ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ

1 типы внецентренно сжатых колонн - 1

2 определение расчетной длины колон постоянного сечения по высоте - 1

3 определение расчетной длины ступенчатых колонн - 2

4 определение расчетных комбинаций услилий для сплошных и сквозных внецентренно сжатых колонн – 2,3

5 определение и конструирование стержня сплошной внецентренно сжатой колонны. проверка устойчивости в плоскости изгиба - 3

6 определение и конструирование стержня сплошной внецентренно сжатой колонны. проверка устойчивости из плоскости изгиба - 4

7 Конструирование сплошной внецентренно сжатой колонны в виде сложного двутаврового сечения - 5

8 расчет и конструирование стержня сквозной внецентренно сжатой колонны. проверка устойчивости отдельных ветвей - 5

9 расчет и конструирование стержня сквозной внецентренно сжатой колонны .проверка устойчивости в плоскости изгиба, как единого стержня составного сечения - 5

10 Расчет и коструирование решетки сквозной колонны - 6

11 общие базы колонн - 7

12 Раздельные базы колонн - 7

13 Соединение верхней части ступенчатой колонны с нижней - 8

14 узлы опирания подкрановых конструкций в колоннах постоянного сечения по высоте -9

15 соединение ригеля с колонной - 10

16 Подкрановые конструкции. Особенности работы подкрановых балок – 10,11

17 нагрузки, которые действуют на подкрановые конструкции - 11

21 тормозные балки и фермы - 11

24 проверка местной устойчивости стенки балки - 12

25 соединение поясов со стенкой подкрановой балки - 12

26 Крепление рельсов к подкрановым балкам - 13

27 крепление подкрановых балок к колоннам - 14

ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ

В курсе «Электрические и электронные аппараты» по данной теме проводится лабораторная работа 5. В ходе работы студенты изучают конструкцию и принцип действия устройств защитного отключения (УЗО), применяемых в системах электроснабжения административных, жилых и общественных зданий. Рассматриваются различные виды и типы устройств защитного отключения, их технические параметры, маркировка, условное графическое обозначение в электрических схемах; Анализируются особенности применения устройств защитного отключения при различных системах заземления нейтрали источников и корпусов электроприемников. Рассматриваются схемы включения УЗО в силовых цепях и способы построения времятоковых характеристик УЗО по их паспортным данным.

Общие положения

Устройства защитного отключения (УЗО) или выключатели управляемые дифференциальным током – электрические аппараты, автоматически отключающие от сети контролируемую установку в случае возникновения в ней тока утечки и предназначенные для защиты человека от поражения электрическим током в случае прикосновения к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, оказавшемуся под напряжением, а также для предотвращения возгорания, возникающего вследствие длительного протекания токов утечки и развивающихся из них токов короткого замыкания.

УЗО относятся к аппаратам, которые управляются дифференциальным (разностным) током в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке. В абсолютном большинстве УЗО, производимых и эксплуатируемых в настоящее время во всем мире, в качестве датчика дифференциального тока используется дифференциальный трансформатор тока 1 (рис. 5.1).

Дифференциальный трансформатор тока состоит из замкнутого магнитопровода, на который намотаны первичные обмотки (количеством две – для однофазных цепей или четыре – для трехфазных цепей) и одна многовитковая вторичная обмотка. Первичные обмотки часто состоят из одного витка, т.е. проводника, проходящего сквозь окно магнитопровода. В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока (тока утечки), в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока 1, протекают рабочие токи нагрузки I₁ и I₂, равные между собой по модулю, но векторно противоположно направленные. Данные токи создают в магнитном сердечнике встречные магнитные потоки. Результирующий магнитный поток при работе в нормальном режиме равен нулю, следовательно, отсутствует факт изменения магнитного потока и в соответствии с законом электромагнитной индукции ЭДС, а значит и ток во вторичной обмотке также равны нулю. Вся система находится в состоянии покоя.

При пробое изоляции на корпус электроприемника, атакже в случае прикосновения человека к открытым токопроводящим частям (или к корпусу электроприемника, оказавшемуся под напряжением) по фазному проводнику через окно магнитопровода кроме тока нагрузки I₁ протекает дополнительный ток - ток утечки ( ), который не возвращается по нулевому проводнику, и поэтому является для трансформатора тока дифференциальным (разностным).

Рис.5.1. Принцип действия УЗО

Неравенство токов в первичных обмотках (в фазном проводнике протекает ток I₁ + I_D, в нейтральном проводнике I₂, равный I₁) вызывает неравенство магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока. Если этот ток превышает значение уставки порогового элемента пускового органа 2, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3.

Пусковой орган (пороговый элемент) 2 выполняется, как правило, на чувствительных магнитоэлектрических реле прямого действия (электромагнитное УЗО) или электронных компонентах (электронное УЗО).

Исполнительный механизм 3, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма (механизма свободного расцепления) и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается.

Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4. При нажатии кнопки "Тест" искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно исправно. Включение в цепь тестирования замыкающего вспомогательного контакта УЗО предотвращает попадание напряжения на электроустановку при случайном нажатии на кнопку «Тест» в случае нахождения главных контактов в разомкнутом состоянии.

Рассмотрим принцип действия электромеханического устройства защитного отключения типа дифференциальный выключатель (рис.5.1) при нажатии кнопки «Тест».

1. Включаем УЗО посредством ручного привода (ручку включения-отключения переводим в положение «вверх»). При этом электрически замыкаются главные и вспомогательные контакты, а также механически растягивается пружина отключения выключателя (отключающая пружина).

2. При нажатии кнопки «ТЕСТ» и при включенном положении контактов УЗО образуется электрическая цепь (замкнутый контур) для протекания электрического тока. Под действием синусоидальной ЭДС, создаваемой обмоткой силового трансформатора, и при линейных сопротивлениях элементов электрической цепи, ток также будет синусоидальным. Величина тока определяется по закону Ома.

i = e / Z_{контура}.

Электрический ток проходит только по одной из двух первичных обмоток дифференциального трансформатора. Эта обмотка расположена в полюсе N (см. рис. 5.1).

3. При протекании тока создается магнитное поле (согласно закону полного тока: iw_диф.тр.=Hl ), которое так же будет иметь синусоидальную форму. Поле усиливается за счет ферромагнитных свойств магнитопровода: B=µH и в нем возникает синусоидальный магнитный поток:

Ф = B · S.

4. Под действием магнитного потока во вторичной обмотке дифференциального трансформатора наводится ЭДС (e₂) согласно закону электромагнитной индукции. Величина ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока, а скорость изменения будет тем выше, чем больше величина амплитуды магнитного потока. Закон изменения вторичной ЭДС также будет синусоидальным:

.

5. Под действием вторичной ЭДС ( e₂ ) в контуре образованным обмоткой реле, подключенной к вторичной обмотке дифференциального трансформатора, протекает синусоидальный ток (согласно закону Ома для участка цепи):

.

6. Под действием тока i₂ в магнитопроводе реле создается магнитное поле (согласно закону полного тока: i₂w_реле=Hl ), которое так же будет иметь синусоидальную форму. Поле усиливается за счет ферромагнитных свойств магнитопровода: B=µH. В магнитопроводе реле возникает синусоидальный магнитный поток: Φ_р=B_рS_р. Так как магнитопровод реле разомкнут, то намагничиваются полюса сердечника и якоря магнитопровода. В результате этого возникает электромагнитная сила, под действием которой подвижный якорь притягивается к неподвижному сердечнику.

7. Якорь механически перемещает защелку механизма свободного расцепления. Защелка освобождает взведенную отключающую пружину, под действием механической силы которой посредством привода происходит стремительный отход подвижного контакта от неподвижного контакта. Главные и вспомогательные контакты разрывают электрические цепи, по которым ранее протекали токи.

Механизм срабатывания УЗО при возникновении токов утечки в главной цепи УЗО идентичен механизму срабатывания УЗО при нажатии кнопки «ТЕСТ». Причина в том, что магнитные потоки, образуемые токами, протекающими в двух первичных обмотках дифференциального трансформатора, не будут компенсировать друг друга (в отличие от нормального режима работы главной электрической цепи) и в магнитопроводе дифференциального трансформатора появится разностный магнитный поток, и далее описание процесса работы УЗО будет проходить аналогично пунктам 4-7.

Особенности конструкции современных УЗО:

1) использование специального материала сердечника трансформатора тока – ленточного пермаллоя со строго регламентированными магнитными характеристиками;

2) наличие чувствительного элемента;

3) применение высоконадежного механического расцепителя с мощной контактной группой и механизма взвода отключающих пружин с индикатором положения;

4) применение термически стойкого контрольного резистора.