Научно-технические статьи

Маньков В.Д. Директор НТЦ "Аксиома Электро" Почетный энергетик России, доцент

Заграничный С.Ф. Заместитель директора - начальник научно-методического отдела НТЦ "Аксиома Электро" Почетный энергетик России

Применение устройств защитного отключения 

совместно с защитным заземлением

Чаще всего устройства защитного отключения совместно с защитным заземлением применяется в электрической сети (ЭС) системы заземления ТТ ^*.

____________________

^* Маньков В.Д., Заграничный С.Ф. Виды защит, обеспечивающие безопасность эксплуатации электроустановок (в трех частях). Часть 2. Защита при косвенном прикосновении. Дополнительная защита. Справочное пособие. – 2011. – 128 с.

Такая сеть заземляется у источника питания. Для защиты от повреждения может быть использовано или защитное устройство от сверхтока или защитно-отключающее устройство. Устройство защиты от сверхтока и защитно-отключающее устройство характеризуется различной чувствительностью.

Устройство защиты от сверхтока должно быть способно длительно пропускать номинальный ток. В случае повреждения оно должно отключать цепь за время, не превышающее несколько секунд. Для этого значение тока повреждения должно значительно превосходить значение номинального тока.

Защитно-отключающие устройства чувствительны к весьма небольшим токам, являющимися разностными токами в проводниках, питающих нагрузку. Эти разности возникают, когда возникают повреждения, связанные с утечкой тока на землю. В идеальном случае разностный ток должен быть равен нулю. Практически установившийся разностный ток в обычной электрической цепи, не имеющий повреждения, может достигать несколько миллиампер. Требования, предъявляемые к устройствам защитного отключения, предусматривают: чувствительность к малым разностным токам, отсутствие ложных срабатываний и надёжность.

На рис.5 показано защитное заземление в ЭС системы заземления ТТ и его связь с устройством защиты от сверхтока.

Замыкание, показанное на рис.5, связывает токоведущую часть с доступными прикосновению открытыми проводящими частями одного из изображённых на рисунке потребителей. Ток замыкания стекает в землю через заземляющие проводники и возвращается к источнику питания через заземляющее устройство.

Для того, чтобы устройство защиты от сверхтока ограничивало опасность поражения во время замыкания, необходимо, чтобы сопротивление цепи обратного тока (ЦОТ) R_ЦОТ между корпусом оборудования и землёй, определяемое сопротивлением растеканию тока с заземляющих электродов R_ЗЭ, было меньше или равно отношению предельно допустимого напряжения приложенного к ОПЧ U_ОПЧ в течение бесконечно большого времени к току замыкания I_З.

R_ЦОТ = R_ЗЭ ≤ U_ОПЧ  / I_З.

Ток замыкания I_З при этом должен проходить через устройство защиты от сверхтока и заземляющее устройство. Если указанные выше условия не выполняются, то напряжение на корпусе (ОПЧ) ЭО в период замыкания может принимать опасные значения. При этом

I_З = U_Ф / (R_ПР + R_К + R_ЗУ + R_РАСТ),

где U_Ф – фазное напряжение источника питания;

 R_ПР – сопротивление проводников;

   R_К –  сопротивление контакта в месте замыкания;

  R_ЗУ – сопротивление замыкающего устройства;

 R_РАСТ – результирующее сопротивление растеканию тока заземлённой нейтрали источника.

Рис.5. Короткое замыкание в ЭС системы заземления ТТ

Чтобы время срабатывания устройства защиты от сверхтока было в пределах нескольких секунд, ток замыкания I_З должен быть несколько раз выше уставки устройства.

Устройство защитного отключения имеющее дифференциальный ток уставки не более 0,5 А (УЗО-Д), будет быстро отключать, несмотря на большое сопротивление и следовательно малое значение тока замыкания. На рис.6 представлена совместная работа защитного заземления с УЗО-Д в ЭС системы заземления ТТ.

Рис.6. Совместное использование защитного заземления с УЗО-Д в ЭС системы заземления ТТ

Ток замыкания стекает в землю через R_З и возвращается к источнику питания ТV через рабочее R₀ и повторное R_ПЗ заземления нулевого провода и далее через УЗО-Д. При этом появляется разность токов в нулевом и рабочем проводниках и УЗО-Д срабатывает, если эта разность больше уставки.

Для ограничения опасности поражения электрическим током должно выполняться условие:

R_ОПЧ ≤ U_ОПЧ / I_У ,

где R_ОПЧ – сопротивление ОПЧ (корпуса) ЭУ относительно земли;

I_У – ток уставки УЗО-Д.

Следует отметить, что сопротивление петли замыкания тока на практике бывает существенно меньше критического значения, требуемого для работы УЗО-Д.

В ЭС системы заземления ТТ нулевой рабочий проводник бывает заземлен через повторные заземлители во многих точках между питающим трансформатором и электроустановками потребителя. Из этого следует, что сопротивление растеканию тока с заземлителей, связанных с нулевым рабочим проводником, мало. Напряжение на нулевом рабочем проводнике остается низким (около 20 В) по отношению к условной земле при протекании тока замыкания от фазного проводника по N–проводнику и к источнику питания TV.

Однако, напряжение на нулевом рабочем проводнике (и на всех частях, связанных с ним) по отношению к условной земле может быть высоким и достигать величины в 200 В, когда ток замыкания протекает также как и в предыдущем случае.

На рис.7 показаны различные возможные случаи замыкания в электроприемнике, защищаемом УЗО-Д совместно с защитным заземлением и специально выполненным заземлением для УЗО-Д.

Рис.7. Возможные варианты замыканий в ЭС системы заземления ТТ

 Как правило, сопротивление заземления для УЗО-Д несколько больше, чем другие сопротивления в цепи замыкания. Замыкание на землю вызывает напряжение замыкания, приблизительно равное фазному напряжению сети. Значения напряжения замыкания могут быть более низкими в следующих случаях:

1. Если произошло повреждение изоляции между фазным проводником и ОПЧ ЭУ, связанными РЕ–проводником с заземляющим устройством R_З, то напряжение замыкания в этом случае достигает 200 В.

2. Если произошло повреждение изоляции между нулевым рабочим проводником и ОПЧ ЭУ и РЕ–проводником, то напряжение замыкания не превышает 20 В.

3. Если произошло повреждение изоляции внутри электроприемника (нагревательные элементы, обмотки электрических двигателей), то напряжение замыкания определяется местом повреждения и может иметь значения от 0 до 200 В при фазном напряжении сети в 220 В.

Протекание тока замыкания может осуществляться по трем возможным вариантам:

1. Металлический контакт между токоведущими частями и РЕ–проводником или проводящими частями (ОПЧ и СПЧ), связанными с РЕ–проводником.
2. Дуговые перекрытия, обусловленные перенапряжением.
3. Утечки токов, развивающиеся по поверхности изоляции.

В случаях 1 и 2 повреждение возрастает мгновенно. В случае 3 ток утечки остается очень малым (значительно ниже 1 А) до тех пор, пока не произойдет пробоя.

Более подробно требования к использованию защитного заземления совместно с устройствами защитного отключения (УЗО-Д) в ЭС системы заземления ТТ приведены в справочнике «Защитное заземление и защитное зануление электроустановок» (авторы: Маньков В.Д., Заграничный С.Ф.), «Политехника», 2009 г. (серия «Безопасность жизни и деятельности»).