Устройство защитного отключения

Устройства защитного отключения (УЗО) предназначены для защиты человека от поражения электрическим током в групповых линиях, питающих штепсельные розетки. В каталогах иностранных компаний УЗО нередко называют устройствами дифференциальной защиты, дифференциальными реле, дифференциальными модулями и т. п.

На рисунке 13 показан внешний вид однофазного устройства защитного отключения (УЗО).

Рисунок 13 – Однофазное устройство защитного отключения (УЗО)

Рисунок 14 – Схема подключения устройства защитного отключения (УЗО)

 

Устройства защитного отключения (УЗО) предназначены для защиты человека от поражения электрическим током в групповых линиях, питающих штепсельные розетки. Этот ток может быть вызван прикосновением к токоведущим частям электрооборудования или частям, которые могут оказаться под напряжением, например металлический корпус прибора. УЗО является наиболее эффективным средством защиты по сравнению с автоматическими выключателями, так как обеспечивает защиту при непосредственном контакте человека с электрооборудованием или проводником. Кроме того, УЗО предупреждает опасность возникновения пожара в результате замыкания электропроводки. Эффективность работы устройства обеспечивается его малым временем отключения - менее 40 мс. УЗО рекомендованы для использования в цепях электропитания жилых помещений, помещений с повышенной опасностью и тех объектов, где возможны появления людей или животных. В каталогах иностранных компаний УЗО нередко называют устройствами дифференциальной защиты, дифференциальными реле, дифференциальными модулями и т. п. Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

Классификация устройств защитного отключения (УЗО). Все УЗО подразделяются на следующие группы:

1) низкочувствительные устройства (реагирующие на токи утечки 100, 300 или 500 мА) предназначены для защиты в цепях с оборудованием, не имеющим непосредственного контакта с людьми. Эти устройства срабатывают в случае повреждения изоляции электрооборудования.

2) высокочувствительные устройства (токи утечки 10 и 30 мА) рассчитаны на защиту в тех случаях, когда к корпусу электрооборудования возможно прикосновение обслуживающего персонала. Величина тока срабатывания такого устройства должна быть ниже уровня, представляющего опасность для людей и животных.

В электрической сети с заземленной нейтралью при построении аппаратуры защиты от поражения током используют принцип выделения дифференциального (утечки) тока на землю (рисунок 15). Этот ток представляет собой разность между полным током I1; втекающим в нагрузку из сети и током I2, вытекающим из нагрузки в сторону сети. Разностный ток образуется в случае прикосновения к токоведущей части человека, стоящего на связанном с землей полу. В качестве датчика, выделяющего указанную разность токов, используют трансформатор тока 1, первичной обмоткой в котором служат сложенные вместе и пропущенные через отверстие в кольцевом магнитопроводе фазный (фазные) и нулевой провода, идущие в сторону нагрузки, а вторичная намотана поверх магнитопровода. Ко вторичной обмотке подключена обмотка 2 катушки миниатюрного электромагнитного реле - электро-механического расцепителя3.
     В нормальном режиме работы нагрузки магнитные потоки Ф1 и Ф2, образуемые фазным и нулевым проводниками, компенсируются, и результирующий поток близок к нулю. Во вторичной обмотке напряжение равно нулю. Принцип действия электромеханического расцепителя аналогичен принципу действия обычного реле. Якорь его прижат к ярму и удерживается в таком положении притяжением специального "блокирующего" магнита, причем усилие притяжения магнита несколько больше усилия специальной "возвратной" пружины, стремящейся оторвать якорь от ярма.

                        Рисунок 15 – Работа однофазного УЗО

 

По условиям функционирования все УЗО подразделяются на следующие типы: АС, А, В, S, G.

1) УЗО типа АС – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно либо медленно возрастающий.

2) УЗО типа А – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный дифференциальный ток, возникающие внезапно либо медленно возрастающие.

3) УЗО типа В – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи.

4) УЗО типа S – устройство защитного отключения, селективное (с выдержкой времени отключения).

5) УЗО типа G – то же, что и типа S, но с меньшей выдержкой времени.

Приборы типа А рекомендуются для цепей с электроприемниками, имеющими импульсные источники питания (компьютеры, телевизоры и т. д.). Для построения селективных цепей используются УЗО типа S, которые срабатывают с определенной задержкой во времени.

    Виды УЗО.

    По способу технической реализации существуют две основные категории УЗО:

1) Электромеханические – функционально независимые от напряжения питания. Источником энергии, необходимой для функционирования - выполнения защитных функций, включая операцию отключения, является для устройства сам сигнал- дифференциальный ток, на который оно реагирует.

2) Электронные – функционально зависимые от напряжения питания. 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.

Основной причиной меньшего распространения электронных УЗО 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.

В конструкции электронных УЗО, производимых в некоторых европейских странах, 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.

Применение электронных УЗО целесообразно, когда необходима подстраховка в целях безопасности, например, в особо опасных, влажных помещениях.

В некоторых странах электротехнические нормы допускают применение УЗО только первого типа, не зависящих от напряжения питания. УЗО второго типа разрешено применять в цепях, защищаемых электромеханическими УЗО, только в качестве дополнительной защиты для конечных потребителей, например, для электроинструмента, нестационарных электроприемников и т. д.

В США применяются в основном УЗО, встроенные в розеточные блоки. Например, в небольшой квартире устанавливается по 10-15 устройств. Розетки, не оборудованные УЗО, обязательно запитываются шлейфом от розеточных блоков с УЗО.

В России, в отличие от общепринятой в мировой практике концепции, целым рядом предприятий производятся электронные УЗО на базе типового автоматического выключателя.

Контакторы

Контактор – двухпозиционный электромагнитный аппарат, предназначенный для частых дистанционных включений и выключений силовых электрических цепей в нормальном режиме работы. Разновидность электромагнитного реле.

Новые контакторы переменного тока NXC имеют современный дизайн и компактную конструкцию (рисунок 16). Они используются, главным образом для частых запусков и управления двигателями переменного тока, а также для удаленного замыкания/размыкания цепи.

Их также можно сочетать с соответствующими реле тепловой защиты для создания электромагнитных пускателей

      Рисунок 16 – Современные контакторы переменного тока типа NXC

 

Наиболее широко применяются однополюсные и двухполюсные контакторы постоянного тока и трёхполюсные контакторы переменного переменного тока. К контакторам из-за частых коммутаций (число коммутаций у контакторов разной категории изменяется от 30 до 3600 в час) предъявляются повышенные требования по механической и электрической износостойкости. Контакторы как постоянного, так и переменного тока содержат: электромагнитную систему, контактную систему, состоящую из подвижных и неподвижных контактов, дугогасящую систему, систему блок-контактов (вспомогательные контакты, переключающие цепи сигнализации и управления при работе контакторов). В отличие от автоматических выключателей контакторы могут коммутировать только номинальные токи, они не предназначены для отключения токов короткого замыкания.

Управление контактором осуществляется посредством вспомогательной цепи, обычно переменного тока, проходящего по катушкам контактора, напряжением 24, 42, 110/127, 220 или 380 вольт. Для обеспечения безопасности при обслуживании контактора величина оперативного тока должна быть значительно ниже величины рабочего тока в коммутируемых цепях. Контактор не имеет механических средств для удержания контактов во включенном положении, при отсутствии управляющего напряжения на катушке контактора он размыкает свои контакты. Для удержания контактов в рабочем положении применяется схема «самоподхвата» с использованием пары нормально-открытых контактов или постоянно существующий потенциал, например, напряжение с выхода ПЛК.

Как правило, контакторы применяются для коммутации электрических цепей промышленного тока при напряжении до 660 В и токах до 1600 А. Для использования в качестве контактора могут применяться управляющие реле (англ. control relay), имеющие нормально открытые пары контактов.

Основные области применения контакторов: управление мощными электродвигателями (например, на тяговом подвижном составе – электровозах, тепловозах, электропоездах, трамвайных и троллейбусных вагонах, на лифтах), коммутация цепей компенсации реактивной мощности, коммутация больших постоянных токов.