Использование устройств защиты от замыкания на землю - Защита от замыкания на землю

Правильное использование устройств защиты от замыкания на землю в сетях означает:

- обеспечение надежной защиты от замыкания на землю;

- осуществление отключения только тогда, когда это нужно.

3.1. Меры предосторожности при монтаже

Чтобы правильно использовать ЗЗЗ, необходимо:

иметь уверенность в том, что применяемый ТЗС - TN-S;
при измерениях тока не забывать о токе в нулевом рабочем проводнике;
С в случае применения внешнего ТТ, правильно выполнять присоединение к первичной и вторичной обмоткам;
С обеспечить правильную координацию (селективность) между защитами.

3.1.1. Проверка схемы соединения с землей

Защита от замыкания на землю представляет собой противопожарную защиту с высокой уставкой (от нескольких десятков до 1200 ампер):
в схеме IT и/или ТТ эта функция не нужна: токи повреждения изоляции малы - менее нескольких ампер (см. § 1.2.1);
в схеме TN-C проводник РЕ и нулевой рабочий проводник объединены, поэтому невозможно различить токи опасного замыкания на корпус и нормальный ток нейтрали.

Схема должна быть типа TN-S.
Функция ЗЗЗ работает правильно только:
при наличии "настоящего" проводника РЕ, то есть защитного проводника, по которому проходят только токи повреждения;
если применяемый ТЗС приводит, в случае замыкания на корпус, к прохождению тока повреждения большой величины.

3.1.2. Проверка установки устройств защиты от замыкания на землю

Рис. 17- Схема РТ: питание сверху и снизу
Схема "разностный ток"
В первую очередь, необходимо убедиться, что:
все токоведущие проводники, включая нулевой рабочий проводник, контролируются одним или несколькими измерительными ТТ
проводник РЕ не включен в измерительную цепь ;
нулевой проводник не является проводником PEN или не становится им при изменении схемы (случай схемы с несколькими источниками питания);
при измерении тока в нейтрали (если это производится при помощи отдельного ТТ) правильно определяется полярность (первичной и вторичной обмоток ТТ) с тем, чтобы электроника защитной аппаратуры правильно вычисляла векторную сумму токов в нейтрали ► ;
Примечание 1: использование четырехполюсного выключателя позволяет решить все вышеперечисленные проблемы.
Примечание 2: положение измерительного ТТ на нулевом рабочем проводнике не зависит от места установки головного выключателя источника питания: вышестоящий выключатель источника питания; нижестоящий выключатель источника питания.
у внешнего ТТ такой же номинальный ток, что и у фазного ТТ .

Рис. 18 - Схема ВТЗ: питание сверху и снизу

Схема "возврат тока по заземлителю"
Необходимо убедиться, что:
измерение осуществляется на проводнике РЕ, а не на PEN ;
приняты вышеуказанные меры предосторожности касательно полярности ТТ (даже если измерение осуществляется одним ТТ, в дальнейшем он может быть соединен с другими ТТ ►;
у внешнего ТТ такой же номинальный ток, что и у фазного ТТ

Соединение измерительных ТТ
Чтобы правильно соединить 2 измерительных ТТ или подключить внешний ТТ, необходимо:
во всех случаях: С убедиться, что у ТТ одинаковый номинальный ток; С проверить полярность первичной и вторичной обмоток;
в процессе электромонтажа желательно: С надежно замыкать накоротко разомкнутые (отсоединенные) вторичные обмотки; С соединить между собой выводы с одинаковым обозначением (S1 и S1, S2 и S2); С заземлить вывод вторичной обмотки S2 одного из ТТ; С установить функцию включения/отключения на соединение между выводами S1.

Рис. 19 - Соединение двух ТТ

3.2. Меры предосторожности при эксплуатации

В эксплуатации необходимо соблюдать схему TN-S. Электроустановку с несколькими источниками питания/несколькими точками заземления следует разрабатывать тщательно, так как вышерасположенная схема может быть типа TN-C, а нулевой рабочий проводник- PEN.

Основная проблема - необходимость постоянной уверенности в том, что в процессе эксплуатации схема TN-S не трансформируется в схему TN-C, так как это может вызвать опасные нарушения в случае большого тока в нулевом рабочем проводнике.

3.2.1. Гармонические токи в нейтрали

Причиной прохождения в нормальном режиме работы токов большой силы в нулевом рабочем проводнике являются некоторые типы нелинейной нагрузки, получающие всё большее распространение в электрораспределительных системах (1):
компьютерная нагрузка с импульсными блоками питания (ПК, периферия и т.д.); балласт люминесцентного освещения. Такие нагрузки генерируют гармонические помехи, способствующие прохождению сильного тока нулевой последовательности в нулевом рабочем проводе. Эти гармонические токи имеют следующие характеристики: гармоника 3-го порядка или порядка, кратного трем; почти установившийся характер (с момента запитывания нагрузок); большие амплитуды (в любом случае значительно превышающие токи небаланса).

Рис. 20 - Прохождение гармоник 3-го порядка

Действительно, учитывая их в 3 раза более высокую частоту и их фазовый сдвиг с шагом 2я/3, только токи гармоники 3-го и кратного трем порядка складываются в нейтрали, а не аннулируются. Гармониками остальных порядков можно пренебречь. Эта проблема может иметь несколько решений: рассчитать параметры нулевого рабочего проводника "с запасом"; добиться максимально возможного баланса нагрузок; включить в цепь трансформатор с соединением обмоток Y/A, блокирующий гармонические токи 3-го порядка.
НЭК, в котором защита нейтрали не предусмотрена, рекомендует увеличивать сечение нулевого проводника в два раза.
Исследование питания компьютерной нагрузки, выполненное в 1990 году, показало, что:
на значительной части объектов ток нейтрали составляет порядка 25 % среднего фазного тока;
на 23 % объектов ток нейтрали превышает фазный ток.

3.2.2. Точность измерений в устройствах ЗЗЗ

В системе TN-S влияние отсутствует. Однако необходимо очень тщательно следить за тем, чтобы схема типа TN-S не трансформировалась в TN-C . В схеме TN-C нулевой рабочий проводник и проводник РЕ объединены. Токи нейтрали (в частности, гармоники) циркулируют в PEN и в конструкциях. В проводнике PEN эти токи могут создавать помехи для чувствительного оборудования: за счёт излучения конструкций;
за счёт потери эквипотенциальности между двумя единицами оборудования. Такие же проблемы возникают при превращении схемы TN-S в схему TN-C. Результаты измерения токов головными устройствами защит от замыкания на землю становятся ошибочными: рабочие токи нейтрали могут быть приняты за токи повреждения; проходящие по нулевому рабочему проводнику токи повреждения могут вызвать загрубление или ложное срабатывание устройств защиты от замыкания на землю.

Рис. 21а-Превращение TN-S в TN-C
Примеры
Случай 1: повреждение изоляции на нулевом рабочем проводнике
Схема TN-S трансформируется в схему TN-C в случае повреждения изоляции нулевого рабочего проводника. Это повреждение неопасно, поэтому нет необходимости выводить из работы электроустановку. Но прохождение токов выше поврежденного участка может вызвать сбои в работе устройств защиты от замыкания на землю.
Поэтому нужно проверять отсутствие повреждения этого типа в электроустановке.

Случай 2: схема с несколькими источниками питания и точками заземления

Рис. 216 - Схема с несколькими источниками питания и точками заземления, с проводником PEN
Такой случай встречается часто, например при расширении электроустановки. Как только два (или более) источника питания соединяются с несколькими точками заземления, нулевые рабочие проводники, расположенные выше соединений, превращаются в PEN.
Примечание: единое заземление двух источников уменьшает проблему (прохождение тока нейтрали в конструкциях), но:
нулевые проводники, расположенные выше соединений, являются PEN;
правильно разработать такую схему довольно сложно.

Примечание: в схемах используются следующие условные обозначения:

Нейтраль
РЕ
PEN

3.3. Виды применения

3.3.1. Методология

Использование схемы с одним источником питания не создаёт каких-либо особых проблем, так как ток повреждения не может пойти по иному пути, кроме как по нейтрали.

Как уже упоминалось в параграфе 3.1, применение предусматривает проверку шести критериев.

Проверка измерения аО: ЗЗЗ установлена физически нормально: измерительный трансформатор расположен правильно.
Следующий этап - проверка по однолинейной схеме. Проверка в системе TN-S, то есть:
С при работе без повреждения:
а1: устройства ЗЗЗ не совершают ложных срабатываний при наличии или отсутствии несимметричных нагрузок и/или гармоник;
а2: работа оборудования, чувствительного к электромагнитным возмущениям, не нарушена;
С при работе с повреждениями:
61: ЗЗЗ на поврежденном вводе измеряет "истинное" значение повреждения; 62: устройства ЗЗЗ, не затронутые повреждением, не совершают ложных срабатываний.
Проверка наличия 63: в случае замыкания на землю обеспечивается селективность с верхними и нижними защитами.

3.3.2. Применение в схеме TN-S с одним источником питания

Данный вид применения не создает проблем при условии соблюдения вышеуказанной методологии.
Проверка измерения Критерий аО
Необходимо убедиться, что:

1. в схеме "разностный ток" все токоведущие провода контролируются, ТТ на нулевом рабочем проводнике установлен правильно (направление первичного тока, электромонтаж вторичной обмотки);
2. в схеме "возврат тока по заземлителю" измерительный ТТ установлен на РЕ (а не на PEN или нейтральном рабочем проводнике).

Проверка в системе TN-S

Рис. 22 - Схема с одним источником питания
Критерии а1 и а2
С для проходящего по нейтрали тока есть только один путь для возврата к источнику вне зависимости от присутствия или отсутствия в нейтрали гармонических токов. Векторная сумма токов (3 Ф + N) равна нулю. Критерий а1 соблюдается;
С ток нейтрали не может возвратиться в РЕ, потому что есть только одно присоединение нейтрали трансформатора к РЕ. Излучения конструкций здания нет.
Критерий а2 соблюдается.
Критерии 61 и 62
При повреждении ток не может вернуться по нейтрали и возвращается целиком в источник по РЕ. Поэтому:

1. устройства ЗЗЗ, установленные на главном фидере источника питания, регистрируют реальный ток повреждения;
2. остальные устройства, не могут "увидеть" этот ток и остаются бездействующими.

Критерии 61 и 62 соблюдаются.
Критерий 63 Проверка наличия
П селективность должна быть обеспечена согласно правилам, указаным в параграфе 2.2. Критерий 63 соблюдается.

3.3.3. Применение в схеме TN-S с несколькими источниками питания

При наличии в сети двух или более источников питания в схеме защиты необходимо учитывать проблемы, связанные:

с гармониками 3-го или кратного трем порядка;

с неразрывностью нейтрали;

с наличием нескольких путей токов.

Исходя из этого, при разработке схемы с несколькими источниками питания следует четко определить возможные пути возврата: токов нейтрали; токов повреждения изоляции, то есть нужно хорошо различать РЕ- и PEN - участки схемы.

Схема с несколькими источниками питания представляет собой самый сложный случай.
Существуют много возможных вариантов конфигурации сети в зависимости: от схемы (включенные параллельно источники, основной/резервный и т.д.); от управления источниками;
от числа точек заземления электроустановки: обычно НЭК рекомендует одну точку заземления, но допускает несколько точек заземления в некоторых случаях (§250-21 (б)); от принятого технического решения по выполнению этого заземления.
Каждый из вариантов конфигурации требует особого анализа.
Виды применения, представленные в настоящем параграфе, относятся к схеме с двумя источниками питания.
В нижеприведенной таблице обобщены различные применяемые схемы.

В: Включено
0:0ткпючен0

6 критериев (аО, а1, а2, 61, 62 и 63), применяемые в каждой схеме, определены в параграфе 3.2.1.
Чтобы проанализировать все случаи, учитывая симметрию между ЗЗЗ1 и ЗЗЗ2, необходимо проверить 12 критериев (6 критериев х 2 схемы).

Рис. 24 - Секционный аппарат