Устройства защитного отключения

Основные нормативные правовые документы.

Электробезопасность – система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Электробезопасность должна обеспечиваться конструкцией электроустановок, техническими способами и средствами защиты, организационными и техническими мероприятиями при производстве работ в электроустановках или при обслуживании потребителей электрической энергии.

Для надзора за безопасной эксплуатацией электроустановок при Правительстве РФ создан специальный государственный орган – Государственный энергетический надзор (Главгосэнергонадзор России). Главгосэнергонадзор России издаёт нормативно правовые акты по Электробезопасности электроустановок, обязательные для всех потребителей электроэнергии независимо от их ведомственной принадлежности и форм собственности.

Основными нормативными правовыми документами в области электробезопасности являются:

1) Правила устройства электроустановок, в которых содержатся определения, область применения и общие указания по устройству электроустановок, выбору проводников и электрических аппаратов при проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок;

2) Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок (утверждены Постановлением Минтруда России от 5.01.2010 №3 и приказом Минэнерго России от 27.12.2009 №163, введены в действие с 1 июля 2010 г.), в которых содержатся требования к персоналу и его действиям при эксплуатации электроустановок;

3) Правила эксплуатации электроустановок потребителей (утверждены Главгосэнергонадзором 31.03.92), в которых содержатся требования к потребителям электрической энергии по обеспечению надёжной, безопасной и рациональной эксплуатации электроустановок;

4) Правили Системы сертификации электроустановок зданий.

Основные положения. Порядок проведения сертификации. Инструкции, правила и нормы на железнодорожном транспорте по электробезопасности могут применяться при эксплуатации электроустановок при условии, что они не ослабляют требований Межотраслевых правил и Правил Главгосэнергонадзора и им не противоречат.

Опасное воздействие ЭПМ на живые организмы и человека проявляется обычно в воздействии на них силовых электрических установок при попадании живого организма в электрическую цепь этих установок. Эта ситуация может возникнуть при случайном прикосновении к частя электроустановки, находящимся под напряжением, при повреждении электроустановок и появлении электрического напряжения электроустановки на корпусах электрооборудования или поверхности земли, на которых при нормальном режиме работы электроустановки ЭМП отсутствовало. При кратковременном опасном воздействии ЭМП на человека различают напряжение прикосновения и напряжение шага.

Напряжением прикосновения называют разность потенциалов между двумя точками электрической цепи, которых касается человек.

Напряжением шага называют разность потенциалов поверхности земли на расстоянии шага.

Исход опасного воздействия ЭМП на человека при случайном прикосновении к токоведущим частям электрооборудования или частям, которые при нарушении изоляции могут оказаться под напряжением ЭМП, может быть различным. В одних случаях прикосновение человека к указанным частям электрооборудования будет сопровождаться прохождением через тело человека малых токов и окажется без опасных последствий, в других – токи могут достигать значений, способных вызвать электрическую травму и даже смертельное поражение человека.

В указанных случаях воздействие электрического тока на организм человека принято называть электрическим ударом.

При случайном прикосновении уровень воздействия ЭМП на человека и исход электрической травмы зависят от следующих основных факторов:

§ величины напряжения прикосновения и тока через тело человека;

§ рода тока (постоянный или переменный) и частоты переменного тока;

§ продолжительности протекания тока по телу человека (в практике нормирования напряжений прикосновения и токов рассматриваются случаи только кратковременного прикосновения до 10 с);

§ пути протекания тока по телу человека (при нормировании напряжений прикосновения и токов принимаются только характерные или чаще всего возникающие случаи протекания тока по путям: ладонь-ладонь, ладонь-ступни, ладони-ступни, ступня-ступня);

§ условия внешней среды (высокая влажность, наличие токопроводящей пыли, высокая температура воздуха и др.).

С точки зрения физиологического действия на организм человека следует различать два уровня напряжений и токов, при которых происходят существенно различающиеся явления, сопровождающие протекание тока через тело человека при случайных прикосновениях, а именно:

§ низкий уровень – раздражающие и болевое действие, характеризующееся напряжениями прикосновения до 60 В и токами менее 500 мА, протекающими по нервным и мышечным тканям организма;

§ высокий уровень – разрушающее тонкую структуру тканей действие (тепловое и электролитическое разрушение), вызывающее электрический пробой живой ткани с образование узкого канала, по которому протекает весь ток, характеризующееся напряжениями выше 600-1000 В и токами более 0, 5 А.

наличие двух уровней физиологического действия напряжения прикосновений и токов, по существу, явилось причиной разделения ЭУ в отношении мер безопасности на ЭУ до и выше 1000 В (Правила техники безопасности при эксплуатации электротехнических установок промышленных предприятий, изд.1954 г.).

Устройства защитного отключения (УЗО). Защитным отключением называется автоматическое отключение электроустановок при однофазном (однополюсном) прикосновении к частям, находящимся под напряжением, недопустимым для человека, и (или) при возникновении в электроустановке тока утечки (замыкания), превышающего заданные значения.

Назначение защитного отключения – обеспечение электробезопасности, что достигается за счет ограничения времени воздействия опасного тока на человека. Защита осуществляется специальным устройством защитного отключения (УЗО), которое, работая в дежурном режиме, постоянно контролирует условия поражения человека электрическим током.

Устройства защитного отключения могут применяться в сетях любого напряжения с любым режимом нейтрали. В электроустановках с напряжением выше 1 кВ УЗО целесообразно использовать для защиты от глухих замыканий на землю. Особенно следует рекомендовать защитное отключение к применению в электроустановках напряжением до 1 кВ, когда вероятность случайного контакта людей с токоведущими частями велика. Устройства защитного отключения используют в передвижных электроустановках; в стационарных, расположенных в районах с плохопроводящими грунтами; в стационарных, удалённых от источника питания электроприёмников и потребителей большой номинальной мощности, для которых защита занулением недостаточно эффективна. Наибольшее распространение защитное отключение получило в электроустановках, используемых в сетях с напряжением до 1 кВ с заземленной или изолированной нейтралью.

Защитное отключение рекомендуется применять в качестве основной или дополнительной меры защиты, если безопасность не может быть обеспечена путем устройства заземления или зануления, либо если устройство заземления или зануления вызывает трудности по условиям выполнения или по экономическим соображениям.

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.

Все УЗО по виду входного сигнала классифицируют на несколько типов (рис. 6.1.).

Рис. 6.1. Классификация УЗО по виду входного сигнала

Основными элементами любого устройства защитного отключения является датчик, преобразователь и исполнительный орган.

Основными параметрами, по которым подбирается то или иное УЗО являются: номинальный ток нагрузки т.е. рабочий ток электроустановки, который протекает через нормально замкнутые контакты УЗО в дежурном режиме; номинальное напряжение; уставка; время срабатывания устройства.

УЗО, реагирующие на потенциал корпуса относительно земли, предназначены для обеспечения безопасности при возникновении на заземленном (или зануленном) корпусе электроустановки повышенного потенциала. Датчиком в этом устройстве служит реле Р, обмотка которого включена между корпусом электроустановки и вспомогательным заземлителем Rв. Электроды вспомогательного заземлителя Rв располагаются вне зоны растекания токов заземлителя Rз.

Если по каким-либо причинам окажется, что , где - потенциал корпуса, при котором напряжение прикосновения не превышает допустимого, то срабатывает реле Р, которое своими контактами замкнет цепь питания катушки и произойдет отключение поврежденной электроустановки от сети.

Фактически данный тип УЗО дублирует защитные свойства заземления или зануления и применяется в качестве дополнительной защиты, повышая надежность заземления или зануления.

Данный тип УЗО может применяться в сетях с любым режимом нейтрали, когда заземление или зануление неэффективно.

УЗО, реагирующие на дифференциальный (остаточный) ток, находят широкое применение во всех отраслях промышленности. Характерной их особенностью является многофункциональность. Такие УЗО могут осуществлять защиту от поражения электрическим током при прямом прикосновении, при косвенном прикосновении, при несимметрично снижении изоляции проводов относительно земли в зоне защиты устройства, при замыкании на землю и в других ситуациях.

Принцип действия УЗО дифференциального типа заключается в том, что оно постоянно контролирует дифференциальный ток и сравнивает его с уставкой. При превышении значения дифференциального тока уставки УЗО срабатывает и отключает аварийный потребитель электроэнергии от сети. Входным сигналом для трехфазных УЗО является ток нулевой последовательности. Входной сигнал УЗО функционально связан с током протекающим через тело человека .

Область применения УЗО дифференциального типа - сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ. Датчиком такого устройства является трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП), на выходных обмотках которого формируется сигнал, пропорциональный току через тело человека . Преобразователь УЗО (П) сравнивает значение выходного сигнала с уставкой, значение которой определяется допустимым током через тело человека, усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для управления исполнительным органом (ИО). Исполнительный орган, например, контактор, отключает электроустановку от сети в случае возникновения опасности поражения электрическим током в зоне защиты УЗО.

По условиям функционирования дифференциальные УЗО подразделяются на следующие типы: AC, A, B, S, G.

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

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

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

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

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

Конструктивно дифференциальные УЗО разделяются на два типа:

§ Электромеханические УЗО, функционально не зависящие от напряжения питания. Источником энергии, необходимой для функционирования таких УЗО – выполнения защитных функций, включая операцию отключения, является сам входной сигнал – дифференциальный ток, на который оно реагирует.

§ Электронные УЗО, функционально зависящие от напряжения питания. ИХ механизм для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от внешнего источника.

Структурная схема УЗО и принцип работы. Все УЗО строятся по определенной схеме. Они состоят из датчика, преобразователя, канала передачи аварийного сигнала и исполнительного органа. На схеме также показаны: источник опасности поражения и помехи, влияющие на работу устройства. В сетях напряжением до 1 кВ в качестве исполнительного органа применяют контакторы, магнитные пускатели, автоматические выключатели.

Опасность поражения может возникнуть при замыкании токоведущих частей на корпус, снижения уровня изоляции, прикосновения человека к токоведущим частям. В этих случаях происходит изменение отдельных параметров системы. На корпусе возникает напряжение относительно земли, появляется ток замыкания на землю, нейтраль трансформатора оказывается под напряжением и др. эти изменения используют в качестве сигнала входной величины , воспринимаемого соответствующим датчиком защитно-отключающего устройства. Именно датчик определяет схему и структуру всего УЗО.

При достижении входным сигналом определенного значения, преобразователь дает команду исполнительному органу через канал передачи аварийного сигнала и он отключает энергоустановку. Это значение входного сигнала называют: " установкой срабатывания".

Основными требованиями к защитному устройству, определяющими эффективность защиты человека от опасности поражения электрическим током, являются: чувствительность, быстродействие, селективность, надежность, помехоустойчивость [13].