XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Часто УЗО присущи функции автоматического выключателя и реле защиты. Объединение защитных функций в одном аппарате не является, бесспорно, целесообразным. Экономически весьма выгодно комбинировать групповую защиту от аварийных режимов, нарушающих работу всех подключенных устройств и линий и индивидуальные защиты от специфических для установки аварийных режимов.

Рассмотрим комбинированное устройство защиты электрических сетей обладающее простой конструкцией, сравнительно низкой стоимостью и дополнительно совмещает в себе функции максимально токовой защиты и защиты от перенапряжений.

Устройство состоит из следующих функциональных элементов (рис. 1):

Электромагнитный исполнительный орган (ЭМИО), отвечающий за приведение механизма отключения в действие.

Устройство контроля тока утечки (УКТУ).

Устройство контроля напряжения (УКН).

Устройство контроля тока короткого замыкания (УКТКЗ).

Функциональное устройство для аппаратного вычисления сопротивления изоляции (ФУАВСИ).

Рис.1. Функциональная схема комбинированного устройства защиты

В состав устройства (рис.2) входит: дифференциальный трансформатор, состоящий из сердечника и обмоток 1, 2, 3, 4, ключ К, электромагнитный исполнительный органа Y, резистор R2, необходимый для контроля тока установки, ограничительные резисторы R1, R3, выключатель SB1, диоды VD1, VD2.

При ручном замыкании ключа К ток нагрузки начинает протекать через катушки 1, 2. При отсутствии токов утечки магнитные потоки обмоток 1 и 2, находящиеся в противофазе, компенсируют друг друга. Магнитный поток, образуемый обмоткой 3 Ф₃ мал для того, чтобы в катушке 4 образовалась электродвижущая сила (ЭДС) достаточная для срабатывания исполнительного механизма Y.

При появлении токов утечки потоки обмоток 1 и 2 не компенсируют друг друга, образуя в сердечнике поток Ф₁₂ , который направлен встречно потоку Ф₃. При достижения током утечки порогового значения, происходит срабатывание исполнительного механизма Y и отключение нагрузки при помощи ключа К.

При уменьшении напряжения питания срабатывание устройства осуществляется при меньшем значении тока утечки, то есть выполняется приближенное соотношение

, (1)

г

~Uвх

де U_п – напряжение питания; I_у – ток утечки; R_и – сопротивление токам утечки.

 

SB1

K

 

R1

УЗО

Y

3

4

 

1

2

 

R3

 

VD2

VD1

 

R2

 

нагрузка

Рис. 2. Устройство контроля сопротивления изоляции.

Таким образом, устройство контролирует сопротивление токам утечки.

При повышении напряжения питания более чем на 10% магнитный поток Ф₁₂ начинает преобладать над Ф₀, что приводит к срабатыванию исполнительного органа Y и отключению нагрузки, осуществляя таким образом защиту от перенапряжений.

Если значение протекающего в цепи тока выше номинального, то на последовательно соединенных резисторе R2 и первичной обмотке дифференциального трансформатора падение напряжения превышает напряжение открывания диодов VD1, VD2. По диодам начинает протекать ток, минуя одну из двух первичных обмоток трансформатора, что равносильно появлению тока утечки и происходит отключение установки.

Совмещение функций позволяет исключить из схемы дополнительные электронные компоненты и датчик напряжения, а следовательно, существенно упрощается конструкция и повышается надежность изделия. Данное устройство отличается простотой и надежностью, невысокой ценой, обеспечивает как защиту человека от поражения электрическим током, так и защиту электроустановки от аварийных режимов работы.

Литература

ГОСТ Р 51328-99 «Устройства защитного отключения переносные бытового и аналогичного назначения, управляемые дифференциальным током, без встроенной защиты от сверхтоков (УЗО -ДП). Общие требования и методы испытаний».

Токарев Л.Н., Колосовский В.В., Чан Вьет Хунг, Жуланов B.П., Галкин С.В. //О подпитке короткого замыкания асинхронной нагрузкой в судовой электроэнергетической системе Морской вестник. –2009. –№ 1. – С. 51-54.