Зависимость времени отключения УЗО
От кратности дифференциального тока
| Время отключения | ||||
| 2
| 5
| 500А | |
| 0,3 | 0,15 | 0,04 | 0,04 | |
, с
УЗО используется как для однофазных электроприёмников (двухполюсные УЗО), так и для трёхфазных электроприёмников (четырёхполюсные УЗО) На рис. 12.3 показаны электрические схемы УЗО с условными обозначениями основных функциональных блоков УЗО.
а) б)
Рис. 12.3 Электрические схемы устройств защитного отключения
а – двухполюсное УЗО; б - четырёхполюсное УЗО; I-дифференциальный трансформатор тока; II-блок сравнения дифференциального тока с уставкой; III- блок отключения; Т – кнопка тестирования работоспособности УЗО; R –сопротивление в цепи тестирования
Принципиальные электрические схемы наносятся на лицевую панель УЗО.
Принцип действия УЗО в трёхфазных сетях
Принцип действия УЗО для трёхфазных электроприёмников точно такой же, как и для однофазных электроприёмников. Только в них тороидальный магнитопровод охватывает три фазных проводника, а при необходимости и нулевой рабочий проводник, например, в сетях с глухозаземлённой нейтралью. Для этого используются четырёхполюсные УЗО.
При этом УЗО любого типа включает в себя датчик входного сигнала,
пороговый элемент и исполнительный механизм, отключающий электроустановку. В настоящей работе исследуется эффективность УЗО, реагирующего на ток нулевой последовательности - векторную сумму фазных токов утечки на землю.
|
|
|
Примечание. При условии, что нагрузка соединена по схеме «звезда»или «треугольник» и не имеет электрической связи с землёй, векторная сумма рабочих токов (токов, текущих через нагрузку в нормальном режиме) всегда равна нулю.
УЗО этого типа могут применяться в сетях напряжением 127, 220, 380, 500, 660 В независимо от режима нейтрали, однако наиболее эффективно их использование в сетях глухозаземлённой нейтралью.
На рис 12.4 приведена схема сети с таким УЗО, где обозначено:
Э –электроустановка или электроприёмник;
U - фазное напряжение;
, 
, 
- проводимости фазных проводников сети относительно земли вне зоны защиты УЗО;
, 
, 
- проводимости фазных проводников сети относительно земли в зоне защиты УЗО.
Y о - проводимость нейтральной (нулевой) точки источника питания сети относительно земли;
- общая проводимость тела человека, обуви, пола;
, 
, 
- комплексные значения токов утечки вне зоны защиты;
, 
, 
- комплексные значения токов утечки в зоне, защиты;
- комплексное значение тока, протекающего через проводимость 
;
- комплексное значение тока, протекающего через человека, прикоснувшегося к фазе Iв зоне защиты УЗО.
|
|
|
Рис. 12.4. Схема для расчёта уставки
При этом:
; 
; 
;
; 
; 
;
; 
; 
;
где:
, 
, 
- активные сопротивления изоляции фазных проводников сети вне зоны защиты УЗО;
, 
, 
- ёмкости этих проводников относительно земли;
, 
, 
- активные сопротивления изоляции фазных проводников
сети в зоне защиты УЗО;
, 
, 
- ёмкости этих проводников относительно земли;
- активное сопротивление заземления нейтрали;
- сопротивление тела человека;
- переходное сопротивление между человеком и землёй
(обуви, пола и т.п.);
- сопротивление току, протекающему через человека включающего сопротивление тела человека и переходное сопротивление.
Ёмкости фазных проводников относительно земли примерно одинаковы, а в зоне защиты, поскольку, как правило, она невелика, они к тому же еще и малы, то есть 
= 
= 
=0.
Поэтому можно считать, что 
; 
; 
.
В исправной трёхфазной сети при равенстве (симметрии) проводимостей фазных проводников относительно земли векторная сумма фазных токов равна нулю. При нарушении указанных условий эта сумма становится отличной от нуля - возникает суммарный ток несимметрии 
, являющийся током нулевой последовательности.
|
|
|
Действующее значение тока 
на защищаемом участке служит входным сигналом для датчика УЗО - трансформатора тока нулевой последовательности (ТТНП). Значение тока 
сравнивается с уставкой 
в усилителе-преобразователе, который при 
выдает управляющий сигнал 
на исполнительный орган УЗО для отключения защищаемого участка от сети.
Трансформатор ТТНП имеет тороидальный магнитопровод, на котором намотана вторичная обмотка, подключенная к входному сопротивлению усилителя-преобразователя. Первичными обмотками трансформатора служат фазные проводники, пропущенные через окно магнитопровода. Если сеть трёхфазная четырёхпроводная (с нулевым проводником) и если при этом наряду с трёхфазной имеется и однофазная, например, осветительная нагрузка, то через окно магнитопровода пропускается также и нулевой рабочий проводник.
В качестве пускового органа используется магнитоэлектрическое реле или электронный усилитель, имеющий релейную характеристику.
В качестве исполнительного органа используется контактная группа УЗО. В отдельных случаях для отключения применяют контакторы, магнитные пускатели и другие коммутирующие аппараты.
УЗО рассматриваемого типа будет срабатывать при неравенстве проводимостей фазных проводников относительно земли в зоне защиты, которое может возникнуть:
|
|
|
1. В случае неравенства изоляции фазных проводников;
2. При прикосновении человека к любому фазному проводнику или корпусу изолированного от земли оборудования, на который замкнулся фазный проводник;
3. В случае замыкания любого фазного проводника на землю или на корпус заземлённого оборудования.
Кроме того, УЗО срабатывает при замыкании фазного проводника на занулённый корпус электроустановки, а также при сочетании указанных причин.
Естественно, во всех перечисленных случаях должно выполняться условие .
Основная задача УЗО - обеспечить безопасность человека при прикосновении к одной фазе или к корпусу электроустановки, оказавшемуся под опасным напряжением. Это достигается за счет быстродействия УЗО и соответствующего значения уставки.
Таким образом, время срабатывания и уставка являются основными характеристиками УЗО.
При прикосновении к одной фазе защита считается эффективной, если УЗО срабатывает за время, в течение которого ток через человека не превышает значение допустимого тока, соответствующего ГОСТ 12.1.038-82
(см. табл. 1.2 к лабораторной работе №1)
Для исправной сети в случае прикосновения человека к фазе I в соответствии с первым законом Кирхгофа (см.рис.12.4).
Обозначив 
, получим
Из схемы (рис.12.4) видно, что ТТНП будет реагировать только на токи утечки в зоне защиты. Следовательно, УЗО, реагирующее на ток нулевой последовательности, является селективной защитой. При этом входной сигнал будет равен векторной сумме токов утечки в зоне защиты и тока через тело человека, т.е.
(12.3)
Ток в нагрузке ТТНП будет равен
(12.4)
где 
- коэффициент трансформации ТТНП.
Аналитическое выражение (12.3) подтверждает, что при равенстве токов утечки в зоне защиты до прикосновения человека к фазе ( 
) входной сигнал УЗО будет равен нулю ( 
= 0). После прикосновения человека к фазе входной сигнал УЗО будет определяться протекающим через человека током. При пофазном неравенстве токов утечки входной сигнал в случае прикосновения человека к разным фазам будет различным. При большой пофазной разнице токов утечки входной сигнал может превысить уставку и вызвать срабатывание УЗО без прикосновения человека к фазе.
На основании первого закона Кирхгофа с учётом выражений (12.3) и (12.4) запишем:
(12.5)
Выразив токи, входящие в это выражение, через напряжения и проводимости для сети, где 
и 
,
получим
(12.6)
Из выражения (12.4) видно, что входной сигнал зависит от соотношения проводимостей 
.
В сети с изолированной нейтралью, где 
(с учётом выражения 12.4).
(12.7)
Из выражения (12.7) видно, что в сети с изолированной нейтралью уставка должна выбираться в зависимости от соотношения проводимостей 
и 
, то есть в зависимости от места расположения датчика вдоль сети. Если датчик будет установлен у источника питания, где 
, то входной сигнал будет равен нулю при любых значениях тока через человека. Следовательно, устройство этого типа в сети с изолированной нейтралью может применяться только для защиты отдельных ее участков.
В сети с заземлённой нейтралью, где 
Из этого выражения видно, что в сети с заземлённой нейтралью входной сигнал УЗО не зависит от места установки датчика. Следовательно, устройство может применяться как для защиты всей сети, так и отдельных ее участков. Уставка при этом должна иметь значение, соответствующее длительно допустимому току через человека.
Время срабатывания УЗО определяется функцией 
, где T время (с) воздействия электрического тока на человека. Для токов промышленной частоты (50 Гц) эта зависимость задана таблицей в ГОСТ 12.1.038-82 (см. табл. 1.2 к лабораторной работе №1).
Защита считается эффективной, если УЗО срабатывает за время, в течение которого для человека допустим максимально возможный в данной сети ток. Максимальный ток через человека в сети (с учётом условия поражения) зависит от напряжения сети и режима ее нейтрали.
В сети с изолированной нейтралью при однополюсном прикосновении в аварийном режиме (см. рис.2.3 к лабораторной работе №2):
,
в сети с заземлённой нейтралью
,
где – 
сопротивление тела человека (расчётное значение 1000 Ом).
Если времясрабатывания УЗО выбрано по максимально возможному в данной сети току через человека, то для любых других значений 
время срабатывания защиты будет также соответствовать требованиям электробезопасности.
Таким образом, если уставка УЗО выбрана по длительно допустимому току через человека, а время срабатывания по максимально возможному в данной сети току через человека, то при любых значениях тока нулевой последовательности превышающих уставку будут обеспечены требования электробезопасности.
Применяемое оборудование
Лабораторная установка представляет собой модель электрической сети с номинальным напряжением 380/220 В.
В качестве источника питания используется трёхфазный разделительный трансформатор. Включение сети осуществляется кнопкой аварийного останова. При этом загорится сигнальная лампа L1 на лицевой панели стенда и через минуту включится панель сенсорного управления.
Лабораторная установка позволяет исследовать сети однофазного и трёхфазного тока. Однофазной электрической сетью принято условно называть сеть, в которой питание потребителя осуществляется от одной фазной линии и линии нулевого рабочего проводника. Выбор сети осуществляется включением соответствующей клавиши на сенсорной панели. Сопротивление заземления нейтрали источника – R0 = 4 Ом.
Сопротивления изоляции фазных проводников относительно земли смоделированы сосредоточенными сопротивлениями R1 и R2. Значение сопротивления R1 устанавливается на сенсорной панели. Величина переменного сопротивления R2 изменяется плавным поворотом ручки потенциометра «R2», расположенного на лицевой панели стенда.
Для защиты сети от токов короткого замыкания и перегрузки используются автоматические выключатели QF5 и QF6, установленные на лицевой панели.
Выбор режима нейтрали сети (с глухозаземлённой или изолированной), подключения электроприёмников к заземлителю, количества фаз для питания электроприёмника, установка сопротивлений изоляции осуществляется с помощью сенсорной панели путем прикосновения к соответствующим клавишам.
В работе используются четыре двухполюсных УЗО, реагирующих на дифференциальный ток. Выбор типа УЗО осуществляется его включением в соответствии с заданием. Входной сигнал, превышающий значение уставки УЗО фиксируется на сенсорной панели.
Установка позволяет исследовать работу УЗО при режимах, соответствующих заземлённому и изолированному от земли корпусу электроприёмника. Выбор соответствующего режима осуществляется с помощью сенсорной панели. Сопротивление защитного заземления смоделировано резистором Rз = 10 Ом.
В лабораторной установке имитируется подключения человека к различным частям электроустановки, которые находятся под напряжением. Выбор места подключения осуществляется нажатием соответствующих клавиш на сенсорной панели, например, прямое или косвенное прикосновение. Сопротивление тела человека «Rh» можно устанавливать равным 1, 5, 10 кОм.
На сенсорной панели стенда отображаются результаты экспериментов в виде либо тока через сопротивление изоляции фазных проводов относительно земли в зоне защиты I2, мА, либо тока через тело человека Ih, мА.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 274; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!