Автоматического отключения питания

Согласно п.1.7.57. ПУЭ электроустановки напряжением до 1 кВ жилых, общественных и промышленных зданий и наружных установок должны, как правило, получать питание от источника с глухозаземленной нейтралью с применением системы TN.

Для защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении в таких электроустановках должно быть выполнено автоматическое отключение питания.

Автоматическое отключение питания при повреждении изоляции предназначено для предотвращения появления напряжения прикосновения, длительность воздействия которого может представлять опасность.

Для автоматического отключения питания могут быть применены защитно-коммутационные аппараты, реагирующие на сверхтоки или дифференциальный ток.

В сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000В (в системах TN) защитное заземление открытых проводящих частей неэффективно, так как ток глухого замыкания на землю зависит от сопротивления заземления.

Уменьшить напряжение корпуса, находящегося в контакте с токоведущими частями, до допустимых значений устройством заземления в сети с глухозаземленной нейтралью, невозможно. Можно обеспечить безопасность, уменьшив длительность режима замыкания на корпус. Поэтому в системах TN–C, TN–C– S, TN–S для защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении должно быть выполнено автоматическое отключение питания, обеспечивающее защиту как от сверхтоков (защитное зануление) так и от токов утечки (УЗО – Д). В данной лабораторной работе выполним исследование защитного автоматического отключения питания с аппаратами защиты от сверхтока (далее защитного зануления).

Принципиальная схема защитного зануления в сети трехфазного тока (система TN–C) показана на рис.5.1.

Назначение автоматического отключения питания (защитного зануления) — устранение опасности поражения то­ком в случае прикосновения к открытым проводящим частям электроустановки (корпусу и дру­гим металлическим нетоковедущим частям), оказавшимся под напряжением относительно земли вследствие повреждения изоляции и замыкания на проводящую часть и по другим причинам.

Область применения — системы TN: трехфазные четырех- и пятипроводные сети переменного тока до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, в том числе наиболее рас­пространенные сети напряжением 380/220, а также 220/127 и 660/380 В; трех- и четырёхпроводные сети посто­янного тока с глухозаземленной средней точкой обмотки источ­ника энергии. Защитное зануление применяется также в однофазных двух- и трёхпроводных сетях пере­менного тока с глухозаземленным выводом обмотки источника тока.

Принцип действия автоматического отключения питания (защитного зануления) — превращение замыкания на проводящую часть в однофазное короткое замыкание (замыкание между фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. В качестве такой защиты выступают: плавкие предохранители, автоматические предохранители и автоматические выключатели, которые должны обеспечить малое время размыкания цепи (отключения) В состав автоматических выключателей, как правило, входят два типа размыкателей: тепловой и магнитный. Тепловой размыкатель предназначен для защиты цепей по току перегрузки, а магнитный – для защиты от короткого замыкания. Кроме того, поскольку зануленные корпуса (или другие нетоковедущие металлические части) заземлены через нулевой защит­ный проводник и повторные заземления, то в аварийный период, т.е. с момента возникно­вения замыкания на корпус и до автоматического отключения поврежденной электроустановки от сети, проявляется защитное свойство этого заземления, как при защитном заземлении. Иначе говоря, заземление корпусов через нулевой проводник снижает в аварийный период их напряжение относительно земли.

До момента срабатывания автоматической защиты корпуса электроустановок будут находиться под напряжением. Поскольку человек при меньшей продолжительности воздействия может выдержать больший ток, то ГОСТом 12.1.038-82 (с изменениями от 01.07.88) определены допустимые напряжения прикосновения и токи, протекающие через человека, в зависимости от времени действия. Как видно из таблицы 5.1 для переменного тока частотой 50 Гц допустимый ток (I _{h доп.}) снижается с увеличением времени действия на человека, т.е. при снижении быстродействия автоматической защиты.

Для определения необходимого времени срабатывания защиты по ГОСТ 12.1.038-82 необходимо рассчитать предполагаемый ток через человека или напряжение прикосновения. Поскольку такой расчёт не всегда возможен из-за отсутствия достоверных данных о полном сопротивлении петли «фаза – нуль», сопротивлениях заземлителей, то наибольшие допустимые времена отключения для системы заземления TN могут быть определены по табл. 1.7.1 ПУЭ (данная таблица приведена в подразделе 5.2.6 как табл.5.2).

Поскольку время срабатывания аппаратов автоматической защиты уменьшается с увеличением тока короткого замыкания, то для достижения заданного условиями безопасности допустимого времени действия тока на человека, ток короткого замыкания I _к должен превышать номинальный ток аппарата защиты I _ном. Для плавких вставок предохранителей и тепловых расцепителей автоматических выключателей

I _к = к _ав I _ном, (5.1)

где к _ав – коэффициент кратности номинального тока I _ном, А, плавкой вставки предохранителя или уставки тока срабатывания автоматического выключателя, А. Значение коэффициента к _ав принимается в зависимости от типа защиты электроустановки.

Под номинальным током понимают ток, который может длительно протекать через предохранитель не вызывая перегорания плавкой вставки.

Если защита осуществляется автоматическим выключателем с электромагнитным расцепителем, то

I _к = к _ав I _у, (5.2)

где I _у - уставка тока срабатывания.

Соотношения между током I _к и токами I _ном и I _у определяются по время-токовым характеристикам с учётом наибольшего допустимого времени автоматического отключения.

Таким образом, зануление осуществляет два защитных дейст­вия — быстрое автоматическое отключение поврежденной уста­новки от питающей сети и снижение напряжения зануленных металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжени­ем, относительно земли.

Согласно ГОСТ Р 50571.3-94 и ПУЭ автоматическое отключение питания необходимо выполнять:

1). при номинальном напряжении более 50 В переменного тока и более 120 В постоянного (выпрямленного) тока – во всех электроустановках;

2). при номинальном напряжении выше 25 В переменного тока и выше 60 В постоянного (выпрямленного) тока – только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках;

3). при номинальном напряжении до 25 В переменного тока и до 60 В постоянного тока – только во взрывоопасных зонах и электросварочных установках.

Защитному занулению подлежат корпуса электрических машин, трансформаторов, светильников и т.п.; приводы электрических аппаратов; каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков, шкафов и т.п.; металлические конструкции распределительных устройств, кабельные конструкции, кабельные муфты, рукава и трубы электропроводок, лотки, короба, металлические конструкции, на которых устанавливается электрооборудование; металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей; металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников; электрооборудование, установленное на движущихся частях, станков, машин и механизмов и т.п.