Пристрій для захисного відключення електричної мережі з глухозаземленою нейтраллю

Пристрій для захисного відключення електричної мережі з глухозаземленою нейтраллю, що містить трансформатор струму, магнітопровід якого охоплює фазні провідники живлення навантаження, а вторинна обмотка трансформатора з'єднана з реле струму, вихід якого приєднано до автоматичного вимикача, який відрізняється тим, що кожний фазний провідник обладнано металевим екраном, який приєднано до заземленого корпусу навантаження, при цьому металевий екран накладено поверх ізоляції Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано для захисту електричних мереж і обслуговуючого персоналу від поразки електричним струмом, а також для забезпечення пожежобезпеки промислових і побутових електричних мереж Щорічно в Роем, у середньому, відбувається 330000 пожеж, із них понад 66000 через несправність електроустановок За 9 МІСЯЦІВ 1996 року тільки в житловому секторі зареєстровано 17218 пожеж через запалення кабелів і проводів Приведений нами аналіз даних УГПО УМВД Донецької області за період з 1999 по 2000 роки показав, що з усіх зафіксованих випадків пожеж від міжфазних коротких замикань (КЗ) у мережах напругою 380-220В житлових будинків (квартир) відбулося 1500 пожеж Пожежі відбувалися по наступній схемі сталося коротке замикання в схованої в СТІНІ проводці, відмовив у спрацьовуванні найближчий до місця короткого замикання захисний комутаційний апарат (автоматичний вимикач, запобіжник), через який пройшов наскрізний струм короткого замикання, ушкоджена дільниця мережі відключилася з витримкою часу резервним захисним комутаційним апаратом, що забезпечує поздовжнє резервування, або в МІСЦІ короткого замикання відбулося перегоряння провідників, при цьому пристрої захисту від коротких замикань не спрацювали За час відключення струму короткого замикання резервним захистом (або вигоряння частини провідника в МІСЦІ короткого замикання) спостерігалося прогоряння стіни на глибину закладання кабелю (провідників) 3 отвору, що утворився, назовні (у помешкання) відбувалося розбризкування розплавленого металу, із якого виготовлений провідник і в житловому секторі (квартирах), у більшості випадків, спостерігалося загоряння паперових або матер'яних обоїв, килимів, дерев'яних панелей і тд Загоряння ізоляції проводів або кабелю усередині стіни не спостерігалося Причиною утворення часток металу в зоні короткого замикання є електричний вибух рідкої перемички, що утворилася в результаті розплавлювання провідникових матеріалів під дією електричної дуги в МІСЦІ їхнього торкання Руйнування перемички призводить до утворення ударної хвилі, що розприскує рідкий метал, після чого виникаючий дуговий розряд із температурою дуги 3000-6000°С в зоні каналу викликає газодинамічний удар, що і передає прискорення часткам металу Запалення пальних матеріалів може статися при перебуванні їх на відстані 3-5м від місця виникнення КЗ ВІДОМІ пристрої захисного відключення в елек со 00 00 48839 тричних мережах житлових помешкань і будинків стаціонарного і пересувного типу [1,2] Захист від коротких замикань і перевантаження таких електричних мереж, що містять, як правило, робочу нейтраль, здійснюється широко застосовуваними плавкими запобіжниками або автоматичними вимикачами, що випускаються в однофазному або трифазному виконанні Плавкі запобіжники або автоматичні вимикачі використовуються для захисту проводів і приймачів електричної енергії від теплових перевантажень і коротких замикань При перевантаженнях перегоряє плавка вставка Основною ГІДНІСТЮ плавких запобіжників є простота їхньої конструкції, мала вартість і можливість обслуговування персоналом невисокої кваліфікації, зміна плавкої вставки відбувається без доторку до струмоведучих частин Недолік плавких запобіжників - однократність їхньої дії, тобто після спрацьовування запобіжника необхідно замінити його вставку В умовах експлуатації найчастіше замість каліброваних вставок встановлюють випадкові вставки на ІНШІ струми або просто шматки дроту Форма захисних характеристик невдала для запобіжників низької напруги (380-220В) розкид струмочасових характеристик не нормується Для багатьох конструкцій запобіжників немає нормованих характеристик Методи калібрування вставок недосконалі В багатьох випадках неможливо забезпечити необхідні селективність і чутливість Цих недоліків позбавлені автоматичні вимикачі, при спрацьовуванні котрих достатньо повторно їх увімкнути Загальним же недоліком плавких запобіжників і автоматичних вимикачів є те, що вони не захищають обслуговуючий персонал від поразки електричним струмом при випадковому доторку до струмоведучих частин Зазначені пристрої не спрацьовують і коли з'являється струм небалансу, пов'язаний із замиканням фази на землю, якщо величина цього струму не перевищує уставки запобіжника або уставки автоматичного вимикача У ряді випадків дугові короткі замикання не відключаються апаратами захисту - запобіжниками або автоматичними вимикачами Причинами неспрацьовування існуючих захисних пристроїв є значне зниження струму короткого замикання через дію електричної дуги, що його обмежує Опір дуги в апаратах може змінюватися в межах від 0,075 до 0,50м, а для кабелів і проводів 0,05-4,00м Величина струму в дузі ІНОДІ не досягає значення уставок струму відключення внаслідок переривистого характеру горіння дуги, при якому час безупинного проходження струму складає 0,05-0,04сек, тобто частіше усього, менше, ніж потрібно для спрацьовування захисту і, тим більше, для перегоряння плавкої вставки Частково ці недоліки усунуті у відомому пристрою захисного відключення (ПЗВ) електричної мережі, визначеному як прототип, що містить трансформатор струму, магнитопроводи якого охоплюють провідники живлення електричної мережі, що захищається, до вторинної обмотки якого приєднано проміжне реле струму, пов'язане із системою захисного відключення [3] Цей пристрій забезпечує відключення навантаження як тільки з'явиться витік струму порядку ЮмА з фази на контур заземлення При спільному застосуванні плавкого запобіжника, автоматичного вимикача і пристрою захисного відключення електричної мережі можливий захист електричної мережі від коротких замикань і витоку струму на контур заземлення Проте, відомий пристрій захисного відключення при застосуванні його без додаткового автоматичного вимикача і плавких запобіжників, не спрацює при появі струму між фазними і нульовим провідниками аж до його збільшення до величини струму короткого замикання, тому що сума струму у ВІКНІ магнітопровода трансформатора струму дорівнюється нулю 3 цієї ж причині ПЗВ не спрацює й у випадку появи в мережі дугового замикання через великий перехідний опір, струм якого не достатній для спрацьовування запобіжника або автоматичного вимикача В основу винаходу поставлено завдання створити такий пристрій для захисного відключення електричної мережі з глухозаземленною нейтраллю, який дозволить крім захисту людини від випадкового доторку до оголеного провідника, відключати мережу і при виникненні дугового короткого замикання з великим перехідним опором, а при металевому - забезпечити поздовжнє резервування комутаційного апарата і відключати ушкоджену мережу за час, не більший за 0,1с навіть при ВІДМОВІ в спрацьовуванні основного захисного комутаційного апарата Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що в пристрої для захисного відключення електричної мережі з глухозаземленною нейтраллю, що містить трансформатор струму, магнитопровід якого охоплює фазні провідники живлення навантаження, а вторинна обмотка трансформатора з'єднана з реле струму, вихід якого приєднано до автоматичного вимикача, ВІДПОВІДНО З винаходом, кожний фазний провідник обладнано металевим екраном, який приєднано до заземленого корпусу навантаження, при цьому металевий екран накладено поверх ізоляції Таким чином зниження опору ізоляції фазного проводу до 10-20кОм призводить до появи в ланцюзі фаза-екран струму достатнього для спрацьовування ПЗВ У випадку електричного пробою ізоляції фазного проводу час існування електричної дуги буде обмежено часом спрацьовування ПЗВ, що не повинне перевищувати 0,1с (ДЕРЖСТАНДАРТ 50807-94, МЭК 755-83) Очевидно, що за вказаний проміжок часу електричний вплив дуги на ІЗОЛЯЦІЮ проводу не може привести до розвитку пожежі Крім того, наявність металевого екрана запобігає впливу електричної дуги на пальні матеріали зовнішнього середовища У випадку металевого короткого замикання захисне відключення буде забезпечувати поздовжнє резервування існуючих захистів (автоматичний вимикач, запобіжник) і у випадку їхньої відмови в спрацьовуванні відключить ушкоджену дільницю мережі з витримкою часу не більш 0,1с Запропонований пристрій може мати однофазне або багатофазне (наприклад, трифазне) виконання У трифазній електричній мережі кожний 48839 фазний провідник постачений гнучким металевим екраном, а в однофазної - тільки один фазний, що з'єднуються з корпусами навантаження, що, у свою чергу, заземлюються Фазні провідники, що живлять навантаження, охоплюються магнітопроводом трансформатора струму, вторинна обмотка якого з'єднана з реле, що реагує на струми небалансу, які завжди будуть супроводжувати замикання фази на землю Запропоноване технічне рішення пояснюється кресленнями, де на фіг 1 і фіг 2 зображені принципові пристрої для захисного відключення однофазної і трифазної електричної мережі з глухозаземленною нейтраллю ВІДПОВІДНО ключення електричної мережі з глухозаземленною нейтраллю містить трансформатор струму, магнитопровід 1 якого охоплює нульовий 2 і фазні З провідники живлення навантаження 4 Поверх ізоляції кожного фазного провідника накладено металевий екран 5, що приєднується з боку навантаження 4 до його заземленого корпусу 6 Вторинна обмотка 7 трансформатора струму приєднана до входу реле струму 8, вихід якого з'єднаний із системою відключення 9 автоматичного вимикача 10 Працює пристрій таким чином У справному стані мережі сума струмів провідників 2 і 3 у ВІКНІ магнитопровода трансформатора струму дорівнює нулю Запропонований пристрій для захисного від ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71