ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 02.05.2019
Просмотров: 326
Скачиваний: 1
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНОГЕННЫЕ ОПАСНОСТИ И ЗАЩИТА ОТ НИХ
Лекция № 9. Устройства защитного отключения
Учебные вопросы
1. Назначение и область применения.
2. Устройство и требования к защитному отключению.
Литература
1. РУКОВОДЯЩИЕ УКАЗАНИЯ по применению устройств защитного отключения (УЗО) при проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок зданий. – М.: ОАО «Технопарк-Центр», 1999. – 48 с.
2. Правила устройства электроустановок. Изд. 6-е, с изм., испр. и доп., принятыми Главгосэнергонадзором РФ. – М.: Главгосэнергонадзор, 2001. – 928 с.
3. ГОСТ Р 50571.3-94 (МЭК 364-4-41-92). Электроустановки зданий. Требования по обеспечению безопасности. Защита от поражения электрическим током.
4. ГОСТ Р 50571.16-98 (МЭК 364-5-53). Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Коммутационная аппаратура и аппаратура управления.
5. ГОСТ Р 50807-95 (МЭК 755-83). Устройства защитные, управляемые дифференциальным (остаточным) током.
Общие положения
Повсеместное распространение электроэнергии практически 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.
Современная система электробезопасности должна обеспечивать защиту человека от поражения в двух наиболее вероятных и наиболее опасных случаях: при прямом прикосновении к токоведущим частям электрооборудования и 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 по отношению к земле, но при каких-либо неисправностях, вызвавших нарушение изоляции или 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 50571.3-94 в качестве основной защиты от прямого прикосновения (п.412) служат мероприятия, предотвращающие прикосновение к токоведущим частям:
изоляция токоведущих частей;
применение ограждений и оболочек;
установка барьеров;
размещение вне зоны досягаемости.
Дополнительную защиту от электропоражения при прямом прикосновении обеспечивает применение устройств защитного отключения (УЗО).
Защита от поражения при косвенном прикосновении (п.413) обеспечивается следующими мероприятиями:
применением УЗО;
применением нулевых защитных проводников в электроустановках зданий с типом системы заземления TN или защитных проводников в электроустановках зданий с типом системы заземления ТТ в комплексе с устройствами защиты от сверхтока - плавких вставок, автоматических выключателей.
Таким образом, защита человека от поражения электрическим током может быть осуществлена следующими способами:
- применением средств, не допускающих протекание тока через тело человека;
- ограничением значения и продолжительности протекания тока, который мог бы протекать через тело человека.
Устройства защитного отключения, управляемые дифференциальным током, наряду с устройствами защиты от сверхтока, относятся к основным видам защиты от косвенного прикосновения, обеспечивающим автоматическое отключение питания.
Защита от сверхтока обеспечивает защиту от косвенного прикосновения путем отключения поврежденного участка цепи при глухом замыкании на корпус.
При малых токах замыкания, снижении уровня изоляции, а также при обрыве нулевого защитного проводника "электромеханическое" УЗО является единственным средством защиты.
1. Назначение и область применения
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.
Из всех известных электрозащитных средств УЗО является единственным, обеспечивающим защиту человека от поражения электрическим током в случае прямого прикосновения к токоведущим частям.
Другим, не менее важным свойством УЗО является его способность осуществлять защиту от возгораний и пожаров, возникающих на объектах вследствие неисправности электрооборудования. Известно, что более трети всех пожаров происходят именно из-за нагрева проводников 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, предупреждая тем самым недопустимый нагрев проводников и последующее возгорание.
Впервые УЗО было запатентовано германской фирмой RWE в 1928 году (германский патент DRP № 552 678 от 08.04.28). Тогда же с любезной помощью добровольца -сотрудника фирмы было проведено испытание УЗО с чувствительностью 0,01 А и быстродействием 0,1 сек. Эксперимент закончился благополучно, устройство сработало четко, доброволец испытал лишь слабый удар электрическим током, хотя и отказался от участия в дальнейших опытах. Все последующие годы, за исключением военных и первых послевоенных, во всем мире проводилась интенсивная работа по изучению действия электрического тока на организм человека, разработке электрозащитных средств и в первую очередь - совершенствованию и внедрению УЗО.
Начиная с середины семидесятых годов в нашей стране, активно велись научно-исследовательские, опытно-конструкторские, экспериментально-производственные работы по созданию и внедрению в широкую практику УЗО. Защищались многочисленные диссертации, публиковались статьи, выдавались авторские свидетельства, составлялись координационные планы работ на самом высоком государственном уровне, выпускались нормативные документы - ГОСТы, ВСН, ПУЭ и др., производились устройства - экспериментальные, опытными партиями, небольшими сериями.
Примерно в это же время, в мире - в первую очередь в странах Западной Европы, Японии, США началось активное внедрение этих устройств в широкую практику. В результате, в настоящее время десятки миллионов УЗО успешно, о чем свидетельствует официальная статистика, защищают жизнь и имущество граждан Франции, Германии, Австрии и Австралии от электропоражений и пожаров.
УЗО давно стало привычным и обязательным элементом любой электроустановки промышленного или социально-бытового назначения. Никого не удивляет УЗО, встроенное в розеточный блок или вилку, через которые подается питание на бытовые электроприборы, эксплуатируемые в особо опасных, влажных, пыльных, с проводящими полами и т.п. помещениях.
В настоящее время на каждого жителя указанных стран приходится в среднем по два УЗО и, тем не менее, десятки фирм на протяжении многих лет стабильно, в значительных количествах производят эти устройства самых различных модификаций, постоянно совершенствуя их технические параметры.
В соответствии с ПУЭ (п. 1.7.42) защитное отключение рекомендуется применять в качестве основной или дополнительной меры защиты, если безопасность не может быть обеспечена путем устройства заземления или зануления либо если устройство заземления или зануления вызывает трудности по условиям выполнения или по экономическим соображениям.
Защитное отключение должно осуществляться устройствами (аппаратами), удовлетворяющими в отношении надежности действия специальным техническим условиям.
Согласно рекомендациям [1] область применения УЗО распространяется на электроустановки:
жилых зданий;
производственных зданий;
торговых предприятий;
общественных зданий;
сельскохозяйственных строений;
жилых автофургонов и стоянок для них;
стройплощадок, зрелищных сооружений, ярмарок и других временных сооружений;
зданий из металла или с металлическим каркасом.
2. Устройство и требования к защитному отключению
Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.
Основные функциональные блоки УЗО представлены на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Структура УЗО (основные функциональные блоки)
Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока 1.
В абсолютном большинстве УЗО, применяемых в настоящее время, в качестве датчика дифференциального тока используется трансформатор тока.
В литературе по вопросам конструирования и применения УЗО этот трансформатор иногда называют трансформатором тока нулевой последовательности - TTHП, хотя понятие «нулевая последовательность» применимо только к трехфазным цепям для расчетов несимметричных режимов.
Пороговый элемент 2 выполняется, как правило, на чувствительных магнитоэлектрических реле или электронных компонентах.
Исполнительный механизм 3 включает в себя силовую контактную группу с механизмом привода.
В нормальном режиме, при протекании в силовой цепи рабочего тока нагрузки и отсутствии дифференциального (разностного) тока - тока утечки, токи в прямом и обратном проводниках, образующих встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока УЗО 1, равны по модулю (I1 = I2) и наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф1 и Ф2, в результате чего ток во вторичной обмотке трансформатора равен нулю и не вызывает срабатывания порогового элемента 2.
При возникновении дифференциального тока (I) - например, при пробое изоляции на корпус электроприемника или на землю, или прикосновении человека к открытым токопроводящим частям - баланс токов, а, следовательно, и магнитных потоков, нарушается и во вторичной обмотке появляется трансформированный дифференциальный ток (ток небаланса), который вызывает срабатывание порогового элемента 2, воздействующего на исполнительный механизм 3.
Исполнительный механизм воздействует на привод контактной группы и защищаемая цепь обесточивается.
Цепь тестирования, искусственно создающая дифференциальный ток 4, предназначена для осуществления периодического контроля исправности устройства в целом путем нажатия кнопки «ТЕСТ».
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 операции 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.
Область применения устройств, функционально зависящих от напряжения питания, более ограничена в силу их меньшей надежности, подверженности воздействию внешних факторов и др.
Однако наиболее важной причиной их меньшего распространения является их неработоспособность при наиболее часто встречающейся и наиболее опасной по условиям вероятности электропоражения неисправности электроустановки, а именно - при обрыве нулевого проводника.
В этом случае "электронное" УЗО, не имея питания, не действует, т.е. перестает функционировать, а на электроустановку по фазному проводнику выносится опасный для жизни человека потенциал.
В целях упорядочения нормативной базы по применению УЗО Главгосэнергонадзор выпустил циркулярное письмо № 42-6/34-ЭТ от 23.10.95, в котором были сформулированы основные принципы применения УЗО, в полной мере отвечающие соответствующим мировым стандартам:
"...на основе изучения отечественного и зарубежного опыта эксплуатации УЗО и по результатам проведенной экспертизы, применять для жилых, общественных и других зданий УЗО, не требующие источника питания (электромеханические)".
"Применение электронных устройств, для работы которых необходим источник питания, допускается только в качестве дополнительных (дублирующих) к основному».
Эти положения полностью соответствуют требованиям ГОСТ Р 50571.16-98 "Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Коммутационная аппаратура и аппаратура управления"[4].