Проблеми застосування пристроїв захисного відключення (УЗО)
У цьому розділі розглядаються концепція і технічні параметри УЗО. У ГОСТ Р 50807-95 (МЕК 755-83) «Пристрої захисні, керовані діфференцііальним (залишковим) струмом», введеному в дію 01.01.96, не дається визначення УЗО, проте вказується (п.1.1), що «Справжній стандарт поширюється на УЗО, що виконують одночасно функції виявлення диференціального струму, вимірювання та порівняння його величини з заданою величиною струму відключення і відключення захищається ланцюга при перевищенні величини диференціального струму відключення, а також на сукупність пристроїв, кожне з яких виконує одну або дві вищевказані ні функції, але які спільно здійснюють всі три функції ». У процитованому тексті, незважаючи на незграбність стилю (некваліфікований переклад?) І неточність формулювань в цілому правильно визначена функціональна структура УЗО. До речі, в самій назві даного стандарту, на наш погляд є неточність - residual (в першоджерелі) - означає по-англійськи не тільки «залишковий», а й «різницевий». «Різницевий» в російській мові, власне і означає «диференційний». Слово «залишковий» в даному застосуванні для електротехніки спотворює сенс поняття.
Функціонально УЗО можна визначити як швидкодіючий захисний вимикач, що реагує на диференціальних-ний струм в провідниках, що підводять електроенергію до захищається електроустановці.
Структура УЗО формується з таких основних функціональних блоків:
1. Датчик диференціального струму.
2. Блок управління з пороговим елементом.
3. Виконавчий механізм.
Зазначена в стандарті функція вимірювання значення диференціального струму в реальних пристроях відсутній, оскільки будь-яке вимірювання передбачає виведення результату.
В абсолютній більшості УЗО, що застосовуються в даний час в світі, в якості датчика диференціального струму використовується трансформатор струму (званий іноді стосовно до трифазних ланцюгах «трансформатором струму нульової послідовності» - ТТНП, хоча поняття «нульова послідовність» більш доречно в теоретичних розрахунках несиметричних режимів багатофазних ланцюгів). Граничний елемент виконується, як правило, на чутливих магнітоелектричних реле або електронних компонентах.
Виконавчий механізм включає в себе Потужнострумові контактну групу з механізмом приводу.
Принцип дії УЗО пояснюється схемою на рис. 1.
Принцип дії УЗО: 1 - датчик диференціального струму; 2 - блок управління з пороговим елементом; 3 - виконавчий механізм; 4 - ланцюг тестування
У нормальному режимі, при протіканні робочого струму навантаження і при відсутності диференціального (різницевого) струму - струму витоку, струми в прямому і зворотному провідниках, що утворюють зустрічно включені первинні обмотки диференціального трансформатора струму ПЗВ (1), рівні по модулю (I1 = I2) і наводять в магнітному осерді трансформатора струму рівні, але векторно зустрічно направлені магнітні потоки Ф1 і Ф2, в результаті чого струм у вторинній обмотці дорівнює нулю і не викликає спрацьовування порогового елемента блоку управління (2).
Принципова схема УЗО 20
Блок керування даного пристрою виконаний на операційному підсилювачі, що живиться від мережі, що захищається через баластний резистор і двонапівперіодний мостовий випрямляч. Функції виконавчого механізму виконує доопрацьований серійний автоматичний вимикач ВА-60 Тираспольського електроапаратного заводу. Доопрацювання вимикача полягає в заміні котушки расцепителя на багатовитковому котушку з опором 120-140 Ом.
Принципова схема електронної частини УЗО 20 приведена на рис. 1.
Трансформований диференційний струм з трансформатора струму ТА через захисно-фільтрувальну ланцюг C1, R1, VD1, VD2 подається на вхід операційного підсилювача (ОУ). Конденсатор C1 служить для фільтрації високочастотних перешкод, ланцюжок R1, VD1, VD2 забезпечує захист ОУ від перевантажень при надструми. ОУ працює в режимі компаратора, поріг спрацьовування якого задається резисторами R4 і R5. Через ланцюжок R6, C2, VD4, що задає постійну часу спрацьовування УЗО, сигнал з виходу компаратора надходить на керуючий електрод тиристора VD10, комутуючого ланцюг харчування котушки расцепителя QF. Ланцюг живлення котушки QF створюється двухполуперіодним випрямлячем VD6 - VD10 і баластних резистором R2.
Пристрою притаманний цілий ряд серйозних технічних недоліків:
1) В режимі спрацьовування в ланцюзі котушки QF протікає досить великий струм - приблизно 0,5 А. При цьому на баластному резисторі R2 номінальною потужністю 2 Вт виділяється досить велика потужність - близько 75 Вт, що при найменшій затримці спрацьовування виконавчого механізму призводить до воспламе- рівняно резистора, в окремих випадках тягне за собою займання корпусу пристрою.
2) У схемі пристрою не передбачені термостабілізірующей ланцюга, тому воно має суттєвий дрейф порога спрацьовування при зміні теіператури, що веде до помилкових спрацьовувань.
3) Непродумані вибір схеми живлення пристрою призводить до постійного наявності на елементах схеми і в першу чергу в ланцюзі харчування, випрямленої напруги мережі 300В (в аварійних режимах -
до 500 В), що може бути причиною пробою діодів VD6 - VD9, конденсатора C1 і виходу з ладу інших вузлів. У будь-якому з цих випадків пристрій втрачає працездатність.
4) Застосований в пристрої спосіб організації розмикання силових контактів шляхом впливу на привід расцепителя нульового провідника призводить до випередження розмикання пристроєм нульового проводу щодо фазного, що суперечить вимогам міжнародних норм.
5) Постійна часу ланцюга живлення ОП R8, C4 становить 0,3 с, що означає, що при включенні УЗО на витік, що перевищує уставку, пристрій спрацьовує із затримкою, що досягає з урахуванням власного часу спрацьовування вимикача 0,5 с.
6) У світовій практиці в подібного класу приладах прийнятий виключно принцип спрацьовування при відпуску виконавчого реле. Пристрій УЗО20 спрацьовує при включенні струмового котушки, що означає відсутність властивості самоконтролю, т. Е. Несправність електронної схеми пристрою, не призводить до відключення напруги від контрольованої установки.
7) Пристрій неінваріантни по відношенню підключення мережі та навантаження. При помилковому підключенні недостатньо кваліфікованим персоналом пристрої до мережі з боку навантаження і натисканні кнопки «Тест» пристрій займається.
8) Конструктивне виконання корпусу пристрою не відповідає європейським стандартам. Кріпильний паз при стандартній ширині 35 мм зміщений відносно осі симетрії на 10 мм, що ускладнює компонування розподільних щитів (рис.3).
Габаритні і установочні розміри: а) УЗО20, УЗО 2; б) УЗО європейського стандарту
Таким чином, даний пристрій, володіючи настільки серйозними недоліками, має надзвичайно низькі показники надійності, що, з огляду на його призначення - захист життя людини, змушує серйозно сумніватися в правомірності його широкого застосування.
Іншим поширеним пристроєм захисного відключення, виконаним на електронній базі, є УЗО 2 виробництва Владикавказа заводу «Біном». Схема цього пристрою приведена на рис. 4
В даній схемі сигнал з трансформатора струму через помехозащіщающую і струмообмежувального ланцюжок R1, C1, VD5 надходить на вхід порогового пристрою, зібраного на транзисторі VT1 (КТ361). Вихідний струм транзистора керує тиристором VD7, коммутирующим ланцюг електромагнітного реле Р. Реле Р за допомогою механічної тяги впливає на спусковий механізм серійного автоматичного вимикача ВА60. Цей пристрій в основному притаманні всі перераховані вище недоліки УЗО20. Крім того, гранично спрощене схемне рішення (пристрій на одному транзисторі і одному тиристорі), тягне за собою додаткове погіршення технічних параметрів УЗО: термостабильности, помехозащищенности, швидкодії, надійності. Прикладом сучасного виконання «електронного» УЗО служить пристрій захисного відключення (Пат. США 317-18D №3953766), виконаний на базі мікропроцесора, що впливає на тиристорне виконавчий пристрій (рис.5).
Мікропроцесор в цьому пристрої виконує крім посилення і порівняння сигналу з уставкой наступні додаткові функції:
- самоконтроль справності електронної схеми;
- виявлення сигналу витоку як змінного так і пульсуючого і згладженого постійного струму витоку;
- компенсація струму небалансу трансформатора струму;
Використання такої «думаючої» схеми виправдовує застосування електроніки в подібного класу пристроях.
Пристрої захисного відключення, що не залежать від джерела живлення, виконані на високоякісних електромагнітних і магнітоелектричних елементах. як правило мають прецизионную механіку.
До особливостей «електромеханічних» УЗО можна віднести:
- використання спеціального матеріалу сердечника трансформатора струму зі сторо регламентованими магнітними характеристиками;
- застосування високочутливого магнітоелектричного реле-засувки;
- застосування в якості виконавчого механізму потужного пружинного механічного расцепителя;
Застосування зазначених елементів конструкції в поєднанні з високою технологією виготовлення і жорсткими вимогами до технічних параметрів дозволяють забезпечити високі надежностние характеристики електромеханічних УЗО.