Козак Татьяна Владиславовна

Электротехнический факультет

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий и городов

Специальность Электроэнергетика и электротехника

Оценка повышения безопасности эксплуатации электрооборудования при использовании УЗО

Научный руководитель: д. т. н., Чурсинов Виктор Иванович

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• Актуальность темы
• Принцип действия
• Классификация УЗО
• Область применения
• Выводы
• Список источников

Введение

Все более широкое использование электроэнергии во всех областях деятельности человека, неуклонный рост энерговооруженности труда, резкое увеличение количества электроприборов в быту и на производстве, естественным образом повлекли за собой повышение опасности поражения человека электрическим током.

Электрический ток не имеет каких-либо физических признаков или свойств, по которым человек мог бы его ощущать органами чувств, что усугубляет его опасность для человека.

Электротравматизм составляет значительную долю в общем числе несчастных случаев. Специалистам-электрикам и рядовым пользователям известно большое количество случаев гибели или тяжелого поражения людей от удара электрическим током или возгораний и пожаров, вызванных неисправностями электрооборудования и электропроводок [2].

Защита жизни, здоровья и имущества людей является задачей первостепенной важности, определяющей требования к электрооборудованию. Безопасность при эксплуатации электроустановок и приборов достигается применением комплекса защитных мероприятий. Одним из способов повышения электробезопасности является применение устройств защитного отключения (УЗО).

Актуальность темы

Устройства защитного отключения (УЗО), реагирующие на дифференциальный ток, обладают комплексом защитных функций и в этом смысле не имеют аналогов. УЗО обеспечивают высокую степень защиты людей от поражения электрическим током при прямом и косвенном прикосновении, кроме того, УЗО обеспечивают снижение пожарной опасности электроустановок [5]. Следует отметить, что в случае преднамеренного прикосновения к токоведущим частям применение УЗО является единственно возможным способом обеспечения защиты, как и в случае отказа основных видов защиты.

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. Если учесть, что стоимость одного УЗО не превышает стоимости простого бытового электроприбора, а возможный ущерб исчисляется огромными суммами, то становится очевидна необходимость скорейшего внедрения УЗО во всех электроустановках.

Принцип действия

В чем же заключается принцип работы устройства защитного отключения (УЗО)?

Работает УЗО следующим образом (рисунок 1):

При нормальной работе системы электроснабжения и, следовательно, отсутствии утечки, рабочий ток, протекая через включенные встречно первичные обмотки трансформатора (которые соединены с прямым и обратным проводниками, ведущими к нагрузке), наводит встречно направленные магнитные потоки, одинаковые по величине. Их взаимодействие приводит к тому, что ток вторичной обмотки практически равен нулю и пороговый элемент не срабатывает.

При возникновении внештатной ситуации – появлении утечки тока или при прикосновении человека к токоведущим частям во время утечки тока (по сути, возникновение той же утечки через тело человека) баланс токов в первичных обмотках трансформатора будет нарушен, что вызовет появление тока во вторичной обмотке.

В свою очередь, наведенный во вторичной обмотке ток приведет к срабатыванию порогового элемента и приведению в действие исполнительного механизма. Этот механизм вызывает обесточивание контролируемой цепи.

Однако надо помнить, что УЗО не является панацеей от всех возможных проблем, хотя и значительно увеличивает безопасность эксплуатации электрооборудования.

Если в защищаемой цепи отсутствуют токи утечки, то УЗО не среагирует (например, при коротком замыкании между фазным и нулевым проводом). Не срабатывают такие устройства и в тех случаях, когда человек прикоснется одновременно к фазному и нулевому проводнику. Это происходит по причине того, что с точки зрения протекания тока человеческое тело, это такое же омическое сопротивление, как и любая другая нагрузка.

В связи с этим, для исключения подобных случаев, применяются механические меры защиты: электромонтаж дополнительной изоляции проводника (гофрированная труба), установка кожухов и коробов, ограничение доступа неквалифицированного персонала. В некоторых случаях установка УЗО запрещена, так как отключение жизненно важного оборудования может повлиять на безопасность жизнеобеспечения человека.

Классификация УЗО

Зная предназначение и принцип работы устройства защитного отключения, необходимо ознакомиться с характеристиками и типами УЗО.

УЗО классифицируются по условиям эксплуатации и по их технической реализации. По условиям их использования в электроустановках УЗО подразделяют на типы АС, А, В, S, G [1].

• УЗО типа АС реагируют на переменный дифференциальный ток синусоидальной формы, который либо возникает внезапно, либо медленно возрастает.
• УЗО типа А реагирует на переменный дифференциальный ток синусоидальной формы, а также на пульсирующий постоянный ток, возникающий внезапно или медленно возрастающий.
• УЗО типа В реагирует на постоянный, переменный и выпрямленный дифференциальный ток.
• УЗО типа S – это устройство, имеющее выдержку времени отключения.
• УЗО типа G аналогично предыдущему, но имеет меньшую выдержку времени.

Принципиальное значение при рассмотрении конструкции УЗО имеет разделение устройств по способу технической реализации на следующие два типа:

1. УЗО, функционально не зависящие от напряжения питания (электромеханические) (рисунок 2). Источником энергии, необходимой для функционирования – выполнения защитных функций, включая операцию отключения, является для устройства сам сигнал – дифференциальный ток, на который оно реагирует;

2. УЗО, функционально зависящие от напряжения питания (электронные) (рисунок 3). Их механизм для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от внешнего источника. Применение устройств, функционально зависящих от напряжения питания, более ограничено в силу их меньшей надежности, подверженности воздействию внешних факторов и др. Однако основной причиной меньшего распространения таких устройств является их неработоспособность при часто встречающейся и наиболее опасной по условиям вероятности электропоражения неисправности электроустановки, а именно – при обрыве нулевого проводника в цепи до УЗО по направлению к источнику питания. В этом случае электронное УЗО, не имея питания, не функционирует, а на электроустановку по фазному проводнику выносится опасный для жизни человека потенциал.

Существует класс приборов – УЗО со встроенной защитой от сверхтоков (RCBO), так называемые комбинированные УЗО (рис.4).

Практически все фирмы-производители УЗО имеют в своей производственной программе УЗО со встроенной защитой от сверхтоков. Как правило, их доля в общем объеме выпускаемых устройств защитного отключения не превышает одного-двух процентов. Это объясняется довольно ограниченной областью их применения – незначительная, неизменяемая нагрузка, автономный электроприемник и т.п.

Показательным примером является освещение рекламных щитов, установленных на уличных павильонах остановок общественного транспорта, где питание двух-трех люминесцентных ламп осуществляется через комбинированное УЗО с номинальным рабочим током 6 А и номинальным отключающим дифференциальным током 30 мА.

Конструктивной особенностью УЗО со встроенной защитой от сверхтоков является то, что механизм размыкания силовых контактов запускается при воздействии на него любого из трех элементов – катушки с сердечником токовой отсечки, реагирующей на ток короткого замыкания, биметаллической пластины, реагирующей на токи перегрузки и магнитоэлектрического расцепителя, реагирующего на дифференциальный ток.

Применение УЗО со встроенной защитой от сверхтоков, целесообразно лишь в обоснованных случаях, например, для одиночных потребителей электроэнергии [3].

Таким образом, рассмотрев все факторы, которые влияют на обеспечение безопасности потребителя, к применению в электроустановках и электрощитах, в первую очередь, следует рекомендовать электромеханические УЗО, как устройства, обеспечивающие более надежную защиту.

Область применения

Применение УЗО приобрело достаточно широкое распространение. УЗО применяется для комплектации вводно-распределительных устройств (ВРУ), распределительных щитов (РЩ), групповых щитков (квартирных и этажных), устанавливаемых в общественных зданиях – детских дошкольных учреждениях, школах, профессионально-технических, средних, специальных и высших учебных заведениях, гостиницах, санаториях, мотелях, библиотеках, крытых спортивных и физкультурно-оздоровительных учреждениях, бассейнах, саунах, театрах, клубах, кинотеатрах, магазинах, предприятиях общественного питания, предприятиях бытового обслуживания, торговых павильонах, киосках и т.п., жилых зданиях - индивидуальных и многоквартирных, дачах, садовых домиках, общежитиях, бытовых помещениях и т.п., в административных зданиях, производственных помещениях – цехах, мастерских, АЗС, автомойках, ангарах, гаражах, складских помещениях и т.п., а также для защиты отдельных потребителей электроэнергии [6].

До настоящего времени большая часть электроустановок в нашей стране работает с системой заземления подобной TN-C.

Необходимо подробнее рассмотреть функционирование УЗО в таких электроустановках.

В такой электроустановке, при пробое изоляции на корпус электроприемника в случае, если этот корпус не заземлен (например, холодильник или стиральная машина на изолирующем основании), УЗО, включенное в цепь питания электроприемника, не сработает, поскольку нет цепи протекания тока утечки – отсутствует разностный (дифференциальный) ток. При этом на корпусе электроприемника окажется опасный потенциал относительно земли.

В этом случае при прикосновении человека к корпусу электроприемника и протекании через его тело тока на землю, превышающего номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО (ток уставки), УЗО среагирует и отключит электроустановку от сети, в результате жизнь человека будет спасена.

Это означает, что в рассмотренном случае с момента нарушения изоляции и возникновения на корпусе электроприемника электрического потенциала до момента отключения дефектной цепи от сети существует период потенциальной опасности поражения.

Из вышеизложенного следует, что и в электроустановках с системой заземления TN-C применение УЗО также оправдано, поскольку это устройство и в таких электроустановках обеспечивает эффективную защиту от электропоражения [4].

Электроустановки с системами заземления TN-S, TN-C-S, ТТ в данном аспекте обладают значительным преимуществом: в аналогичной ситуации – при пробое изоляции на корпус, УЗО мгновенно отключит электропитание, поскольку все корпуса имеют надежное соединение с защитным проводником.

УЗО, применяемые в жилых зданиях, не должны отключать потребителя в случае исчезновения или снижения напряжения электросети. Они должны сохранять работоспособность при снижении напряжения питания до 50% от номинального на время не менее 5 с (время срабатывания автомата включения резерва). Разрешается использовать УЗО как типа А (для синусоидального и пульсирующего напряжения), так и типа АС (для синусоидального напряжения) [8]. При выборе УЗО следует учесть, что источником пульсирующего напряжения могут быть стиральные машины, регуляторы источников света, телевизоры, видеомагнитофоны, персональные компьютеры.

УЗО в жилых зданиях рекомендуется устанавливать в квартирных или этажных щитках. В групповых электрических цепях, питающих штепсельные розетки, необходимо устанавливать УЗО с дифференциальным током срабатывания, не превышающим 30 мА. При этом не требуется установка УЗО в цепи, питающей стационарное осветительное оборудование. К одному УЗО допускается присоединение нескольких цепей электропитания через отдельные автоматические выключатели, устанавливаемые в каждую цепь. Установка УЗО является обязательной в групповых цепях, питающих штепсельные розетки, находящиеся вне помещения, в помещениях с повышенной опасностью и в особо опасных помещениях (в ванных и душевых). При этом рекомендуется использовать УЗО с дифференциальным током срабатывания, не превышающим 30 мА, а для ванных и душевых (если для них используется отдельная линия) – 10 мА [7].

Выводы

В заключении можно сказать, что все УЗО используются с одной важной целью – защита человека от поражения электрическим током при возникновении неисправности электрооборудования и отключения подачи энергии при непреднамеренном контакте человека с открытыми токопроводящими частями электроустановок во время утечки тока. А также предохранении и от возгорания электропроводки при замыкании на корпус или на землю.

Список источников

1. Устройство защитного отключения: теория и практика использования Монаков В.К. УЗО. Теория и практика Энергосервис, 2007. – 356 с.
2. Ф. Штепан Устройства защитного отключения, управляемые дифференциальным током /Ф. Штепан Прага, 2000. – 90 с; с ил.
3. ГОСТ Р 51326.1-99 Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения без встроенной защиты от сверхтоков. Часть 1. Общие требования и методы испытаний.
4. ГОСТ Р 51327.1-99 Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения со встроенной защитой от сверхтоков. Часть 1. Общие требования и методы испытаний.
5. Правила устройства электроустановок Изд. 7-е, 1999 г.
6. ГОСТ Р 50807-95 (МЭК 755-83). Устройства защитные, управляемые дифференциальным (остаточным) током.
7. МЭК 1200-53. Электроустановки зданий. Глава 53. Выбор и монтаж электрооборудования. Коммутационная аппаратура и аппаратура управления. Требования к устройству электроустановок зданий.
8. МЭК 364-5-53. Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Коммутационная аппаратура и аппаратура управления.