Чувствительность УЗО к помехам

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Содержание


В определенных случаях внешние воздействия могут нарушать работу УЗО:

  • Ложное срабатывание: отключение питания без наличия реальной опасности. Этот тип отключения носит повторяющийся характер, создавая неудобства и ухудшая качество электроснабжения пользователя.
  • Неотключение в случае опасности: менее ощутимое нарушение, чем ложное срабатывание. Этот тип нарушения подлежит тщательному изучению, поскольку снижает уровень безопасности пользователя.

Поэтому международные стандарты определяют три класса УЗО в зависимости от их устойчивости к такому типу нарушения (см. далее).


Основные типы помех

Фоновые токи утечки на землю

Каждая низковольтная установка имеет фоновый ток утечки на землю из-за следующих факторов:

  • Несимметрия емкости внутри системы в трехфазных цепях между проводниками и землей.
  • Емкости между проводниками и землей в однофазных цепях.

Чем больше установка, тем больше ее емкость и, как следствие, ток утечки.

Емкостный ток утечки на землю иногда значительно повышается из-за фильтрующих конденсаторов, связанных с электронным оборудованием (системы автоматизации, оборудование передачи данных, компьютеры и т.д.).

При отсутствии более точных данных фоновый ток утечки установки может оцениваться на базе следующих значений, измеряемых при 230 В, 50 Гц:

  • Однофазная или трехфазная линия: 1,5 мА/100 м.
  • Пол с подогревом: 1 мА/кВт.
  • Факс-терминал, принтер: 1 мА.
  • Микрокомпьютер, АРМ: 2 мА.
  • Копировально-множительное устройство: 1,5 мА.

В соответствии со стандартами МЭК и многими национальными нормами, фоновый ток утечки должен быть ограничен до 0,25 IΔn путем разделения цепей. Это устраняет ложные срабатывания.

В особых случаях, таких как расширение и частичная реконструкция установок с заземлением по схеме IT, необходимо обращаться за консультацией к изготовителям устройств.

Высокочастотные составляющие (гармоники, переходные процессы и т.д.) присутствуют в источниках питания компьютерного оборудования, преобразователях, двигателях с регуляторами скорости, системах люминесцентного освещения и вблизи устройств переключения высокой мощности и батарей компенсации реактивной мощности.

Часть таких высокочастотных токов может уходить на землю через паразитные емкости. Хотя они не представляют опасность для пользователя, такие токи могут вызывать отключение дифференциальных устройств.

Включение

Подача напряжения на вышеуказанные емкости приводит к повышению высокочастотных неустановившихся токов крайне малой длительности, аналогичных показанным на рис. F67.
Внезапное возникновение первого замыкания в системе IT также вызывает токи утечки на землю высокой частоты из-за резкого повышения напряжения между неповрежденными фазами и землей.


Рис F67.jpg


Рис. F67 : Стандартная волна тока 0,5 µs/100 кГц


Рис F68.jpg


Рис. F68: Стандартная волна напряжения 1,2/50 мкс

Синфазные перенапряжения

Электросети подвержены перенапряжениям из-за ударов молнии или резких изменений режима работы системы (КЗ, срабатывание плавких предохранителей, переключение и т.д.). Такие резкие изменения часто вызывают высокие переходные напряжения и токи в индуктивных и емкостных цепях. Имеющиеся данные показывают, что в низковольтных системах перенапряжения, как правило, ниже 6 кВ и могут быть адекватно представлены традиционной импульсной волной 1,2/50 мкс.

Такие перенапряжения вызывают повышение неустановившихся токов, представляемых волной импульса тока традиционной формы 8/20 мкс с пиком в несколько десятков ампер (см. рис. F69). Неустановившиеся токи уходят на землю через емкости установки.


Рис F69.jpg


Рис. F69 : Стандартная волна импульса тока 8/20 мкс


Несинусоидальные токи повреждения (КЗ)

УЗО должно выбираться с учетом типа питаемой нагрузки. В частности, это требование применяется для устройств на основе полупроводников, для которых токи повреждения не всегда являются синусоидальными.

Тип AC, A, B

Стандарт МЭК 60755 (общие требования к устройствам токов утечки) определяет три типа устройств УЗО в зависимости от характеристик тока повреждения :

  • Тип AC

Устройства УЗО, которые реагируют только на синусоидальные токи утечки.

  • Тип A

Устройства УЗО, которые обеспечивают отключение:
  -  при синусоидальных токах утечки;
  -  при пульсирующих токах утечки.

  • Тип B

Устройства УЗО, которые обеспечивают отключение:
  -  как тип А;
  -  при чистых постоянных токах утечки, которые могут происходить от трехфазных выпрямителей.

Низкая температура:

при температуре ниже - 5 °C высокочувствительные электромеханические реле в устройстве УЗО могут отказывать из-за конденсации и промерзания.

Устройства типа Si рассчитаны на температуру до - 25 °C.

Атмосфера с высокой концентрацией химреагентов или пыли:

используются специальные сплавы для защиты УЗО от коррозии. Пыль может также блокировать перемещение механических частей.

См. меры, которые должны приниматься в зависимости от уровней опасности в соответствии с установленными нормами, на рис. F70.

Нормы определяют выбор защиты от тока утечки на землю и методы реализации такой защиты. Основные справочные документы:

  • Стандарт МЭК 60364-3:

  -  Содержит классификацию (AFx) внешних воздействий в присутствии агрессивных или загрязняющих веществ.
  -  Определяет выбор материалов в зависимости от внешних воздействий.


Сеть с нарушениями


Воздействие электросети


Сеть без нарушений
Рис F78a.jpg
    
Сверхстойкие УЗО ,
Тип A если: 
Рис F79.gif
SiE 
Рис F79.gif

Устройства УЗО
SiE 
Рис F79.gif

Устройства УЗО



+

Соотвующая дополнительная защита (герметичный шкаф или секция)

SiE 
Рис F79.gif

Устройства УЗО



+

Дополнительная защита (герметичный шкаф или секция) + защита от избыточного давления

Станд. стойкие УЗО
Тип AC
AF1
Рис F78b.jpg
AF2
Рис F78b.jpg
AF3
Рис F78b.jpg
AF4
Рис F78b.jpg
  • Внешние воздействия: пренебрежительно малы
  • Внешние воздействия: агрессивные или загрязняющие вещества в атмосфере
  • Внешние воздействия: периодические или случайные воздействия определенных химикатов
  • Внешние воздействия: постоянное воздействие агрессивных или загрязняющих веществ
  • Характеристики оборудования: нормальные
  • Характеристики оборудования: стойкость к соляному туману или атмосферным загрязнениям.
  • Характеристики оборудования: защита от коррозии
  • Характеристики оборудования: специальный анализ воздейст-вия химических веществ


Примеры объектов Внешние воздействия
Металлоконструкции Сера, пары серы, сероводород
Пристани, торговые порты, суда, береговые сооружения, судоверфи Соляная атмосфера, влажность, низкая температура
Плавательные бассейны, больницы, продуктовые магазины Хлорированные смеси
НПЗ Водород, горючие газы, окислы азота
Фермы Сероводород


Рис. F70: Классификация внешних воздействий по стандарту МЭК 60364-3


Уровень устойчивости устройств УЗО

Компания Schneider Electric предлагает разные типы устройств УЗО, обеспечивающих защиту от утечки на землю для каждой установки. Таблица ниже показывает выбор устройств в зависимости от типа возможных нарушений в месте установки.


Тип устройства Ложные срабатывания Несрабатывание
Высокочастотный ток утечки Ток повреждения Низкие температуры (до - 25 °C) Коррозия Пыль
Выпрямленный переменный Чистый постоянный
AC  \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare                                                                                                                                      
A \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare                             \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare                             
SI \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare  \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare  \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare                  \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare   
SiE \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare  \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare  \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare     \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare    \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare  
B \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare  \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare  \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\color{RoyalBlue}\blacksquare   


Рис. F71: Уровень устойчивости устройств УЗО

Защита от ложных срабатываний

УЗО типа Si/SiE предотвращают ложное срабатывание или несрабатывание в случае загрязненной сети, воздействия грозовых разрядов, высокочастотных токов, длинных волн и т.д. На рис. F72 ниже приведены уровни испытаний, которые проходят УЗО этого типа.


Тип нарушения Контрольная волна Устойчивость
Multi 9: ID-RCCB, DPN Vigi, Vigi C60, Vigi C120, Vigi NG125 Тип SI / SiE
Постоянные нарушения
Гармоники 1 кГц Ток утечки на землю = 8 x I∆n
Переходные процессы    
Перенапряжение от грозового разряда Импульс 1.2/50 ms (МЭК/EN 61000-4-5) 4,5 кВ между проводниками 5,5 кВ / землей
Ток, индуцированный грозовым разрядом Импульс 8/20 ms (МЭК/EN 61008) Пик 5 кА
Переходный процесс при коммутации, косвенные грозовые токи 0,5 ms/100 кГц, "кольцевая волна" (МЭК/EN 61008) Пик 400 A
Срабатывание грозозащитного разрядника, емкостная нагрузка Импульс 10 мс 500 A
Электромагнитная совместимость
Переключение индуктивных нагрузок (люминесцентные лампы, двигатели и т.д.) Повторные всплески (МЭК 61000-4-4) 4 кВ / 400 кГц
Люминесцентные лампы, цепи с тиристорным управлением и т.д. Кондуктивные длинные волны (МЭК 61000-4-6) 66 мА (15 -150 кГц), 30 В (150 - 230 МГц)
Длинные волны (ТВ, радио, вещание, текоммуникации и т.д.) Излучаемые длинные волны 80 МГц - 1 ГГц (МЭК 61000-4-3) 30 В / м


Рис. F72 : Уровни испытаний УЗО


Рекомендации по установке УЗО с отдельными тороидальными трансформаторами тока нулевой последовательности

Детектором тока нулевой последовательности служит замкнутый магнитопровод (обычно кольцевой) высокой магнитной проницаемости с вторичной обмоткой, чем является тороидальный (или кольцевой) трансформатор тока, называемый трансформатором тока нулевой последовательности (ТТНП).

В силу высокой проницаемости малейшее отклонение от идеальной симметрии проводников, охватывающих сердечник, и металлических частей (стальной корпус, элементы монтажной опоры и т.д.) может нарушать баланс МДС при больших токах нагрузки (пусковой ток двигателя, толчок тока намагничивания трансформатора и т.д.), вызывая ложное срабатывание УЗО.

Если не принимаются специальные меры, отношение тока срабатывания I∆n к максимальному фазному току Iph (макс.) обычно меньше 1/1000.

Этот предел может быть значительно увеличен (то есть снижена чувствительность к возмущениям) посредством мер, указанных на рис. F73 и F74.


Рис F73.jpg


Рис. F73 : Три меры по снижению отношения l∆n / lph (макс.)


Меры Диаметр (мм) Коэфф. снижения чувствительности
Центровка кабелей в окне магнитопровода 3
Увеличение диаметра кольцевого сердечника ø 50 → ø 100 2
ø 80 → ø 200 2
ø 120 → ø 300 6
Использование экранирующей втулки из стали или мягкого железа ø 50 4
  • Толщина стенки 0,5 мм
ø 80 3
  • Длина двуx внутренних диаметров кольцевого сердечника
ø 120 3
  • Полное окружение проводников и одинаковое перекрытие кольцевого сердечника на обоих концах
ø 200 2


Эти меры могут применяться одновременно. При центровке кабелей в кольцевом сердечнике диаметром 200 мм
(при достаточном диаметре 50 мм) и использовании втулки отношение 1/1000 снижается до 1/30000.


Рис. F74 : Способы снижения отношения I∆n / lph (макс.)


Выбор характеристик дифференциального выключателя

Номинальный ток

Номинальный ток дифференциального выключателя или ВДТ (аппарата, имеющего ограниченную отключающую способность) выбирается в зависимости от максимального установившегося тока нагрузки.

  • Если ВДТ располагается последовательно за автоматическим выключателем, то рабочий ток обоих выключателей одинаков, но должно соблюдаться условие In ≥ In1 (см. рис. F75a)
  • Если ВДТ расположен перед группой цепей, защищенных автоматическими выключателями(см. рис. F75b), номинальный ток ВДТ рассчитывается следующим образом:

In ≥ ku x ks (In1 + In2 + In3 + In4)


Рис F75.jpg


Рис. F75 : Выключатели дифференциального тока (ВДТ)

Требования к электродинамической устойчивости

Защита от КЗ должна обеспечиваться устройством защиты от КЗ. Если ВДТ расположен в одном распределительном устройстве (согласно нормам) перед выключателем (или плавким предохранителем), защита от КЗ, обеспечиваемая такими устройствами, считается приемлемой. Необходима координация работы ВДТ и устройств защиты от КЗ. Как правило, изготовители приводят таблицы возможных комбинаций ВДТ и выключателей или плавких предохранителей(см. рис. F76).

Возможные комбинации выключателя и ВДТ и отключающая способность Ics (действ.), кА

Выключатель перед ВДТ DT40 DT40N C60N C60H C60L C120N C120H NG125N  NG125H
ВДТ 2P
230B
I 20A 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 3 4,5 4,5 4,5
IN-A 40A 6 10 20 30 30 10 10 15 15
IN-A 63A 6 10 20 30 30 10 10 15 15
I 100A           15 15 15 15
4P
400B
I 20A 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 2 3 3 3
IN-A 40A 6 10 10 15 15 7 7 15 15
IN-A 63A 6 10 10 15 15 7 7 15 15
NG 125NA           10 16 25 50


Возможные комбинации плавких предохранителей и ВДТ и отключающая способность Ics (действ.), кA

Предохранитель gG перед ВДТ 20A    63A    100A  125A  
ВДТ 2P
230B
I 20A 8      
IN-A 40A   30 20  
IN-A 63A   30 20  
I 100A     6  
4P
400B
I 20A 8      
IN-A 40A   30 20  
IN-A 63A   30 20  
NG 125NA       50


Рис. F76 : Таблица выбора комбинации ВДТ и выключателей или плавких предохранителей (Schneider Electric)