ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ВЕЧЕРНИЙ ФАКУЛЬТЕТ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ КАФЕДРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ОТЧЕТ О ВЫПОЛНЕННЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТАХ по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» Выполнили: Студенты группы ВСМ-6,7-05, факультета ВКТ Тихомиров С.В. Меренков А.Г. Наумов А.Г. Гудков Д. Г. Зырина А.В. Овсянникова М.Е. Антонов А.Е. г. Москва, 2010 год СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ 1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. Исследование электроопасности трехфазных сетей 2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. Исследование интенсивности электромагнитного излучения на рабочем месте 9 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. Устройства защитного отключения 16
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.Исследование электроопасности трехфазных сетей ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить используемые в промышленности трехфазные схемы питания потребителей. Ознакомится с возможными вариантами однофазных включений человека в электрическую сеть и методикой оценки опасности таких включений. Изучить критерии электробезопасности. СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ: Для питания электропотребителей используется два вида трехфазных сетей: а) с изолированной от земли нейтралью источника питания; б) с заземленной нейтралью. Опасность поражения человека при однофазном прикосновении в сети с изолированной нейтралью обусловлена распределенными по длине линии параметрами – активной () и емкостной () проводимостями проводов относительно земли. , , где – сопротивление изоляции фазного провода относительно земли, Ом; – угловая частота сети, рад/с (); – емкость фазного провода относительно земли, Ф. Ток через человека с сопротивлением замыкается по этим проводимостям на источник питания с фазным напряжением (рис.1а).
а) б)
Рис. 1. Схемы прохождения токов однофазного прикосновения в трехфазных сетях с изолированной (а ) и заземленной (б) нейтрального источника питания
В сети с заземленной нетралью ток через человека протекает по цепи, создаваемо в основном сопротивлением рабочего заземлителя (рис.1б). Для расчета тока через человека используются следующие формулы: 1. В сети с изолированной нейтралью в симметричном режиме, когда сопротивления изоляции и емкости всех трех фаз относительно земли одинаковы: , где (1) – сопротивление изоляции фазного провода относительно земли, Ом; – сопротивление тела человека, Ом; – емкость фазного провода относительно земли, Ф; – частота сети, рад/с. Частные случаи этого режима: а) Емкость проводников незначительны ( при малой длине проводов): . (2) б) Сопротивление изоляции очень высокое (): . (3) 2. В сети с изолированной нейтралью в нессиметричном режиме при прикосновении к фазе a: , где (4) , , – проводимости изоляции фаз, См; – проводимость тела человека, См. 3. В сети с заземленной нейтралью (рис.1б): . (5) Правила устройства электроустановок ограничивают значение . В сети с напряжением 380/220 В , и им в формуле (5) можно пренебречь (). Тогда . (6) Для оценки опасности полученных в результате расчетов значений тока необходимо воспользоваться критериями электробезопасности, которые установлены ГОСТ 12.1.038-82: 1. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения, , В; 2. Предельно допустимые уровни токов через человека, , мА; 3. Длительность протекания тока чрез человека, , с.
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА: Для проведения лабораторной работы используется стенд на лицевой панели которого изображена принципиальная схема и выведены органы управления. Фазное напряжение . Стенд моделирует два основных варианта однофазного прикосновения, изображенные на рис.1(а,б). Параметры схем могут быть заданы с помощью переключателей выведенных на лицевую панель. Переключатели «Rа», «Rb», «Rc», «Ca», «Cb», «Cc», изменяют значения сопротивлений изоляции и емкостей фаз соответственно. Переключатель «Rh» определяет величину сопротивления имитирующего тело человека. Тумблер «Замыкание», переведенный в положение «вверх» имитирует пробой фазы на корпус электроустановки и одновременно, касание человека к этому корпусу, формируя тем самым режим однофазного прикосновения. Перевод тумблера «вниз» размыкает цепь тока однофазного прикосновения. Тумблер «Ro» задает режим нейтрали сети. При положении тумблера «вверх» нейтраль сети заземлена через сопротивление рабочего заземления, равное 4 Ом. При отключении тумблера «Ro» сеть имеет изолированную нейтраль. Кнопка «Сеть» подает питание на моделируемый участок сети. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ: Опыт 1. Сеть с изолированной нейтралью в симметричном режиме Рассчитать по формулам (2,3) токи при и при . Исходные данные для расчета взять из таблиц 1 и 2, а результаты занести в эти же таблицы. Изменения , снять экспериментальную зависимость при . Результаты занести в таблицу 1. Установить значение . Изменяя величину , снять экспериментальную зависимость . Результаты занести в таблицу 2. Построить графики расчетных и экспериментальных зависимостей.
Таблица 1 , мкФ 0
, кОм 1 2 5 10 400
, мА 160 120 80 50 0
, мА 94,29 82,5 60 41,25 1,63
Таблица 2 , кОм ?
, мкФ 0 0,1 0,2 0,5 1 1,5
, мА 0 20 60 100 160 180
, мА 0 20,73 41,47 103,67 207,34 311,02
Опыт 2. Сеть с изолированной нейтралью в несимметричном режиме Таблица 3
, мА , мА
100 54,08
220 108,02
40 96,44
Значения сопротивлений , , . Емкость фаз относительно земли . Зная эти величины, рассчитать по формуле (4) токи однофазного прикосновения в несимметричном режиме. При этом сопротивлениям , , поочередно присваивается значения , , с помощью переключателей «Ra», «Rb», «Rc». В соответствии со строками таблицы 3 измерить токи однофазного прикосновения в несимметричном режиме. Результаты занести в таблицу 3. Опыт 3. Сеть с заземленной нейтралью По формуле (6) рассчитать ток однофазного прикосновения. Снять зависимость тока однофазного прикосновения в сети с заземленной нейтралью от сопротивления изоляции при . Заполнить таблицу 4. Таблица 4 , кОм 1 2 5 10 400
, мА 210 210 210 210 210
, мА 110 110 110 110 110
ВЫВОДЫ: 1. В схеме сети с изолированной нейтралью, в симметричном режиме, при возникновении короткого замыкания ток через человека обратно пропорционален сопротивлению изоляции фазного провода () и прямо пропорционален емкости фазного провода относительно земли (). 2. В схеме сети с изолированной нейтралью, в несимметричном режиме, при возникновении короткого замыкания на одну из фаз ток через человека прямо пропорционален сопротивлению изоляции этого фазного провода относительно земли (, , ). 3. В схеме сети с заземленной нейтралью, при возникновении короткого замыкания на фазу ток через человека максимален, и не зависит от изменения сопротивления изоляции фазного провода относительно земли. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ: 1. Технические средства защиты от однофазных прикосновений. В зависимости от вида электроустановки, условий эксплуатации и назначения электроприемников применяют защитное заземление, зануление, защитное отключение, защитное шунтирование, защитное разделение сетей и контроль изоляции. 2. Какая сеть представляет большую опасность при однофазных прикосновениях и почему? Схема изолированной нейтралью является более опасной т.к. ток через человека при однофазном прикосновении будет больше, а при наличии заземления значение тока уменьшается до безопасного за счет перераспределения напряжения с тела человека на изоляцию здорового полюса сети. 3. Какая фаза в сети с изолированной нейтралью в несимметричном режиме представляет большую опасность для человека – с большим или меньшим сопротивлением изолации относительно земли и почему? Большую опасность поражения током в сети с изолированной нейтралью представляет фаза с большим сопротивлением, т.к. ток через тело человека здесь будет выше, а при малом сопротивлении изоляции часть тока на себя будет принимать именно изаляция, что снижает ток через тело самого человека. 4. Зависит ли в сети с заземленной нейтралью от сопротивления изоляции ? В сети с заземлённой нейтралью ток через человека протекает по цепи, создаваемой в основном сопротивлением рабочего заземлителя (рис.1б). Соответственно не зависит от сопротивления изоляции .
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4.Исследование интенсивности электромагнитного излучения на рабочем месте ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить методику измерения интенсивности (плотности потока мощности) электромагнитных полей (ЭМП) СВЧ диапазона на рабочем месте, ознакомится с основами теории биологического действия ЭМП, с принципом нормирования ЭМП, частот, с принципами и методами защиты от ЭМП. СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ: Существует две теории, объясняющие биологическое действие ЭПМ на человека: 1. Энергетическая теория, основанная на тепловом эффекте, когда воздействие объясняется дополнительной, внесенной извне и рассеянной в организме энергией, перешедшей, в конечном счете, в тепловую форму. Существование потерь энергии ЭПМ на токи проводимости и смещения в тканях организма приводят к образованию тепла при облучении. Когда интенсивность ЭПМ достигает таких значений (~10мВт/см2), что терморегуляционный механизм не справляется с рассеянием избыточного тепла, то начинается неизбежное повышение температуры тела, что и называется тепловым эффектом воздействия ЭМП. Известно, что перегревание тела отрицательно отражается на функциональном состоянии организма человека и повышение его температуры на 1°C и выше недопустимо. 2. Информационная теория, основанная на слабых воздействиях, когда энергия, сообщенная отдельной заряженной частице, меньше ее кинетической энергии. Наряду с энергетическими взаимодействиями в биологических процессах существенную (если не главную) роль играют информационные взаимодействия. Биологические эффекты, обусловленные этими взаимодействиями, зависят уже не от величины энергии, вносимой в ту или иную систему, а от количества и качества вносимой в нее информации. Сигнал, несущий информацию, вызывает только перераспределение энергии в самой системе, управляет происходящими в ней процессами. Согласно ГОСТ 12.1.006-84 «Электромагнитные поля радиочастот» в диапазоне частот 60 кГц – 300 МГц в качестве нормируемых параметров используются напряженность электрической (В/м) и магнитной (А/м) составляющих поля, а в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц в качестве нормируемого параметра используется поверхностная плотность потока энергии (ППЭ) излучения и создаваемая им энергетическая нагрузка (ЭН): или , где (1) – время облучения. Понятие «плотность потока энергии» (ППЭ) эквивалентно понятию «плотность потока мощности» (ППМ). С физической точки зрения ППМ есть поток энергии, переносимой электромагнитной волной через единицу площади, нормальную к направлению распространения, в единицу времени. Предельно допустимые значения ППЭпд в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц на рабочих местах персонала определяются, исходя из допустимой энергетической нагрузки с учетом времени облучения: , где (2) ЭНпд – предельно допустимое (нормативное) значение энергетической нагрузки за рабочий день, равное: 2 Втч/м2 (200 мкВтч/см2) – для случаев облучения, кроме от вращающихся и сканирующих антенн; 20 Втч/м2 (2000 мкВтч/см2) – для случаев облучения от вращающихся антенн с частотой вращения или сканирования не более 1 Гц и скважностью не менее 50. Максимальное значение ППЭпд: . В свободном пространстве, без учета влияния земли и посторонних предметов на распространение ЭМП, энергетическая нагрузка при облучении может быть определена по формуле: , где (3) – мощность, излучаемая антенной, Вт; – коэффициент направления действия антенны; – время облучения, ч; – расстояние от антенны до излучающего объекта, м; – коэффициент ослабления ЭМП на пути распространения (например, экранами). ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА: Структурная схема лабораторного стенда изображена на рис.1. В качестве источника энергии СВЧ используется высокочастотный генератор 1 на лавинопролетном диоде (ЛПД) с частотой генерации и излучаемой мощностью (собственно излучателем является коническая диэлектрическая антенна, закрепленная в волноводном фланца). Излучающая секция смонтирована на поворотной платформе, позволяющей менять направление излучения. ЛПД запитан от блока питания 2.
Рис.1. Структурная схема лабораторного стенда Измерение плотности потока мощности энергии СВЧ производится термисторным ваттметром поглощаемой мощности типа МЗ-10А, состоящим из термисторного моста 7 типа Я2М-64 и выносного термисторного преобразователя с рупорной антенной 5. Эти приборы соединены гибким кабелем 6, позволяющим перемещать приемную антенну относительно излучателя. Приемная антенна 5 перемещается по направляющей штанге со шкалой 3 посредством подвижного штока 4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ: Опыт 1 Включить и настроить приборы по методике, указанной выше. Устанавить поворотную платформу излучающего фланца в положение 0°. Изменяя расстояние от источника излучения до плоскости раскрытия приемной рупорной антенны, снять показания со стрелочного индикатора измерителя мощности (). Результаты измерения записать в таблицу 1. Плотность потока мощности вычисляем по результатам измерений, мВт/см2: , где (4) – показания измерителя мощности, мВт; – эффективная площадь раскрытия антенны (40,5 см2). Таблица 1.Зависимость плотности потока мощности энергии СВЧ от рассеяния при прямом излучении Параметры Расстояние от излучателя до точки измерения, см
5 10 20 30 40 50 60 70
, мВт 500 350 160 60 50 30 20 0
, мВт/см2 12,35 8,64 3,95 1,48 1,23 0,74 0,49 0
, мВт/см2 0,95 0,24 0,06 0,03 0,01 0,01 0,01 0
Теоретически рассчитать плотность потока мощности от прямого луча излучающей диэлектрической антенны в контрольных точках на расстоянии от излучателя по формуле, мВт/см2: , где (5) – излучаемая мощность; – коэффициент направленности излучения; – расстояние от излучателя до точки измерения, см. Кривые и по результатам вычислений:
Опыт 2 Установить поворотную платформу излучающего фланца под углом к направлению измерения. Изменяя углы поворота и расстояния, снять показания измерителя мощности. Результаты измерения записать в таблицу 2. Таблица 2.Зависимость плотности потока мощности энергии СВЧ от расстояния при боковом излучении Угол поворота, град, Параметры Расстояние от излучателя до точки измерения, см
5 10 20 30 40
15° , мВт 170 110 70 40 20
, мВт/см2 4,20 2,72 1,73 0,99 0,49
30° , мВт 40 40 40 30 20
, мВт/см2 0,99 0,99 0,99 0,74 0,49
Вычислить плотность потока мощности () по результатам измерений (формула 4). Построить кривые .
Опыт 3 Устанавить поворотную платформу излучающей диэлектрической антенны в положение 0°; приемную рупорную антенну переместить на расстояние 20 см. Закрывая излучающий фланец поочерёдно сетчатыми экранами, снять показания измерителя мощности. Результаты измерений записать в таблицу 3. По данным измерений вычислить коэффициент ослабления, дБ: , где (6) – мощность открытого излучения, мВт; – мощность ослабленного излучения, мВт. Таблица 3.Результаты измерения и расчета эффективных защитных экранов Защитное средство , мВт , дБ
Открытого Ослабленного
Экран I 140 100 1,46
Экран II 140 60 3,68
Экран III (экраны I+II) 140 20 8,45
ВЫВОДЫ: 1. Защита от ЭМП может заключаться в увеличении расстояния от источника ЭМП. 2. Воздействие уменьшается при отсутствии прямого направления ЭМП на человека (боковое излучение), а также при применении специальных защитных экранов. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ: 4. Перечислите и охарактеризуйте основные принципы защиты человека от ЭМП. Защита снижением мощности , излучаемой в эфир. Защита соответствующей ориентацией оси главного лепестка диафрагмы направленности антенны относительно направления на рабочие места. (Рациональное размещение излучающего оборудования в помещение, позволяющее обеспечить минимум направленности прямой и отраженной энергии на рабочее место.) Защита ограничением времени пребывания людей в зоне с повышенной энергетической нагрузкой. Защита увеличением расстояния от антенны до рабочих мест. Защита увеличением коэффициента ослабления ЭМП на пути между антенной и рабочими местами путем установки отражающих и поглощающих экранов. Экранирование. Экранирование: Для отражающих экранов используются металлы (медь, латунь, алюминий, сталь), имеющие высокую проводимость. Экраны в виде: листов толщиной 0,5 мм (или по расчёту); сетки из проволоки 0,1-1,0 мм с ячейками 1×1, 10×10 мм (в зависимости от ?, нужно <<?). Форма экранов: замкнутые (камеры); незамкнутые (щит, П-образный, полусфера и т.п.). При использовании экранов ЭМ энергия поглощается в поверхностном слое металла, частично отражаясь в сторону источника. Основная характеристика экрана – эффективность экранирования, т.е. степень ослабления ЭМП. Защита от СВЧ энергии: При снятии характеристик РЛС для ослабления облучения к волноводу подключат поглощающую нагрузку – порошковое железо, граффито – цементный наполнитель и др. От утечек энергии защищаются металлическими экранами замкнутого и незамкнутого типа. Металлы отражают практически всю падающую на них энергию, существенно отражают и др. металлы. Частично отражённую от экранов, оборудования энергию поглощают с помощью покрытий из непроводящих материалов (каучук, поролон и др., с проводящими добавками), где энергия рассеивается в виде тепловых потерь. Другой вид поглощающих покрытий действует по принципу вычитания амплитуд прямой и запаздывающей отражённых волн. Это интерференционные поглощающие покрытия. Сдвиг по фазе достигается за счёт толщины покрытия, которая должна быть равной нечётному n. Числу четврётой волны ЭМЭ (n=1,3,5…). Равенство амплитуд получают за счет материала, в качестве которого используют резину, обработанную ферромагнитным порошком железа. Защита от облучения при настройке и испытаниях СВЧ установок: Настройку в закрытых камерах – экранах, требование к которым следующее: При работе на полную мощность утечка энергии не должна превышать ?доп; Управление установкой – дистанционное; Применение блокировки дверей (автоматически снимает напряжение при открытии дверей); Вентиляционные, смотровые отверстия. Рукоятки управления должны быть защищены от утечек энергии в окружающую среду. Зашита рабочего места и помещений: При невозможности экранировать источник и защититься от утечки, экранируют рабочее место, используя эластичные материалы для чехлов, спецодежды (х/б ткань с металлическим проводом в виде сетки с ячейкой 0,5 мм). Площадь нормируется от 40 до 70 в зависимости от мощности источника. Металлические предметы и оборудование, отражающие предметы и оборудование, отражающие утечки энергии, удаляют. Профилактика: медосмотры 1 раз в год; дополнительный отпуск – 12 рабочих дней; сокращённый рабочий день – при превышении ПДУ. 5. Перечислите основные типы экранов для защиты от ЭМП. Любой экран частично отражает, частично поглощает, частично пропускает сквозь себя падающую на него электромагнитную волну. В зависимости от того, какая доля падающей мощности преобладает: отраженная или поглощенная, экраны относятся к типу отражающих или поглощающих. Отражающие свойства экранов в основном определяются несогласованностью волновых сопротивлений воздуха и материала экрана. Поэтому отражающие экраны изготавливаются из материалов, имеющих волновые сопротивления, существенно отличающиеся от волнового сопротивления воздуха. По конструктивному исполнению отражающие экраны подразделяются на сплошные и сетчатые. Экранирующие свойства сплошных экранов выше, чем сетчатых. Сетчатые экраны применяются для экранирования оконных проемов, вентиляционных, смотровых и технологических отверстий и т.д. Экранирующие свойства сетчатого экрана зависят в основном от соотношения шага сетки (расстояния между проволоками одного направления) и длины падающей электромагнитной волны ?. Чем чаще сетка (d<?/4), тем выше ее экранирующие свойства для определенной длины волны.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.Устройства защитного отключения ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение назначения, принципа действия, конструкции и основных технических характеристик устройств защитного отключения (УЗО). КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ: 1. В чем состоит принцип защиты УЗО? Принцип работы УЗО основан на измерении баланса токов между входящими в него токоведущими проводниками с помощью дифференциального трансформатора тока. Если баланс токов нарушен, то УЗО немедленно размыкает все входящие в него контактные группы, отключая таким образом неисправную нагрузку. УЗО измеряет алгебраическую сумму токов, протекающих по контролируемым проводникам (двум для однофазного УЗО, четырем для трехфазного и т. д.): в нормальном состоянии ток, «втекающий» по одним проводникам, должен быть равен току, «вытекащему» по другим, то есть сумма токов, проходящих через УЗО равна нулю (точнее, сумма не должна превышать допустимое значение). Если же сумма превышает допустимое значение, то это означает, что часть тока проходит помимо УЗО, то есть контролируемая электрическая цепь неисправна – в ней имеет место утечка. 2. Привести основные параметры УЗО. Наименование параметра Номинальное значение
Номинальное напряжение Un, В 220, 380 *)
Номинальная частота fn, Гц 50
Номинальный ток нагрузки In, А 16,25,40,63,80,100 *)
Срок службы: электрических циклов, не менее механических циклов, не менее
4 000 10 000
*) – в зависимости от модификации устройства 3. Какие параметры УЗО характеризуют его качество и надежность? а) Повышение температуры на внешних выводах. б) Износостойкость. в) Электрическая прочность изоляции. г) Время срабатывания. ВДТ защищают человека, ограничивая время протекания тока через его тело. д) Отключающий дифференциальный ток. От того, при каком токе ВДТ разорвет цепь, может зависеть жизнь человека. е) Работоспособность при токах короткого замыкания. Поведение выключателя дифференциального тока при коротких замыканиях характеризуют несколько параметров: номинальный условный ток короткого замыкания; номинальная коммутационная способность по дифференциальному току. 4. В чем различие понятий: «номинальный отключающий дифференциальный ток» и «отключающий дифференциальный ток»? Номинальный отключающий дифференциальный ток I?n – значение дифференциального тока, которое вызывает отключение УЗО при заданных условиях эксплуатации, а номинальный мы получаем при наших реальных условиях эксплуатации. 5. Указать область применения УЗО различных типов. По условиям функционирования УЗО подразделяются на следующие типы: АС, А, В, S. УЗО типа АС – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно, либо медленно возрастающий. УЗО типа А – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный дифференциальный ток, возникающие внезапно, либо медленно возрастающие. УЗО типа В – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи. УЗО типа S – устройство защитного отключения, селективное (с выдержкой времени отключения). Применение УЗО типа А целесообразно в обоснованных случаях, например, в цепях, содержащих потребители с тиристорным управлением без разделительного трансформатора. УЗО типа В применяют в промышленных электроустановках со смешанным питанием – переменным, выпрямленным и постоянным токами. УЗО типа АС нельзя применять в тех случаях, когда при неисправности электроустановки может появиться сглаженный постоянный ток утечки. Он будет насыщать суммирующий трансформатор и препятствовать срабатыванию УЗО от синусоидального тока утечки. Поэтому оборудование, при нарушении изоляции которого возможно появление переменного или постоянного тока утечки, следует подключать к отдельной линии с использованием универсального УЗО типа В. 6. Объяснить понятие: «комбинированное УЗО». УЗО со встроенной защитой от сверхтоков. Конструктивной особенностью УЗО со встроенной защитой от сверхтоков является то, что механизм размыкания силовых контактов запускается при воздействии на него любого из трех элементов – катушки с сердечником токовой отсечки, реагирующей на ток короткого замыкания, биметаллической пластины, реагирующей на токи перегрузки и магнитоэлектрического расцепителя, реагирующего на дифференциальный ток. 7. Дать сравнительную характеристику УЗО, «зависимых» и «независимых» от напряжения сети. Принципиальное значение при рассмотрении конструкции УЗО имеет разделение устройств по способу технической реализации на следующие два типа: УЗО, функционально не зависящие от напряжения питания (электромеханические). Источником энергии, необходимой для функционирования – выполнения защитных функций, включая операцию отключения, является для устройства сам сигнал – дифференциальный ток, на который оно реагирует; УЗО, функционально зависящие от напряжения питания (электронные). Их механизм для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от внешнего источника. Применение устройств, функционально зависящих от напряжения питания, более ограничено в силу их меньшей надежности, подверженности воздействию внешних факторов и др. Однако основной причиной меньшего распространения таких устройств является их неработоспособность при часто встречающейся и наиболее опасной по условиям вероятности электропоражения неисправности электроустановки, а именно – при обрыве нулевого проводника в цепи до УЗО по направлению к источнику питания. В этом случае «электронное» УЗО, не имея питания, не функционирует, а на электроустановку по фазному проводнику выносится опасный для жизни человека потенциал. 8. Как зависит выбор уставки УЗО от значения «фонового» тока утечки в сети? и 9. Выбор уставки УЗО для различных потребителей. Номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО (уставка) I?n должен не менее чем в три раза превышать суммарный ток утечки защищаемой цепи электроустановки – I?. Суммарный ток утечки электроустановки замеряется специальными приборами, либо определяется расчетным путем. При отсутствии фактических (замеренных) значений тока утечки в электроустановке ПУЭ (п. 7.1.83) предписывают принимать ток утечки электроприемников из расчета – 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки цепи из расчета – 10 мкА на 1 м длины фазного проводника. Рекомендуемые значения номинального отключающего дифференциального тока – I?n (уставки) УЗО для диапазона номинальных токов 16-80 А приведены в табл. Номинальный ток в зоне защиты, А 16 25 40 63 80
I?n при работе в зоне защиты одиночного потребителя, мА 10 30 30 30 100
I?n при работе в зоне защиты группы потребителей, мА 30 30 30(100) 100 300
I?n УЗО противопожарного назначения на ВРУ (ВРЩ), мА 300 300 300 300 500
В некоторых случаях, для определенных потребителей значение уставки задается нормативными документами. В ГОСТ Р 50669-94 применительно к зданиям из металла или с металлическим каркасом задается значение уставки УЗО не выше 30 мА. Временные указания предписывают: для сантехнических кабин, ванных и душевых устанавливать УЗО с током срабатывания: 10 мА, если на них выделена отдельная линия; в остальных случаях, (например, при использовании одной линии для сантехнической кабины, кухни и коридора) допускается использовать УЗО с уставкой 30 мА (п. 4.15); в индивидуальных жилых домах для групповых цепей, питающих штепсельные розетки внутри дома, включая подвалы, встроенные и пристроенные гаражи, а также в групповых сетях, питающих ванные комнаты, душевые и сауны УЗО с уставкой 30 мА; для устанавливаемых снаружи штепсельных розеток УЗО с уставкой 30 мА (п. 6.5). В ПУЭ (7-е изд. п. 7.1.84) рекомендуется для повышения уровня защиты от возгорания при замыканиях на заземленные части на вводе в квартиру, индивидуальный дом и тому подобное установка УЗО с током срабатывания до 300 мА. 10. Как влияет ток нагрузки на точность и быстродействие работы УЗО? При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I1 протекает дополнительный ток ? ток утечки (I?), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным). Неравенство токов в первичных обмотках (I1 + I? в фазном проводнике и I2, равный I1, в нулевом рабочем проводнике) вызывает небаланс магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока. Если этот ток превышает значение уставки порогового элемента пускового органа, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм. Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается. Т.е. чем выше ток нагрузки, тем выше быстродействие УЗО, и тем ниже точность.
