Бурштинський М.В. Копчак Л.С. Хай М.В. Апарати захисту та керування в електричних установках низької напруги

Подождите немного. Документ загружается.

Очевидно, значення диференційного струму повинно бути достат-

нім для спрацювання реле. Тому існує поняття номінального вимикаль-

ного диференційного струму ПЗВ. Його необхідно відрізняти від

номінального струму ПЗВ, який ПЗВ може пропустити в тривалому

режимі роботи. Номінальний струм ПЗВ є, по суті, пасивним тран-

зитним струмом пристрою. Обидва ці струми вказує виробник. У схемі

пристрою передбачено коло 5 для тестування працездатності ПЗВ.

1.3. Особливості виконання.

Основні технічні характеристики

1.3.1. Залежно від способу монтажу розрізняють ПЗВ для

фіксованого монтажу у розподільних щитах (рис. 2, а) і мобільного

монтажу (рис. 2, б).

-25

Рис. 2. Зовнішній вигляд ПЗВ для фіксованого (а) і мобільного (б) монтажу

1.3.2. Згідно з функціональною залежністю від напруги

живлення розрізняють ПЗВ:

1) FI – функціонально незалежні;

2) DI – функціонально залежні;

3) HFI – функціонально умовно залежні.

Найдосконалішими є незалежні від напруги ПЗВ типу FІ.

Функціональна схема такого пристрою подана на рис. 1.

1.3.3. За кількістю полюсів ПЗВ поділяють на двополюсні,

які призначені для захисту в однофазних колах (L, N), і чотири-

полюсні, які використовують в трифазних мережах (L1, L2, L3, N).

Схеми двополюсного та чотириполюсного ПЗВ показані на рис. 3.

Рис. 3. Структурні схеми ПЗВ з різною кількістю полюсів:

а – чотириполюсний; б – двополюсний

1.3.4. Чутливість ПЗВ до різних видів диференційного

струму. Іноді у зв’язку з використанням силових схем з

напівпровідниковими елементами спотворюється крива змінного

струму, що супроводжується збільшенням у ній частки постійної

складової. У разі застосування ПЗВ в колах з потужними спожи-

вачами необхідно аналізувати криву струму, що протікає через

ПЗВ, і вибрати відповідний цій кривій тип пристрою. Найчастіше

застосовують ПЗВ, призначені для змінного диференційного

струму (тип АС), рідше – для змінного й водночас для пульсу-

ючого постійного струму (тип А). Графічні позначки, що характе-

ризують відповідний тип ПЗВ, наведені в табл. 1; їх наносять на

корпус кожного пристрою.

Таблиця 1

Позначки, що характеризують чутливість ПЗВ до різних видів

диференційного струму (відповідно до стандарту ІЕС 755)

Позначки Тип Властивості ПЗВ

АС Чутливий до змінного диференційного струму

Чутливий до змінного і пульсуючого постійного*

диференційних струмів

Чутливий до змінного, пульсуючого постійного і

згладженого постійного** диференційних струмів

* Пульсуючий постійний струм – хвилеподібні імпульси струму

тривалістю (у кутовому вимірюванні) не менше за 150° за один період

пульсації, що виникають періодично з номінальною частотою і розділені

проміжками часу, протягом яких постійний струм набуває значення, що не

перевищує 0,006 А.

** Згладжений постійний струм – постійний струм з незначними хвиле-

подібними імпульсами (коефіцієнт пульсації не вище ніж 10 %).

1.3.5. Час спрацювання є одним із важливих параметрів ПЗВ.

В цьому аспекті ПЗВ поділяють на такі:

1) загального застосування (рис. 4, а);

2) з певною невеликою затримкою спрацювання (рис. 4, б).

Перші вимикають одразу після виникнення диференційного

струму, значення якого перевищує те, що необхідне для спрацювання.

Для других затримка характеризується терміном – граничний

час невимикання. Упродовж цього нормованого відрізку часу ПЗВ

не повинен спрацювати навіть за великого диференційного струму.

Наприклад, при короткочасному імпульсі диференційного струму

енергія імпульсу недостатня для заряджання конденсатора 4 до рівня

граничної напруги перекидного органу, а отже, не відбудеться

вимикання ПЗВ.

Залежно від граничного часу невимикання розрізняють ПЗВ:

1) загального призначення з мінімальною природною затрим-

кою – ;

2) з підвищеною стійкістю до струму короткого замикання і

середньою затримкою – ;

3) селективні з істотною затримкою – .

L1 L2 L3 N

Рис. 4. Структурні схеми ПЗВ:

а – без затримки спрацювання; б – із затримкою спрацювання;

1 – вимикальне реле; 2 – підсумовувальний трансформатор струму;

3 – розчеплювач; 4 – конденсатор; 5 – випрямляч

ПЗВ типу G може бути використаний, щоб не допустити

хибних спрацювань під впливом зовнішніх чинників (перенапруг,

різних завад, комутацій електроприймачів тощо).

Як правило, значення номінального вимикального диферен-

ційного струму І

∆n

типу S повинно бути не меншим від потроєного

значення номінального вимикального диференційного струму ПЗВ

типу G чи ПЗВ загального призначення, тобто:

nGnS

I3I

∆∆

≥

чи

−∆∆

≥

nnS

I3I .

На рис. 5 показані звичайно отримувані значення часу

невимикання t

нв

різних типів ПЗВ при випробуванні номінальним

диференційним струмом І

∆n

для цього типу ПЗВ.

Рис. 5. Характерні значення часу невимикання ПЗВ

при випробуванні диференційним струмом I

Δn

1.3.6. Селективний (вибірковий) диференційний захист

об’єктів. Ідея полягає в тому, що від струмів витоку захищають як

окремих конкретних споживачів, так і їхні групи аж до всієї системи

загалом. Організувати такий захист можна лише за наявності ПЗВ

всіх трьох типів: загального призначення, G та S, які мають різні

часострумові характеристики. Сказане відображено уявною ділян-

кою мережі з селективним диференційним захистом (рис. 6). Спожи-

вачі 2, 3, 4, 5 та 6 захищені швидкісними диференційно низько-

струмовими ПЗВ загального призначення. У разі витоку на об’єкті 1

вимикають разом із ним споживачі 2, 3 і 4.

Струми витоку в системі можуть з’явитися і як наслідок

старіння ізоляції провідників та обладнання. Ці струми здатні

викликати пожежу, тому у разі їхньої появи належить вимкнути всю

ділянку мережі, що покладається на ПЗВ типу S. На схемі такі

витоки імітують об’єктом 7.

1.3.7. До ПЗВ ставиться вимога, щоб робочий діапазон

диференційних струмів спрацювання лежав у межах

.I)0,15,0(I

n∆∆

d d d d

Рис. 6. Схема ділянки мережі

із селективним диференційним захистом об’єктів

1.4. Дія електричного струму на організм людини

У разі дотикання людини до частини електроустаткування, що

опинилося під напругою, по тілу людини протікає електричний струм.

Реакція організму на вплив електричного струму й можливі наслідки

цього впливу залежать від дуже багатьох чинників, основними з яких є:

параметри електричної мережі, умови довкілля (кліматичні й погодні),

тривалість впливу струму, перехідний опір між тілом людини й землею

(взуття, підлога), характеристика приміщення й опір тіла людини.

На рис. 7 зображено граничні криві змінного струму промис-

лової частоти (повідомлення ІЕС 479, розділ 2, 3-тє видання 1994

року), що характеризують вплив сили електричного струму на

людину залежно від тривалості часу його протікання. Пояснення до

рис. 5 наведено в табл. 2.

Головним чинником, що зумовлює відсутність смертельного ре-

зультату у разі ураження людини електричним струмом, є малий час

протікання електричного струму. У спеціальній літературі наводиться

значення граничнодопустимого добутку струму, що протікає по тілу

людини, і часу його протікання, який дорівнює 70 мАс. При значеннях

опору тіла людини 2000 Ом і напруги дотику 230 В значення струму,

що протікає по тілу, становитиме 230/2000 = 0,115 А. Час протікання

струму у такому разі не повинен перевищувати значення 0,6 с. За умови

використання ПЗВ з номінальним вимикальним диференційним струмом

∆

=30 мА значення часу вимкнення при доторканні людини до струмо-

ведучого провідника звичайно лежить в межах від 10 до 30 мс, що гаран-

тує високий ступінь безпеки. Залежно від умов довкілля, особливо за на-

явності чи відсутності вологи, згідно зі стандартом ІЕС 60364-4-41 прий-

нято, що значення безпечної напруги (U

) змінного струму становить:

50 В для сухого середовища;

25 В для вологого середовища.

Таблиця 2

Фізіологічний вплив електричного струму

на людину залежно від інтервалу значень струму

і часу його протікання по тілу (див. рис. 7)

Позначення інтер-

валу (АС –

змінний

струм)

Граничні

значення струму

в інтервалі

Фізіологічний вплив

АС-1 до 0,5 мА (пряма а)

Звичайно без відчутного впливу

АС-2

від 0,5 мА до ламаної

лінії b

Звичайно без шкідливого фізіологіч-

ного впливу

АС-3

від ламаної лінії b до

кривої c

Звичайно без органічного ушкоджен-

ня. Можлива судома м’

язів і проблеми

з диханням, якщо струм протікає

довше за 2 с. Порушення серцево

діяльності без фібриляції

серцевого

м’яза спостерігається тільки при три-

валішому часі протікання і за

вищих

значень струму

АС-4 вище від кривої с

Збільшується ймовірність виникнення

таких небез

печних патологічних явищ,

як зупинка дихання, важкі опі

ки і

фібриляція серцевого м’яза

0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000

Струм, який протікає по тілу людини, мА

Час протікання струму, мс

100

200

500

1000

2000

5000

10000

АС-1

АС-2

АС

-3

АС-4

a b c

Рис. 7. Граничні криві змінного струму

2. ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

2.1. Програма роботи

2.1.1. Ознайомитись з будовою пристроїв захисного вимк-

нення. Вивчити принцип організації та функціонування дослідної

схеми (рис. 8). Встановити тип та технічні характеристики досліджу-

ваного ПЗВ.

2.1.2. За даними ПЗВ підібрати відповідне обладнання та

вимірювальні прилади; зібрати схему.

2.1.3. Здійснити контроль правильності та якості підмикання

провідників.

2.1.4. Виконати тестування ПЗВ та визначити мінімальну

напругу мережі, за якої ця перевірка є можливою.

2.1.5. Визначити мінімальне значення диференційного струму

∆min

спрацювання ПЗВ для змінного та постійного пульсуючого

струмів за І

нав

=0 та І

нав

= kІ

, де k=0,15…1 – приймають за вказівкою

викладача.

2.1.6. Зняти та побудувати часострумові характеристики

пристрою для різних видів диференційного струму І

∆

за І

нав

=0 та

нав

= kІ

, тобто:

нв

= t

нв

(І

∆

де t

нв

– час невимикання;

∆

– диференційний струм.

2.1.7. На підставі даних п. 2.1.6 визначити фізіологічну дію

змінного струму на організм людини залежно від значення струму і

часу його протікання по тілу.

2.1.8. Оцінити вплив струму навантаження І

нав

на часостру-

мові характеристики ПЗВ.

2.1.9. Оформити звіт.

2.2. Методичні вказівки

До п. 2.1.1. На рис. 8 наведено схему гіпотетичної системи

двопровідної мережі електропередачі із застосуванням ПЗВ.

У зібраній установці трансформатори Т1 та Т2 моделюють

підстанцію. Електроенергія передається по двох провідниках: фазному

робочому L та об’єднаному нульовому робочому N і нульовому

захисному РЕ, тобто РЕN. Поділ об’єднаного провідника PEN на N та

РЕ здійснюється ПЗВ, зображеним на схемі як А1.

Функціональна група Ф1 призначена для задання струму вито-

ку І

∆

, а також в сукупності з мілісекундоміром А2 для організації

режиму симуляції витоку. У позиції 1 перемикача S3 за допомогою

опору R1 задають струм витоку. Після перемикання перемикача S3 в

позицію 2 і замикання контактів 4–5 мілісекундоміра в колі

остаточно з’являється струм витоку.

Рис. 8. Робоча схема для дослідження ПЗВ