- Прилади контролю диференціального струму: DMD 1, DMD 2 і 2 Е, DMD 3
- Привід дистанційного керування DFA
- Додатковий контакт DHi 2
У стандарті основне правило захисту від ураження електричним струмом, сформульовано таким чином «Небезпечні струмопровідні частини не повинні бути доступними, а доступні провідні частини не повинні бути небезпечними:
Захист в нормальних умовах, тобто при відсутності пошкоджень забезпечується за рахунок основного захисту, яка відповідає захисту від прямого прікосновенія.Ето:
Захист при наявності несправності повинна забезпечуватися захистом, передбаченої на випадок несправності, яка відповідає захисту від непрямого прікосновенія.Ето:
В даний час захисне відключення джерела живлення є одним з найбільш ефективних захисних засобів, яке може здійснюватися за допомогою УЗО.
УЗО також здійснює захист електроустановок від загорянь і пожеж, що виникають внаслідок протікання струмів витоку.
За даними різних джерел, локальне загоряння ізоляції може бути викликано досить незначною потужністю, що виділяється в місці витоку.
Залежно від матеріалу і терміну служби ізоляції ця потужність складає всього 40 ... 60 Вт. Це означає, що своєчасне спрацьовування УЗО протипожежного призначення з установкою 300мА попередить виділення зазначеної потужності, і, отже, не допустить загоряння.
Одним з провідних виробників УЗО вже більше 50 років вважається німецька фірма Doepke, яка в даний час поставляє більше 2000 різних типів.
Фірма Doepke була утворена в 1956р. Центральний офіс знаходиться в г.Норден на березі Північного моря. Там же знаходиться завод з виробництва УЗО і всіх електронних компонентів. Другий завод розташований в г.Бікенріде, заснований в 1992 р., Він випускає автоматичні вимикачі.
Основні блоки електромеханічного ПЗВ представлені на структурній схемі на (рис. 1).
Найважливішим функціональним блоком УЗО є диференціальний трансформатор струму 1 (рис. 2).
У нормальному режимі, при відсутності диференціального струму-струму витоку, в силовому ланцюзі по провідниках, що проходить крізь вікно трансформатора струму 1, протікає робочий струм навантаження. Провідники, що проходять крізь вікно муздрамтеатру, утворюють зустрічно включені первинні обмотки диференціального трансформатора струму.
Якщо позначити струм, що протікає у напрямку до навантаження як I 1, а від навантаження I 2, то справедливо рівність:
Рівні струми в зустрічно включених обмотках наводять в магнітному осерді трансформатора струму рівні, але векторно зустрічно направлені магнітні потоки Ф1 і Ф2.
Результуючий магнітний потік ФΣ дорівнює нулю, струм у вторинній обмотці диференціального трансформатора теж дорівнює нулю.
Пусковий орган 2 знаходиться в цьому випадку в стані спокою.
При виникненні витоку струму, викликаної, наприклад, пробоєм ізоляції на корпус електроприймача або ненавмисним дотиком людини до відкритих провідних частин, по фазного провідника через УЗО крім струму навантаження I 1 протікає додатковий струм - струм витоку I Δ (рис. 3).
Нерівність струмів в первинних обмотках (I 1+ I Δ в фазному провіднику і I 2, що дорівнює I 1, в нульовому робочому провіднику) викликає небаланс магнітних потоків і, як наслідок, виникнення у вторинній обмотці трансформованого диференціального струму I Δ пн.
Якщо струм I Δ вт перевищує значення уставки порового елемента 2, останній спрацьовує і впливає на виконавчий механізм 3.
По виду струму витоку УЗО підрозділяються на типи:
УЗО типу АС, що реагують на синусоїдальний струм витоку.
Такий струм витоку з частотою мережі виникає в пристроях, що складаються з компонентів з лінійними або близькими характеристиками (пропорційна залежність між напругою і струмом). Це компоненти з R, L або С властивостями.
Пристрої з нелінійними елементами діодами, транзисторами, тиристорами навіть при синусоидальном напрузі можуть містити струми з гармоніками вищих порядків, середнє значення яких протягом періоду ≠ 0, тобто мають постійну пульсуючу складову.
Залежно від виду і схеми з'єднань таких електронних компонентів форма струму витоку може сильно відрізняться від ідеальної синусоїди з "0" в середньому значенні.
Для виявлення таких струмів витоку застосовують УЗО типу А (рис. 4).
Чому УЗО типу АС не реагує на пульсуючі струми витоку. Згадаймо криву намагнічування: залежність індукції магнітного поля В від напруженості Н: це так звана петля гистерезиса (мал. 5).
Пульсуючий постійний струм несправності не викликає спрацьовування звичайного пристрою через те, що сердечник трансформатора струму розмагнічується тільки до рівня залишкової магнітної індукції. В результаті занадто незначна зміна магнітного потоку індукує напругу, величини якого недостатньо для спрацьовування магнітоелектричного реле.
рис.4
Мал. 5
рис.6
Мал. 7
У УЗО типу А ця проблема вирішується за рахунок застосування матеріалу сердечника з гранично високою магнітною проникністю (рис.6) Вторинне ланцюг після внесення в неї незначних змін може створювати підвищену індуковане напруга. Це досягається за рахунок підключення пасивних елементів - наприклад, конденсаторів з метою освіти резонансного контуру, в якому індуковане напруга підвищується до рівня, достатнього для спрацьовування реле.
Цей принцип заснований на використанні особливості пульсуючого постійного струму несправності, що полягає в тому, що такий струм завжди має майже однаковий період нульового струму, відомий як «мертвий період». Протягом цього періоду сердечник знеструмлений, а заряджений конденсатор починає в резонанс віддавати в ланцюг накопичену енергію. Таким чином, величина магнітного потоку змінюється, а індуковані напруга, відповідно, підвищується.
УЗО типу В реагує на струми витоку типу А, а також на постійні (згладжені) і змінні з частотою до 1 МГц струми витоку.
В електроустановках з електронними компонентами, які не мають гальванічної розв'язки з мережею, можуть виникати, в разі коротких замикань на землю, постійні струми витоку (f = 0) або струми витоку з частотою сильно відрізняється від частоти мережі (рис.7).
Як приклад розглянемо пробою ізоляції проміжного конденсатора блоку живлення з мерії схемою випрямлення В6.
Струм витоку iF складається з суми окремих струмів iL1, iL2 і iL3 в провідниках L1, L2 і L3. Їх магнітні потоки, підсумовуючись в осерді традиційних УЗО типів А або АС, які працюють за принципом електромагнітної індукції, утворюють потік з постійною складовою, яка не тільки не викличе спрацьовування УЗО, а й ускладнить виявлення (або навіть виключить) змінюються магнітних потоків.
Інший приклад: обладнання з силовою електронікою, таке як, наприклад, джерела безперебійного живлення, інвертори або частотні перетворювачі, генерує напруга у вигляді прямокутних імпульсів, які за допомогою широтно-імпульсної модуляції перетворюються на виході в синусоїдальна напруга необхідної частоти. Тому, частотний перетворювач, в разі пробою ізоляції, зможе генерувати струми витоку широкого спектру частот. наприклад:
- постійний, f = 0 Гц;
- мережевий частоти, f = 50 Гц;
- тактової частоти, f = 8 кГц з вищими гармоніками 16, 24, 32 кГц і т.д .;
- вихідний частоти, f = 10 Гц;
Для того, щоб забезпечити надійний захист для людей і обладнання у всьому діапазоні частот, німецька фірма Doepke, випустила на ринок серію DFS 4 B - перші УЗО типу «В» сертифіковані на ринку знаком VDE.
Серія включає дві модифікації:
- NK - зі стандартною частотною характеристикою струму спрацьовування
- SK - зі спеціальною частотної характеристикою струму спрацьовування
Різниця між ними полягає в порозі спрацьовування при високих частотах струмів витоку. Для пояснення розглянемо графіки (рис. 8):
Мал. 8
Крива 1 - крива небезпеки для життя людини; показує, як реагує серце на струми витоку різних частот.
Відомо, що при частоті 50 Гц, безпечним вважається струм витоку максимум 30 мА. При постійному струмі цей рівень значно підвищується, тому що людина до постійного струму менш чутливий. Зі збільшенням частоти, крива різко йде вгору. Всі струми, що знаходяться вище, викличуть фибрилляцию серцевих м'язів, в результаті чого може наступити смерть.
Якби УЗО здійснювало тільки захист від кардіологічного впливу електричного струму, характеристика спрацьовування відповідала б кривій 1. Але УЗО має захистити людину і від інших патологічних впливів електричного струму, наприклад, термічного і електрохімічного. Для виключення цих впливів, струмовий кордон повинен проходити нижче значення 0,3 А щоб не викликати незворотних наслідків в організмі (крива 2).
Значення 0,3 А відомо також як максимальне значення струму витоку, яке гарантуватиме захист від виникнення пожежі.
Порівнявши криві 1 і 2, бачимо, що струми витоку частотою менше 600 Гц надають кардіологічне вплив більшою мірою, а струми частотою понад 600 Гц - патологічне.
Крива 3 враховує всі можливі механізми впливу. Перебуваючи нижче кривих 1 і 2, вона відповідає захисту при прямому дотику.
УЗО з характеристикою BNK має повністю виключити всі небезпечні впливу струмів витоку в усьому діапазоні частот. Тому, струм спрацьовування УЗО (крива 4) ні в якій точці не повинен перевищувати граничну криву 3.
При наявності декількох частотних перетворювачів і / або довгих кабелів до двигунів, УЗО може небажано спрацьовувати через високі струмів витоку в діапазоні частот понад 1 кГц. Це призводить до виробничого браку через часті зупинок устаткування. Щоб цього не відбувалося, струм спрацьовування УЗО штучно завищують (крива 5).
Природно, що в цьому діапазоні частот чутливість УЗО знижується - воно може захистити тільки від непрямого дотику.
Конструктивно УЗО типу В складається з 2 частин:
- незавісяще й від напруги частини для контролю над синусоїдальними змінними і пульсуючими постійними струмами витоку частотою 50 Гц (електромагнітної)
- завісяще й від напруги частини для контролю за струмами витоку, з частотою в діапазоні від 0 Гц до 1 МГц (електронної).
Для харчування електронної схеми достатньо всього 30 В (безпечно низька напруга) між двома будь-якими з 4 провідниками. Якщо на лицьовій панелі горить зелений світлодіод, значить напруги досить для роботи частини типу В, якщо не горить - працює тільки частини А і АС.
Отже:
Для захисту від прямих, непрямих дотиків і від виникнення пожежі застосовуються наступні УЗО:
- RCCB - без вбудованого захисту від надструмів (на рис.9 - розшифровка кодування);
- RCBO - з вбудованим захистом від надструмів;
- CBR - автоматичні вимикачі з додатковим расцепителем по току витоку;
- MRCD - модульні пристрої захисту, в яких вузли виявлення струму витоку, оцінки і силовий вимикач виконані в окремих корпусах.
Монтажне положення УЗО довільне, підведення живлення з будь-якого боку, тільки для типів В харчування має заводитися на клеми 1, 3, 5, 7; сторона споживача 2, 4, 6, 8. Це пов'язано з необхідністю подачі напруги для харчування електронної схеми.
Від 4 полюсного ПЗВ можна живити і 1 фазну навантаження, використовуючи при цьому фазу, до якої приєднана кнопка - Test.
RCCB - Розшифровка позначення:
рис.9
KV - виконання підвищеної стійкості до імпульсних струмів витоку
Через комутаційних або грозових імпульсів перенапруг виникають імпульси струмів витоку завдяки ємності обладнання або кабельних ліній по відношенню до землі. Наприклад, панельні обігрівачі або люмінесцентні лампи в кількості більше 20 штук, будуть відключатися при захисті їх стандартними УЗО.Чтоби відключити такі небажані відключення необхідно застосувати УЗО спеціальної моделі-KV. Затримка спрацьовування в 10 мс., Дозволить пропустити через трансформатор імпульс струму форми 8/20 без спрацьовування.
Стійкість до імпульсних струмів стандартних УЗО становить> 200А в той час як виконання KV - 3 кА (на вимогу 5 кА).
S - селективні
Селективні УЗО реагують на струм витоку тільки після проходження декількох періодів мережевої частоти. Цим досягається, наприклад, при послідовному включенні другого УЗО вибірковість спрацювання, тобто в разі пробою ізоляції навіть при високих струмах витоку спрацює тільки те УЗО, яке ближче до місця пошкодження, тобто УЗО 3 (рис.10)
рис.10
При установці миттєвих УЗО кожен струм витоку IΔ> 0.3А в зоні «в» викличе спрацьовування як УЗО 3, так і УЗО 1, відключивши всіх споживачів. Селективність досягається шляхом введення затримки до 500мс.
Інші виконання УЗО:
FT - УЗО з функцією дистанційного спрацьовування (тестування). При цьому виконанні контакти вбудованої Test - кнопки УЗО додатково виводяться на додаткової модуль (0,5 модуля), завдяки чому є можливість зовнішнім пристроєм активувати Test - функцію з сигналізацією спрацювання н.з. контактом.
Сигнал на відключення УЗО може надійти з різних систем аварійних ситуацій, наприклад, протипожежних датчиків.
V 500 - УЗО для реалізації захисту шляхом автоматичного відключення живлення в мережах 290/500 В.
F - те саме, тільки в мережах з частотою ≠ 50 Гц.
W - УЗО для мереж підігріву залізниці стрілок на залізницях Германіі.Uн = 290 / 500В fн = 16 2/3 Гц.
Для УЗО типу В вказується виконання NK або SK;
УЗО без вбудованого захисту від надструмів не володіють стійкістю до струмів короткого замикання, тому вони повинні бути захищені запобіжниками або автоматичними вимикачами, встановленими з боку джерела живлення. З цієї причини говорять обусловной стійкості УЗО до струмів к.з.
УЗО виробництва Doepke мають умовної стійкістю до струмів к.з. (Iпс) в 10кА, для забезпечення якої потрібна установка, додаткових запобіжників на 63А. Даний показник вказується або символом на лицьовій панелі: Iнс = 10кА, або позначенням:
Номінальний струм ПЗВ повинен бути рівний або на щабель вище номінального струму захисного пристрою.
Стандартний температурний діапазон майже в усіх міжнародних нормах становить -5 ° ÷ + 35 ° С з короткочасним підвищенням до + 40 ° на 1 годину на добу.
УЗО Doepke витримує більш низькі температури в -25 ° С, що вказується символом на панелі приладу.
У УЗО Doepke важіль управління наділений так званої функцією "Reset". Відповідно до положення важеля можна дізнатися: вимкнулося чи УЗО через струму витоку (середнє положення важеля) або вручну (нижнє положення). Для скасування середнього положення необхідно важіль пересунути в нижнє положення - "0" і тільки потім знову включити.
RCBO - ПЗВ з вбудованим захистом від надструмів
Три расцепителя дозволяють здійснювати захист не тільки від струмів замикання на землю, а й від перевантаження і коротких замикань. Doepke випускає комбінації FI / LS на струми до 63 А (в каталогах до 40 А) з IΔн = 0,03 і 0,3 А.
Характеристика спрацьовування В і С. Ці пристрої застосовуються зазвичай для окремих споживачів з незмінною потужністю: газетні кіоски, рекламні щити.
CBR - вимикачі з додатковим расцепителем по току витоку
Це прилади серії DFL 8 з номінальним струмом від 100 до 250 А. З фіксованим струмом витоку 0,03А або (у виконанні Х) обирається з ряду 0,3-0,5-1,0-3,0А.
Без затримки спрацьовування або (у виконанні Х) вибирається з ряду 60-150-300-450 мс, завдяки чому можна добитися селективності спрацьовування. Стійкість до струмів к.з. - 5 кА.
MRCD - УЗО модульної конструкції
Doepke випускає ПЗВ з номінальним струмом до 125А. У разі великих струмів і отже великих перетинів провідників застосовуються ПЗВ модульної конструкції в яких вузли виявлення струму витоку, його оцінки і вимикає пристрій знаходяться не в одному, а в окремих корпусах.
Трансформатор струму складається тільки з вторинної обмотки. В якості первинної обмотки виступає кабель, який пропускається через вікно трансформатора.
Вікно 4 розмірів від 35 до 140 мм в діаметрі, має бути максимально заповнене провідниками.
Прилади контролю диференціального струму: DMD 1, DMD 2 і 2 Е, DMD 3
Призначені для контролю електроустановок, які в разі порушення ізоляції між струмоведучими частинами і землею, не повинні відразу відключатися. Сюди можна віднести обладнання з безперервним циклом роботи (лиття), або обладнання, яке повинно закінчити цикл перед відключенням (метало і деревообробні верстати, друкарське обладнання). У цих випадках необхідно виявити струм витоку на ранній стадії і усунути аварію перш, ніж обладнання вийде з ладу.
DMD 1 - найпростіший прилад з фіксованим рівнем струму витоку 30mА та фіксованого затримкою спрацьовування.
Напівпровідниковий вихід дозволяє вивести сигналізацію, наприклад, в кімнату чергового персоналу на сигнализационную панельDMD - P.
DMD 2 - прилад з можливістю установки рівня спрацьовування 30-100-300-1000mA і часу затримки 0,1-1,0с.
- постійна індикація рівня на світлодіодним шкалою;
- релейний контакт дозволяє підключити інші прилади для дистанційної сигналізації.
DMD 2 Е - виконання приладу контролю з окремим трансформатором струму. Аналогічно модульним УЗО.
DMD 3 - для струмів витоку типу В.
Два переключающих контакту:
- для попереджувальної сигналізації (10-90% від IΔн), щоб можна Було Закінчити робочий цикл;
- для ОСНОВНОЇ сигналізації (100% IΔн).
Затримка спрацьовування встановлюється в діапазоні 0,1 - 1,0С.
Два виконання: NK і SK з різними варіантами установки струму витоку: 0,03-0,1-0,3А або 0,3-0,5-1,0А.
Привід дистанційного керування DFA
Призначений для дистанційного керування і контролю УЗО (2 і 4 полюсними) і автоматами (1-3 полюсними).
За допомогою DFA можна включати і вимикати УЗО і АВ, а в разі УЗО ще й викликати спрацьовування, імітуючи виникнення струму витоку.
Поточний стан DFA (вкл., Викл., Сраб.) Сигнализируется вбудованим релейним контактом.
Перемикач ВКЛ-АВТО-ВИКЛ. дозволяє заблокувати можливість дистанційного керування, наприклад, при проведенні профілактичних робіт в розподільному щиті.
У положенні Auto привід у разі спрацювання, через 15сек. робить один раз спробу автоматичного включення. Встановлюється зліва замикання скоби.
Область застосування - вилучені, окремо розташовані підприємства або установки - насосні, очисні споруди, вітросилові установки, радиопередающие установки, телекомунікаційні установки.
Привід дистанційного керування DFA не впливає на роботу УЗО і АВ.
Для виконання функції спрацьовування струм витоку DFA повинен збігатися з IΔ УЗО. Для цього під кришкою DFA - перемикач на 0,03; 0,1; 0,3; 0,5 А.
Додатковий контакт DHi 2
Встановлюється зліва від УЗО замикання. Для цього на УЗО викруткою виламується отвір для штифта механізму спрацювання. Важелі з'єднуються віссю.
Перед монтажем в розподільний щит викруткою встановлюється необхідна функція (перемикач на 2 положення на бічній поверхні контакту):
- додатковий контакт: спрацьовування відбувається тільки при включенні або виключенні
- сигнальний контакт: індикація спрацьовування УЗО. На включення і виключення не реагує.