Как выбор заземления системы влияет на распределительные устройства низкого напряжения?

Как выбор заземления системы влияет на распределительные устройства низкого напряжения?
Как выбор заземления системы влияет на распределительные устройства низкого напряжения?
Anonim

IEC 60364 и системные заземления

Выбор заземления системы влияет не только на надежность (в наибольшей степени), но и на установку, в частности, в отношении низковольтного распределительного устройства, которое должно быть реализовано. Три заземления системы, используемые на международном уровне и стандартизованные IEC 60364, имеют своей общей целью поиск оптимальной безопасности.

Как выбор заземления системы влияет на распределительные устройства низкого напряжения? (фото: Эдвард CSANYI)

Что касается защиты людей, трехфазные системы эквивалентны, если соблюдаются все правила установки и эксплуатации. Ввиду особенностей, характерных для каждой системы, ни одна система не может быть предпочтительнее другой !

  1. Система TN

    1. С выключателем
    2. С предохранителями
  2. Система TT
  3. ИТ-система

    1. Принцип работы IMD
    2. Принцип работы GFLD
    3. Ограничители перенапряжений
  4. Нейтральная защита в соответствии с заземлением системы

1. Система TN

В этой системе устройства защиты от короткого замыкания - SCPD (автоматический выключатель или предохранители), как правило, обеспечивают защиту от сбоев в изоляции с автоматическим отключением в соответствии с заданным максимальным временем отключения (в зависимости от напряжения фаз-нейтраль Uo. См. Рис.1),

Рисунок 1 - Время разрыва в системе TN (взято из таблиц МЭК 60364 41 и 48А)

С выключателем

Отключение автоматического выключателя происходит на уровне, определяемом типом срабатывания отключения (см. Рисунок 2). Как только ток повреждения превысит порог срабатывания отключения защиты от короткого замыкания (как правило, «мгновенный»), открытие происходит за время, намного меньшее указанного максимального времени разрыва, например, 5 с для распределительных цепей и 0, 4 с для клеммных цепей,

Рисунок 2 - Ток отключения (магнитная или короткая задержка) низковольтных выключателей

Когда импеданс источника и кабелей высок, должны использоваться разряды отключения с низким порогом или RCD, связанные с SCPD. Эти УЗО могут быть отдельными устройствами остаточного тока или быть объединены с автоматическими выключателями (выключателями остаточного тока) с низкой чувствительностью.

Их порог должен быть:

Преимущество использования УЗО заключается в том, что проверка целостности петли не нужна, что имеет особое значение при изменении или расширении установки.

Это решение явно не применимо при заземлении системы типа TN-C (защитный проводник совпадает с нейтральным).

Вернуться к содержанию ↑

С предохранителями

Предохранители, используемые для защиты от короткого замыкания, относятся к типу gG, а их характеристики времени / тока (см. Рис. 3) определяются стандартами (бытовые предохранители: IEC 60241, промышленные предохранители: IEC 60269). Таким образом, проверка соответствия с максимальным заданным временем прерывания требует индивидуальной проверки рейтингов, предоставляемых для каждого защитного устройства.

Если они не подходят, необходимо устранить либо полное сопротивление шлейфа (увеличенное поперечное сечение), либо заменить предохранитель на низкий порог или автоматический выключатель остаточного тока.

Рисунок 3 - Пример пределов срабатывания предохранителей (как в МЭК 60269, пункт 5-6-3)

Вернуться к содержанию ↑

2. Система TT

При использовании этой системы небольшое значение токов повреждения (см. Предыдущий раздел) не позволяет SCPD защищать людей от непрямых контактов. Необходимо использовать УЗО (см. Рис. 4 и 5), связанные с автоматическими выключателями или переключателями (см. МЭК 60364 - пункт 413.1.4.2).

Рисунок 4 - Модуль Vigi, адаптируемый к автоматическому выключателю Compact NSX (Schneider Electric)

Рисунок 5 - Функциональная схема устройства остаточного тока (УЗО)

Эти устройства должны отвечать следующим стандартам:

  • IEC 60755: Общие правила
  • IEC 61008: выключатели остаточного тока «бытовые»
  • IEC 61009: SCPD остаточного тока «бытового»
  • IEC 60947-2: «Промышленные» автоматические выключатели остаточного тока

Их реализация должна соответствовать целям:

  1. Защита лиц, т.е.

    1. Порог IΔn ≤ U L / R A
    2. Время разрыва ≤ 1 с
  2. Непрерывность обслуживания с пороговыми значениями и временными задержками, позволяющими проводить дискриминацию по току и времени
  3. Противопожарная защита с IΔn ≤ 300 мА

Вернуться к содержанию ↑

3. ИТ-система

Помните, что в случае двойной ошибки безопасность людей обеспечивается SCPD. Когда происходит первая ошибка изоляции, расчет показал, что не было риска (напряжение контакта ниже предельного предохранительного напряжения).

Поэтому автоматическое обесточивание не является обязательным: это основное преимущество этой системы.

Чтобы сохранить это преимущество, стандарты рекомендуют (МЭК 60364 - п. 413.1.5.4) или предусматривают (NF C 15-100) использование устройства контроля изоляции (IMD) и определение первой неисправности. Фактически, если возникает вторая ошибка, автоматическое нарушение жизненно важно из-за риска электрического шока: это тогда роль SCPD, подкрепленных УЗО, если это необходимо.

Поиск первой неисправности для ремонта (лечебное обслуживание) значительно упрощается благодаря использованию устройства определения местоположения заземления (GFLD).

Также возможно предсказательное обслуживание, основанное на мониторинге (записи) изменений сопротивления изоляции каждого контура.

Сети LV, использующие ИТ-систему, которые берут свое начало в трансформаторе МВ / ЛВ, должны быть защищены от рисков, связанных с утечками изоляции между МВ и LV, с помощью « ограничителя перенапряжений ».

Наконец, чтобы зафиксировать потенциал сети LV по отношению к земле (короткая сеть, подаваемая трансформатором MV / LV), между нейтралью трансформатора и землей может быть установлен импеданс. Его значение в 50 Гц, порядка 1500 Ом, очень велико в постоянном токе и очень низкой частоте, чтобы не препятствовать измерению изоляции и обнаружению неисправностей.

Вернуться к содержанию ↑

Принцип работы IMD

Ошибка в цепи приводит к падению изоляции или, точнее, сопротивлению сети по сравнению с землей. Во Франции IMD и GFLD должны соответствовать стандарту производства UTE 63080.

Таким образом, целью IMD является мониторинг значения этого сопротивления. Обычно они работают путем подачи переменного или постоянного тока между сетью и землей и путем измерения значения этого тока (см. Рисунок 6).

Инъекция постоянного тока обеспечивает постоянное знание сопротивления изоляции сети. Если это сопротивление падает ниже заданного порога, IMD сообщает об ошибке.

Рисунок 6 - Функциональная схема устройства контроля изоляции (IMD)

Инжекция низкочастотного переменного тока (F ≈ несколько герц) контролирует сопротивление отказам, но с искажением из-за присутствия емкостей утечки сети. Этот незначительный недостаток по сравнению с частотой впрыска компенсируется преимуществом при первом обнаружении неисправностей (одно единственное инъекционное устройство).

В настоящее время доступны устройства для впрыска тока низкой частоты (LF), которые могут отдельно обеспечивать сопротивление изоляции и реактивность сети. Кроме того, они позволяют обнаруживать первую ошибку без открытия схемы и без проблем из-за сильно емкостных питателей.

Вернуться к содержанию ↑

Принцип работы GFLD

Наиболее распространенным решением является введение идентифицируемого тока (с частотой, отличной от сетевой). Генератор может быть IMD.

Затем с помощью магнитных датчиков тока (тороидных трансформаторов и / или зажимного зонда), связанных с усилителем, настроенным на частоту впрыскиваемого тока, можно проследить его путь до отказа (см. Рисунок 7).

Рисунок 7 - Поиск неисправностей изоляции путем отслеживания пути низкочастотного тока, введенного в начале установки

Наконец, также используется другое решение, которое заключается в постоянном и постоянном сравнении значения его сопротивления с заранее заданным или программируемым пороговым значением.

Это решение, компьютеризированное, позволяет выполнять следующие действия как локально, так и удаленно:

  1. Сообщение о первой ошибке (IMD)
  2. Затем обнаружение этой ошибки (GFLD), чтобы сделать это правильно (лечебное обслуживание) (см. Рисунок 8)
  3. И знание эволюции изоляции во времени, устройство подачи фидером, чтобы действовать на питатели с аномальными потерями изоляции (прогностическое обслуживание)

Рисунок 8 - Принцип работы GFLD с измерением импеданса LF

Токовый ток, протекающий в проводниках, определяется датчиками тока (CS). Каждая нагрузка, содержащая дискриминирующий усилитель (установленный на частоту и фазу тока определения местоположения), вычисляет сопротивление и мощность схемы (с напряжением и фазой, эталонная которой она получает через шину) и указывает на наличие неисправности.

Вернуться к содержанию ↑

Ограничители перенапряжений

Ограничители перенапряжений подключаются между живым проводником (нейтральным или фазным) установки и землей. Поэтому их дуговое напряжение Ue должно быть адаптировано к планируемой сборке:

Таким образом, существуют две модели для сети с частотой 50 Гц 230/400 В:

  1. 250 В для подключения к нейтрали (400 В <Ue ≤ 750 В)
  2. 400 В для подключения к фазе (700 В <Ue ≤ 1, 100 В)

Их назначение в два раза:

  1. Предельное напряжение в сети низкого напряжения при разрушающем пробое MV / LV в распределительном трансформаторе. В этом случае ограничитель должен течь на землю «остаточный» ток сети MV,

  2. Ограничить перенапряжения молнии.

    Это объясняет их характеристики, например, для модели 250 В:

    • Напряжение питания: 250 В
    • Разрушающее напряжение пробоя при 50 Гц: мин. 400 В, не более 750 В
    • Разрушающее напряжение пробоя в соответствии с волной 1, 2 / 50 мкс: ≤ <1, 570 В
    • I молния: 20 раз 2500 A (волна 8/20 мкс): без короткого замыкания

    • I 50 Гц:

      20 000 А / 0, 2 с, 5, 000A / 5s, 1, 200A / 2mn

Это I 50 Гц: выдерживание пикового тока намного больше, чем значение «остаточного» тока сети МВ, поскольку ограничитель, который был «заколен» во время очень высокого перенапряжения, может оставаться короткозамкнутым и поэтому должен оставаться в состоянии чтобы выдерживать ток короткого замыкания на ВЛ, возникающий в результате первой ошибки изоляции в защищенной сети LV.

Ограничители, продаваемые под брендом Schneider Electric, могут выдерживать 40 кА / 0, 2 с.

Вернуться к содержанию ↑

Нейтральная защита в соответствии с заземлением системы

Нейтраль должна быть разбита многополюсным устройством:

  • В TT и TN, если нейтральное поперечное сечение меньше фазового сечения
  • В терминальном распределении с учетом риска нейтрального / фазового разворота

Нейтраль должна быть защищена и сломана:

  • В ИТ для вмешательства защитного устройства при двойной ошибке, с одной из возможных неисправностей на нейтральной
  • В TT и TN-S, если нейтральное поперечное сечение меньше фазового сечения

Для всех заземлений системы, если установка генерирует гармонические токи ранга 3 и кратные (особенно если нейтральное поперечное сечение уменьшено). В TN-C нейтраль, которая также является PE, не может быть разрушена, что является опасным в результате ее потенциальных изменений из-за нагрузочных токов и токов повреждения изоляции.

Чтобы предотвратить риски, для каждой зоны / потребителя должна быть предусмотрена локальная эквипотенциальность и заземление.

На рисунке 9 показано, какие типы автоматического выключателя следует использовать для заземления системы. Обратите внимание, что TT и TN могут использовать одни и те же устройства (с дополнительным модулем остаточного тока в TT).

Рисунок 9 - Примеры автоматических выключателей в соответствии с заземлением системы

Вернуться к содержанию ↑

Ссылка // Заземления системы в LV Р. Кальвасом и Б. Лакруа (Schneider Electric)