ИССЛЕДОВАНИЕ  УСТРОЙСТВ  ЗАЩИТНОГО  ОТКЛЮЧЕНИЯ

Ильинов  Сергей  Сергеевич

Степанюк  Андрей  Николаевич

студенты  3курса  кафедры  ЕНОТД  филиала  ТюмГНГУ  в  г.  Новый  Уренгой,  РФ,  Ямало-Ненецкий  автономный  округ,  г.  Новый  Уренгой

Латышев  Виктор  Александрович

научный  руководитель,  канд.  тех.  наук,  доцент  кафедры  ЕНОТД  филиала  ТюмГНГУв  г.  Новый  Уренгой,  РФ,  Ямало-Ненецкий  автономный  округ,  г.  Новый  Уренгой

E-mail:  viklat@yandex.ru

Введение.

Среди  известных  форм  энергии  наибольшее  применение  в  нефтяной  и  газовой  промышленности  находит  электрическая  энергия.  Это  связано  с  тем,  что  ее  довольно  просто  превратить  в  другие  формы  энергии,  например,  тепловую,  механическую  или  оптическую.  Существуют  различные  схемы  электроснабжения,  используемые  при  подключении  электротехнического  оборудования  [2,  с.  34;  4,  с.  57].  Они  различаются  по  способу  заземления  электрооборудования  и  источника  электроэнергии,  виду  соединения,  категории  надежности  электроснабжения  и  т.  д.  Основное  требование  ко  всем  вариантам  схем  электроснабжения  —  обеспечение  защиты  обслуживающего  персонала  от  поражения  электрическим  током.  Используются  следующие  способы  защиты  от  поражения  электрическим  током  в  электроустановках,  применяемые  отдельно  или  в  сочетании  друг  с  другом:  защитное  заземление,  зануление,  защитное  отключение,  электрическое  разделение  сетей  разного  напряжения,  применение  малого  напряжения,  изоляция  токоведущих  частей  и  выравнивание  потенциалов.  Особенностью  защитного  отключения,  как  единственно  принятого  в  мире  «активного»  способа  обезопасить  людей  при  случайном  прикосновении  человека  к  токоведущим  частям  и  оборудованию  от  токов  замыкания  на  землю  (токов  утечки)  —  мгновенное  отключение  сети  устройством  дифференциального  тока.  В  России  действуют  ГОСТы,  оговаривающие  установку  устройств  защитного  отключения  (УЗО)  в  соответствии  с  Правилами  устройств  электроустановок(ПУЭ)  [3,  с.  102].  Необходимо  отметить  также,  что  многие  пожары  в  электротехнических  устройствах  возникают  из-за  возгорания  электропроводки.  Их  можно  предотвратить,  если  пользователи  электроустановок  будут  иметь  УЗО,  которое  дополняет  защитные  свойства  предохранителей,  реагируя  на  ток  утечки,  а  не  на  перегрузку  или  короткое  замыкание.  В  настоящее  время  в  соответствии  с  новыми  стандартами  УЗО  называется  выключателем  дифференциального  тока.

УЗО  предназначено  для  отключения  электрической  сети  при  поражении  человека  током.  Оно  отслеживает  утечку,  которую  создает  ток,  протекающий  через  тело  человека.  Величины  тока,  которые  должно  идентифицировать  такое  устройство,  приведены  в  таблице  1.

Таблица  1. 

Величины  токов,  протекающих  через  человека  и  их  действие

В  лаборатории  микроэлектроники  и  электротехники  на  кафедре  естественнонаучных  и  общетехнических  дисциплин  Ямальского  нефтегазового  института  филиала  Тюменского  государственного  нефтегазового  университета  при  обучении  студентов  по  направлению  220700.62  «Автоматизация  технологических  процессов  и  производств»  по  профилю  «Автоматизация  технологических  процессов  и  производств  в  нефтяной  и  газовой  промышленности»  разработана  и  в  течении  нескольких  лет  применяется  методика  моделирования  элементов  устройств  защитного  отключения  средствами  автоматизированной  системы  проектирования  элементов  электротехнических  устройств  на  базе  наборов  интегральных  микросхем  и  элементов  электрических  цепей  Multislim  [1,  с.  45].

Отличительной  особенностью  разработанной  методики  является  детальный  выбор  конкретных  электротехнических  устройств  по  желанию  заказчика,  проверка  правил  электротехники  в  процессе  проектирования  с  указанием  подробной  информации  об  ошибках,  оформление  технической  документации  в  соответствии  с  действующими  стандартами.

Процесс  проектирования  модели  УЗО  заключался  в  подробном  описании  элементов  электрических  и  электронных  схем,  способах  их  соединения  и  размещения  на  печатной  плате.  При  разработке  схем  использовались  различные  компоненты,  которые  отображаются  в  виде  панелей  с  указанием  конкретных  физических  величин  и  пространственных  размеров.  Компонентами  схем  служат  реальные  и  виртуальные  элементы,  которые  относятся  к  двум  категориям:  реальные  и  виртуальные.  Реальные  компоненты,  в  отличие  от  виртуальных  компонентов,  заданы  определенным,  неизменным  значением,  условным  графическим  обозначением  в  соответствии  с  действующими  стандартами  и  расположением  на  печатной  плате.  Виртуальные  компоненты  необходимы  для  тестирования  и  эмуляции,  пользователь  может  назначать  им  произвольные  значения.  Например,  сопротивление  виртуального  резистора  может  быть  равным  даже  20,051955  Ом.  Возможно  применение  и  других  классификаций  компонентов:  аналоговые;  цифровые;  анимированные;  интерактивные;  цифровые  с  мультивыбором;  электромеханические  и  радиочастотные.

Основными  характеристиками  компонентов  служат:

·     название  базы  данных  (пользовательская,  лабораторная  и  др.),

·     название  группы,  к  которой  принадлежит  данный  элемент  (TTL,  DTL  ,  выключатель,  магнитный  пускатель,  реле  и  др.),

·     название  данного  компонента  (74S00D,  К155,  К511,  АК63,  АП50,  ФУ  3М  и  др.),

·     символ,  который  отображает  компонент  на  схеме  (R123,  DD  1.2,  QF,  KM  и  т.  д.),

·     описание  компонента  (4-И-НЕ,  CD12,  выключатель  автоматический  или  кнопочный,  реле  токовое  или  напряжения  и  т.  д.).

Средством  выбора  компонентов  является  проводник  компонентов,  вызов  которого  осуществляется  при  помощи  мыши  или  клавиш  клавиатуры.  Дополнительной  возможностью  системы  является  проектирование  фотошаблонов  печатных  плат  и  отображение  информации  в  формате  3D. 

Из  нескольких  принципов  построения  защитного  отключения  сети  с  заземленной  нейтралью  был  выбран  наиболее  универсальный  —  контроль  тока  утечки  в  землю  с  фазных  проводов  через  поврежденную  изоляцию.  Этот  ток  принято  называть  дифференциальным.  Основные  преимущества  защитного  отключения  на  дифференциальном  токе:

·     избирательность  действия  (аппараты,  реализующие  этот  принцип,  реагируют  на  дифференциальный  ток  в  зоне  нагрузки);

·     отсутствие  гальванической  связи  реагирующего  органа  (дифференциального  тока  трансформатора)  с  контролируемой  электрической  цепью;

·     возможность  получения  высокой  чувствительности  и  помехоустойчивости;

·     высокое  быстродействие.

По  конструкции  различают  электромеханические  и  электронные  УЗО.  Первым  не  требуется  никакого  питания.  Для  их  срабатывания  достаточно  появления  дифференциального  тока.  Во-вторых  устройствах  присутствует  электронная  схема.  Для  работы  схемы  нужна  энергия,  получаемая  или  из  контролируемой  цепи,  или  от  внешнего  источника.  Электромеханические  устройства  надежнее,  так  как  они  продолжают  выполнять  защитные  функции  даже  при  обрыве  проводников.  Поэтому  при  выборе  УЗО  преимущество  следует  отдавать,  на  наш  взгляд,  электромеханическому  устройству  как  наиболее  надежному  по  сравнению  с  электронным  устройством.  Вне  зависимости  от  конструктивного  исполнения  УЗО  содержит  чувствительный  элемент,  реагирующий  на  изменение  контролируемой  величины,  и  исполнительного  органа,  отключающего  соответствующий  участок  цепи.

Чувствительный  элемент  может  реагировать  на  потенциал  корпуса,  ток  замыкания  на  землю,  напряжение  и  ток  нулевой  последовательности,  оперативный  ток.  Для  оценки  значения  тока  и  напряжения  при  моделировании  использовали  мультиметры.  В  качестве  исполнительных  органов  —  выключателей  —  применяли  контакторы,  магнитные  пускатели  и  автоматические  выключатели  с  независимыми  расцепителями.

Моделирование  выполнялось  для  двух  типов  УЗО  (в  соответствии  с  классификацией  [2,  с.  120]:  типа  А  и  типа  АС.  УЗО  типа  А  срабатывают  при  возникновении  (увеличении)  синусоидального  или  пульсирующего  тока.  УЗО  типа  АС  срабатывают  при  внезапном  возникновении  или  медленном  увеличении  разностного  синусоидального  тока.

Схема  измерения  тока  в  устройствах  типа  А  сложнее,  так  как  необходимо  оценивать  изменение  индукции,  вызываемое  пульсирующим  однонаправленным  постоянным  током  в  дифференциальном  трансформаторе.  Это  обуславливает  более  широкую  область  их  применения.  Аппараты  с  УЗО  способны  отключить  за  30—40  мс  опасный  участок  электрической  цепи  и  тем  самым  сохранить  жизнь  и  здоровье  людей.

Укажем  наиболее  типичные  ошибки  при  моделировании  УЗО,  которые  вызывают  ложное  срабатывание:

·     перепутаны  нейтрали  двух  УЗО;

·     параллельное  соединение  нейтралей;

·     соединение  питания  на  линии  и  нагрузке,  т.  е.  неправильное  подключение  провода  нейтрали  к  устройству;

·     соединение  проводов  N  и  PE.

Список  литературы:

1. Дорф  Р.,  Бишоп  Р.  Современные  системы  управления.  М.:  Лаборатории  базовых  знаний.  2004.  —  831  с.
2. Кисаримов  Р.А.  Справочник  электрика:  4-е  изд.,  исправл.  и  доп.  М.:  ИП  Радиософт,  2012.  —  512  с. 
3. Правила  устройств  электроустановок.  М.:  Энергоиздат,  2013.  —  541  с.
4. Опалева  Г.Н.  Схемы  и  подстанции  электроснабжения:  Справочник:  Учеб.  Пособие.  М.:  ИНФРА-М,  2009.  —  480  с.