Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током.

Такая опасность может возникнуть, в частности, при замыкании фазы на корпус электрооборудования; при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенного предела; появлении в сети более высокого напряжения; прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением. В этих случаях в сети происходит изменение некоторых электрических параметров: например, могут измениться напряжение корпуса относительно земли, напряжение фаз относительно земли, напряжение нулевой последовательности и др. Любой из этих параметров, а точнее говоря – изменение его до определенного предела, при котором возникает опасность поражения человека током, может служить импульсом, вызывающим срабатывание защитно-отключающего устройства, т.е. автоматическое отключение опасного участка сети.

Устройства защитного отключения (УЗО) должны обеспечивать отключение неисправной электроустановки за время не более 0.2 с.

Основными частями УЗО являются прибор защитного отключения и автоматический выключатель.

Прибор защитного отключения – совокупность отдельных элементов, которые реагируют на изменение какого-либо параметра электрической сети и дают сигнал на отключение автоматического выключателя.

Автоматический выключатель – устройство, служащее для включения и отключения цепей, находящихся под нагрузкой, и при коротких замыканиях.

Типы УЗО.

УЗО, реагирующее на напряжение корпуса относительно земли , имеют назначение устранить опасность поражения током при возникновении на заземленном или зануленном корпусе повышенного напряжения.

УЗО, реагирующие на оперативный постоянный ток , предназначены для непрерывного контроля изоляции сети, а также для защиты человека, прикоснувшегося к токоведущей части, от поражения током.

Рассмотрим схему, которая обеспечивает защиту при появлении напряжения на корпусе относительно земли.

Рис. Схема защитного отключения при напряжении на

корпусе относительно земли.

Схема работает следующим образом. При включении кнопки П замыкается цепь питания обмотки магнитного пускателя МП, который своими контактами включает электроустановку и самоблокируется по цепи, составленной нормально замкнутыми контактами кнопки “стоп” С, реле защиты РЗ и блок-контактами.

При появлении напряжения относительно земли на корпусе U з, равного по величине длительно допустимому напряжению прикосновения, под действием катушки РЗ (КРЗ) срабатывает реле защиты. Контакты РЗ разрывают цепь обмотки МП, и неисправная электроустановка отключается от сети. Цепь искусственного замыкания, включаемая кнопкой К, служит для контроля исправности схемы отключения.

Целесообразно применять защитное отключение в передвижных электроустановках и при использовании ручного электроинструмента, так как условия их эксплуатации не позволяют обеспечить безопасность заземлением или другими защитными мерами.

Для чего используют защитное отключение?

Опасность поражения током обусловливается напряжением прикосновения (£ / доя1, В) а затем силой тока, который может пройти через тело человека (/ "А). Как известно.

где /? А - сопротивление тела человека, Ом.

Если напряжение прикосновения в момент касания человека к корпусу или фазы сети превышает допустимое значение, то возникает реальная угроза поражения током и степени защиты в этом случае может стать только разрыв цепи тока, отключение соответствующего участка сети. Для выполнения этой задачи используют защитное отключение.

Защитным отключением называется быстродействующая защита, который обеспечивает автоматическое отключение электроустановки при возникновении опасности поражения человека током.

Заземление и зануление не всегда гарантируют безопасность людей. Защитное отключение значительно быстрее зануление отключает поврежденный участок установки чем более гарантированно обеспечивает защиту людей от поражения электрическим током.

В каких случаях применяют защитное выключение?

Защитное отключение применяют только в электрических установках напряжением до 1000 В качестве самостоятельную защиту или одновременно с заземлением:

в передвижных электроустановках с изолированной нейтралью генератора;

в стационарных установках с изолированной нейтралью для защиты работающих с ручными электроинструментами;

в стационарных электроустановках с глухозаземленной нейтралью на отдельных удаленных от трансформаторов потребителям большой мощности, на которых защита зануление неэффективен;

в условиях повышенной опасности поражения электрическим током. Сфера применения устройств защитного отключения практически не ограничена. Они могут использоваться в сетях любого назначения и с любым режимом нейтрали. Однако наибольшее распространение они получили в пределах до 1000 В, особенно там, где трудно осуществлять эффективное заземление или зануление, когда есть высокая вероятность случайного прикосновения к токоведущим частям (передвижные электроустановки, ручной электроинструмент).

Какие требования предъявляются к защитного отключения и какие функции оно выполняет?

Защитное отключение можно использовать как основной вид защиты или вместе с заземлением и занулением.

К устройству защитного отключения ставят следующие требования: самоконтроль, надежность, высокая чувствительность и малое время выключения.

Защитное отключение отдельно или в совокупности с другими средствами защиты выполняет следующие функции:

защита при замыкании на землю или корпус оборудования;

защиту при появлении опасных токов утечки;

защиту при переходе высшего напряжения на сторону низшего;

автоматический контроль круга защитного заземления и зануления.

Как выполняется защитное отключение?

Защитное отключение выполняется очень чувствительными и быстродействующими защитными возникающими устройствами. Чувствительность и скоротечна действие их значительно превышает автоматические выключатели или другие меры элементы.

В электрических схемах защитных отключающих устройствах используют чувствительные элементы, реагирующие на появление тока в нулевом проводе, напряжения на корпусе поврежденного электрооборудования и др.

Защитные отключающие устройства срабатывают по 0,1-0,05 с, в то время как зануление 0,2 и более секунд. При такой кратковременной длительности прохождения тока через тело человека безопасным будет ток даже величиной 500-600 мА. Учитывая, что сопротивление тела человека 1000 Ом, то ток приведенной величины может протекать по телу человека только в том случае, когда его напряжение будет составлять 500-650 В, а такого напряжения в электрических сетях напряжением 380/220 В с заземленной нейтралью быть не может даже при аварийном режиме в чрезвычайных ситуациях.

Защитное отключение также применяется в тех случаях, когда устройство заземления будет вызывать значительные трудности (скальные грунты) или будет нецелесообразным вследствие подвижного фронта работ.

Поэтому защитные отключающие устройства является надежной защитой людей от поражения электрическим током.

Одной из мер обеспечения безопасности в электроустановках является использование малых напряжений порядка 36,34,12 В и менее: для ламп местного освещения у станков; для переносных ламп (12 В); питания электропаяльников, электродрели и другого электрического инструмента.

Защитное отключение - это быстродействующая защи­та, обеспечивающая автоматическое отключение электро­установки при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током.

настоящее время защитное отключение является наиболее эффективным электрозащитным средством. Опыт развитых зарубежных стран показывает, что массовое применение устройств защитного отключения (УЗО) обес­печило резкое снижение электротравматизма.

Защитное отключение находит все более широкое при­менение в нашей стране. Оно рекомендовано к использо­ванию в качестве одного из средств по обеспечению электробезопасности нормативными документами (НТД): ГОСТ 12.1.019-79, ГОСТ Р 50571.3-94 ПУЭ и др. В ряде случаев требуется обязательное применение УЗО в элек­троустановках зданий (см. ГОСТ Р 5066.9-94). К объектам, подлежащим оснащению УЭО, относятся: вновь стро­ящиеся, реконструируемые, капитально ремонтируемые жилые дома, общественные здания, промышленные соору­жения независимо от форм собственности и принадлеж­ности. Не допускается применение УЗО в тех случаях, когда внезапное отключение может привести по техноло­гическим причинам к возникновению ситуаций, опасных для персонала, к отключению пожарной, охранной сигна­лизации и т.п.

Основными элементами УЗО являются прибор защитного отключения и исполнительное устройство - автоматиче­ский выключатель. Прибор защитного отключения - это совокупность отдельных элементов, которые восприни­мают входной сигнал, реагируют на его изменение и при заданном значении сигнала воздействую на выключатель. Исполнительное устройство - автоматический выключа­тель, обеспечивающий отключение соответствующего участка электроустановки (электрической сети) при по­лучении сигнала от прибора защитного отключения.

Основные требования, предъявляемые к УЗО:

1) Быстродействие - время отключения (),скла­дываемое из времени действия прибора (t п) и времени действия выключателя (t в) , должно отвечать условию

Существующие конструкции приборов и аппаратов, применяемых в схемах защитного отключения, обеспечи­вают время отключения t o ткл = 0,05 - 0,2 с.

2) Высокая чувствительность - способность реагиро­вать на малые значения входных сигналов. Высокочув­ствительные устройства УЗО позволяют задавать уставки выключателям (значения входных сигналов, при которых выключатели срабатывают), обеспечивающие безопасность прикосновения человека к фазе.

3) Селективность - избирательность действия УЗО, т.е. способность отключать от сети тот участок, в котором возникла опасность поражения человека током.

4) Самоконтроль - способность реагировать на соб­ственные неисправности путем отключения защищаемого объекта является желательным свойством для УЗО.

5) Надежность - отсутствие отказов в работе, а также ложных срабатываний. Надежность должна быть до­статочно высокой, так как отказы УЗО могут создавать ситуации, связанные с поражением персонала током.

Область применения УЗО практически не ограничена: они могут применяться в сетях любого напряжения и с любым режимом нейтрали. Наибольшее распространение УЗО получили в сетях до 1000 В, где они обеспечивают безопасность при замыкании фазы на корпус, снижении сопротивления изоляции сети относительно земли ниже определенного предела, прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением, в пере­движных электрических установках, в электроинстру­менте и др. Причем УЗО могут применятся как самостоятельные защитные устройства, так и в качестве дополнительной меры к занулению или защитному зазем­лению. Эти свойства определяются типом применяемого УЗО и параметрами защищаемой электроустановки.

Типы устройств защитного отключения. Работа элек­трической сети как в нормальном, так и в аварийном режиме сопровождается наличием определенных пара­метров, которые могут изменяться в зависимости от условий и режима работы. Степень опасности поражения человека определенным образом зависит от этих пара­метров. Следовательно, их можно использовать в ка­честве входных сигналов для УЗО.

На практике для создания УЗО используются следую­щие входные сигналы:

Потенциал корпуса относительно земли;

Ток замыкания на землю;

Напряжение нулевой последовательности;

Дифферинциальный ток (ток нулевой последователь­ности) ;

Напряжение фазы относительно земли;

Оперативный ток.

Кроме того, применяются и комбинированные уст­ройства, реагирующие на несколько входных сигналов.

Ниже рассмотрена схема и работа устройства защит­ного отключения, реагирующего на потенциал корпуса относительно земли.

Назначение УЗО данного типа - устранение опасности поражения людей током при возникновении на заземлен­ном или зануленном корпусе повышенного потенциала. Обычно эти устройства являются дополнительной мерой защиты к заземлению или занулению. Устройство сраба­тывает, если возникший на корпусе поврежденного обо­рудования потенциал φ к окажется выше потенциала φ кдоп, которое выбирается, исходя из наибольшего длительно допустимого напряжения прикосновения U пр.доп.

Датчиком в этой схеме служит реле напряжения РН,

Рис.28. Принципиальная схема УЗО, реагирующего на

потенциал корпуса, соединенного с землей с помощью вспомогательного заземлителя R воп

При замыкании фазы на заземленный (или зануленный) корпус вначале действует защитное заземление, обеспечивающее понижение напряжения на корпусе до значения U к = I з * R з,

где R з - сопротивление защитного заземления.

Если это напряжение превысит напряжение уставки реле РН U уст, то реле за счет тока I р сработает, ра­зомкнув своими контактами цепь питания магнитного пускателя МП. А силовые контакты магнитного пускате­ля, в свою очередь, обесточат поврежденное оборудова­ние, т.е. УЗО выполнит свою задачу.

Оперативное (рабочее) включение и выключение оборудо­вания осуществляется кнопками ПУСК, СТОП. Контакты БК магнитного пускателя обеспечивают его питание после отпускания кнопки ПУСК.

Достоинством этого типа УЗО является простота его схемы. К недостаткам относятся необходимость вспомогательного заземления, отсутствие самоконтроля ис­правности, неселективность отключения в случае при­соединения нескольких корпусов к одному защитному за­землителю, непостоянство уставки при изменении R воп.

Далее рассмотрим вторую схему, реагирующую на диф­ференциальный ток (или ток нулевой последователь­ности) – УЗО(Д). Эти устройства наиболее универсальны, и поэтому находят широкое применение на произ­водстве, в общественных зданиях, в жилых домах и т.д.

Под защитным отключением понимают быстрое, за время не более 200 мс, автоматическое отсоединение от источника питания всех фаз потребителя или части электропроводки в случае если повреждена изоляция или имеет место иная аварийная ситуация, угрожающая человеку поражением электрическим током.

Защитное автоматическое отключение питания – автоматическое размыкание цепи одного или нескольких фазных проводников (и, если требуется, нулевого рабочего проводника), выполняемое в целях электробезопасности.

Защитное отключение может быть как единственной и главной мерой защиты, так и дополнительной мерой к сетям заземления и зануления применительно к электроустановкам с рабочим напряжением до 1000 вольт.

Назначение защитного отключения – обеспечение электробезопасности, что достигается за счет ограничения времени воздействия опасного тока на человека.

Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током. Такая опасность может возникнуть при:

замыкании фазы на корпус электрооборудования;

при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенного предела;

появлении в сети более высокого напряжения;

прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением.

В этих случаях в сети происходит изменение некоторых электрических параметров: например, могут измениться напряжение корпуса относительно земли, напряжение фаз относительно земли, напряжение нулевой последовательности и др. Любой из этих параметров, а точнее говоря – изменение его до определенного предела, при котором возникает опасность поражения человека током, может служить импульсом, вызывающим срабатывание защитно-отключающегося устройства, т. е. автоматическое отключение опасного участка сети.

По настоящее время устройства защитного отключения обычно применялись на электроустановках четырех видов:

Передвижные установки с изолированной нейтралью (в таких условиях в принципе возведение полноценного заземляющего устройства проблематично). Защитное отключение применяется тогда либо совместно с заземлением, либо как самостоятельная защитная мера.

Стационарные установки с изолированной нейтралью (где необходима защита электрических машин, с которыми работают люди).

Мобильные и стационарные установки с нейтралью любого типа, когда имеет место высокая степень угрозы поражения электрическим током, или если установка функционирует во взрывоопасных условиях.

Стационарные установки с глухозаземленной нейтралью на некоторых потребителях большой мощности и на удаленных потребителях, где зануления недостаточно для защиты или где оно в качестве защитной меры не вполне эффективно, не дает достаточной кратности тока замыкания фазы на землю.

Для реализации функции защитного отключения применяли специальные устройства защитного отключения. Их схемы могут отличаться, конструкции зависят от особенностей защищаемой электроустановки, от характера нагрузки, от режима заземления нейтрали и т. д.

Прибор защитного отключения – совокупность отдельных элементов, которые реагируют на изменение какого-либо параметра электрической сети и дают сигнал на отключение автоматического выключателя. Устройство защитного отключения в зависимости от параметра, на который оно реагирует, можно отнести к тому или иному типу, в том числе к типам устройств, реагирующих на напряжение корпуса относительно земли, ток замыкания на землю, напряжение фазы относительно земли, напряжение нулевой последовательности, ток нулевой последовательности, оперативный ток и др.

Здесь может быть применено специально установленное реле защиты, которое устроено так же, как и высокочувствительные реле напряжения с размыкающимися контактами, которые включаются в цепь питания магнитного пускателя, скажем, электродвигателя.

Назначение защитного отключения заключается в том, чтобы одним прибором осуществлять совокупность защиты либо некоторые из следующих ее видов:

от однофазных замыканий на землю или на элементы электрооборудования, нормально изолированные от напряжения;

от не полных замыканий, когда снижение изоляции одной из фаз создает опасность поражения человека;

от поражения при прикосновении человека к одной из фаз электрооборудования, если прикосновение произошло в зоне действия защиты прибора.

В качестве примера можно привести простое устройство защитного отключения на базе реле напряжения. Обмотка реле включается между корпусом защищаемого оборудования и заземлителем.

В условиях, когда обмотка реле имеет сопротивление сильно превосходящее таковое у вспомогательного заземлителя, вынесенного за пределы зоны растекания заземления защиты, - обмотка реле К1 окажется под напряжением корпуса относительно земли.

Тогда в момент аварийного пробоя на корпус, напряжение это будет больше напряжения срабатывания реле и реле сработает, замкнув цепь отключения автоматического выключателя Q1 или разомкнув своим срабатыванием цепь питания обмотки магнитного пускателя Q2.

Другой вариант простого устройства защитного отключения для электроустановок - это (реле максимального тока). Его обмотка включается в разрыв провода зануления, благодаря чему контакты аналогичным образом разомкнут цепь питания обмотки магнитного пускателя если замкнут цепь питания обмотки автоматического выключателя. Вместо обмотки реле, кстати, иногда можно использовать обмотку выключателя - расцепителя в качестве реле максимального тока.

Когда устройство защитного отключения вводится в эксплуатацию, его обязательно проверяют: проводятся плановые полные и частичные проверки, чтобы убедиться, что устройство работает надежно, что отключения когда нужно происходят.

Раз в три года проводят полную плановую проверку, зачастую вместе с ремонтом сопряженных цепей электроустановок. В проверку входят также испытания изоляции, проверка уставок защиты, тесты устройств защиты и общий осмотр аппаратуры и всех соединений.

Что касается частичных проверок, то их проводят время от времени в зависимости от частных условий, однако в них входят: проверка изоляции, общий осмотр, тесты защиты в действии. Если защитное устройство работает не вполне корректно, проводят более глубокую проверку по специальному алгоритму.

В наше время наибольшее распространение защитное отключение получило в электроустановках, используемых в сетях напряжением до 1 кВ с заземленной или изолированной нейтралью.

Электроустановки напряжением до 1 кВ жилых, общественных и промышленных зданий и наружных установок должны, как правило, получать питание от источника с глухозаземленной нейтралью . Для защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении в таких электроустановках должно быть выполнено автоматическое отключение питания.

При выполнении автоматического отключения питания в электроустановках напряжением до 1 кВ все открытые проводящие части должны быть присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания, если применена система TN, и заземлены, если применены системы IT или ТТ. При этом характеристики защитных аппаратов и параметры защитных проводников должны быть согласованы, чтобы обеспечивалось нормированное время отключения поврежденной цепи защитно-коммутационным аппаратом в соответствии с номинальным фазным напряжением питающей сети.

Защита осуществляется , которое, работая в дежурном режиме, постоянно контролирует условия поражения человека электрическим током.

УЗО применяют в электроустановках до 1 кВ:

в передвижных эл. установках с изолированной нейтралью (особенно если затруднено создание заземляющего устройства. Может применяться как в виде самостоятельной защиты, так и в сочетании с заземлением);

в стационарных электроустановках с изолированной нейтралью для защиты ручных электрических машин в качестве единственной защиты, и в дополнение к другим;

в условиях повышенной опасности поражения электрическим то- ком и взрывоопасности в стационарных и передвижных электроустановках с различными режимами нейтрали;

в стационарных электроустановках с глухозаземленной нейтралью на отдельных удаленных потребителях электрической энергии и потребителя большой номинальной мощности, на которых защита занулением не достаточно эффективна.

Принцип работы УЗО состоит в том, что оно постоянно контролирует входной сигнал и сравнивает его с наперед заданной величиной (уставкой). Если входной сигнал превышает уставку, то устройство срабатывает и отключает защищенную электроустановку от сети. В качестве входных сигналов устройств защитного отключения используют различные параметры электрических сетей, которые несут в себе информацию об условиях поражения человека электрическим током.

Систему защиты, обеспечивающую автоматическое отключение всех фаз или полюсов аварийного участка сети за полное время отключения не более 0,2 с, называют защитным отключением .
Независимо от состояния нейтрали питающей системы любое однофазное замыкание на корпус приводит к появлению напряжения относительно земли на корпусах электрооборудования. Это обстоятельство используют при построении универсальной защиты, которая обеспечивает отключение автоматами поврежденного электрооборудования при появлении некоторой заданной разности потенциалов между корпусом и землей. Такая система идентична заземлению и основана на автоматическом отключении электроприемника, если на его металлических частях, нормально не находящихся под напряжением, последнее появляется. Защитное отключение применяют для систем с изолированной и глухозаземленной нейтралью.

Рис. 1. Принципиальная схема защитного отключения:
1 - корпус электроприемника; 2 - отключающая пружина; 3 - контакты сетевого контактора; 4 - защелка; 5 - сердечник катушки; б - отключающая катушка; 7, 8 - заземлители; 9 контакт

Рассмотрим действие защитного отключения при возникновении напряжения на корпусе одиночного электроприемника в результате повреждения его изоляции. Здесь возможны два случая: электроприемник не заземлен и электроприемник имеет заземление.
Первому случаю соответствует разомкнутое положение контакта 9 (рис. 1). На некотором расстоянии от защищаемого электроприемника забивают в землю заземлитель 7 (в том случае, если нет естественных заземлителей, которые не должны иметь электрической связи с корпусом / электроприемника). Защитный отключатель позволяет произвести разрыв цепи электроснабжения контактами сетевого контактора при подаче напряжения на катушку 6.
При обесточенном состоянии катушки 6 ее сердечник 5 удерживает защелку 4, не позволяя пружине 2 разомкнуть контакты 3 (на схеме контакты показаны разомкнутыми, хотя сердечник удерживает защелку). Один конец обмотки катушки присоединен к корпусу 7 электроприемника, второй - к выносному заземлителю 7. В случае повреждения изоляции между корпусом электроприемника и выносным заземлителем 7 появится фазное напряжение. Отключающая катушка 6 окажется под напряжением, и по ее обмотке потечет ток. Сердечник 5 втянется и освободит удерживающую защелку 4. Пружина 2 разомкнет контакты 3 сетевого контактора, и цепь питания электроустановки разорвется. Напряжение прикосновения на корпусе электроприемника исчезнет, соприкосновение с ним станет безопасным.
Второму случаю, когда корпус электроприемника заземлен, соответствует замкнутое положение контакта 9. При возникновении повреждения изоляции на корпусе электроприемника появится напряжение, значение которого будет определять падение напряжения в заземлителе, равное току замыкания на землю, умноженному на сопротивление заземления заземлителя. Принципиальной разницы в действии защиты в первом и втором случаях нет.
Основой защиты с помощью защитного отключения является быстрое отключение поврежденного электроприемника.

Рис. 2. Схема защитного отключения при изолированной нейтрали

Согласно ПУЭ, защитное отключение рекомендуется применять в следующих установках: электроустановки с изолированной нейтралью, к которым предъявляются повышенные требования в отношении безопасности (в дополнение к устройству заземлений). Схема такого защитного отключения показана на рис. 2. При появлении в катушке реле КА тока замыкания на землю его размыкающий контакт в цепи катушки контактора КМ размыкается и контактор своими главными контактами отключает электродвигатель М от сети;
электроустановки с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В, корпуса которых не имеют присоединения к заземленному нейтральному проводу, поскольку выполнение такого присоединения затруднено;
передвижные установки, если заземление их не может быть выполнено в соответствии с требованиями ПУЭ.
Защитное отключение отличается универсальностью и быстродействием, поэтому его использование в сетях как с глухозаземленной, гак и с изолированной нейтралью весьма перспективно. Особенно целесообразно использовать его в сетях напряжением 380/220 В.
Недостатком защитного отключения является возможность отказа отключения в случае пригоралия контактов коммутационного устройства или обрыва проводов.