Захисне вимикання

 Захисне вимикання – це швидкодіючий захист, що забезпечує автоматичне вимикання електроустановки з мережі в разі виникнення небезпеки ураження електричним струмом.

Небезпека ураження електричним струмом може виникнути: при зниженні опору ізоляції фаз відносно землі в результаті пошкодження; замиканні фази на корпус електрообладнання; при появі в мережі більш високої напруги в результаті замикання між проводами ПЛ різних напруг або в результаті замикання в трансформаторі між обмотками вищої і нижчої напруги; під час випадкового дотику людини до струмовідних частин електрообладнання, що перебуває під напругою.

В кожному із указаних випадків у мережі відбуваються зміни електричних параметрів, що і служить імпульсом для спрацювання пристрою захисного вимикання.

Кожний пристрій залежно від типу улаштування і його призначення реагує на: струми витікання, струм замикання на землю, напругу корпусу відносно землі, напругу фази відносно землі, напругу нульової послідовності, струм нульової послідовності й оперативний струм. Застосовуються також пристрої, засновані на вентильних схемах, які реагують на зміни випрямлених струмів, що надходять від вентилів, підключених до фазних проводів мережі, що контролюється. Широко застосовуються комбіновані пристрої, які реагують на зміни декількох параметрів.

Основними частинами пристрою захисного вимикання є прилад захисного вимикання і автоматичний вимикач.

Прилад захисного вимикання – це сукупність окремих елементів, які реагують на зміни певного параметра електричної мережі та подають сигнал на вимикання автоматичного вимикача.

Такими елементами є:

- датчик – пристрій, що сприймає зміни параметра і перетворює його у відповідний сигнал (зазвичай датчиками служать реле різних типів);

- підсилювач, що призначений для підсилення сигналу датчика, якщо сигнал недостатній для вимикання вимикача;

- кола захисного вимикання;

- допоміжні елементи (сигнальні лампи, вимірювальні прилади тощо).

Автоматичний вимикач служить для вимикання електроустановки, яка захищається, в разі надходження відповідного сигналу від пристрою захисного вимикання.

В мережах до 1000 В автоматичними вимикачами можуть бути: контактори з електромагнітним керуванням у вигляді котушки, яка утримує, магнітні пускачі із тепловим реле для автоматичного вимикання в разі перевантаження та автомати [3].

Пристрій захисного відключення (ПЗВ) складається з двох головних елементів – приладу захисного відключення, який реагує на один з параметрів мережі, та виконавчого органа – автоматичного вимикача.

Пристрої захисного відключення можуть застосовуватися в електричних мережах будь-якої напруги незалежно від режиму нейтрали. На практиці вони застосовуються головним чином у мережах до 1 кВ з ізольованої від землі нейтраллю.

Залежно від вхідного сигналу, що впливає на прилад, ПЗВ поділяються на пристрої, які реагують на напругу корпусу відносно землі; струм замикання на землю; напругу нульової послідовності; напругу фази щодо землі; струм нульової послідовності.

Розглянемо принципові схеми пристроїв захисного відключення (ПЗВ).

С

Рисунок 14.11 – Схема захисного

відключення з реакцією на напругу корпусу щодо землі при наявності захисного заземлення

Рисунок 14.12 – Схема захисного

відключення з реакцією на напругу корпусу щодо нульового проводу

хема з реакцією на напругу корпуса щодо землі (рис. 14.11). У цій схемі датчиком служить реле максимальної напруги KV, увімкнене між корпусом електроустаткування і допоміжним заземлювачем. Захист спрацьовує при замикані однієї фази на корпус. Схема застосовується в мережі напругою до 1 кВ, яка обладнана захисним заземленням. У цьому випадку ПЗВ є додатковим заходом безпеки, оскільки спрацьовує на відключення аварійного електроустаткування. Датчиком сигналу служить реле напруги KV. Допоміжне заземлення R_д встановлюється у зоні нульового потенціалу землі, удалині від захисного заземлення R_з. При замиканні однієї фази на корпус на ньому з'явиться напруга щодо землі U_з, величина якої обмежена опором основного захисного заземлення. Якщо ця напруга виявиться вище допустимої, то відповідно до уставки реле напруги спрацьовує й замикає свій контакт KV у колі вимикальної котушки автоматичного вимикача SF. Кнопка К служить для перевірки дії схеми. У мережі із заземленою нейтраллю реле KV вмикається між корпусом електроустаткування і нульовим захисним провідником (рис. 14.12). При спрацьовуванні реле його контакти замикають коло накоротко, від чого перегоряє вставка запобіжника та з ушкодженого електроустаткування знімається напруга. Перевагою цієї схеми є те, що переріз проводу, який з'єднує корпус електроприймача через обмотку реле KV з нульовим проводом мережі, може бути обраний невеликим, а струм однофазного короткого замикання буде достатнім для перегоряння плавкої вставки запобіжника.

Схема захисного відключення з реакцією на проходження струму замикання на землю. У цій схемі реле максимального струму КА ввімкнено в розсічення заземлюючого проводу відповідно до схеми рис. 14.13, а. У випадку проходження струму з корпусу електроприймача через заземлюючий пристрій на землю і при досягненні гранично допустимої його величини реле спрацює і його контакти КА замкнуть коло вимикальної котушки електромагніта YAT автоматичного вимикача SF. Ця схема виконує захисне відключення в мережах як з ізольованою, так і з глухозаземленою нейтраллю при будь-якій номінальній напрузі. На схемі рис. 14.13, б максимальне струмове реле ввімкнено у вторинну обмотку трансформатора струму ТА.

а – реле ввімкнено в розсічення заземлюючого проводу; б – реле ввімкнено через трансформатор струму

Рисунок 14.13 – Схема захисного відключення з реакцією на струм замикання на землю

Схема захисного відключення з реакцією на напругу фази щодо землі. Реле мінімальної напруги 1KV – 3KV (датчики) ввімкнені між фазами і землею згідно з рис. 14.14. При справній й однаковій за провідністю ізоляцією фаз відносно землі (провідності у_а = y_b = y_с  0) реле перебувають під однаковою фазною напругою. У випадку ушкодження ізоляції або значного зменшення опору ізоляції якоїcь фази відносно землі, наприклад, у випадку дотику людини до неізольованого проводу фази А, утворюється додаткова провідність цієї фази щодо землі g_зем. При цьому порушується симетрія напруг і напруга фази А щодо землі зменшується. Коли напруга понизиться до величини уставки, реле спрацює і його контакти замкнуть коло живлення котушки електромагніта YАТ автоматичного вимикача SF, який і відключить цю мережу.

Рисунок 14.14 – Схема захисного відключення з реакцією на напругу фази щодо землі

Схема захисного відключення з реакцією на напругу нульової послідовності. У цій схемі (рис. 14.15) як датчик сигналу на відключення використовується так званий фільтр нульової послідовності, який складається з трьох конденсаторів, увімкнених зіркою, у нульову точку яких увімкнене реле максимальної напруги KV, котре приєднане до заземлюючого пристрою. При рівності провідностей (опорів) ізоляції фаз щодо землі напруга нульової послідовності U₀, прикладена до обмотки реле KV, дорівнює нулю. При ушкодженні ізоляції однієї фази й збільшенні її провідності (а також у випадку збільшення провідності при дотику людини до струмоведучої частини фази) симетрія фазних напруг порушується та з'являється напруга тим більша, чим більша провідність ізоляції ушкодженої фази. У результаті цього реле спрацьовує та відключає установку.

Рисунок 14.15 – Схема захисного відключення з реакцією на величину напруг нульової послідовності

Схема з реакцією на струм нульової послідовності. Захисне відключення за цією схемою (рис. 14.16) використовує як датчик сигналу вторинну обмотку трансформатора струму нульової послідовності ТА, магнітопровід якого охоплює всі три фази відгалуження, що живить електроприймач М (наприклад, жили кабелю). До вторинної обмотки ТА підключається через підсилювач обмотка реле максимального струму КА. При відсутності замикання на землю в колі електроприймача і при рівних провідностях ізоляції фаз щодо землі струм нульової послідовності у вторинному колі трансформатора дорівнює нулю. При замиканні однієї фази на землю або при дотику людини, яка стоїть на землі, до струмоведучої частини однієї фази порушується симетрія струмів і виникає додаткова провідність. Через вторинну, обмотку та через реле КА проходить посилений струм нульової послідовності І_р = 3 І₀ / п, де п – коефіцієнт трансформації ТА. Цей струм викликає спрацьовування реле КА, контакти якого розмикають коло живлення робочої котушки контактора КМ, і контактор відключається.

Рисунок 14.16 – Схема захисного відключення з реакцією на струм нульової послідовності