Дослідження роботи захисних апаратів напругою 380/220В

 

Мета роботи: Ознайомитися з роботою автоматичних вимикачів, диференційних вимикачів та реле мінімальної напруги. Навчитися будувати схеми захисту в розподільчих мережах 0,38кВ з урахуванням вимоги селективної роботи диференційних автоматів.

Порядок виконання роботи

 

1. Ознайомитися з захисними апаратами які знаходяться на лабораторному стенді.

2. Записати паспортні дані кожного захисного апарату, яки знаходиться на лабораторному стенді. Розібратися який з параметрів за що відповідає.

3. Послідовно з’єднати диференційні автомати I_X, I_Y, I_Z (у довільній послідовності). При складанні схеми треба чітко дотримуватися схеми підключення диференційних автоматів, яка приведена на їх корпусі (це пов’язано з тим, що в нашому випадку трифазні автомати працюють в однофазному режимі).

 

 

Рисунок 6.1 – Схема для визначення ступенів селективної роботи диференційних автоматів

 

4. За допомогою ЛАТРа встановити напругу рівною 220В.

5. За допомогою кнопки ТЕСТ перевірити працездатність кожного диференційного автомата.

6. Визначити ступені селективної роботи кожного з них. Забороняється вмикати стенд без дозволу викладача.

7. Зібрати повну схему захисту мережі, послідовно з’єднавши автоматичний вимикач та диференційний автомат. При цьому необхідно паралельно джерелу живлення підключити реле мінімальної напруги.

 

Рисунок 6.2 – Схема повного захисту мережі 0,38кВ

 

8. Перед вмиканням стенду знизити напругу джерела живлення до 0В. Включити лабораторний стенд. Збільшуючи напругу джерела за допомогою ЛАТРа, визначити при якій напрузі реле мінімальної напруги спрацює. Включити автоматичний вимикач, який працює паралельно з реле мінімальної напруги.

9. Знижуючи вхідну напругу за допомогою ЛАТРа, визначити напругу відпускання реле мінімальної напруги.

10. Намалювати характеристику спрацювання реле мінімальної напруги.

11. Зробити висновки по роботі.

Теоретичні відомості

 

Диференційні апарати

Диференційні автомати (пристрої захисного вимкнення) – це комутаційні апарати, які призначені для відключення електричного кола при прямому або непрямому доторкуванні до струмоведучих або відкритих металевих частин електроустановки, які можуть опинитися під напругою при порушенні ізоляції струмоведучих частин.

Засоби захисту від ураження електричним струмом регламентуються у стандарті МЕК60364-4-41. Згідно МЕК60364-4-41, захист від прямого доторкування до струмоведучих частин повинен передбачати такі рівні безпеки:

- захист за допомогою ізоляції струмоведучих частин;

- захист за допомогою огорож та бар'єрів;

- розміщення за зоною досяжності;

- додатковий захист за допомогою пристроїв захисного вимкнення з номінальним диференційним струмом відключення .

Захист від непрямого доторкування, згідно з вищезгаданим стандартом, повинен включати наступні заходи:

- автоматичне відключення живлення за визначений період часу;

- використання електрообладнання з подвійною або посиленою ізоляцією, яке не має елементів для заземлення (клас II – згідно ГОСТ12.2.007.0-75)

- використання ізолюючих приміщень та зон;

- використання незаземленої системи місцевого вирівнювання потенціалів;

- електрична розв'язка кіл.

Крім перерахованих вище захисних мір, загальною мірою для захисту від прямого та непрямого доторкування є захист з використанням системи безпечної наднизької напруги та системи заземленої безпечної наднизької напруги.

Принцип дії пристроїв захисного вимкнення.

Пристрій захисного вимкнення складається з таких основних частин (рисунок 1):

- сумуючого трансформатора струму;

- чутливого відключаючого реле;

- механізму відключення;

- контактної системи;

- кола контролю працездатності.

Через вікно трансформатора струму пропускають усі робочі провідники (А, В, С, 0). Якщо за місцем установки пристрою захисного вимкнення буде протікати струм в землю або в захисний провідник РЕ, наприклад, у випадку замикання на корпус або випадкове доторкування людини до струмоведучої частини, векторна сума струмів в робочих провідниках, які пропущені через вікно трансформатора струму буде відрізнятися від нуля. Тобто з'явиться диференційний струм.

 

Рисунок 6.3 – Принципова схема диференційного автомата з

трансформатором струму нульової послідовності

 

Наявність диференційного струму зумовлює появу е.р.с. у вторинній обмотці трансформатора струму, яка за допомогою відключаючого реле приводить в дію механізм відключення. Таким чином відбувається відключення пошкодженої частини мережі. Згідно з першим законом Кірхгофа нормальна робота пристроїв захисного вимкнення забезпечується і при несиметричному навантаженні. Те саме має місце і при неповній кількості робочих провідників (трифазні приймачі без нульового проводу).

Робота пристрою захисного вимкнення з постійним магнітом (рисунок 6.4) основана на принципі суперпозиції двох магнітних полів: магнітного поля постійного магніту та змінного магнітного поля, яке виникає в обмотці збудження. При включених контактах якір реле притягнутий до ярма котушки внаслідок дії магнітного поля постійного магніту. Протидіюча сила розтягнутої пружини направлена на відтягування якоря. Після появи на управляючій обмотці (котушці збудження) із-за наявності диференційного струму електрорушійної сили, відбувається накладання постійного та змінного магнітного полів. При перевищенні величини диференційного струму раніше встановленого значення (в момент часу від'ємного напівперіоду струму) в обмотці управління результуюча енергія магнітного поля стане менше потенціальної енергії пружини, це призведе до миттєвого відпадання якоря, який діє на механізм вільного розчеплення контактів. Потужність, яка споживається пристроєм захисного вимкнення в момент спрацювання складає біля 10^-4Вт. Конструкція відключаючого реле дозволяє отримати значення споживаємої потужності біля 50мкВт. Проте при такому чутливому виконання не досягається достатньо довготривала експлуатаційна надійність.

 

 

Рисунок 6.4 – Конструкція диференційного автомата з постійним магнітом

 

До коротких замиканнях між робочими провідниками та до аварійних режимів пристрій захисного вимкнення не чутливий. В зв'язку з цим для захисту від аварійних режимів послідовно з пристроєм захисного вимкнення необхідно встановлювати запобіжники або автоматичні вимикачі, причому значення їх номінального струму вказується виробником пристроїв захисного вимкнення. Параметри запобіжників та автоматичних вимикачів визначають стійкість пристроїв захисного вимкнення до струмів короткого замикання. Іншим вирішенням проблеми захисту від аварійних режимів є використання пристрою захисного вимкнення з вбудованою максимальним струмовим захистом.

Пристрої захисного вимкнення класифікують:

- згідно способу монтажу: для фіксованого монтажу в розподільчих щитках та мобільного монтажу (рисунок 6.5);

- згідно функціональної залежності від напруги живлення: FI – функціонально незалежні, DI – функціонально залежні, HFI – функціонально умовно залежні;

- згідно конструкції механізму відключення: з прямим відключенням (механізм відключення є складовою пристрою захисного вимкнення) та непрямим відключенням;

- по числу полюсів: двохполюсні та чотирьохполюсні;

- по затримці часу спрацьовування: без затримки часу, з затримкою часу – тип G та селективні – тип S;

- по наявності захисту від аварійних струмів: без вбудованого максимального струмового захисту та з вбудованим максимальним струмовим захистом.

 

 

Рисунок 6.5 – Зовнішній вигляд диференційних автоматів

 

Структурна схема пристрою захисного вимкнення функціонально незалежного від джерела живлення FI приведена на рисунку 6.6.

1 – сумуючий трансформатор струму

2 – електронне коло затримки часу для типів G та S

3 – реле відключення

4 – чутливий механізм відключення

Рисунок 6.6 – Принципова схема диференційного автомата функціонально незалежного від джерела живлення

 

Акумулювання енергії необхідної для відключення даного типу диференційного реле, відбувається за допомогою розтягу пружини механізму відключення в момент включення. Реле відключення з постійним магнітом є головною складовою частиною пристрою захисного вимкнення типу FI (рисунок 6.6). Джерелом енергії для спрацювання механізму відключення виступає вторинна обмотка трансформатора струму, при наявності в захищаємому колі струму, який протікає на землю.

Пристрої захисного вимкнення, функціонально залежні від напруги живлення (тип DI), включають електронний підсилювач, який призначений для підсилення та аналізу величини напруги на вторинній обмотці трансформатора струму при виникненні диференційного струму. Структурна схема такого пристрою зображена на рисунку 6.7.

1 – сумуючий трансформатор струму

2 – електронне коло аналізу з реле

3 – реле відключення

4 – механізм відключення

Рисунок 6.7 – Принципова схема диференційного автомата функціонально залежного від джерела живлення

 

В даній схемі, реле яке живиться від підсилювача, може мати невелику чутливість порівняно з відключаючим реле типу FI, тому що в схемі присутній підсилювач сигналів. Пристрої захисного вимкнення даного типу ділять на дві групи:

- не відключаючі захищаєме коло при зникненні напруги живленні;

- ті що відключають коло.

Властивість пристрою захисного вимкнення, який вимикає коло при зникненні живлячої напруги іноді використовується для захисту від зниження напруги.

Більш кращі експлуатаційні характеристики мають пристрої захисного вимкнення умовно залежні від напруги живлення HFI (рисунок 6.8).

1 – сумуючий трансформатор струму

2 – електронне коло аналізу та затримки часу

3 – електромагнітний пусковий механізм

4 – механізм відключення

5 – електронне реле

Рисунок 6.8 – Принципова схема диференційного автомата умовно залежного від джерела живлення

 

Спрацювання механізму відключення відбувається завдяки потужного електромагнітного пускового механізму. Цей механізм буде пасивним до тих пір, поки на нього не буде діяти електронне коло, яке аналізує сигнал від трансформатору струму. Електронне коло живиться від трансформатора струму. Тому електронне коло буде отримувати живлення тільки при наявності певного струму у вторинній обмотці трансформатора струму.

В деяких випадках, в зв'язку з використанням силових схем з напівпровідниковими елементами відбувається викривлення кривої змінного струму. При використанні пристроїв захисного вимкнення в колах потужних споживачів необхідно аналізувати криву струму перед вибором відповідного типу пристрою захисного вимкнення. Частіше за все використовують пристрої захисного вимкнення призначені для змінного диференційного струму (тип АС), рідше – для змінного та пульсуючого змінного струму (тип А). Найбільш дорогим є тип В – для змінного, пульсуючого постійного та згладженого постійного диференційного струму.

При виборі пристроїв захисного вимкнення необхідно забезпечити селективність їх роботи. Для цього необхідно щоб ампер-секундні характеристики пристроїв захисного вимкнення, включених послідовно, не пересікалися (рисунок 6.9).

Рисунок 6.9 – Захисні характеристики диференційних автоматів різних типів

 

З захисної характеристики пристроїв захисного вимкнення видно, що розміщення пристрою типу S, з вказаними на рисунку параметрами, ближче до джерела живлення забезпечить селективну роботу (при установці пристроїв захисного вимкнення типів G та — безпосередньо у споживачів).

 

Реле мінімальної напруги