Устройство защитного отключения

УДК 631.31:658.382.3
ВАРИАНТЫ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В ОТЕЧЕСТВЕННЫХ
РАЗРАБОТКАХ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ
Никольский О.К., Сошников А.А., Еремина Т.В.
Россия, г. Барнаул, АлтГТУ
Рассмотрены различные варианты разработок устройств защитного отключения для
использования в системах электроснабжения стационарных и нестационарных
электроустановок.
Various options of development of devices of protective shutdown for use in systems of power supply stationary and non-stationary electro - installations are considered.
Переход в России к системам электроснабжения с раздельными рабочими и
защитными нулевыми проводниками (TN-C-S и TN-S) создали технические
предпосылки массового использования устройств защитного отключения (УЗО).
Результаты исследований особенностей использования УЗО, выполненных в
Алтайском государственном техническом университете, легли в основу формирования
типоряда модифицированных изделий и подготовки конструкторско-технологической
базы для их производства по направлениям создания:
- многофункциональных электронных защитных устройств;
- гибридных электрических защит с электромеханическим преобразователем;
- защитных устройств индивидуального применения для нестационарных
электроустановок (передвижных и переносных).
В ряде случаев эффективность УЗО значительно повышается при
одновременном использовании в одном изделии различных функций. В связи с
требованиями ПУЭ [1] актуальным является введение мониторинга тока утечки в
электрической сети по верхнему его пределу, составляющему 1/3 значения тока
срабатывания. Реализация необходимого набора дополнительных функций в одном
аппарате, как правило, нецелесообразна в маломощных однофазных УЗО. Практически
приемлемым остается подход, предусматривающий использование ограниченного
числа функций, формируемых в соответствии с запросами заказчиков и
установленными требованиями эксплуатации.
В
результате
выполненных
работ
нами
разработан
типоряд
многофункциональных УЗО серии УЗК-01 с номинальным током до 125 А,
реализующих защиту от тока утечки на землю, коротких замыканий, перегрузки и
перенапряжения в электрической сети, имеющих многоступенчатую дискретнорегулируемую уставку срабатывания, обеспечивающую сигнализацию предаварийного
режима и мониторинг превышения заданного уровня тока утечки.
Одним из перспективных направлений развития устройств защитного
отключения является создание электромеханических изделий, имеющих ряд
преимуществ по сравнению с электронными. Однако отечественное производство УЗО
ограничивается электронными изделиями и полуфабрикатами, собранными из
зарубежных комплектующих. Причиной этого является отсутствие технологии
создания высокоточных поляризованных реле с кинематическим усилителем для
управления коммутационным блоком УЗО.
Задачи разработки электромеханического преобразователя и экспериментальной
проверки его эффективности в составе гибридного УЗО, сочетающего в себе
магнитоэлектрическое реле и электронный ключ, управляющий независимым
расцепителем автоматического выключателя, были решены при участии авторов на
Дивногорском заводе низковольтной аппаратуры (Красноярский край).
В предлагаемой конструкции реле использована биполярная схема,
представленная на рисунке 1. Действие такого реле основано на взаимодействии
магнитного поля постоянного магнита 5 и переменного тока в обмотке 4,
расположенной на якоре 3. Коромысло 6 и якорь выполняют роль магнитопровода
магнитного потока, созданного постоянным магнитом, что обеспечивает притяжение
коромысла к якорю. Поворачивая постоянный магнит вокруг его оси, можно изменять
тангенциальную составляющую магнитного потока, протекающего по магнитопроводу
и, тем самым, регулировать усилие притяжения коромысла к якорю, устанавливая
необходимую чувствительность реле, определяющую порог срабатывания. При
поступлении сигнала утечки на обмотку реле с выхода дифференциального
трансформатора якорь размагничивается, коромысло под действием пружины 7
откидывается и через толкатель 2 замыкает нормально разомкнутые контакты реле.
Функцию кинематического усилителя осуществляет симистор, управляющий
независимым расцепителем автоматического выключателя и входящий в отдельный
блок гибридного устройства защитного отключения.
Рисунок 1 - Конструкция магнитоэлектрического реле
Учитывая, что основными элементами конструкции магнитного реле являются
постоянный магнит, магнитопровод и пружина, определяющие чувствительность и
надежность работы УЗО, нами были проведены исследования по выбору исходных
материалов и разработке технологии изготовления деталей и их сборки.
В результате исследования различных материалов для постоянного магнита
были выбраны следующие материалы (ферриты бария) для создания постоянного
магнита: 1БИ ПЯО.707.186.ТУ; М2БА-1 ОЖО.707.061.ТУ; МЗБА-1 ОЖО.707.112.ТУ.
Для магнитопровода чувствительного реле выбран пермаллой типа 79НМ (ГОСТ
101160-75).
Результаты испытаний разработанного УЗО позволили Дивногорскому заводу
низковольтной аппаратуры приступить к выпуску первых гибридных УЗО, сочетающих
электронный усилитель на основе полупроводникового ключа с электромеханическим
преобразователем из отечественных комплектующих. УЗО выпускается на базе
автоматического выключателя ВА 61-29 и отличается повышенной надежностью.
Использование УЗО с номинальным отключающим дифференциальным током
6 мА является наиболее эффективным способом предотвращения электропоражений
при эксплуатации нестационарных электроустановок (НЭУ).
Нами разработана конструкция УЗО, позволяющая снизить металлоемкость и
вес, повысить технологичность изготовления и защищенность от воздействия внешних
электромагнитных полей. На рисунке 2 приведена функциональная схема УЗО-вилка
(ДПВ-Т). При включении УЗО в сеть трехфазного источника питания в фазных и
нулевом проводниках возникает ток и силовые контакты 7 оказываются под
напряжением. Одновременно на одну полуобмотку соленоида 6, подключенную к
фазному и нулевому проводникам, подается напряжение (при включенной вилке в
розетку эта полуобмотка постоянно находится под напряжением).
Рисунок 2 – Функциональная схема УЗО-вилка
1 – ДТТ; 2 – силовая контактная группа (исполнительный механизм); 3 – соленоид;
4 – следящее устройство (пороговый элемент); 5 – электронный усилитель (включен
в схему следящего устройства); Т – кнопка «ТЕСТ»; Rз- тестовый резистор; H –
нагрузка
Вторая полуобмотка соленоида 6 присоединяется к кнопке «ВКЛ» и от нее к
источнику питания. При нажатии кнопки «ВКЛ» (в индикаторном отверстии
включается индикатор красного цвета) во второй полуобмотке соленоида появляется
напряжение, в результате соленоид замыкает контакты силовой контактной группы 7 и
в фазных проводах от источника питания к нагрузке через УЗО протекает ток. При
отпускании кнопки «ВКЛ» во второй полуобмотке соленоида 6 напряжение исчезает, а
соленоид удерживает силовые контакты 7 в замкнутом состоянии при наличии
напряжения в первой полуобмотке соленоида. В момент включения вилки в розетку
силовая контактная группа находится в разомкнутом состоянии.
При возникновении тока утечки в защищаемой цепи, превышающего пороговое
значение питание соленоида отключается. В результате контакты силовой группы
размыкаются под действием пружины, обесточивая неисправную нагрузку.
Функционально УЗО-вилка представляет быстродействующее устройство, время
отключения дифференциального тока составляет 0,03 сек.
Экспериментальная проверка представленных УЗО, проведенная в различных
регионах России, подтвердила эффективность и простоту эксплуатации разработанной
электрозащитной аппаратуры.
Литература
1.
Правила устройства, эксплуатации и безопасности электроустановок.
Нормативно-технический сборник. Барнаул, 2004.
2.
Еремина Т.В. Вероятностный анализ безопасности сельских
электроустановок (под ред. Никольского О.К.).-Улан-Удэ, Изд. ВСГТУ, 2010.
Никольский Олег Константинович, д.т.н., профессор, зав. кафедры ЭПБ АлтГТУ им.
И.И. Ползунова, г. Барнаул, тел. 8 (3852) 36 71 29, e-mail: elnis@inbox.ru
Сошников Александр Андреевич, д.т.н., профессор кафедры ЭПБ АлтГТУ им. И.И.
Ползунова, г. Барнаул, тел. 8 (3852) 36 71 29, elnis@inbox.ru
Еремина Тамара Владимировна, д.т.н., профессор кафедры ЭБЖ ВосточноСибирскийГТУ, г. Улан-Удэ, тел. 8 (3012) 42 23 98