Пристрої захисного вимкнення

Захист людей від уражень електричним струмом в побуті, торгівельних, лікувальних, адміністративних та інших приміщеннях, на будівельних майданчиках, сільськогосподарських об’єктах, в басейнах тощо, де можливий безпосередній чи посередній контакт людини і з струмопровідними частинами є найважливішою задачею, яку необхідно вирішувати під час проектування та експлуатації мереж низької напруги. Для цього використовують цілу низку заходів, пов’язаних з посиленням ізоляції, вирівнюванням потенціалів, покращенням якості пристроїв уземлення тощо.

Дуже ефективним заходом є застосування пристроїв захисного вимкнення (ПЗВ). Принцип дії ПЗВ базується на вимірюванні різниці струмів І₁ фазного L та І₂ нульового N проводів, значення якої в нормальному режимі близьке до нуля. Під час ушкодження ізоляції напруга фазного провідника попадає на корпус електроприймача. У разі доторкання людини до корпусу (рис. 4.12) через її тіло виникає шлях для проходження струму. Струм небалансу ΔІ (диференційний струм), що замикається через тіло людини, у цьому випадку значно зростає. Оскільки струми І₁ та І₂ відрізняються на величину ΔІ, то й утворені ними магнітні потоки відрізняються на ΔФ. Чим більше значення струму небалансу, тим більший некомпенсований потік ΔФ. Електрорушійна сила, що індукується у котушці трансформатора струму за певного значення ΔІ викликає спрацювання вимикального реле, яке приводить у дію механізм розчеплення контактної системи. Існує поняття номінального вимикального диференційного струму ПЗВ ΔІ_Н, який викликає його спрацювання, і значення номінального струму І_Н, який ПЗВ може пропустити у тривалому режимі роботи. На номінальний струм розраховані силові контакти пристрою. Робочий діапазон диференційних струмів повинен бути у межах ΔІ=(0,5 …1,0) ΔІ_Н .

Існують ПЗВ з чутливістю до різних форм диференційного струму: змінного; змінного і пульсуючого постійного; змінного і згладженого постійного. Пульсуючий постійний струм – це струм з хвилеподібними імпульсами тривалістю понад 150⁰ за період повторення імпульсів, які розділені між собою проміжками, на яких значення струму не перевищує 0,006 А. Згладжений постійний струм – постійний струм з незначними хвилеподібними пульсаціями, коефіцієнт пульсації якого не перевищує 10 %. Для забезпечення селективності захисту (порядку послідовного спрацювання ПЗВ від місця пошкодження до джерела живлення) існують ПЗВ з мінімально природною витримкою часу не вимикання, з підвищеною стійкістю до струму КЗ і середньою затримкою та селективні з великою затримкою часу не спрацювання. Затримка необхідна для уникнення хибних спрацювань від зовнішніх впливів (електромагнітних завад, комутаційних перенапруг тощо). ПЗВ з затримкою не спрацювання розташовують на лініях живлення груп приймачів; при цьому ПЗВ з великою затримкою – ближче до джерела живлення.

 

 

Рис. 4.12. Схема для пояснення принципу дії ПЗВ:

1 – котушка ПЗВ на магнітопроводі; 2 – електромагнітне реле; 3 – механізм розчеплення; 4 – контактна система; 5 – коло випробування; І₁ – струм робочого (фазного) провідника L; І₂ – струм нульового провідника N; ΔІ – струм витоку

 

Перші повідомлення про ПЗВ, керовані диференційним струмом, відносяться до 1928 р. Рівень розвитку технологій не дозволяв досягти тоді прийнятних значень струмів та часу спрацювання. Лише в сімдесяті роки ХХ століття вдалося розробити апарат із струмом спрацювання до 10 мА та

часом спрацювання 10 мс, який може надійно захистити людину навіть у випадку прямого дотику до струмопровідної частини електричного приймача. З цього часу почалось інтенсивне впровадження ПЗВ, чому сприяло розроблення та прийняття нормативних документів МЕК. Кількість встановлених ПЗВ в Європі на сьогодні оцінюється на рівні до одного мільярда, в результаті чого (разом з іншими заходами) досягнуто зменшення електротравматизму більше, ніж на порядок (з 30-40 смертельних випадків на 1 мільйон жителів на рік до 1 – 0,6).

Будова ПЗВ та способи їх приєднання до мережі показані на рис.4.13.

 

Рис 4.13. Конструкція, характеристики, принципова схема двополюсного та чотириполюсного вимикача навантаження з ПЗВ

 

ПЗВ випускають у двох модифікаціях: для фіксованого монтажу у розподільних щитах і мобільні (переносні) для індивідуальних приймачів, що вмикаються у розетку.

ПЗВ характеризують та вибирають за наступними параметрами:

- кількість полюсів (двополюсні для використання у однофазних мережах і чотириполюсні для використання у трифазних мережах);

- номінальна напруга U_н;

- номінальний робочий струм І_н;

- номінальний диференційний струм спрацювання І _н

- допустимий наскрізний струм І_доп.кз.

- час вимкнення (визначається типом ПЗВ) t_вим.

ПЗВ випускають на струми І _ном = 10, 30, 100, 300, та 500 мА без витримки часу, а також з витримкою часу – селективні.

Відомо, що для виникнення загорання (займання) у точці ушкодження ізоляції достатньо потужності, рівної 60 Вт. Для цього достатньо щоб значення струму у місці ушкодження дорівнювало 300мА у мережі напругою 220 В. Таке пошкодження у мережі може виявити і вимкнути тільки ПЗВ й тим самим запобігти виникненню пожежі.

Використання ПЗВ в мережах НН регламентоване новими Правилами влаштування електроустановок .