Классификация УЗО

ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ

В курсе «Электрические и электронные аппараты» по данной теме проводится лабораторная работа 5. В ходе работы студенты изучают конструкцию и принцип действия устройств защитного отключения (УЗО), применяемых в системах электроснабжения административных, жилых и общественных зданий. Рассматриваются различные виды и типы устройств защитного отключения, их технические параметры, маркировка, условное графическое обозначение в электрических схемах; Анализируются особенности применения устройств защитного отключения при различных системах заземления нейтрали источников и корпусов электроприемников. Рассматриваются схемы включения УЗО в силовых цепях и способы построения времятоковых характеристик УЗО по их паспортным данным.

Общие положения

Устройства защитного отключения (УЗО) – электрические аппараты, автоматически отключающие от сети контролируемую установку в случае возникновения в ней тока утечки и предназначенные для защиты человека от поражения электрическим током в случае прикосновения к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, оказавшемуся под напряжением, а также для предотвращения возгорания, возникающего вследствие длительного протекания токов утечки и развивающихся из них токов короткого замыкания.

УЗО относятся к аппаратам, управляемым дифференциальным током и реагируют на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке. В абсолютном большинстве УЗО, производимых и эксплуатируемых в настоящее время во всем мире, в качестве датчика дифференциального тока используется дифференциальный трансформатор тока 1 (рис. 1).

Дифференциальный трансформатор тока состоит из замкнутого магнитопровода, на который намотаны первичные обмотки (количеством две для однофазных цепей или четыредля трехфазных цепей) и одна многовитковая вторичная обмотка. Первичные обмотки часто состоят из одного витка, т.е проводника, проходящего сквозь окно магнитопровода. В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока (тока утечки), в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока 1, протекают рабочие токи нагрузки I ₁ и I ₂, равные между собой по модулю, но векторно противоположно направленные. Данные токи наводят в магнитном сердечнике встречные магнитные потоки. Результирующий магнитный поток при работе в нормальном режиме равен нулю, следовательно, ток во вторичной обмотке также равен нулю. Вся система находится в состоянии покоя.

При пробое изоляции на корпус электроприемника и в случае прикосновения человека к открытым токопроводящим частям (или к корпусу электроприемника, оказавшемуся под напряжением) по фазному проводнику через окно магнитопровода кроме тока нагрузки I ₁ протекает дополнительный ток - ток утечки (), который не возвращается по нулевому проводнику, и поэтому является для трансформатора тока дифференциальным (разностным).

Рис.5.1. Принцип действия УЗО

Неравенство токов в первичных обмотках (в фазном проводнике протекает ток I ₁ + I _, в нейтральном проводнике I ₂, равный I ₁) 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.

Пусковой орган (пороговый элемент) 2 выполняется, как правило, на чувствительных магнитоэлектрических реле прямого действия (электромагнитное УЗО) или электронных компонентах (электронное УЗО).

Исполнительный механизм 3, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма (механизма свободного расцепления) 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 исправно. Включение в цепь тестирования замыкающего вспомогательного контакта УЗО предотвращает попадание напряжения на электроустановку при случайном нажатии на кнопку «Тест» в случае нахождения главных контактов в разомкнутом состоянии.

Рассмотрим принцип действия электромеханического устройства защитного отключения типа дифференциальный выключатель (рис.5.1).

1. Включаем УЗО посредством ручного привода (ручку включения-отключения переводим в положение «вверх»). При этом электрически замыкаются главные и вспомогательные контакты, а также механически сжимается пружина отключения выключателя (отключающая пружина).

2. При нажатии кнопки «ТЕСТ» и при включенном положении контактов УЗО образуется электрическая цепь (замкнутый контур) для протекания электрического тока. Под действием синусоидальной ЭДС (e = U _C), создаваемой обмоткой силового трансформатора, и при линейных сопротивлениях элементов электрической цепи, ток также будет синусоидальным. Величина тока определяется по закону Ома.

Электрический ток проходит только по одной из двух первичных обмоток дифференциального трансформатора. Эта обмотка расположена в полюсе N (см. схему).

3. Под действием тока создается магнитное поле (согласно закону полного тока: iw_диф.тр.=Hl), которое так же будет иметь синусоидальную форму. Поле усиливается за счет ферромагнитных свойств магнитопровода: B =µ H и в нем возникает синусоидальный магнитный поток:

.

4. Под действием магнитного потока во вторичной обмотке дифференциального трансформатора наводится ЭДС (e ₂) согласно закону электромагнитной индукции. Величина ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока, а скорость изменения будет тем выше, чем больше величина амплитуды магнитного потока. Закон изменения вторичной ЭДС также будет синусоидальным:

.

5. Под действием вторичной ЭДС (e ₂) в контуре образованным обмоткой реле, подключенной к вторичной обмотке дифференциального трансформатора, протекает синусоидальный ток (согласно закону Ома для участка цепи):

.

6. Под действием тока i ₂ в магнитопроводе реле создается магнитное поле (согласно закону полного тока: i ₂ w _реле= Hl), которое так же будет иметь синусоидальную форму. Поле усиливается за счет ферромагнитных свойств магнитопровода: B =µ H. В магнитопроводе реле возникает синусоидальный магнитный поток: Φ_р= B _р S _р. Так как магнитопровод реле разомкнут, то намагничиваются полюса сердечника и якоря магнитопровода. В результате этого подвижный якорь притягивается к неподвижному сердечнику.

7. Якорь механически перемещает защелку механизма свободного расцепления. Защелка освобождает сжатую отключающую пружину, под действием механической силы которой посредством привода происходит стремительный отход подвижного контакта от неподвижного контакта. Главные и вспомогательные контакты разрывают электрические цепи, по которым ранее протекали токи.

Механизм срабатывания УЗО при возникновении токов утечки в главной цепи УЗО идентичен механизму срабатывания УЗО при нажатии кнопки «ТЕСТ». Причина в том, что магнитные потоки, образуемые токами, протекающими в двух первичных обмотках дифференциального трансформатора, не будут компенсировать друг друга (в отличие от нормального режима работы главной электрической цепи) и в магнитопроводе дифференциального трансформатора появится разностный магнитный поток, и далее описание процесса работы УЗО будет проходить аналогично пунктам 4-7.

Особенности конструкции современных УЗО:

1) использование специального материала сердечника трансформатора тока – ленточного пермаллоя со строго регламентированными магнитными характеристиками;

2) наличие чувствительного элемента;

3) применение высоконадежного механического расцепителя с мощной контактной группой и механизма взвода отключающих пружин с индикатором положения;

4) применение термически стойкого контрольного резистора.

Виды УЗО

Классификация УЗО

По техническому исполнению существуют различные виды УЗО, ниже приведена примерная их классификация.

1) По назначению:

а) УЗО без встроенной защиты от токов перегрузки и короткого замыкания (сверхтоков) - дифференциальные выключатели. Они должны включаться последовательно с автоматическим выключателем, номинальный ток расцепителей которого рекомендуется выбирать на ступень ниже номинального тока УЗО (рис. 2а,г).

б) УЗО со встроенной защитой от сверхтоков (комбинированные УЗО – дифференциальные автоматы). Они различаются по характеристике мгновенного расцепления (тип В, тип С, тип D).

Конструктивной особенностью этих УЗО является то, что механизм размыкания силовых контактов (механизм свободного расцепления) запускается при воздействии на него любого из трех элементов: катушки с сердечником токовой отсечки (электромагнитного расцепителя), реагирующей на ток короткого замыкания; биметаллической пластины, реагирующей на токи перегрузки и магнитоэлектрического расцепителя, реагирующего на дифференциальный ток (рис. 2б,в).

2) По способу управления:

а) УЗО, функционально не зависящие от напряжения в электрической сети (электромеханические). Для этих УЗО источником энергии, необходимой для выполнения защитных функций, включая операцию отключения, является сам сигнал – дифференциальный ток (рис. 2а,б).

б) УЗО, функционально зависящие от напряжения (электронные), т.к. напряжение подается для питания электронной схемы. (рис. 2в,г).

Электронные УЗО подразделяются:

· устройства, автоматически размыкающие силовые контакты при исчезновении напряжения с выдержкой времени или без нее.

· устройства, не размыкающие силовые контакты при исчезновении напряжения. Имеются также два варианта исполнения устройств этой группы. В одном варианте при исчезновении напряжения устройство не размыкает свои контакты, но сохраняет способность разомкнуть силовую цепь при возникновении дифференциального тока (присутствует независимый источник питания). Во втором варианте, при отсутствии напряжения, устройства неспособны произвести отключение при возникновении дифференциального тока, и это является недостатком данного типа УЗО.

Внимание! Механизм электронного УЗО для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от внешнего источника.

3) По типу:

· АС – реагирует на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно либо медленно возрастающий;

· A – реагирует на внезапный либо медленно возрастающий переменный синусоидальный дифференциальный ток, и пульсирующий постоянный дифференциальный ток;

· B – реагирует на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальный токи;

· S – селективное устройство (имеет выдержку времени на отключение);

· G – то же, что и S, но с меньшей выдержкой времени.

4) По числу полюсов и токовых путей:

· двухполюсные, защищающие две электрические цепи;

· четырехполюсные, защищающие четы РЕ электрические цепи.

5) По условиям регулирования отключающего дифференциального тока:

· УЗО с одним значением номинального отключающего дифференциального тока;

· УЗО с несколькими фиксированными значениями отключающего дифференциального тока.

6) По способу установки:

· УЗО, применяемые для стационарной установки при неподвижной электропроводке;

· УЗО, используемые для подвижной установки (переносные) и шнурового присоединения.

7) По способу защиты от внешних воздействий:

· УЗО защищенного исполнения, не требующие для своей эксплуатации защитной оболочки;

· УЗО незащищенного исполнения, для эксплуатации которых необходима защитная оболочка.

8) По способу монтажа:

· УЗО поверхностного монтажа;

· УЗО утопленного монтажа;

· УЗО панельно-щитового монтажа.

Поиск по сайту: