УДК 631.31:658.382.3 ВАРИАНТЫ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В ОТЕЧЕСТВЕННЫХ РАЗРАБОТКАХ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ Никольский О.К., Сошников А.А., Еремина Т.В. Россия, г. Барнаул, АлтГТУ Рассмотрены различные варианты разработок устройств защитного отключения для использования в системах электроснабжения стационарных и нестационарных электроустановок. Various options of development of devices of protective shutdown for use in systems of power supply stationary and non-stationary electro - installations are considered. Переход в России к системам электроснабжения с раздельными рабочими и защитными нулевыми проводниками (TN-C-S и TN-S) создали технические предпосылки массового использования устройств защитного отключения (УЗО). Результаты исследований особенностей использования УЗО, выполненных в Алтайском государственном техническом университете, легли в основу формирования типоряда модифицированных изделий и подготовки конструкторско-технологической базы для их производства по направлениям создания: - многофункциональных электронных защитных устройств; - гибридных электрических защит с электромеханическим преобразователем; - защитных устройств индивидуального применения для нестационарных электроустановок (передвижных и переносных). В ряде случаев эффективность УЗО значительно повышается при одновременном использовании в одном изделии различных функций. В связи с требованиями ПУЭ [1] актуальным является введение мониторинга тока утечки в электрической сети по верхнему его пределу, составляющему 1/3 значения тока срабатывания. Реализация необходимого набора дополнительных функций в одном аппарате, как правило, нецелесообразна в маломощных однофазных УЗО. Практически приемлемым остается подход, предусматривающий использование ограниченного числа функций, формируемых в соответствии с запросами заказчиков и установленными требованиями эксплуатации. В результате выполненных работ нами разработан типоряд многофункциональных УЗО серии УЗК-01 с номинальным током до 125 А, реализующих защиту от тока утечки на землю, коротких замыканий, перегрузки и перенапряжения в электрической сети, имеющих многоступенчатую дискретнорегулируемую уставку срабатывания, обеспечивающую сигнализацию предаварийного режима и мониторинг превышения заданного уровня тока утечки. Одним из перспективных направлений развития устройств защитного отключения является создание электромеханических изделий, имеющих ряд преимуществ по сравнению с электронными. Однако отечественное производство УЗО ограничивается электронными изделиями и полуфабрикатами, собранными из зарубежных комплектующих. Причиной этого является отсутствие технологии создания высокоточных поляризованных реле с кинематическим усилителем для управления коммутационным блоком УЗО. Задачи разработки электромеханического преобразователя и экспериментальной проверки его эффективности в составе гибридного УЗО, сочетающего в себе магнитоэлектрическое реле и электронный ключ, управляющий независимым расцепителем автоматического выключателя, были решены при участии авторов на Дивногорском заводе низковольтной аппаратуры (Красноярский край). В предлагаемой конструкции реле использована биполярная схема, представленная на рисунке 1. Действие такого реле основано на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита 5 и переменного тока в обмотке 4, расположенной на якоре 3. Коромысло 6 и якорь выполняют роль магнитопровода магнитного потока, созданного постоянным магнитом, что обеспечивает притяжение коромысла к якорю. Поворачивая постоянный магнит вокруг его оси, можно изменять тангенциальную составляющую магнитного потока, протекающего по магнитопроводу и, тем самым, регулировать усилие притяжения коромысла к якорю, устанавливая необходимую чувствительность реле, определяющую порог срабатывания. При поступлении сигнала утечки на обмотку реле с выхода дифференциального трансформатора якорь размагничивается, коромысло под действием пружины 7 откидывается и через толкатель 2 замыкает нормально разомкнутые контакты реле. Функцию кинематического усилителя осуществляет симистор, управляющий независимым расцепителем автоматического выключателя и входящий в отдельный блок гибридного устройства защитного отключения. Рисунок 1 - Конструкция магнитоэлектрического реле Учитывая, что основными элементами конструкции магнитного реле являются постоянный магнит, магнитопровод и пружина, определяющие чувствительность и надежность работы УЗО, нами были проведены исследования по выбору исходных материалов и разработке технологии изготовления деталей и их сборки. В результате исследования различных материалов для постоянного магнита были выбраны следующие материалы (ферриты бария) для создания постоянного магнита: 1БИ ПЯО.707.186.ТУ; М2БА-1 ОЖО.707.061.ТУ; МЗБА-1 ОЖО.707.112.ТУ. Для магнитопровода чувствительного реле выбран пермаллой типа 79НМ (ГОСТ 101160-75). Результаты испытаний разработанного УЗО позволили Дивногорскому заводу низковольтной аппаратуры приступить к выпуску первых гибридных УЗО, сочетающих электронный усилитель на основе полупроводникового ключа с электромеханическим преобразователем из отечественных комплектующих. УЗО выпускается на базе автоматического выключателя ВА 61-29 и отличается повышенной надежностью. Использование УЗО с номинальным отключающим дифференциальным током 6 мА является наиболее эффективным способом предотвращения электропоражений при эксплуатации нестационарных электроустановок (НЭУ). Нами разработана конструкция УЗО, позволяющая снизить металлоемкость и вес, повысить технологичность изготовления и защищенность от воздействия внешних электромагнитных полей. На рисунке 2 приведена функциональная схема УЗО-вилка (ДПВ-Т). При включении УЗО в сеть трехфазного источника питания в фазных и нулевом проводниках возникает ток и силовые контакты 7 оказываются под напряжением. Одновременно на одну полуобмотку соленоида 6, подключенную к фазному и нулевому проводникам, подается напряжение (при включенной вилке в розетку эта полуобмотка постоянно находится под напряжением). Рисунок 2 – Функциональная схема УЗО-вилка 1 – ДТТ; 2 – силовая контактная группа (исполнительный механизм); 3 – соленоид; 4 – следящее устройство (пороговый элемент); 5 – электронный усилитель (включен в схему следящего устройства); Т – кнопка «ТЕСТ»; Rз- тестовый резистор; H – нагрузка Вторая полуобмотка соленоида 6 присоединяется к кнопке «ВКЛ» и от нее к источнику питания. При нажатии кнопки «ВКЛ» (в индикаторном отверстии включается индикатор красного цвета) во второй полуобмотке соленоида появляется напряжение, в результате соленоид замыкает контакты силовой контактной группы 7 и в фазных проводах от источника питания к нагрузке через УЗО протекает ток. При отпускании кнопки «ВКЛ» во второй полуобмотке соленоида 6 напряжение исчезает, а соленоид удерживает силовые контакты 7 в замкнутом состоянии при наличии напряжения в первой полуобмотке соленоида. В момент включения вилки в розетку силовая контактная группа находится в разомкнутом состоянии. При возникновении тока утечки в защищаемой цепи, превышающего пороговое значение питание соленоида отключается. В результате контакты силовой группы размыкаются под действием пружины, обесточивая неисправную нагрузку. Функционально УЗО-вилка представляет быстродействующее устройство, время отключения дифференциального тока составляет 0,03 сек. Экспериментальная проверка представленных УЗО, проведенная в различных регионах России, подтвердила эффективность и простоту эксплуатации разработанной электрозащитной аппаратуры. Литература 1. Правила устройства, эксплуатации и безопасности электроустановок. Нормативно-технический сборник. Барнаул, 2004. 2. Еремина Т.В. Вероятностный анализ безопасности сельских электроустановок (под ред. Никольского О.К.).-Улан-Удэ, Изд. ВСГТУ, 2010. Никольский Олег Константинович, д.т.н., профессор, зав. кафедры ЭПБ АлтГТУ им. И.И. Ползунова, г. Барнаул, тел. 8 (3852) 36 71 29, e-mail: [email protected] Сошников Александр Андреевич, д.т.н., профессор кафедры ЭПБ АлтГТУ им. И.И. Ползунова, г. Барнаул, тел. 8 (3852) 36 71 29, [email protected] Еремина Тамара Владимировна, д.т.н., профессор кафедры ЭБЖ ВосточноСибирскийГТУ, г. Улан-Удэ, тел. 8 (3012) 42 23 98