Автоматическое отключение в системе TN

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

Принцип действия

Автоматическое отключение для системы TN осуществляется устройствами максимальной токовой защиты или устройствами защитного отключения, реагирующими на дифференциальные токи.

В такой системе все открытые и проводящие части электроустановки и сторонние проводящие части должны быть присоединены к заземленной точке источника питания посредством защитных проводников.

Как отмечалось в подразделе Кабели и шинопроводы, способ выполнения этого соединения зависит от того, какая система заземления используется TN (TN-C, TN-S или TN-C-S). На рис. F12 показана реализация схемы TN-C, в которой нулевой рабочий провод используется в качестве защитного и нулевого проводника (PEN). Во всех системах TN пробой изоляции на землю приводит к замыканию фазы на нейтраль. Большие уровни токов КЗ позволяют использовать максимальную токовую защиту, но могут приводить к появлению в месте пробоя изоляции напряжений прикосновения, превышающих 50% напряжения между фазой и нейтралью в течение короткого времени отключения.

На практике в энергосети общего пользования заземлители обычно устанавливаются через равные интервалы по длине защитного проводника (PE или PEN) этой сети, а от потребителя часто требуется установить заземлитель на вводе.

На больших электроустановках часто предусматриваются дополнительные заземлители, рассредоточенные по территории с тем, чтобы максимально снизить напряжение прикосновения. В многоэтажных жилых зданиях на каждом уровне все сторонние проводящие части подсоединяются к защитному проводнику на каждом этаже. Чтобы обеспечить адекватную защиту, ток замыкания на землю:

{Id}=\frac{Uo}{Zs}    или    0,8 \frac{Uo}{Zc} \ge {Ia}\ ,

где:

  • Uo = номинальное напряжение между фазой и нейтралью;
  • Id = ток замыкания;
  • Ia = ток, равный величине, необходимой для срабатывания устройства защиты в нормативное время;
  • Zs = полное сопротивление цепи замыкания на землю (петли фаза-ноль), равное сумме сопротивлений источника питания, токоведущих фазных проводников до места КЗ, защитных проводников от места КЗ к источнику питания;
  • Zc = полное сопротивление неисправной цепи (см. Традиционный метод).

Примечание: обратный путь через заземляющие электроды до источника питания, включая заземлители, будет обычно иметь гораздо более высокие значения сопротивления, чем указанные выше, и его нет необходимости учитывать.

Пример (см. рис. F12):

Напряжение косвенного прикосновения  Uf=\frac{230}{2}=115\ B и является опасным.

Сопротивление цепи замыкания ZS = ZAB + ZBC + ZDE + ZEN + ZNA.

Если ZAB и ZDE значительно превышают остальные члены, то:

Zs=2\rho\frac{L}{S}=64,3 мОм,

поэтому

 Id=\frac{230}{64,3\times{10^{-3}}}=3576 кА (Id = 22In при использовании автоматического выключателя NS 160).

Уставка на мгновенное действие отключающего электромагнитного расцепителя, входящего в состав автоматического выключателя, во много раз меньше этой величины тока замыкания, поэтому гарантируется безотказное срабатывание за минимально возможное время.

Примечание: некоторые регламентирующие органы используют в таких расчетах допущение о том, что на участке такой цепи BANE происходит падение напряжения до 20%.

Этот рекомендуемый метод поясняется в подразделе Традиционный метод, и при его использовании в данном примере оцениваемая величина тока замыкания составит:

\frac{230\times{0,8}\times{10^3}}{64,3}= 2816 \ кА (18In).


Рис F12.jpg


Рис. F12 : Автоматическое отключение в системе TN

Нормативное максимальное время отключения

Стандарт МЭК 60364-4-41 устанавливает максимальное время срабатывания защитных устройств, используемых в системах TN для защиты от косвенного прикосновения:

  • Для всех цепей конечных потребителей с номинальным током не более 32 А максимальное время отключения цепи не должно превышать величин, указанных на рис. F13.
  • Для всех остальных цепей максимальное время отключения устанавливается равным 5 с. Эта величина обеспечивает селективность срабатывания защитных устройств, установленных в распределительных цепях.

Примечание: в системах заземления TN использование УЗО может оказаться необходимым. Применение УЗО в системах TN-C-S означает, что на участке цепи, расположенном ниже УЗО, защитный проводник и нулевой проводник должны быть разделены. Такое разделение обычно делается на вводе.

Uo [1] (В) T (c)
50 < Uo ≤ 120 0,8
120 < Uo ≤ 230 0,4
230 < Uo ≤ 400 0,2
Uo > 400 0,1

[1] Uo - номинальное напряжение между фазой и землей.


Рис. F13 : Максимальное время отключения цепей конечных потребителей переменного тока, рассчитанных на ток не более 32 А


Защита посредством автоматического выключателя

(рис. F14)

Если защита должна обеспечиваться автоматическим выключателем, достаточно удостовериться в том, что ток замыкания будет всегда превышать величину уставки отключающего элемента (мгновенного действия или срабатывающего с выдержкой времени) по току срабатывания (Im).

Расцепитель автоматического выключателя мгновенного действия отключит короткое замыкание на землю в течение менее чем 0,1 с.

В результате этого будет всегда гарантировано автоматическое отключение питания в течение максимально допустимого времени, поскольку могут применяться все типы отключающих элементов (электромагнитные, электронные, мгновенного действия или действия с небольшой выдержкой): Ia = Im. Всегда необходимо учитывать максимальный допуск, разрешенный соответствующим стандартом. Поэтому, для того чтобы быть уверенным в том, что отключение произойдет в допустимое время, достаточно, чтобы ток короткого замыкания

\frac{Uo}{Zs}    или    0,8\frac{Uo}{Zc}\ ,

определенный расчетом (или посредством замеров на месте эксплуатации), превышал уставку по току расцепителя мгновенного действия или порог срабатывания расцепителя с короткой задержкой срабатывания.


Рис F14.jpg


Рис. F14 : Отключение системы TN автоматическим выключателем

Защита посредством плавких предохранителей

(рис. F15)

Величина Ia может быть определена по времятоковой характеристике предохранителя. В любом случае, если сопротивление контура Zs или Zc превышают определенное значение, защита предохранителем не может быть выполнена.

Величину тока Ia можно определить по время-токовой характеристике плавкого предохранителя. В любом случае, защита не может быть обеспечена, если полное сопротивление цепи Zs или Zc превышает определенное значение.

Величина тока, гарантирующая правильное срабатывание плавкого предохранителя, может быть определена по времятоковой кривой соответствующего предохранителя. Ток короткого замыкания

\frac{Uo}{Zs}   или    0,8\frac{Uo}{Zc}\ ,

определенный выше, должен значительно превосходить величину, необходимую для гарантированного срабатывания этого предохранителя. Как видно из рис. F15, это условие наблюдается, когда

Ia<\frac{Uo}{Zs}   или   0,8\frac{Uo}{Zc} .


Рис F15.jpg


Рис. F15 : Отключение системы TN плавкими предохранителями


Пример: номинальное фазное напряжение сети составляет 230 В, а максимальное время отключения, взятое из графика на рис. F15 – 0,4 с. По этому же графику можно определить соответствующую величину тока Ia. Используя величины напряжения (230 В) и тока Ia, полные сопротивления контура или сопротивление петли фаза-ноль могут быть определены из выражений.

Zs=\frac{230}{Ia}   или   Zc=0,8 \frac{230}{Ia}

Эта величина сопротивления не должна превышаться и для обеспечения успешного срабатывания плавких предохранителей должна быть существенно меньше.

Защита цепей TN-S посредством УЗО

Устройства защитного отключения должны применяться в тех случаях, когда:

  • Нельзя определить сопротивление контура с достаточной точностью (трудно оценить длины проводников и наличие металлических предметов рядом с проводкой).
  • Ток короткого замыкания настолько мал, что использование устройств максимальной токовой защиты не обеспечивает нормативного времени отключения.

Но этот ток всегда значительно превышает уставку УЗО (30 мА - 1 А).

На практике УЗО часто устанавливаются на распределительных подстанциях низкого напряжения, и во многих странах автоматическое отключение цепей конечных потребителей осуществляется устройствами защитного отключения.