Узо принцип действия, классификация 23. Узо , реагирующее на дифференциальный ток

Устройство защитного отключения - аппарат, состоящий из датчика входного сигнала, усилительно-преобразовательной части и исполнительного органа, обеспечивающего отключение электроустановки при однофазном (однополюсном) прикосновении человека к токоведущим частям, находящимся под опасным напряжением, или при возникновении тока утечки на землю (корпус), превышаю­щего заданный порог срабатывания называемый уставкой. Следовательно, данное средство защиты обеспечивает безопасность путем ограничения времени воздействия опасного для человека тока.

Электрические параметры сети, несущие в себе информацию об опасности поражения, являются входным сигналом для УЗО. В данной работе в качестве входного сигнала УЗО используется ток нулевой последовательности (векторная сумма фазных токов утечки на землю). При протекании тока через человека ( ) ток изменяет свое значение. Значение соот ветствующее наибольшему значению длительно допустимого тока через человека ( ) называется критической величиной входного сигнала ( ).

Принцип работы УЗО состоит в том, что оно постоянно конт­ролирует значение входного сигнала и сравнивает его с наперед установленным значением (уставкой) , а при осущест­вляется отключение сети. УЗО наиболее эффективно осуществляет защиту, когда . При происходит неоправ­данное отключение электроустановки (перезащита). При внекотором диапазоне опасных для человека токов наблюдается несрабатывание защиты (недозащита).

Из сказанного следует, что эффективность УЗО в основном определяется уставкой и временем срабатывания. Эти характерис­тики для УЗО являются основными.

Уставка УЗО зависит от длительно допустимого для человека тока и параметров сети. На рис. 12.1 показана схема для определе­ния уставки УЗО, реагирующего на ток нулевой последовательности, где:

 

U - фазное напряжение источника питания сети;

ТТНП - трансформатор тока нулевой последовательности

(датчик УЗО);

, , - проводимости фазных проводников сети относительно

земли в зоне защиты УЗО;

, , - проводимости фазных проводников сети относительно

земли вне зоны защиты УЗО;

Y_о - проводимость нулевой точки источника питания

сети относительно земли;

Yн - проводимость нагрузки датчика (обратная величина

входного сопротивления преобразователя УЗО);

- проводимость цепи человека (тела человека,

обуви, пола и т.п.).

 

Из схемы 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.

 

(12.1)

 

 

Рис. 12.1. Схема для расчета уставки

 

 

Рис.12.2. Лицевая панель лабораторной установки

 

Ток в нагрузке ТТНП будет равен

 

(12.2)

 

где - коэффициент трансформации ТТНП.

Аналитическое выражение (12.1) 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 учетом выражений (12.1) и (12.2) запишем:

 

(12.3)

 

Выразив токи, входящие в это выражение, через напряжения и проводимости для сети, где и ,

Получим

 

(12.4)

 

Из выражения (12.4) видно, что входной сигнал зависит от соот­ношения проводимостей .

В сети с изолированной нейтралью, где (с уче­том выражения 12.2).

(12.5)

 

Из выражения (12.5) видно, что в сети с изолированной нейтралью уставка должна выбираться в зависимости от соотношзния прово­димостей и , то есть 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 заземленной нейтралью, где

Из этого выражения видно, что в сети с заземленной 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 постоянное 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 и может быть представлена в удобном для практических расчетов виде:

(12.6)

 

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 учетом условия поражения) зависит от напряжения сети и режима ее нейтрали.

В сети с изолированной нейтралью (при однополюсном прикосно­вении в аварийном режиме):

,

 

в сети с заземленной нейтралью

 

,

где – сопротивление тела человека (расчетное 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.