на изолированном полу (R_x ³ 0) и протекающий через него ток I_Ч будет достаточно небольшим (до 30 - 50 мА).

Рассмотрим принцип работы УЗО-Д (рис. 39).

В нормальном режиме работы исправной электроустановки при протекании рабочего тока нагрузки векторы токов в фазном ( прямом ) I₁ и нулевом I₂(обратном) проводниках, а значит и в обмотках трансформатора тока w ₁и w ₂ , направлены встречно и равны между собой

|I₁| = |I₂| или I₁ + I₂ = 0,

а ток утечки, т.е. дифференциальный (разностный) ток отсутствует.

Рис. 39. Принципиальная схема функционально независимого от напряжения сети

двухполюсного УЗО-Д, поясняющая его работу

Намагничивающее действие магнитодвижущих сил I₁w ₁ и I₂w ₂ при протекании по обмоткам w ₁и w ₂ равных, но противоположно направленных токов I₁и I₂ взаимно компенсируются, т.е.

I₁w ₁ = I₂w ₂.

При этом компенсируются и магнитные потоки Ф₁ и Ф₂в сердечнике дифференциального трансформатора тока, пропорциональные магнитодвижущим силам

Ф₁= I₁w ₁, Ф₂ = I₂w ₂.

При этом справедливо равенство

Ф₁ = Ф₂,

Следовательно, дифференциальный ток (ток небаланса) I₀ в обмотке w ₀ отсутствует и УЗО не срабатывает.

При прикосновении человека к открытым токоведущим частям или пробое изоляции фазного провода на корпус электроприемника или на землю (аварийный режим) появляется ток утечки. Когда ток через тело человека I_Ч достигает значений больших предельно допустимых значений токов или тока уставки УЗО или напряжений прикосновения U_ПР в нормальном и аварийном режимах ЭУ, нарушается баланс токов, протекающих по фазному и нулевому проводам, а значит и по обмоткам w ₁и w ₂ УЗО, т.е.

I₁ ¹ I₂.

Это приводит к нарушению равновесия в сердечнике трансформатора тока и появлению в нем магнитного поля и магнитного потока DФ

DФ = |Ф₁ - Ф₂|,

которое наводит во вторичной обмотке трансформатора тока э.д.с., равную напряжению

.

В результате в обмотке расцепителя 3 появляется ток I₀, вызывающий его срабатывание

,

где r₀и x₀ - активное и индуктивное сопротивление проводников соединительных проводов и вторичной обмотки w ₀трансформатора тока.

Поврежденный участок электрической цепи или человек, прикоснувшийся к токоведущим частям, быстро отключаются от сети коммутационным аппаратом Q (5).

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения U_ПР и токов через тело человека в нормальном режиме работы ЭУ составляют: U_ПР = 2,0 В, I_Ч = 0,3 мА для сетей напряжением до 1000 В частотой f = 50 Гц и продолжительностью воздействия тока на человека не более 10 минут в сутки.

Сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом при напряжении U_ПР = 50 В и выше, а при U_ПР = 36 В сопротивление тела человека R_Ч = 6000 Ом.

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов через тело человека при аварийном режиме электроустановок переменного тока частотой f = 50 Гц напряжением до 1000 В в зависимости от продолжительности воздействия в секундах приведены в табл. 10.

УЗО выполняет также роль защиты сети от пожара при появлении тока утечки вследствие замыкания фазного провода на землю. Механизм работы УЗО в этом случае аналогичен представленному ранее.

При возникновении пожара в сети из-за коротких замыканий, для отключения поврежденной части сети или ЭУ последовательно с УЗО устанавливается защита от сверхтоков (предохранители, автоматические выключатели).

Таблица 10

Предельно допустимые значения U_ПР и I_Ч в ЭУ до 1000 В в зависимости

от продолжительности воздействия