Назначение, область применения, устройство и принцип действия защитного автоматического отключения питания и защитного зануления

Защитное автоматическое отключение питания и защитное зануление применяются в электрических сетях до 1 кВ с системами заземления TN-C, TN-S или TN-C-S.

В таких сетях защитное заземление, применяемое в качестве единственной защитной меры, неэффективно [2]. Так как, при прикосновении к одной из фаз, человек попадает под фазное напряжение. При этом ток, протекающий через человека, не зависит ни от сопротивления изоляции, ни от емкости сети относительно земли, а в основном определяется величиной сопротивления человека

(1.1)

В этом случае существенно повышают безопасность сопротивления обуви, пола и другие сопротивления в цепи человека.

Поэтому, в таких сетях должны применяться защитное заземление совместно с защитным автоматическим отключением питания и занулением.

Рассмотрим действие защитного автоматического отключения питания и зануления на примере простейшей схемы электроснабжения (рисунок 1.1).

Нормальный режим – однофазный электроприемник (ЭП) подключен к электрической сети по схеме - вторичная обмотка силового трансформатора (фаза L3), распределительный щит (РЩ) (однофазный автоматический выключатель QF3), однофазный автоматический выключатель (АВ) QF4, нулевой рабочий проводник N, корпус РЩ, совмещенный нулевой рабочий и нулевой защитный проводники PEN, фаза L3.

Соединение корпуса ЭП с заземленным корпусом РЩ (пунктирная линия) отсутствует.

Рисунок 1.1 – Действие защитного автоматического отключения

питания и зануления

При отсутствии повреждений изоляции электрической сети и ЭП электроснабжение осуществляется в рабочем порядке по выше приведенной схеме.

Аварийный режим – пробой изоляции фазного провода на корпус ЭП (точка К). В этом случае на корпусе ЭП по отношению к земле появляется напряжение, равное замкнутой фазе L3. Для промышленных электрических сетей до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью оно будет равно 220 В.

АВ QF4 не отключится, так как отсутствует путь для протекания тока короткого замыкания. ЭП будет работать в обычном режиме, но на корпусе по отношению к земле будет напряжение в 220 В.

При прикосновении человека к корпусу ЭП в этот момент через него на землю будет протекать ток величиной

.

При определении критериев электробезопасности принимаются следующие величины токов, которые могут протекать через человека при электропоражении:

1. Опасная величина тока (10 mA) (порог неотпускающего тока) - наименьшее значение тока, при котором человек уже не может самостоятельно освободиться от захваченных токоведущих частей действием тех мышц, через которые проходит ток.

2. Смертельный ток (100 mА и более).

Таким образом, ток через тело человека в данном случае будет превышать смертельную величину в 2,2 раза.

Если будет выполнено присоединение корпуса ЭП к заземленному корпусу РЩ (пунктирная линия присутствует), то в этом случае появляется путь для протекания тока короткого замыкания – фаза L3, РЩ АВ QF3, АВ QF4, место замыкания К, корпус ЭП, нулевой защитный проводник РЕ, корпус РЩ, совмещенный нулевой рабочий и защитный проводники PEN, нейтраль, фаза L3.

По сути, это петля, которую принято называть петлей «фаза-нуль». В рабочей электрической сети полное сопротивление петли «фаза-нуль» Z_П составляет 0,2 Ом и меньше.

Тогда ток короткого замыкания, протекающий по петле «фаза-нуль» будет равен

На такой ток сработает АВ QF4 и отключит поврежденный ЭП.

Таким образом, защитное автоматическое отключение питаниявыполняет свою защитную функцию совместно с защитным занулением.

При этом защитное действие зануления заключается в создании петли «фаза-нуль» с как можно меньшим сопротивлением для получения большой величины тока короткого замыкания, а защитного автоматического отключения питания -в быстром срабатывании устройства защиты от сверхтока (автоматического выключателя или предохранителя) при протекании этого тока.

Требования к защитному автоматическому отключению питания и защитному занулению

В соответствии с [2] при выполнении защитногоавтоматического отключения питанияи защитного зануления в электроустановках напряжением до 1 кВ все от­крытые проводящие части ЭУ должны быть присоединены к глу­хозаземленной нейтрали источника питания, если применена система TN (глухозаземленная нейтраль), и заземлены, если применены системы IТ (изолированная нейтраль) или ТТ (глухозаземленная нейтраль с отдельным заземляющим устройством для ЭП).

При этом характеристики защитных аппаратов и парамет­ры защитных проводников должны быть согласованы таким образом, чтобы обеспечивалось нормированное время отключения повреж­денной цепи защитно-коммутационным аппаратом (автоматическим выключателем или предохранителем) в соответ­ствии с номинальным фазным напряжением питающей сети.

В электроустановках, в которых в качестве защитной меры применено защитное автоматическое отключение питания, должно быть выполнено уравнивание потенциалов.

Для защитного автоматического отключения питания могут быть при­менены защитно-коммутационные аппараты, реагирующие на сверхтоки или на дифференциальный ток.

В системе TN время защитного автоматического отключения питания не должно превышать значений, указанных в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Наибольшие допустимые времена защитного автоматического отключения для системы TN

Номинальное фазное напряжение UО, В	Время отключения, с
Более 380	0,8 0,4 0,2 0,1

Приведенные значения времени отключения считаются достаточными для обеспечения электробезопасности, в том числе в групповых цепях, питающих передвижные и перенос­ные электроприемники и ручной электроинструмент класса 1.

В цепях, питающих распределительные, групповые, этаж­ные и др. щиты и щитки, время отключения не должно превы­шать 5 с.

Допускаются значения времени отключения более указан­ных в таблице 1, но не более 5 с в цепях, питающих только стационарные электроприемники от распределительных щитов или щитков при выполнении одного из следующих условий:

1) полное сопротивление защитного проводника между главной заземляющей шиной и распределительным щитом или щитком не превышает значения, Ом:

(1.2)

где Z_ц – полное сопротивление цепи «фаза-нуль», Ом;

U_о – номинальное фазное напряжение цепи, В;

50 – падение напряжения на участке защитного проводника между главной заземляющей шиной и распределительным щитом или щитком, В;

2) к шине РЕ распределительного щита или щитка присоединена система уравнивания потенциалов, охватывающая те же сторонние проводящие части, что и основная система уравнивания потенциалов.

Допускается применение устройств защитного отключения (УЗО), реагирующих на дифференциальный ток.

В качестве РЕ-проводников в электроустановках напряжением до 1 кВ могут использоваться:

1) специально предусмотренные проводники:

• жилы многожильных кабелей;

• изолированные или неизолированные провода в общей оболочке с фазными проводами:

• стационарно проложенные изолированные или неизоли­рованные проводники;

2) открытые проводящие части электроустановок:

• алюминиевые оболочки кабелей;

• стальные трубы электропроводок;

• металлические оболочки и опорные конструкции шинопроводов и комплектных устройств заводского изготовления.

Металлические короба и лотки электропроводок можно использовать в качестве защитных проводников при условии, что конструкцией коробов и лотков предусмотрено такое ис­пользование, о чем имеется указание в документации изгото­вителя, а их расположение исключает возможность механи­ческого повреждения;

3) некоторые сторонние проводящие части:

· металлические строительные конструкции зданий и со­оружений (фермы, колонны и т. п.);

· арматура железобетонных строительных конструкций зданий при условии выполнения требованийп. 1.7.122[2];

· металлические конструкции производственного назначе­ния (подкрановые рельсы,галереи, площадки, шахты лифтов, подъемников, элеваторов,обрамления каналов и т. п.).

Использование открытых и сторонних проводящих частей в качестве РЕ-проводников допускается, если они от­вечают требованиям [2] к проводимости и не­прерывности электрической цепи.

Сторонние проводящие части могут быть использованы в качестве РЕ-проводников, если они, кроме того, одновре­менно отвечают следующим требованиям:

1) непрерывность электрической цепи обеспечивается либо их конструкцией, либо соответствующими соединения­ми, защищенными от механических, химических и других по­вреждений;

2) их демонтаж невозможен, если не предусмотрены меры по сохранению непрерывности цепи и ее проводимости.

Во всех случаях сечение медных защитных проводников, не входящих в состав кабеля или проложенных не в общей оболочке (трубе, коробе, на одном лотке) с фазными проводниками, должно быть не менее:

· 2,5 мм² – при наличии механической защиты;

· 4 мм² – при отсутствии механической защиты.

Сечение отдельно проложенных защитных алюминиевых проводников должно быть не менее 16 мм².