Принцип действия УЗО

МГТУ МИРЭА

Лабораторная работа №3

УСТРОЙСТВА ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ

Выполнили студенты:

Москва 2013

Цель работы

Изучение назначения, принципа действия, конструкции и основных технических характеристик устройств защитного отключения (УЗО).

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Устройства защитного отключения, реагирующие на дифференциаль­ный ток, наряду с устройствами защиты от сверхтока, относятся к допол­нительным видам защиты человека от поражения при косвенном прикос­новении, обеспечиваемой путем автоматического отключения питания.

В основе действия защитного отключения, как электрозащитного сред­ства, лежит принцип ограничения (за счет быстрого отключения) продол­жительности протекания тока через тело человека при непреднамеренном прикосновении его к элементам электроустановки, находящимся под на­пряжением.

Из всех известных электрозащитных средств УЗО яв­ляется единственным, обеспечивающим защиту человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении к одной из токоведущих частей.

Другим, не менее важным свойством УЗО является его способность осуществлять защиту от возгораний и пожаров, возникающих на объектах вследствие возможных повреждений изоляции, неисправностей электро­проводки и электрооборудования.

УЗО применяются для комплектации вводно-распределительных уст­ройств (ВРУ), распределительных щитов (РЩ), групповых щитков (квар­тирных и этажных), устанавливаемых в жилых и общественных зданиях, производственных помещениях т.п.

Применение УЗО целесообразно и оправдано по социальным и эконо­мическим причинам в электроустановках всех возможных видов и самого различного назначения.

Затраты на установку УЗО несоизмеримо меньше возможного ущерба — гибели и травм людей от поражения электрическим током, возгораний, по­жаров и их последствий, произошедших из-за неисправностей электропро­водки и электрооборудования.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УЗО

Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

Принцип действия УЗО дифференциального типа основан на применении электромагнитного векторного сумматора токов − дифференциального трансформатора тока.

Рис. 1. Дифференциальный трансформатор тока

Сравнение текущих значений двух и более (в четырехполюсных УЗО − 4-х) токов по амплитуде и фазе наиболее эффективно, т.е. с минимальной погрешностью, осуществляется электромагнитным путем − с помощью дифференциального трансформатора тока (рис.1).

Суммарный магнитный поток в сердечнике − Ф_Σ, пропорциональный разности токов в проводниках, являющихся первичными обмотками трансформатора, i_N и i_L, наводит во вторичной обмотке трансформатора тока соответствующую эдс, под действием которой в цепи вторичной обмотки протекает ток i_Δвт, также пропорциональный разности первичных токов.

Следует отметить, что к магнитному сердечнику трансформатора тока электромеханического УЗО предъявляются чрезвычайно высокие требования по качеству − высокая чувствительность, линейность характеристики намагничивания, температурная и временная стабильность и т. д.

По этой причине для изготовления сердечников трансформаторов тока, применяемых при производстве УЗО, используется специальное высококачественное аморфное (некристаллическое) железо.

Основные функциональные блоки УЗО представлены на рис. 2.

Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока 1.

Рис. 2. Принцип действия УЗО

В литературе по вопросам конструирования и применения УЗО этот транс­форматор иногда называют трансформатором тока нулевой последователь­ности − ТТНП, хотя понятие «нулевая последовательность» применимо только к трехфазным цепям и используется при расчетах несимметричных режимов многофазных цепей.

Пусковой орган (пороговый элемент) 2 выполняется, как правило, на чувствительных магнитоэлектрических реле прямого действия или электронных компонентах.

Исполнительный механизм 3 включает в себя силовую контактную группу с механизмом привода.

В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока − тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока 1 протекает рабочий ток нагрузки. Про­водники, проходящие сквозь окно магнитопровода, образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора то­ка.

Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке, как I ₁, а от нагрузки как I ₂, то можно записать равенство:

I ₁ = I ₂.

Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф₁ и Ф₂.

Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора так­же равен нулю.

Пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя.

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I ₁ протекает дополнительный ток − ток утечки (I _Δ), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным).

Неравенство токов в первичных обмотках (I₁ + I_Δ в фазном проводнике и I ₂, равный I ₁, в нулевом рабочем проводнике) вызывает небаланс маг­нитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока.

Если этот ток превышает значение уставки порогового элемента пускового органа 2, последний сра­батывает и воздействует на исполнительный механизм 3.

Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается.

Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4.

При нажатии кнопки «Тест» искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно.

Опыт 1. Измерение отклоняющего дифференциального тока I∆ в зависимости от формы дифференциального тока и значения тока нагрузки.

Дифференциальный ток	Без нагрузки	Ток нагрузки In, A
2A	5A	8A
Синусоидальный	24,5mA	24,5
Пульсирующий (положительный)	45 mA
Пульсирующий (отрицательный)	46 mA

Опыт 2. Измерение времени отключения Т при изменении дифференциального отключающего тока.

Дифференциальный ток	Кратность дифференциального тока
I∆n	2I∆n	5I∆n
Синусоидальный	26,1 ms	21,1 ms	17,4 ms
Пульсирующий (положительный)	-	24.1 ms	18 ms
Пульсирующий (отрицательный)	-	22,4 ms	19 ms

Опыт 3. Измерение времени отключения Т в зависимости от значения тока нагрузки.

Дифференциальный ток	Ток нагрузки In,A
I∆n	28 ms	28 ms	28 ms
2I∆n	20 ms	20 ms	23 ms
5I∆n	17 ms	17 ms	16 ms

Вывод

Устройства защитного отключения позволяют предотвратить поражение электрическим током при прикосновении человека к фазному проводу путем его отключения от сети. При прикосновении одновременно к фазному и нулевому проводу УЗО не сработает.