2015-05-14
2191
Цель работы
Оценка эффективности устройства защитного отключения (УЗО), реагирующего на ток нулевой последовательности (дифференциальный ток) в трехфазных сетях с изолированной и заземленной нейтралями.
Содержание работы
1. Определить уставку и время срабатывания устройства защитного отключения. Сделать заключение о их соответствии первичным критериям электробезопасности.
2. Определить влияние параметров и режима сети на работоспособность УЗО.
3. Проверить работоспособность УЗО совместно с занулением и защитным заземлением.
Защитное отключение
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;
Yо - 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.
