УДК 631.31:658.382.3
ВАРИАНТЫ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В ОТЕЧЕСТВЕННЫХ РАЗРАБОТКАХ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ
, ,
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 дискретно-регулируемую 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 анализ безопасности сельских электроустановок (под ред. ).-Улан-Удэ, Изд. ВСГТУ, 2010.
, д. т.н., профессор, зав. кафедры ЭПБ АлтГТУ им. , г. Барнаул, , e-mail: *****@***ru
, д. т.н., профессор кафедры ЭПБ АлтГТУ им. , г. Барнаул, , *****@***ru
, д. т.н., профессор кафедры ЭБЖ Восточно-СибирскийГТУ, г. Улан-Удэ,
