Комбінована система захисного заземлення tn-c-s-tk-le з диференційним вимикачем комбінованим (двке)(електронним)

Реферат: Комбінована система захисного заземлення TN-C-S-TK-LЕ з диференційним вимикачем комбінованим (ДВКЕ) (електронним) містить n-у кількість ДВКЕ, що живлять за допомогою фазних (L) та нульових робочих (N) та захисних (РЕ) провідників n-у кількість груп світлодіодних ламп (СДЛ) зі струмопровідними та потенційно струмопровідними корпусами та складаються з автоматичного вимикача, диференційного трансформатора струму (ДТС), електронного підсилювача, котушки відключення, мініатюрного напівпровідникового реле (МНПР). ДТС виконаний з диференційного високочутливого магніторезистора, фазні проводи системи виконані з екраном зі струмопровідної гуми, який виконує функцію захисного провідника (PEL), МНПР виконане на основі тиристора симетричного (ТС), який пов'язаний через резистор з (N) і котушкою відключення і через додатковий опір (RД.З.) - з землею, а струмопровідні і потенційно струмопровідні корпуси СДЛ зв'язані з (PEL) та патроном через самоцентрувальні групові перехідні контакти (L, N тa РЕ). UA 119026 U (12) UA 119026 U UA 119026 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до захисних заходів безпеки в системах електричного освітлення зі світлодіодними джерелами світла (СДС), корпуси яких виконані зі струмопровідних або потенційно струмопровідних матеріалів. В теперішній час в Україні широко розповсюджені електричні мережі TN напругою 380/220 В та відповідно до них системи захисту TN-C, TN-C-S, TN-S і ТТ. В мережах TN-C [1, 2] захист здійснюється шляхом занулення відкритих провідних частин (ВПЧ) електроприймачів та одночасної дії захисту від перенавантаження та короткого замикання (К.З.). Основним недоліком цієї системи є поява небезпечної напруги на ВПЧ (корпусах) електроприймачів при обриві PEN-провідника, пробої ізоляції на корпус всередині електроприймача, замиканні фаз на PEN-провідник на стороні мережі та винос і занос потенціалу по PEN-, РЕ- та N-провідникам на усі захищені ВПЧ електроприймачів у випадку аварії на інших електроприймачах, що живляться від однієї трансформаторної підстанції. При обриві PEN-провідника напруга на відкритих провідних частинах (корпусах) може досягати 220 В. При аваріях, які пов'язані з пробоєм ізоляції на корпус всередині електроприймача або з замиканням фази на N-провідник в лінії, напруга на ВПЧ може сягати приблизно 150 В, а за стандартами Міжнародної електротехнічної комісії (МЕК) напруга дотику повинна бути не більше ніж 50 В. В обох випадках у значного числа (до 50 %) постраждалих можлива фібриляція серця. Крім того, ця система не забезпечує захист від прямого і непрямого дотику людини до електропровідних частин електроустановки. Базуючись на наявних даних, можна констатувати, що широко поширена в Україні система захисту TN-C концептуально не забезпечує повний захист від ураження електричним струмом при загальновизнаних видах аварій. Таке становище обумовлено введенням в систему захисту TN-C додаткового захисту за допомогою пристроїв захисного відключення (ПЗВ), при цьому вона перетворюється в систему TN-C-S (це також належить і до систем TN-S і TT). Перевагою цієї системи перед системою TN-C є можливість екстреного відключення електроустановки за допомогою ПЗВ (що дозволяє уникнути тяжких наслідків електротравм при випадковому безпосередньому дотику людини до струмопровідних частин), а також відключення електроприймача (світлодіодних джерел світла) у разі пробою ізоляції на корпус. Розглянута система має більш високий рівень захисту, ніж система TN-C. Однак необхідно підкреслити, що і вона не забезпечує захист від обриву PEN-провідника, замикання фази на РЕN-провідник зі сторони мережі і виносу і заносу потенціалу по PEN-, РЕ- та N-провідникам за аналогією з системою захисту TN-C. Таким чином, система захисту TN-C-S, хоча і збільшує порівняно з системою захисту TN-C число захищених аварійних ситуацій, але повний захист не забезпечує концептуально. Розглянуті вище традиційні системи захисту увійшли до багатьох нормативних документів МЕК і стандартів України [1, 2, 3]. Вони відображають суттєву концепцію електробезпеки, що включає в себе наступні основні положення: - PEN-провідники не повинні бути небезпечні як при нормальних режимах роботи, так і при єдиному ушкодженні ізоляції; - струмопровідні частини електроустановки не повинні бути небезпечні при випадковому прямому дотику до них; - електроустановки не повинні бути небезпечні при єдиному ушкодженні ізоляції всередині будь-якого електроприймача та дотику людини до його відкритих провідних частин. У зв'язку з цим розроблені диференційні вимикачі комбіновані (ДВК Е-2, ДВКЕ-4) та пристрої захисного відключення комбіновані (ПЗВЕ-2, ПЗВЕ-4). Вони можуть бути як однофазного, так і трифазного виконання [4, 5, 6]. Апарати ДВКЕ-2 та ПЗВЕ-2 дозволяють розвинути систему захисту TN-C-S в TN-C-S-ТK (це належить також і до інших систем - TN-S в TN-S-TK та ТТ в ТТ-ТК) [7]. Принциповим для системи TN-C-S-ТK є використання апарата захисту, що реагує на комплекс вихідних сигналів (диференційний струм IΔ, напруга на нейтралі UN), що в свою чергу потребує наявності TK-провідника. В цій системі TK-провідник приєднується до повторного заземлювача електроустановки споруди (або до допоміжного (додаткового - RД.З.) заземлювача з опором менше 240 Ом) та спеціальному заземлюючому затискачу на ДВК та ПЗВК. Перетин даного провідника, також як і перетин PE-провідника, не залежить від струмів навантаження електроустановки, яку захищають, та є потенційним. До недоліків роботи системи TN-C-S-TK можна віднести те, що вона нечутлива до симетричних струмів витоку і замикань між фазним (L) і нульовим робочим (N) провідниками. Система має значні приведені витрати. Капітальні витрати підвищуються за рахунок прийнятої 1 UA 119026 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 кількості провідників з кольорових металів (три провідника L, N і РЕ). У зв'язку з цим, також збільшуються витрати на монтажні роботи і експлуатацію. В основу корисної моделі поставлена задача по підвищенню надійності існуючої системи електропостачання TN-C-S-ТK та зменшенню приведених витрат на її спорудження і експлуатацію, забезпеченню повного гарантованого (100 %) захисту людей, електроприймачів та мереж при наступних додаткових аваріях: від симетричних струмів витоку між L і N, від замикання між фазним L і нульовим робочим N провідником, від слабких струмів витоку, що можуть виникати по всій довжині провідникової системи (між L і РЕ). Поставлена задача розв'язується за рахунок того, що удосконалюється трипровідна система TN-C-S-TK шляхом заміни її на двопровідну систему TN-C-S-TK-LE [8] з екранованим фазним провідником LE і нульовим робочим провідником N, в якій екран виконаний зі струмопровідної гуми, який виконує функцію захисного провідника PEL, а диференційний трансформатор струму (ДТС) виконаний з диференційного високочутливого магніторезистора, мініатюрне напівпровідникове реле (МНПР) виконане на основі тиристора симетричного (ТС), який пов'язаний через резистор з PEL і котушкою відключення і через додатковий опір RД.З. - з землею, а струмопровідні і потенційно струмопровідні корпуси СДС зв'язані з РЕL та патроном через самоцентрувальні групові перехідні контакти (L, N та РЕ) [9]. Сумісним з прототипом [4, 7] є ДВКЕ-2 (ПЗВЕ-2). Комбінована система захисного заземлення TN-C-S-TK-LE з диференційним вимикачем комбінованим (ДВКЕ) (електронним) (КСЗЗ TN-C-S-TK-LE - далі КСЗЗ) може бути як однофазного, так і трифазного виконання. В роботі, як приклад, наведена однофазна система з ДВКЕ-2 (ПЗВЕ-2), це також належить до трифазної чотирипровідної системи з ДВКЕ-4 (ПЗВЕ-4). На кресленні (Фіг.) зображена блок-схема однофазної КСЗЗ. Де: L - фазний провідник; LE - фазний провідник з екраном; PEL - екран фазного провідника [8], який може бути зі струмопровідної гуми або металевого обплетення, що здорожує систему; 1 - автоматичний вимикач; 2 - диференційний трансформатор струму на основі диференційного високочутливого магніторезистора [10]; 3 - електронний підсилювач; 4 - котушка відключення; 5 - мініатюрне напівпровідникове реле, виконане на основі або симистора з резистором R, або тиристора Т, або варистора UR; 6 - допоміжне захисне заземлення RД.З., 7 - патрон (Е27 або Е14) з груповими самоцентрувальними перехідними контактами L, N та РЕ; 8 - СДС зі струмопровідним або з потенційно струмопровідним корпусом, який служить основним тепловідведенням (радіатором); 9 - людина, що стоїть на струмопровідних полах та однією рукою торкається корпуса СДС, в якому відбулося замикання L на корпус. Працює КСЗЗ наступним чином. При виникненні різних струмів витоку, симетричних або несиметричних, в будь-якому місці системи чи коротких замикань між LE та нульовим робочим провідником N, обов'язково буде ушкодження PEL чи зменшення діелектричної міцності ізоляції між LE та PEL. Тому у будь-якому випадку з великою чутливістю на малі струми витоку і на малі струми на початку перехідного процесу при короткому замиканні, ДВК E-2 (ПЗВE-2) спрацює і вимикне систему, крім того, ДВКЕ-2 (ПЗВЕ-2) спрацьовує при появі на PEN або РЕ потенціалу більше 20 В. В результаті цього підвищується надійність системи в цілому. Розглянемо реакцію системи захисту TN-C-S-TK-LE з ДВКЕ-2 (ПЗВЕ-2) на різні види аварій згідно з їх переліком. Результати розглядання наведені в таблиці. З наведеної в таблиці матриці аварійних станів видно, що широко розповсюджені ДВК Е-2 (ПЗВЕ-2), які реагують на диференційний струм IΔ, в принципі забезпечують захист тільки від аварій видів А2 та А4. Для забезпечення захисту від усіх видів аварій, що перелічені в таблиці (від А1 до А12), ДВКЕ-2 (ПЗВЕ-2) повинні реагувати на комплекс аварійних станів: IΔ, UN, UPЕ, Іm. Наведена матриця аварійних станів може бути покладена в основу єдиних технічних вимог до апаратів захисного відключення, що призначені для використання в Україні та забезпечують в чотирипровідних системах захисту TN-C-S-TK-LE більш високу електробезпеку, ніж в системах TN-C-S-TK та п'ятипровідних системах TN-S-TK. Система TN-C-S-TK-LE забезпечує високий рівень електробезпеки при мінімальних витратах. Якщо під ефективністю розуміти частку від ділення чисельного значення рівня безпеки на сумарні витрати з його забезпечення, то система TN-C-S-TK-LE з ДВКE є самою ефективною. 2 UA 119026 U Таблиця Реакція ДВКЕ-2 в системах захисту TN-C-S, TN-C-S-TK та TN-C-S-TK-LE при виникненні різних видів аварій Шифр аварій А1 А2 A3 А4 А5 А6 А7 А8 А9 А10 A11 А12 Вид аварії Занос потенціалу по PENпровіднику зі сторони Безпосередній контакт зі струмопровідними частинами Замикання фази на корпус на стороні живлення Замикання фази на корпус на стороні навантаження Розрив PEN-провідника в лінії Розрив PEN-провідника Замикання фазного провідника N на PENпровідник в лінії Замикання фазного провідника на PENпровідник в лінії системи захисту TN-C-S-TK Відмова ДВКE-2 Симетричні системи витоку струму між L та N Замикання між фазним L та нульовим робочим провідником N Захист від слабких струмів витоку, що можуть виникати по всій довжині провідникової системи (між L та РЕ) Супутній небезпечний фактор Реакція ДВКE-2 в системі TN-C-S TN-C-S-TK TN-C-S-TK-LE UN, UPE + + IΔ, UN + + + UN +* +** +** IΔ, UN, Іm + + + UN, UPE + + IΔ (Ih)*** + + UN + + UN + + Іm +* +* +* UN + Іm, UN + UN + * Захист відбувається МТЗ на початку лінії по Іm ** Захист відбувається МТЗ, а час спрацювання ДВК E-2 повинно перевищувати 0,1 с *** Диференційний струм IΔ (Ih) при дотику людини до ВПЧ, що знаходяться під напругою 5 10 15 Джерела інформації: 1. ДНАОП 0.00-1.32-01. Правила будови електроустановок. Електрообладнання спеціальних установок / Київ: Укрархбудінформ, 2001. - 121 с. 2. Тимчасове положення «Про застосування пристроїв захисного відключення (ПЗВ)» / Київ, 2002. -11с. 3. Системи гарантованого електропостачання. Агрегати безперебійного живлення. Загальні технічні вимоги. Частина 3. Методи випробування (ІЕС 62040-3:1999, IDT): ДСТУ ІЕС 620403:2004 [Текст] - [Чинний від 2006-04-01]. - К.: Держспоживстандарт України, 2004. - 110 с. (Національні стандарти України). 4. Деклараційний патент № 15257 на корисну модель. Україна, МПК Н02Н 3/16 (2006.01). Диференціальний вимикач комбінований (електромеханічний) / Носанов М.І., Козенко О.М. та ін. Заявники та патентовласники Носанов М.І., Козенко О.М. №u200512894; заявл. 30.12.2005 р.; опубл. 15.06.2006 р. Бюл. № 6. 5. Деклараційний патент № 15254 на корисну модель. Україна, МПК Н02Н 3/16 (2006.01). Диференціальний вимикач комбінований (електронний) / Носанов М.І., Козенко О.М. та ін. 3 UA 119026 U 5 10 15 20 25 30 35 Заявники та патентовласники Носанов М.І., Козенко О.М. №u200512862; заявл. 30.12.2005 р.; опубл. 15.06.2006 р. Бюл. № 6. (ПРОТОТИП) 6. Деклараційний патент № 57427 на корисну модель. Україна, МПК Н02Н 3/16 (2006.01). Диференціальний автомат, функціонально залежний від напруги живлення, комбінований / Носанов М.І., Тимченко В.І., Пожидаєв О.О. Заявники та патентовласники Носанов М.І. №u201010012; заявл. 13.08.2010 р.; опубл. 25.02.2011 р. Бюл. № 4. 7. Новые системы защитного заземления TN-C-S-Тк, TN-S-Тк и ТТ-Тк / Носанов Н.И., Тимченко В.И., Коптиков В.П., Романова Т.И. /Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. Сборник научных трудов, вып. 20. МакНИИ: Макеевка: Донбасс, 2007. - С. 185-191. (ПРОТОТИП). 8. Деклараційний патент № 50983 А на винахід. Україна, МПК (2006) Н02G 3/00, Н02Н 3/16 (2006.01). Пристрій двопровідної системи електропостачання з екранованим фазним проводом / Шидловський А.К., Курінний Е.Г., Носанов М.І. та ін. Заявники та патентовласники Шидловський А.К., Курінний Е.Г., Носанов М.І. №2001 117547; заявл. 06.11.2001 р.; опубл. 15.11.2002 р. Бюл. № 11. 9. Патент № 98078 на корисну модель. Україна, МПК(2015.01) F21L 4/00. Пристрій групових перехідних контактів «лампа світлодіодна - патрон різьбовий» з РЕ-провідником / Носанов М.І., Романова Т.І. Заявники та патентовласники Носанов М.І., Романова Т.І. №u 201413267; заявл. 11.12.2014 р.; опубл. 10.04.2015 р. Бюл. № 7. 10. Деклараційний патент № 57648 А на винахід. Україна, МПК Н01L 43/08 (2006.01), Н02Н 3/26 (2006.01). Диференціальний високочутливий магніторезистор / Носанов М.І., Пащенко В.П., Шемяков О.. та ін. Заявники та патентовласники Носанов М. І., Пащенко В.П., Шемяков О.А. № 2002 086777; заявл. 15.08.2002 р.; опубл. 16.06.2003 р. Бюл. № 6. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Комбінована система захисного заземлення TN-C-S-TK-LЕ з диференційним вимикачем комбінованим (ДВКЕ) (електронним), що містить n-у кількість ДВКЕ, що живлять за допомогою фазних (L) та нульових робочих (N) та захисних (РЕ) провідників n-у кількість груп світлодіодних ламп (СДЛ) зі струмопровідними та потенційно струмопровідними корпусами та складаються з автоматичного вимикача, диференційного трансформатора струму (ДТС), електронного підсилювача, котушки відключення, мініатюрного напівпровідникового реле (МНПР), яка відрізняється тим, що ДТС виконаний з диференційного високочутливого магніторезистора, фазні проводи системи виконані з екраном зі струмопровідної гуми, який виконує функцію захисного провідника (PEL), МНПР виконане на основі тиристора симетричного (ТС), який пов'язаний через резистор з (N) і котушкою відключення і через додатковий опір (RД.З.) - з землею, а струмопровідні і потенційно струмопровідні корпуси СДЛ зв'язані з (PEL) та патроном через самоцентрувальні групові перехідні контакти (L, N тa РЕ). 4 UA 119026 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5