Назначение и устройство реле утечки тока

Применяемое в рудниках реле утечки – это аппаратура, защищающая человека от воздействия электротока, предотвращающая возгорания и взрывы при контакте токоведущих частей оборудования или кабелей с землей. Используется в системах с изолированной нейтралью в подземных выработках угольной и горнодобывающей отрасли.

Применение

В шахте и руднике скапливаются горючие газы типа метана, бутана и пропана, присутствует угольная пыль, которая взрывоопасна. Применение обычной системы электроснабжения с глухозаземленной нейтралью недопустимо из-за того, что при попадании фазного напряжения на корпус электрооборудования возникает электрическая дуга, которая может вызвать пожар или взрыв. Поэтому применяется система энергоснабжения с изолированной нейтралью.

В такой сети фазное напряжение при коротком замыкании на землю попадает через какое-то сопротивление значительно большее, чем сопротивление заземлителя. Поэтому короткое замыкание имеет относительно небольшие значения и электрической дуги обычно не возникает.

На фоне работы мощного оборудования это может быть не замечено и в последствие приведет уже к межфазному замыканию, сопровождающимся электрической дугой и взрывом угольной пыли или газа.

Для этого в системах с изолированной нейтралью постоянно проверяется состояние изоляции контролируемой линии, и моментально отключается подача напряжения, если сопротивление изоляции снижается меньше порогового уровня. Реле утечки выполняют эту защитную функцию.

Принцип действия

В простейшем случае, реле утечки – это электромеханическое реле, у которого обмотка управления подключена к земле и искусственной нейтрали.

Присутствует точка соединения трех цепей с индуктивными и активными сопротивлениями, другие концы которых подсоединяются к фазам сети, есть искусственная нейтраль. При возникновении утечки тока (пробой изоляции) выше граничного значения, устройство отключает электрическую сеть.

На практике дело обстоит иначе. При повторном включении оборудования может возникнуть электрическая дуга, если пробой изоляции не будет устранен.

Чтобы этого не произошло, в аппаратуре защиты предусмотрена блокировка включения оборудования при пониженном сопротивлении изоляции. То есть и при отключенном оборудовании оно контролирует изоляцию сети. Это обеспечивается применением дополнительных источников напряжения, обычно постоянного, в пределах 100 В.

Аппаратура защиты представляет собой трехфазный трансформатор, токоограничивающие сопротивления и реле с двумя катушками. Один конец первичной обмотки присоединен к соответствующей фазе сети, а другой подключается к выводу 1 первой обмотки двухобмоточного реле.

Второй вывод подсоединяется к земле. Вторичная обмотка трансформатора (источник вспомогательного тока) подсоединяется ко второй катушке реле. Они включены встречно, у второй обмотки наведенный ток больше, но их разность (дифференциальный ток) недостаточен для размыкания контактов при нормальной работе сети.

Срабатывание

Сопротивление утечки, если рассматривать эквивалентную схему, включается параллельно с устройством, контролирующим проводимость изоляции. В первой обмотке ток будет самым большим при минимальной проводимости изоляции.

При увеличении проводимости выше порогового уровня, оперативный ток снижается настолько, что происходит размыкание контактов реле. Это приводит к подаче управляющего воздействия на отключающую обмотку мощного релейного устройства.

Уже оно отключает участок сети с повреждением изоляции. Так как обмотки трехфазного трансформатора соединены звездой, и управляющий сигнал на двухобмоточное реле поступает из центра звезды, то аппаратура защиты сработает при утечках в любой линии сети.

Модели аппаратуры защиты

Аппаратура защитного отключения в электросетях с изолированным нулевым проводником выполняет те же функции, что и дифференциальное реле в обычной бытовой сети.

Основными характеристиками приборов являются:

• время срабатывания реле утечки;
• длительный ток утечки;
• кратковременный ток;
• уставка однофазной утечки.

Время срабатывания составляет 0,1 с. Длительный ток допускается максимум 0,010 А, кратковременный до 0,1 А. Уставка устанавливается в пределах 10-50 кОм.

Один из распространенных защитных приборов в системах безопасности шахт и горнодобывающих предприятий – реле утечки РУ-380. Используется в электросетях синусоидального тока 380 В с изолированным нулевым проводником.

Имеется схема контроля исправности прибора. Применяется для защиты человека от прямого воздействия электротока, при попадании напряжения сети непосредственно на него. Отключает электрооборудование при понижении сопротивления изоляции ниже порогового уровня. Может работать на взрывоопасных объектах диапазоне -10…+40 °C.

Кроме этого, реле утечки данного типа имеются в исполнении на трехфазное напряжение.

Модели контроля изоляции УАКИ – это разновидность защитной аппаратуры на 380 и 660 В. Они играют роль дифреле в промышленных электросетях с изолированным нулевым проводником.

Другой разновидностью являются аппараты защиты с автокомпенсацией емкостной составляющей утечки марки A3AK. Прибор работает так же, как и УАКИ.

Автоматический компенсатор в виде подключенного между фазовыми проводниками и заземлителем индуктивного устройства снижает токовые утечки. Управление им происходит за счет подмагничивания.

Встречаются реле утечки с самонастройкой. Они не реагируют на плавное изменение токов утечки, только на быстрые броски. Но при достижении определенного предела срабатывают и на медленные нарастания.