Короткі теоретичні відомості. Тема.Дослідження диференціальних автоматичних вимикачів та пристроїв захисного відключення

Лабораторна робота № 2

Тема.Дослідження диференціальних автоматичних вимикачів та пристроїв захисного відключення

Мета роботи – ознайомлення з конструкцією і технічними характеристиками пристроїв захисного вимикання (ПЗВ); дослідження роботи ПЗВ.

Короткі теоретичні відомості

Пристрій захисного відключення – це швидкодіючий захисний вимикач, що реагує на диференціальний струм у провідниках.

Пристрої захисного вимикання (ПЗВ), що реагують на диференціальний струм, поряд із пристроями захисту від надструму, належать до додаткових видів захисту людини від ураження при непрямому дотику, що забезпечується шляхом автоматичного вимикання живлення. Захист від надструму (при застосуванні захисного занулення) забезпечує захист людини при непрямому дотику – шляхом вимикання автоматичними вимикачами чи запобіжниками ушкодженої ділянки ланцюга при короткому замиканні на корпус.

При малих струмах замикання, зниженні рівня ізоляції, а також при обриві нульового захисного провідника занулення недостатньо ефективне, тому в цих випадках ПЗВ є єдиним засобом захисту людини від ураження електричним струмом.

В основі дії захисного вимикання як електрозахисного засобу лежить принцип обмеження (за рахунок швидкого вимикання) тривалості протікання струму через тіло людини при ненавмисному дотику до елементів електроустановки, які знаходяться під напругою. З усіх відомих електрозахисних засобів ПЗВ є єдиним, що забезпечує захист людини від ураження електричним струмом при прямому дотику до однієї зі струмопровідних частин.

Функціонально ПЗВ можна визначити як швидкодіючий захисний вимикач, що реагує на диференціальний струм у провідниках.

Рисунок 1. – Позначення на лицьовій панелі ПЗВ

Параметри ПЗВ подають на передній панелі (рис. 1.).

Найважливішим функціональним блоком ПЗВ є диференціальний трансформатор струму 1. В абсолютній більшості ПЗВ як датчик диференціального струму використовується трансформатор струму. У літературі з питань конструювання та застосування ПЗВ цей трансформатор іноді називають трансформатором струму нульової послідовності – ТСНП, хоча поняття "нульова послідовність" застосовується тільки до трифазних ланцюгів і використовується при розрахунках несиметричних режимів.

Рисунок 2. – Структура ПЗВ

Основні функціональні блоки ПЗВ зображено на рис. 2.

Пусковий орган (граничний елемент) 2 виконують, як правило, на чутливих магнітоелектричних реле прямої дії чи на електронних компонентах. Виконавчий механізм 3 містить у собі силову контактну групу з механізмом привода.

У нормальному режимі, за відсутності диференціального струму – струму витоку, в силовому ланцюзі по провідниках, що проходять крізь вікно магнітопроводу трансформатора струму 1, протікає робочий струм навантаження. Провідники, що проходять крізь вікно магнітопроводу, утворюють зустрічно ввімкнені первинні обмотки диференціального трансформатора струму. Якщо позначити струм, що протікає в напрямку до навантаження як I₁, а від навантаження – як I₂, то можна записати I₁ = I₂.

Однакові струми в зустрічно ввімкнених обмотках наводять у магнітному осерді трансформатора струму однакові, але зустрічно спрямовані магнітні потоки Ф₁ і Ф₂. Результуючий магнітний потік дорівнює нулю, струм у вторинній обмотці диференціального трансформатора також дорівнює нулю. Пусковий орган 2 знаходиться в цьому випадку в стані спокою.

Під час дотику людини до відкритих струмопровідних частин чи до корпусу, на якому відбувся пробій ізоляції, по фазному провіднику через ПЗВ, крім струму навантаження I₁, протікає додатковий струм – струм витоку (I_Δ), що є для трансформатора струму диференціальним (різницевим).

Нерівність струмів у первинних обмотках (I₁ + I_Δ у фазному провіднику і I₂ = I₁, у нейтральному провіднику) викликає нерівність магнітних потоків і, як наслідок, виникнення на вторинній обмотці напруги. Якщо диференціальний струм перевищує значення уставки граничного елемента пускового органа 2, останній спрацьовує й впливає на виконавчий механізм 3.

Виконавчий механізм, що, як правило, складається з пружинного привода, спускового механізму та групи силових контактів, розмикає електричний ланцюг. У результаті електроустановка знеструмлюється.

Для здійснення періодичного контролю справності (працездатності) ПЗВ передбачено схему тестування 4. При натисканні кнопки "Тест" штучно створюється диференціальний струм і ПЗВ повинно спрацювати.

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з призначенням, принципом дії, конструкцією і технічними даними ПЗВ (за наведеними в розділі 1 джерелами інформації).

2. Зібрати схему для перевірки працездатності ПЗВ (рис. 10.2), з'ясувавши призначення кожного елемента.

Рисунок 3. – Схема для перевірки працездатності ПЗВ

Рисунок 4. – Схема для дослідження роботи ПЗВ

3. Увімкнути QF1 і, встановлюючи за допомогою ручки автотрансформатора TV1 (ЛАТР) різні значення напруги живлення U, здійснити перевірку працездатності ПЗВ кнопкою «Тест». Результати записати до табл. 1.

4. Зібрати схему для дослідження роботи ПЗВ (рис. 2).

5. Визначити мінімальне значення диференціального струму спрацьовування . Для цього виконати наступне: повернути ручку ЛАТРа TV1 проти годинникової стрілки (зменшити напругу на виході до нуля), увімкнути перемикачі QF1, SA2 і ПЗВ, повільно повертаючи ручку ЛАТРа за годинниковою стрілкою, зафіксувати струм спрацьовування ПЗВ. Дослід повторити кілька разів. Результати записати до табл. 2.

6. Визначити залежність часу спрацьовування ПЗВ від величини диференційного струму . Для цього виконати наступне: повернути ручку ЛАТРа TV1 проти годинникової стрілки (зменшити напругу на виході до нуля), увімкнути перемикачі QF1, SA1 і ПЗВ, повертаючи ручку ЛАТРа за годинниковою стрілкою, виставити диференціальний струм за PA1, вимкнути SA1 і увімкнути SA2, записати до табл. 10.2 показання секундоміра РТ1 і значення струму. Дослід повторити кілька разів і для кількох значень диференціального струму.

7. За даними табл. 3. побудувати графік залежності часу спрацьовування ПЗВ від диференціального струму .

8. Зробити висновки з виконаної роботи.

Таблиця 1. – Перевірка працездатності ПЗВ

U, В
Спрацювання при тестуванні

Таблиця 2. – Мінімальне значення струму спрацьовування ПЗВ

№ досліду
, мА

Таблиця 3. – Залежність часу спрацьовування від диференціального струму

	№ досліду	Диференціальний струм , мА

Час спрацьовування

Зміст звіту

1. Короткі відомості про сферу застосування та елементи конструкції ПЗВ.

2. Електричні схеми досліджень.

3. Аналіз отриманих результатів, таблиці даних, графік і висновки з роботи.

Контрольні питання

1. Яке призначення пристрою захисного вимикання?

2. Розкрити принцип роботи ПЗВ.

3. Які основні електричні параметри ПЗВ.

4. Від чого залежить похибка спрацювання ПЗВ?

5. Чи захищає ПЗВ від короткого замикання?

6. Чи можна ПЗВ замінити будь-яким іншим апаратом захисту?

7. Наведіть схему включення ПЗВ для схеми заземлення TN-CS.

8. До чого може призвести неправильне включення ПЗВ у схему електропостачання?

9. Пояснити отриманий у лабораторній роботі графік часо-струмової характеристики ПЗВ.

10. Чи правильна теза: «Чим менше значення тим краще»?

Література: Загірняк М.В., Кузнєцов Н.І. Електричні апарати: Навчальний посібник. – Кременчук: КДПУ, 2005. – 320 с., с. 3–6