Устройства защитного отключения

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций" Котласский филиал

Специальность:140604.65 "Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов"

РЕФЕРАТ

Устройства защитного отключения

г. Котлас

2010

Содержание

Введение

1. Система электробезопасности

1.1 Общие положения

1.2 Критерии электробезопасности

1.3 Основные принципы защиты от электропоражения

2. УЗО - эффективное противопожарное и электрозащитное средство

2.1 Общие положения

2.2 Принцип действия УЗО

2.3 Типы УЗО

3. Технические параметры устройств защитного отключения. Нормируемые параметры УЗО.

4. Анализ электрической схемы электроустановки

4.1. Место установки и назначение УЗО

4.2 Применение УЗО в системе заземления tn

4.3 Подключение защитных проводников ре. Уравнивание потенциалов

4.4 Схемы подключения УЗО в электроустановках зданий

5. Выбор типа и параметров УЗО

5.1 Общие положения

5.2 Номинальное напряжение u_n

5.3 Номинальный ток нагрузки i_n

5.4 Номинальный отключающий дифференциальный ток i_Dn (уставка)

5.5 Номинальный неотключающий дифференциальный ток i_Dn0

5.6 Номинальное время отключения t_n

6. Анализ причин срабатывания УЗО и алгоритм поиска неисправностей в электроустановке

Используемая литература

Введение

Устройства защитного отключения -УЗО применяются для комплектации вводно-распределительных устройств (ВРУ), распределительных щитов (РЩ), групповых щитков (квартирных и этажных), устанавливаемых в общественных зданиях - детских дошкольных учреждениях, школах, профессионально-технических, средних, специальных и высших учебных заведениях, гостиницах, санаториях, мотелях, библиотеках, крытых спортивных и физкультурно-оздоровительных учреждениях, бассейнах, саунах, театрах, клубах, кинотеатрах, магазинах, предприятиях общественного питания, предприятиях бытового обслуживания, торговых павильонах, киосках и т.п., жилых зданиях - индивидуальных и многоквартирных, дачах, садовых домиках, общежитиях, бытовых помещениях и т.п., в административных зданиях, производственных помещениях - цехах, мастерских, АЗС, автомойках, ангарах, гаражах, складских помещениях и т.п., а также для защиты отдельных потребителей электроэнергии.

Применение УЗО целесообразно и оправдано по социальным и экономическим причинам в электроустановках всех возможных видов и самого различного назначения. Затраты на установку УЗО несоизмеримо меньше возможного ущерба - гибели и травм людей от поражения электрическим током, возгораний, пожаров и их последствий, произошедших из-за неисправностей электропроводки и электрооборудования. Если учесть, что стоимость одного УЗО не превышает стоимости простого бытового электроприбора, а возможный ущерб исчисляется огромными суммами, то становится совершенно очевидной и не требующей дополнительных доказательств необходимость скорейшего и самого широкого внедрения УЗО нового поколения во всех электроустановках.

Исключение составляют электроустановки, не допускающие по технологическим причинам перерыва в электроснабжении. В таких установках для защиты людей от поражения электрическим током должны применяться другие электрозащитные меры.

1. Система электробезопасности

1.1 Общие положения

Все более широкое использование электроэнергии во всех областях деятельности человека, неуклонный рост энерговооруженности труда, резкое увеличение количества электроприборов в быту и на производстве, естественным образом повлекли за собой повышение опасности поражения человека электрическим током. Электрический ток не имеет каких-либо физических признаков или свойств, по которым человек мог бы его ощущать органами чувств, что усугубляет его опасность для человека. Электротравматизм составляет значительную долю в общем числе несчастных случаев. Специалистам-электрикам и рядовым пользователям известно большое количество случаев гибели или тяжелого поражения людей от удара электрическим током или возгораний и пожаров, вызванных неисправностями электрооборудования и электропроводок.

1.2 Критерии электробезопасности

В 1950-х годах было однозначно установлено, что при воздействии электрического тока на человека, наиболее уязвимым органом является его сердце. Фибрилляция (беспорядочные сокращения мышц) сердца может возникать даже при малых значениях тока. Отпали версии об асфиксии, параличе мышц, поражении мозга как причинах летального исхода при электропоражении. Также было установлено, что результат воздействия электрического тока на организм человека зависит не только от значения тока, но и от продолжительности его протекания, пути тока через тело человека, а также, в меньшей степени от частоты тока, формы кривой, коэффициента пульсаций и других факторов. Электрическое сопротивление тела человека зависит от влажности кожи, размера поверхности контакта, пути протекания тока по телу, индивидуальных особенностей организма и других факторов. Известно, что сопротивление внутренних органов человека не превышает 500-600 Ом. Сопротивление кожи во влажном состоянии крайне мало - 10-20 Ом. При определении условий электробезопасности в электроустановке за расчетное принято сопротивление тела человека 800-1000 Ом. По причине неопределенности реального значения сопротивления тела человека для расчетной оценки опасности электропоражения в электроустановке принято использовать в качестве критерия опасности ток через тело человека, а не напряжение, приложенное к нему.

В ГОСТ 12.1.038-82 (с изменениями от 01.07.88) "Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов" определены предельно допустимые значения переменного тока частотой 50 Гц через тело человека в производственных (табл. 1) и бытовых (табл. 2) электроустановках в зависимости от времени воздействия.

Таблица 1

t, с	0,01-0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	св. 1,0
I, мА	650	400	190	160	140	125	105	90	75	65	50	6

Таблица 2

t, с	0,01-0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	св. 1,0
I, мА	220	200	100	70	55	50	40	35	30	27	25	2

1.3 Основные принципы защиты от электропоражения

устройство защитное отключение электробезопасность

Все существующие защитные меры по принципу их выполнения можно разделить на три основные группы:

§ Обеспечение недоступности для человека токоведущих частей электрооборудования.

§ Снижение возможного значения тока через тело человека до безопасного значения.

§ Ограничение времени воздействия электрического тока на организм человека.

Современная система электробезопасности должна обеспечивать защиту человека от поражения в двух наиболее вероятных и опасных случаях:

§ при прямом прикосновении к токоведущим частям электрооборудования;

§ при косвенном прикосновении.

Под косвенным прикосновением понимается прикосновение человека к открытым проводящим частям оборудования, на которых в нормальном режиме (исправном состоянии) электроустановки отсутствует электрический потенциал, но при каких-либо неисправностях, вызвавших нарушение изоляции или ее пробой на корпус, на этих частях возможно появление опасного для жизни человека потенциала.

Система электробезопасности включает в себя ряд организационных и технических мероприятий. Согласно ГОСТ Р 50571.3-93 п. 412 для защиты от прямого прикосновения служат мероприятия, предотвращающие прикосновение к токоведущим частям: изоляция токоведущих частей, применение ограждений и оболочек, установка барьеров, размещение вне зоны досягаемости. Дополнительная защита от электропоражения при прямом прикосновении достигается путем применения устройств защитного отключения. Устройство защитного отключения является превентивным электрозащитным мероприятием и в сочетании с современными системами заземления (TN-S, TN-C-S) обеспечивает высокий уровень электробезопасности при эксплуатации электроустановок. Защита от поражения при косвенном прикосновении обеспечивается следующими мероприятиями:

§ применением УЗО;

§ применением нулевых защитных проводников в электроустановках зданий с системой заземления TN или защитных проводников в электроустановках зданий с системой заземления TT в комплексе с устройствами защиты от сверхтока - предохранителями, автоматическими выключателями.

2. УЗО - эффективное противопожарное и электрозащитное средство

2.1 Общие положения

Устройства защитного отключения, реагирующие на дифференциальный ток, наряду с устройствами защиты от сверхтока, относятся к дополнительным видам защиты человека от поражения при косвенном прикосновении, обеспечиваемой путем автоматического отключения питания. Защита от сверхтока (при применении защитного зануления) обеспечивает защиту человека при косвенном прикосновении - путем отключения автоматическими выключателями или предохранителями поврежденного участка цепи при коротком замыкании на корпус. При малых токах замыкания, снижении уровня изоляции, а также при обрыве нулевого защитного проводника зануление недостаточно эффективно, поэтому в этих случаях УЗО является единственным средством защиты человека от электропоражения. 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 (рис. 1). Из всех известных электрозащитных средств УЗО является единственным, обеспечивающим защиту человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении к одной из токоведущих частей.

Другим, не менее важным свойством УЗО является его способность осуществлять защиту от возгораний и пожаров, возникающих на объектах вследствие возможных повреждений изоляции, неисправностей электропроводки и электрооборудования. По данным ВНИИПО МВД РФ более трети всех пожаров происходят по причине возгорания электропроводки в результате нагрева проводников по всей длине, искрения, горения электрической дуги на каком-либо элементе, вызванных токами короткого замыкания. Короткие замыкания, как правило, развиваются из дефектов изоляции, замыканий на землю, утечек тока на землю. УЗО, реагируя на ток утечки на землю или защитный проводник, заблаговременно, до развития в короткое замыкание, отключает электроустановку от источника питания, предотвращая тем самым недопустимый нагрев проводников, искрение, возникновение дуги и возможное последующее возгорание. В отдельных случаях энергии, выделяемой в месте повреждения изоляции при протекании токов утечки, достаточно для возникновения очага возгорания и, как следствие, пожара. Локальное возгорание изоляции может быть вызвано довольно незначительной мощностью, выделяемой в месте утечки. В зависимости от материала и срока службы изоляции эта мощность составляет всего 40-60 Вт. Это означает, что своевременное срабатывание УЗО противопожарного назначения с уставкой 300 мА предупредит выделение указанной мощности, и, следовательно, не допустит возгорания. УЗО является обязательным элементом любого распределительного щита, этими устройствами оборудованы в обязательном порядке все передвижные объекты (жилые домики-прицепы на кемпинговых площадках, торговые фургоны, фургоны общественного питания, малые временные электроустановки наружной установки, например, устраиваемые на площадях на время праздничных гуляний), ангары, гаражи.

УЗО встраивают в розеточные блоки или вилки, через которые подключаются электроинструмент или бытовые электроприборы, эксплуатируемые в особоопасных - влажных, пыльных, с проводящими полами и т.п. помещениях.

2.2 Принцип действия УЗО

Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока 1. В абсолютном большинстве УЗО, производимых и эксплуатируемых в настоящее время во всем мире, в качестве датчика дифференциального тока используется именно трансформатор тока. В литературе по вопросам конструирования и применения УЗО этот трансформатор иногда называют трансформатором тока нулевой последовательности - ТТНП, хотя понятие "нулевая последовательность" применимо только к трехфазным цепям и используется при расчетах несимметричных режимов многофазных цепей. Пусковой орган (пороговый элемент) 2 выполняется, как правило, на чувствительных магнитоэлектрических реле прямого действия или электронных компонентах. Исполнительный механизм 3 включает в себя силовую контактную группу с механизмом привода. В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока - тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока 1 протекает рабочий ток нагрузки. Проводники, проходящие сквозь окно магнитопровода, образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока. Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке, как I₁, а от нагрузки как I₂, то можно записать равенство: I₁ = I₂. Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф₁ и Ф₂. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю. Пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя. При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I₁ протекает дополнительный ток - ток утечки (I_?), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным). Неравенство токов в первичных обмотках (I₁ + I_? в фазном проводнике) и (I₂, равный I₁, в нейтральном проводнике) вызывает неравенство магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока. Если этот ток превышает значение уставки 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 "Тест" искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно.

2.3 Типы УЗО

По условиям функционирования 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.

Принципиальное значение при рассмотрении конструкции УЗО имеет разделение устройств по способу технической реализации на следующие два типа: УЗО, функционально не зависящие от напряжения питания (электромеханические). Источником энергии, необходимой для функционирования - выполнения защитных функций, включая операцию отключения, является для устройства сам сигнал - дифференциальный ток, на который оно реагирует; УЗО, функционально зависящие от напряжения питания (электронные). Их механизм для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от внешнего источника. Применение устройств, функционально зависящих от напряжения питания, более ограничено в силу их меньшей надежности, подверженности воздействию внешних факторов и др. Однако основной причиной меньшего распространения таких устройств является их неработоспособность при часто встречающейся и наиболее опасной по условиям вероятности электропоражения неисправности электроустановки, а именно - при обрыве нулевого проводника в цепи до УЗО по направлению к источнику питания. В этом случае "электронное" УЗО, не имея питания, не функционирует, а на электроустановку по фазному проводнику выносится опасный для жизни человека потенциал. Стандарт МЭК 364-5-53 "Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Коммутационная аппаратура и аппаратура управления" определяет следующие требования к УЗО, функционально зависящим от напряжения питания:

§ 531.2.2. Выбор устройств (УЗО) с учетом их функциональной зависимости от напряжения питания.

§ 531.2.2.1. Устройства защиты (УЗО), управляемые остаточным током, могут иметь или не иметь вспомогательный источник питания, принимая во внимание требования пункта 531.2.2.2.

§ 531.2.2.2. Применение устройств защиты, управляемых остаточным током, со вспомогательным источником питания, не отключающего автоматически защищаемую цепь в случае отказа вспомогательного источника, разрешается только при выполнении одного из двух условий:

§ защита от непрямого контакта по п. 413.1 обеспечивается даже в случае отказа вспомогательного источника;

§ устройства монтируются в установках, управляемых, испытываемых и проверяемых обученным (ВА4) или высококвалифицированным (ВА5) персоналом.

В конструкции "электронных" УЗО, производимых в США, Японии, Южной Корее и в некоторых европейских странах (рис. 3.3), как правило, заложена функция отключения от сети защищаемой электроустановки при исчезновении напряжения питания. Эта функция конструктивно реализуется с помощью электромагнитного реле, работающего в режиме самоудерживания. Силовые контакты реле находятся во включенном положении только при протекании тока по его обмотке (аналогично магнитному пускателю). При исчезновении напряжения на вводных зажимах устройства якорь реле отпадает, при этом силовые контакты размыкаются, защищаемая электроустановка обесточивается. Подобная конструкция УЗО обеспечивает гарантированную защиту от поражения человека в электроустановке и в случае обрыва нулевого проводника. В США применяются в основном УЗО, встроенные в розеточные блоки. На одном объекте, например, небольшой квартире устанавливается по 10-15 устройств. Розетки, не оборудованные УЗО, обязательно запитываются шлейфом от розеточных блоков с УЗО. К сожалению, в нашей стране, в отличие от общепринятой в мировой практике концепции, целым рядом предприятий производятся электронные УЗО на базе типового автоматического выключателя. Эти устройства функционируют следующим образом. При возникновении дифференциального тока с модуля защитного отключения, содержащего дифференциальный трансформатор и электронный усилитель, на скомпонованный с модулем автоматический выключатель подается либо электрический сигнал (на модифицированную катушку токовой отсечки), либо с якоря промежуточного реле через поводок осуществляется механическое воздействие на механизм свободного расцепления выключателя. В результате автоматический выключатель срабатывает и отключает защищаемую цепь от сети. При отсутствии напряжения на входных зажимах такого устройства (например, при обрыве нулевого проводника до УЗО), во-первых, из-за отсутствия питания не функционирует электронный усилитель, во-вторых, отсутствует энергия, необходимая для срабатывания автоматического выключателя. Таким образом, в случае обрыва нулевого проводника в питающей сети устройство неработоспособно и не защищает контролируемую цепь. При этом в данном аварийном режиме (при обрыве нулевого проводника) опасность поражения человека электрическим током усугубляется, так как по фазному проводнику через неразомкнутые контакты автоматического выключателя в электроустановку выносится потенциал. Пользователь, полагая, что в сети напряжения нет, теряет обычную бдительность по отношению к электрическому напряжению и часто предпринимает попытки устранить неисправность и восстановить электропитание - открывает электрический щит, проверяет контакты, - подвергая тем самым свою жизнь смертельной опасности.

Практически все фирмы-производители УЗО имеют в своей производственной программе УЗО со встроенной защитой от сверхтоков. Как правило, их доля в общем объеме выпускаемых устройств защитного отключения не превышает одного-двух процентов. Это объясняется довольно ограниченной областью их применения - незначительная, неизменяемая нагрузка, автономный электроприемник и т.п. Показательным примером является освещение рекламных щитов, установленных на уличных павильонах остановок общественного транспорта, где питание двух-трех люминесцентных ламп осуществляется через комбинированное УЗО с номинальным рабочим током 6 А и номинальным отключающим дифференциальным током 30 мА. Конструктивной особенностью УЗО со встроенной защитой от сверхтоков является то, что механизм размыкания силовых контактов запускается при воздействии на него любого из трех элементов - катушки с сердечником токовой отсечки, реагирующей на ток короткого замыкания, биметаллической пластины, реагирующей на токи перегрузки и магнитоэлектрического расцепителя, реагирующего на дифференциальный ток. Применение УЗО со встроенной защитой от сверхтоков, целесообразно лишь в обоснованных случаях, например, для одиночных потребителей электроэнергии.

3. Технические параметры устройств защитного отключения. Нормируемые параметры УЗО

Согласно ГОСТ Р 50807-95 нормируются следующие параметры УЗО:

§ Номинальное напряжение (U_n) - действующее значение напряжения, при котором обеспечивается работоспособность УЗО.

U_n = 220, 380 В.

§ Номинальный ток нагрузки (I_n) - значение тока, которое УЗО может пропускать в продолжительном режиме работы.

I_n = 6; 16; 25; 40; 63; 80; 100; 125 А.

§ Номинальный отключающий дифференциальный ток (I_Dn) - значение дифференциального тока, которое вызывает отключение УЗО при заданных условиях эксплуатации.

I_Dn = 0,006; 0,01; 0,03; 0,1; 0,3; 0,5 А.

§ Номинальный неотключающий дифференциальный ток (I_Dn0) - значение дифференциального тока, которое не вызывает отключение УЗО при заданных условиях эксплуатации.

I_Dn0 = 0,5 I_Dn.

§ Предельное значение неотключающего сверхтока (I_nm) - минимальное значение неотключающего сверхтока при симметричной нагрузке двух и четырехполюсных УЗО или несимметричной нагрузке четырехполюсных УЗО.

I_nm = 6 I_n.

§ Сверхток - любой ток, который превышает номинальный ток нагрузки.

§ Номинальная включающая и отключающая способность (коммутационная способность) (I_m) - действующее значение ожидаемого тока, который УЗО способно включить, пропускать в течение своего времени размыкания и отключить при заданных условиях эксплуатации без нарушения его работоспособности.

Минимальное значение I_m = 10 I_n или 500 А (выбирается большее значение).

§ Номинальная включающая и отключающая способность по дифференциальному току (I_?m) - действующее значение ожидаемого дифференциального тока, которое УЗО способно включить, пропускать в течение своего времени размыкания и отключить при заданных условиях эксплуатации без нарушения его работоспособности.

Минимальное значение I_?m = 10 I_n или 500 А (выбирается большее значение).

§ Номинальный условный ток короткого замыкания (I_nc) - действующее значение ожидаемого тока, которое способно выдержать УЗО, защищаемое устройством защиты от коротких замыканий, при заданных условиях эксплуатации, без необратимых изменений, нарушающих его работоспособность.

I_nc = 3000; 4500; 6000; 10 000 А.

§ Номинальный условный дифференциальный ток короткого замыкания (I_?c) - действующее значение ожидаемого дифференциального тока, которое способно выдержать УЗО, защищаемое устройством защиты от коротких замыканий при заданных условиях эксплуатации без необратимых изменений, нарушающих его работоспособность.

I_Dc = 3000; 4500; 6000; 10 000 А.

Номинальное время отключения T_n - промежуток времени между моментом внезапного возникновения отключающего дифференциального тока и моментом гашения дуги на всех полюсах. Стандартные значения максимально допустимого времени отключения УЗО типа АС при любом номинальном токе нагрузки и заданных нормами значениях дифференциального тока не должны превышать приведенных в табл. 3.

Таблица 3.

Время отключения Tn, с
I?n	2 I?n	5 I?n	500 А
0,3	0,15	0,04	0,04

4. Анализ электрической схемы электроустановки

4.1 Место установки и назначение УЗО

Установка УЗО должна предусматриваться во ВРУ, расположенных в помещениях без повышенной опасности поражения током, в местах, доступных для обслуживания. Выбор места установки УЗО в групповых цепях электроустановки зданий должен выполняться с учетом включения в зону действия УЗО прежде всего участков электрической групповой цепи с наибольшей вероятностью электропоражения людей при прикосновении к токоведущим или открытым проводящим частям электрооборудования, которые могут вследствие повреждения изоляции оказаться под напряжением (розеточные группы, ванные, душевые комнаты, стиральные машины, помещения с повышенной опасностью поражения током и т.п.). УЗО, предназначенные для осуществления противопожарной защиты, должны устанавливаться на главном вводе объекта. В многоквартирных жилых домах УЗО рекомендуется устанавливать в групповых, в том числе квартирных щитках, допускается их установка в этажных распределительных щитках, в индивидуальных домах - во ВРУ и этажных распредщитках. В схемах электроснабжения радиального типа со значительным количеством отходящих групп рекомендуется установка общего на вводе и отдельного УЗО на каждую группу (потребитель) при условии соответствующего выбора параметров УЗО, обеспечивающих селективность их действия. При выборе места установки УЗО в здании следует учитывать: способ монтажа электропроводки, материал строений, назначение УЗО, условия эксплуатации по электробезопасности, параметры УЗО, класс помещений, схемы подключения электроприборов и т.п.

4.2 Применение узо в системе заземления tn

До настоящего времени бoльшая часть электроустановок в нашей стране работает с системой заземления подобной TN-C. Необходимо подробнее рассмотреть функционирование УЗО в таких электроустановках. В такой электроустановке, при пробое изоляции на корпус электроприемника в случае, если этот корпус не заземлен (например, холодильник или стиральная машина на изолирующем основании), УЗО, включенное в цепь питания электроприемника, не сработает, поскольку нет цепи протекания тока утечки - отсутствует разностный (дифференциальный) ток. При этом на корпусе электроприемника окажется опасный потенциал относительно земли. В этом случае при прикосновении человека к корпусу электроприемника и протекании через его тело тока на землю, превышающего номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО (ток уставки) - I_Dn, УЗО среагирует и отключит электроустановку от сети, в результате жизнь человека будет спасена. Это означает, что в рассмотренном случае с момента нарушения изоляции и возникновения на корпусе электроприемника электрического потенциала до момента отключения дефектной цепи от сети существует период потенциальной опасности поражения. Из вышеизложенного следует, что и в электроустановках с системой заземления TN-C применение УЗО также оправдано, поскольку это устройство и в таких электроустановках обеспечивает эффективную защиту от электропоражения. Электроустановки с системами заземления TN-S, TN-C-S, ТТ в данном аспекте обладают значительным преимуществом: в аналогичной ситуации - при пробое изоляции на корпус, УЗО мгновенно отключит электропитание, поскольку все корпуса имеют надежное соединение с защитным проводником.

4.3 Подключение защитных проводников ре. Уравнивание потенциалов

Следует особо пояснить правила подключения защитного проводника РЕ. Совмещенный нулевой и рабочий проводник PEN разделяется на нулевой защитный РЕ и нулевой рабочий N проводники во вводном устройстве (рис. 5.). Выполнение системы заземления TN-C-S В ПУЭ (7-е изд. п. 7.1.36) указывается "...Нулевой рабочий и нулевой защитный проводники не допускается подключать под общий контактный зажим". Смысл этого требования заключается, в необходимости в целях обеспечения условий электробезопасности сохранения соединения защитного проводника с заземлением в случае разрушения (выгорания) контактного зажима.

4.4 Схемы подключения УЗО в электроустановках зданий

Необходимым условием нормального функционирования УЗО в электроустановке здания является отсутствие в зоне действия УЗО любых соединений нулевого рабочего проводника N с заземленными элементами электроустановки и нулевым защитным проводником РЕ. В распределительных щитах электроустановок с системой заземления TN-C-S в точках разделения PEN-проводника необходимо предусмотреть раздельные зажимы или шины нулевого рабочего N и нулевого защитного РЕ проводников.

Поскольку повреждение и старение изоляции возможны и в фазных, и в нулевом рабочем проводниках, а УЗО реагирует на утечку на землю с любого из них, в схемах TN-C-S на отходящих линиях следует устанавливать двух- и четырехполюсные автоматические выключатели.

Только в этом случае возможно методом поочередного включения линий найти неисправную цепь, в том числе и цепь с утечкой с нулевого проводника без демонтажа вводно-распределительного устройства, а также возможно отключить неисправную цепь для обеспечения работы остальной части электроустановки.

5. Выбор типа и параметров УЗО

5.1 Общие положения

Перед проектировщиками и потребителями обычно стоит проблема - какое из имеющихся на рынке УЗО следует применить в данной электроустановке. Задача весьма непростая. В настоящее время появилось большое количество разнообразных устройств разных производителей. Как правильно оценить достоинства и недостатки того или иного устройства? Как техническое устройство УЗО можно охарактеризовать как коммутационный аппарат, работающий в режиме ожидания. У этого устройства нет внешних признаков, таких, как скорость, ускорение или яркость, по которым можно было бы визуально или с помощью доступных приборов определить качественно его параметры. В принципе все устройства работают одинаково - УЗО устанавливается в цепи рабочего тока и при возникновении недопустимого тока утечки размыкает силовую цепь. Достоверно оценить быстродействие устройства, его коммутационную способность, срок службы и тому подобное возможно только в специализированных сертификационных центрах.

Потребитель вынужден довольствоваться информацией, предоставляемой производителем устройств, и, конечно, доверять сертификатам - соответствия и сертификату пожарной безопасности на устройства, без которых применение УЗО, согласно требованиям норм, недопустимо. При выборе УЗО следует руководствоваться следующими наиболее важными характеристиками этих устройств, определяющими их качество и работоспособность. Рабочие параметры - номинальное напряжение, номинальный ток нагрузки, номинальный отключающий дифференциальный ток (уставка по току утечки) выбираются на основе технических параметров проектируемой электроустановки. Их выбор обычно не представляет большой сложности. Качество, а следовательно, надежность работы УЗО определяется параметрами, смысл которых далеко не так очевиден. Это, прежде всего относится к коммутационной способности I_m и условному расчетному току короткого замыкания I_nc.

Далее эти показатели будут рассмотрены подробно. К сожалению, далеко не все производители УЗО приводят в документации на устройства сведения об этих параметрах. И точно так же, далеко не все устройства, представленные на нашем рынке, отвечают требованиям нормативов. Коммутационная способность УЗО - I_m, согласно требованиям норм, должна быть не менее десятикратного значения номинального тока или 500 А (берется большее значение). Качественные устройства имеют, как правило, гораздо более высокую коммутационную способность - 1000, 1500 А. Это значит, что такие устройства надежнее, и в аварийных режимах, например, при коротком замыкании на землю, УЗО, опережая автоматический выключатель, гарантированно произведет отключение.

5.2 Номинальное напряжение U_n

Номинальное напряжение U_n = 380 В для четырехполюсных и U_n = 220 В для двухполюсных УЗО. Допустимо применение четырехполюсных УЗО в режиме двухполюсных, т.е. в однофазной сети, при условии, что изготовитель обеспечивает нормальное функционирование тестовой цепи при этом напряжении. Нормами установлен также диапазон напряжений, в котором УЗО должно сохранять работоспособность. Это имеет принципиальное значение для УЗО, функционально зависимых от напряжения питания. Функционально независимые от напряжения питания (электромеханические) устройства сохраняют работоспособность при любых значениях напряжения и даже при отсутствии напряжения, например, при обрыве нулевого проводника.

5.3 Номинальный ток нагрузки I_n

Номинальный ток нагрузки I_n выбирается из ряда: 6, (10), 16, 25, 40, 63, 80, 100, 125 А. Для УЗО значение этого тока определяется, как правило, сечением проводников в самом устройстве и конструкцией силовых контактов. Поскольку УЗО должно быть защищено последовательным защитным устройством (ПЗУ), номинальный ток нагрузки УЗО должен быть скоординирован с номинальным током ПЗУ. Номинальный ток нагрузки УЗО должен быть равен или на ступень выше номинального тока последовательного защитного устройства.

В зарубежных нормативных документах имеется требование повышения на ступень номинального тока нагрузки УЗО относительно номинального тока последовательного защитного устройства. Это означает, что, например, в цепь, защищаемую автоматическим выключателем с номинальным током 25 А, должно быть установлено УЗО с номинальным током 40 А (табл. 4).

Таблица 4.

Устройство	Номинальный ток нагрузки
ПЗУ	10	16	25	40	63	80	100
УЗО	16	25	40	63	80	100	125

Целесообразность такого требования можно объяснить простым примером. Если УЗО и автоматический выключатель имеют равные номинальные токи, то при протекании тока, превышающего номинальный, например, на 45 %, т.е. тока перегрузки, этот ток будет отключен автоматическим выключателем за время до одного часа. Это означает, что этот период времени УЗО будет перегружено.

5.4 Номинальный отключающий дифференциальный ток I_Dn (уставка)

Номинальный отключающий дифференциальный ток I_Dn - ток уставки выбирается из следующего ряда: 6, 10, 30, 100, 300, 500 мА Уставку УЗО для каждого конкретного случая применения выбирают с учетом следующих факторов:

§ значения существующего в данной электроустановке суммарного (с учетом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников) тока утечки на землю - так называемого "фонового тока утечки";

§ значения допустимого тока через человека на основе критериев электробезопасности;

§ реального значения отключающего дифференциального тока УЗО, которое в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50807-94 находится в диапазоне 0,5 I_Dn - I_Dn.

Согласно требованиям ПУЭ (7-е изд., п. 7.1.83) номинальный дифференциальный отключающий ток УЗО должен быть не менее чем в три раза больше суммарного тока утечки защищаемой цепи электроустановки - I_D. I_Dn > = 3 I_D. Суммарный ток утечки электроустановки замеряется специальными приборами , либо определяется расчетным путем. При отсутствии фактических (замеренных) значений тока утечки в электроустановке ПУЭ (п. 7.1.83) предписывают принимать ток утечки электроприемников из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки цепи из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника. Рекомендуемые значения номинального отключающего дифференциального тока - I_Dn (уставки) УЗО для диапазона номинальных токов 16- 80 А приведены в табл. 5.

Таблица 5.

Номинальный ток нагрузки в зоне защиты	16	25	40	63	80
I?n при работе в зоне защиты одиночного потребителя, мА	10	30	30	30	100
I?n при работе в зоне защиты группы потребителей, мА	30	30	30(100)	100	300
I?n УЗО противопожарного назначения на ВРУ, мА	300	300	300	300	300

В некоторых случаях, для определенных потребителей значение уставки задается нормативными документами. В ГОСТ Р 50669-94 применительно к зданиям из металла или с металлическим каркасом задается значение уставки УЗО не выше 30 мА. Временные указания предписывают: для сантехнических кабин, ванных и душевых устанавливать УЗО с током срабатывания:

§ 10 мА, если на них выделена отдельная линия; в остальных случаях, (например, при использовании одной линии для сантехнической кабины, кухни и коридора) допускается использовать УЗО с уставкой 30 мА (п. 4.15);

§ в индивидуальных жилых домах для групповых цепей, питающих штепсельные розетки внутри дома, включая подвалы, встроенные и пристроенные гаражи, а также в групповых сетях, питающих ванные комнаты, душевые и сауны УЗО с уставкой 30 мА;

§ для устанавливаемых снаружи штепсельных розеток УЗО с уставкой 30 мА .

В ПУЭ (7-е изд. п. 7.1.84) рекомендуется для повышения уровня защиты от возгорания при замыканиях на заземленные части на вводе в квартиру, индивидуальный дом и тому подобное установка УЗО с током срабатывания до 300 мА.

5.5 Номинальный неотключающий дифференциальный ток I_Dn0.

Как ранее указывалось, номинальный неотключающий дифференциальный ток УЗО равен половине значения тока уставки: I_Dn0 = 0,5 I_?n. Это означает, что реальное значение дифференциального тока, при котором УЗО срабатывает, находится в диапазоне от половины до целого значения номинального отключающего тока. При этом каждое конкретное устройство имеет, как правило, определенное стабильное значение отключающего тока, находящееся в указанном диапазоне. Проектировщики и пользователи УЗО должны во избежание ложных отключений учитывать данное обстоятельство и сопоставлять реальное значение отключающего тока с "фоновым" током утечки в электроустановке.

5.6 Номинальное время отключения T_n.

Стандартами установлено предельно допустимое время отключения УЗО - 0,3 с. В действительности современные качественные УЗО имеют быстродействие порядка 20-30 мс. Это означает, что УЗО "быстрый" выключатель, поэтому на практике возможны ситуации, когда УЗО срабатывает раньше аппарата защиты и отключает как токи нагрузки, так и сверхтоки.

6. Анализ причин срабатывания УЗО и алгоритм поиска неисправностей в электроустановке

При срабатывании УЗО необходимо определить вид неисправности в электроустановке. Порядок действий обслуживающего электроустановку персонала в этом случае следующий.

Взвести УЗО. Если УЗО взводится, то это значит, что в электроустановке имела место утечка тока на землю, вызванная нестабильным или кратковременным нарушением изоляции. В этом случае необходимо провести общий контроль состояния изоляции. Проверить работоспособность УЗО нажатием кнопки "Тест".

Если УЗО взводится и мгновенно срабатывает, то это означает, что либо в электроустановке имеет место дефект изоляции какого-либо электроприемника, электропроводки, монтажных проводников электрощита, либо УЗО неисправно. В этом случае необходимо произвести следующие действия:

1. Отключить все автоматические выключатели групповых цепей, защищаемых УЗО. Если автоматические выключатели однополюсные или трехполюсные и не размыкают нулевые рабочие проводники, то с учетом того, что утечка тока возможна и с нулевого рабочего проводника, для обнаружения дефектной цепи возможно понадобится выполнить отсоединение всех нулевых рабочих проводников от сборной шины.

2. Взвести УЗО.

3. Если УЗО взводится, проверить работоспособность УЗО нажатием кнопки "Тест". Мгновенное отключение УЗО означает, что оно исправно, но в защищаемой цепи имеется утечка тока.

4. Последовательно включать автоматические выключатели.

5. Если УЗО срабатывает при включении определенного автоматического выключателя, то это означает, что в цепи данного выключателя имеется повреждение изоляции.

6. Отключить или отсоединить все электроприемники в цепи выключателя, при включении которого сработало УЗО.

7. Взвести УЗО.

8. Если УЗО взводится, то это означает, что неисправность изоляции в каком-то из электроприемников.

9. Последовательно включать каждый электроприемник данной цепи.

10. УЗО срабатывает при включении определенного электроприемника.

11. Отключить дефектный электроприемник.

12. Подключить все электроприемники (кроме дефектного), взвести УЗО, убедиться, что УЗО не срабатывает. Проверить работоспособность УЗО нажатием кнопки "Тест".

Примечания: По п. 8. Если УЗО не взводится при всех отключенных электроприемниках данной цепи, то это означает, что дефектна изоляция электропроводки. По п. 3. Если УЗО не взводится, то это означает, что имеет место неисправность изоляции монтажных проводников электрощита или неисправность УЗО.

Используемая литература

Рекомендации Научно-методического центра проблем электрозащитных устройств Московского энергетического института (технического университета) - НМЦ ПЭУ МЭИ.

Размещено на Allbest.ru