Системы заземления электроустановок напряжением до 1 к В

Системы заземления электроустановок напряжением до 1 к. В 1

Содержание • Воздействие электрического тока на человека • Области применения защитного заземления и зануления • Заземление нейтрали и электробезопасность человека • Системы заземления IT, TN • Заземляющие устройства и требования к ним • Области применения различных систем заземления 2

Воздействие электрического тока на человека 3

Допустимые напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека при нормальном (неаварийном) режиме электроустановки Род тока Переменный, 50 Гц Постоянный U, В 2 8 I, м. А 0, 3 1 Примечания: 1. Данные приведены при продолжительности воздействий не более 10 минут в сутки и установлены, исходя из реакции ощущения. 2. Напряжения прикосновения и токи для лиц, выполняющих работу в условиях высоких температур (выше 25°С) и влажности (относительная 4 влажность более 75%), должны быть уменьшены в три раза.

Физиологическое воздействие тока на человека Ток, м. А 0, 6. . . 1, 5 Воздействие Начало ощущения, лёгкое дрожание рук 2. . . 3 Сильное дрожание рук 5. . . 7 Судороги в руках 8. . . 10 Руки с трудом, но можно оторвать от проводника. Сильные боли в кистях рук. 20. . . 25 Руки мгновенно парализуются. Оторваться от проводника невозможно. Затрудняется дыхание. 50. . . 80 Паралич дыхания. Начало фибрилляции сердца. 90. . . 100 Паралич дыхания. Фибрилляция сердца. При длительности 3 с и более – паралич сердца > 3000 Паралич дыхания и сердца. Тепловое разрушение тканей 5 тела.

Допустимые напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека при аварийном режиме электроустановки (ГОСТ 12. 1. 038 -82 ) Продолжительность воздействия, с 0, 010, 1 0, 2 0, 3 0, 4 0, 5 0, 6 0, 7 0, 8 0, 9 -0, 08 1 >1 U, B 550 340 160 135 120 105 95 85 75 70 60 20 I, м. А 650 400 190 160 140 125 105 90 75 65 50 6 Примечание: Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека при продолжительности воздействия более 1 с, соответствуют отпускающим (переменным) токам. 6

Максимальные времена отключения для сухих и влажных помещений (МЭК 604791) Ожидаемое напряжение ≤ 50 75 прикосновения, В Макс. время отключения питания защитным устройством, с 5 90 120 150 220 280 350 500 0, 6 0, 45 0, 34 0, 27 0, 12 0, 08 0, 04 Помещения по ПУЭ: 1. 1. 6. Сухие помещения - относительная влажность воздуха меньше 60%. 1. 1. 7. Влажные помещения - относительная 7 влажность воздуха 60. . . 75 %.

Максимальные времена отключения для сырых и особо сырых помещений (МЭК 604791) Ожидаемое напряжение прикосновения, В 25 Макс. время отключения питания защитным устройством, с 5 50 75 90 110 150 220 280 0, 48 0, 3 0, 25 0, 18 0, 1 0, 05 0, 02 Помещения по ПУЭ: 1. 1. 8. Сырые помещения - относительная влажность воздуха превышает 75%. 1. 1. 9. Особо сырые помещения - относительная влажность воздуха близка к 100% (потолок, стены, пол и предметы, 8 находящиеся в помещении, покрыты влагой).

Кардиограмма человека 9

Пороговый фибрилляционный ток 50 Гц 10

Термины • ПЧ – проводящая часть – часть, которая может проводить электрический ток. Ø ТВЧ – токоведущая часть – ПЧ электроустановки, находящаяся в процессе ее работы под рабочим напряжением, в том числе Nпроводник, но не PEN-проводник. Ø ОПЧ – открытая проводящая часть – доступная прикосновению ПЧ электроустановки, нормально не находящаяся под напряжением, но которая может оказаться под напряжением при повреждении основной изоляции. Ø СПЧ – сторонняя проводящая часть – ПЧ, не являющаяся частью электроустановки. • Прямое прикосновение – электрический контакт людей или животных с ТВЧ, находящимися под напряжением. • Косвенное прикосновение – электрический контакт людей или 11 животных с ОПЧ, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции.

1. Защита от прямого прикосновения (прикосновение к ТВЧ в нормальном режиме) п. 1. 7. 50 ПУЭ 12

Меры защиты от прямого прикосновения Основные меры: • основная изоляция ТВЧ; • ограждения и оболочки; • установка барьеров; • размещение вне зоны досягаемости; • применение сверхнизкого напряжения. Дополнительная мера: • УЗО с номинальным отключающим 13 дифференциальным током не более 30 м. А.

Основные меры защиты от прямого прикосновения • основная изоляция ТВЧ (см. термины); • ограждения и оболочки (ключ, инструмент, IP 2 X, 12, 5 мм); • барьеры (не исключают преднамеренного прямого прикосновения); • размещение вне зоны досягаемости (см. рис. ); • сверхнизкое напряжение (50 В). 14

Термины • Основная изоляция – изоляция ТВЧ, обеспечивающая в том числе защиту от прямого прикосновения. • Дополнительная изоляция – независимая изоляция, выполняемая дополнительно к основной изоляции для защиты при косвенном прикосновении. • Двойная изоляция – изоляция, состоящая из основной и дополнительной изоляций. • Усиленная изоляция – изоляция, обеспечивающая степень защиты от поражения электрическим током, равноценную двойной изоляции. 15

Типы изоляции Основная изоляция (в т. ч. воздух) ТВЧ Дополнительная Основная Двойная изоляция ТВЧ Усиленная изоляция ТВЧ 16

Размещение вне зоны досягаемости Зона досягаемости 2, 5 м 1, 25 м 0, 75 м 17

Дополнительная защита от прямого прикосновения • УЗО с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 м. А • если это не противоречит другим главам ПУЭ. УЗО потребитель

2. Защита от косвенного прикосновения (прикосновение к ОПЧ в случае повреждения изоляции) п. 1. 7. 51 ПУЭ 19

Меры защиты от косвенного прикосновения • • защитное заземление; автоматическое отключение питания; уравнивание потенциалов; выравнивание потенциалов; двойная или усиленная изоляция; сверхнизкое напряжение; защитное электрическое разделение цепей; изолирующие помещения, зоны, площадки. 20

Меры защиты от косвенного прикосновения • защитное заземление (заземление нейтрали, заземление ОПЧ, см. термины); • автоматическое отключение питания (УЗС, УЗО, заземление и зануление ОПЧ, ОСУП и ДСУП, координация U-t); • уравнивание потенциалов (см. термины); • выравнивание потенциалов (см. термины); • двойная или усиленная изоляция (оборудование класса II без заземления ОПЧ, см рис. ); • сверхнизкое напряжение (50 В, в сочетании с АОП или ЗЭРЦ, различают БСНН, ЗСНН, ФСНН); • защитное электрическое разделение цепей (разделительный трансформатор, см. термины); • изолирующие помещения, зоны, площадки (когда не могут быть выполнены 21 другие меры).

Термины • Заземление – преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. • Защитное заземление – заземление, выполняемое в целях электробезопасности. • Защитное зануление – преднамеренное соединение ОПЧ с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, выполняемое в целях электробезопасности. 22

Термины • Уравнивание потенциалов - электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов в целях электробезопасности. • Выравнивание потенциалов - снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола - при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству, - или путем применения специальных покрытий земли. 23

Оборудование класса II (ОПЧ не заземляются) Дополнительная Основная Двойная изоляция ТВЧ Усиленная изоляция ТВЧ 24

Термины • Защитное электрическое разделение цепей отделение одной электрической цепи от других цепей с помощью: • двойной изоляции; • основной изоляции и защитного экрана; • усиленной изоляции. • Разделительный трансформатор, первичная обмотка которого отделена от вторичных обмоток при помощи защитного электрического разделения цепей. • Безопасный разделительный трансформатор, предназначенный для питания цепей сверхнизким 25 напряжением.

Виды сверхнизкого напряжения • Система БСНН (SELV) – безопасное сверхнизкое напряжение (safety extralow voltage). • Система ЗСНН (PELV) – защитное сверхнизкое напряжение (protective extralow voltage). • Система ФСНН (FELV) – функциональное сверхнизкое напряжение (functional extralow voltage). 26

Система БСНН предусматривает следующее: Защита осуществляется путем: 1) ограничения напряжения до сверхнизкого значения (50 В холостой ход; 42 В под нагрузкой); 2) защитного электрического разделения цепей системы БСНН от всех других цепей; 3) цепи системы БСНН отделены от земли. Преднамеренное присоединение ОПЧ к защитному проводнику не допускается. 27

Система ЗСНН предусматривает то же, что и БСНН, но: • цепи заземлены; • допускается присоединение ОПЧ к защитному или заземляющему проводнику. 28

Система ФСНН предусматривает следующее: Защита от прямого прикосновения осуществляется с помощью: 1) ограждений или оболочек; 2) применением усиленной изоляции. Защита от косвенного прикосновения осуществляется: 1) соединением ОПЧ с защитным проводником первичной цепи если первичная цепь защищена с помощью АОП; 2) соединением ОПЧ с незаземленной СУП первичной цепи, если первичная цепь защищена электрическим разделением. ФСНН применяется в случаях, когда по условиям эксплуатации используется напряжение, не превышающее 50 В, и нет необходимости или 29 возможности применения систем БСНН и ЗСНН.

Система уравнивания потенциалов (СУП) ПУЭ, п. 1. 7. 60: При применении защитного автоматического отключения питания должна быть выполнена основная СУП, а при необходимости также дополнительная СУП. 30

Основная система уравнивания потенциалов (СУП) соединяет следующие проводящие части 1) РЕ- или РЕN-проводник в системе TN; 2) РЕ-проводник в системах IT и ТТ; 3) заземляющий проводник, присоединенный к заземлителю повторного заземления на вводе в здание; 4) металлические трубы, входящие в здание: водоснабжения, канализации, отопления, газоснабжения и т. п. 5) металлические части каркаса здания; 6) металлические части систем вентиляции и кондиционирования; 7) заземляющее устройство молниезащиты; 8) заземляющий проводник рабочего заземления, если нет ограничений на его присоединение к защитному заземлению; 9) металлические оболочки телекоммуникационных кабелей. 31

Дополнительная СУП соединяет следующие проводящие части все одновременно доступные прикосновению ОПЧ и СПЧ, включая: • PE- и PEN-проводники в системе TN; • PE-проводники в системах IT и ТТ; • защитные проводники штепсельных розеток; • доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания. Для уравнивания потенциалов могут быть использованы: - либо специально предусмотренные проводники, - либо ОПЧ и СПЧ, если они удовлетворяют требованиям: 1) непрерывность электрической цепи обеспечена их конструкцией, 2) непрерывность электрической цепи обеспечена соответствующими соединениями, защищенными от механических, химических и других повреждений; 32 3) их демонтаж невозможен.

М - ОПЧ; С 1 - металлические трубы водопровода, входящие в здание; С 2 - металлические трубы канализации, входящие в здание; С 3 - металлические трубы газоснабжения с изолирующей вставкой на вводе, входящие в здание; С 4 - воздуховоды вентиляции и кондиционирования; С 5 - система отопления; С 6 - металлические водопроводные трубы в ванной комнате; С 7 - металлическая ванна; С 8 - СПЧ в пределах досягаемости от ОПЧ; С 9 - арматура железобетонных конструкций; ГЗШ - главная заземляющая шина; Т 1 - естественный заземлитель; Т 2 - заземлитель молниезащиты (если имеется); 1 - нулевой защитный проводник PE; 2 - проводник основной СУП; 3 - проводник дополнительной СУП; 4 - токоотвод системы молниезащиты; 5 - контур (магистраль) рабочего заземления в помещении информационного вычислительного оборудования; 6 - проводник рабочего (функционального) заземления; 7 - проводник уравнивания потенциалов в системе рабочего (функционального) заземления; 33 8 - заземляющий проводник

Области применения защитного заземления и зануления 34

Область применения защитного заземления и зануления Защитное заземление или защитное зануление следует выполнять: 1. При Uном > 50 В – во всех ЭУ 2. При Uном > 25 В – • в помещениях с повышенной опасностью; • в особо опасных помещениях; • в наружных установках. 3. При Uном < 25 В – только для металлических оболочек и брони кабелей. 4. При всех Uном – только для 35 взрывоопасных зон

Область применения защитного заземления и зануления Для системы IT выполняется: а) защитное заземление + контроль изоляции сети б) защитное заземление + защитное отключение Защитное зануление в системе IT запрещено. 36

Область применения защитного заземления и зануления Если невозможно выполнение: ü защитного заземления, ü защитного зануления, ü защитного отключения то допускается обслуживание ЭУ с изолирующих площадок. 37

Части электроустановок, подлежащих заземлению и занулению 1) корпуса электрических машин, аппаратов, трансформаторов, светильников; 2) приводы электрических аппаратов; 3) металлические оболочки и броня кабелей: Ø 50 В – во всех случаях; Ø 25 В – в помещениях с повышенной опасностью; Ø 12 В – в особо опасных помещениях; 4) каркасы распределительных щитов, щитов управления; щитков освещения и силовых шкафов; 5) металлоконструкции РУ, металлические кабельные конструкции, металлические короба, лотки, тросы, струны; 6) металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников; 38 7) ЭО на движущихся частях станков, машин и механизмов.

Части электроустановок, не подлежащих заземлению и занулению 1) 2) 3) 4) 5) 6) корпуса, установленные на заземленных (зануленных) металлических конструкциях (искл. – взрывоопасные зоны); арматура изоляторов, оттяжек, кронштейнов, осветительных приборов при установке их на деревянных опорах воздушных ЛЭП; корпуса электроприемников с двойной изоляцией; съемные или открывающиеся части камер РУ и ограждений, если на них не установлено ЭО, или если напряжение установленного ЭО не более 25 В (искл. – взрывоопасные зоны); металлоконструкции РУ, металлические кабельные конструкции при условии надежного контакта с установленным на этих конструкциях заземленных (зануленных) электроустановок; элементы крепления кабелей и проводов – 39 металлические скобы, закрепы, проходные трубы.

Защитное заземление и зануление во взрывоопасных зонах • Во взрывоопасных зонах ЭУ любого напряжения должны быть заземлены (занулены). • В том числе должно быть заземлено (занулено) ЭО, установленное на заземленных (зануленных) металлоконструкциях. • Во взрывоопасных зонах требуется выполнять комплексное защитное устройство (КЗУ) с функциями: Ø Ø Ø заземления; уравнивания потенциалов; защиты от вторичных проявлений молнии; защиты от статического электричества. КЗУ = заземлители молниезащиты + заземлители ЭУ + + комплексная магистраль + защитные проводники • Комплексная магистраль в двух и более местах присоединяется 40 к заземлителю и зануляется.

Заземление нейтрали и электробезопасность человека 41

Чем определяется выбор режима нейтрали? • электробезопасность; • надёжность электроснабжения; • экономичность. 42

Почему нейтраль на напряжении 0, 4 к. В заземляют? есть замкнутый контур нет замкнутого контура потечёт ток не потечёт 43

Если при замыкании на землю фазы С человек коснется фазы В, то он: кратковременно оказывается под фазным напряжением 220 В длительно оказывается под линейным напряжением 380 В 44

Почему в России нейтраль на напряжении 0, 4 к. В заземляют? 1. Если при замыкании на землю фазы С человек коснется фазы В, то он кратковременно оказывается под фазным напряжением, а не длительно под линейным (как это было бы в сети с изолированной нейтралью) 2. Замыкание на землю – кратковременный режим, а не длительный (как это было бы в сети с изолированной нейтралью) 3. Изоляцию относительно земли можно выполнить на фазное напряжение, а не на линейное (как это было бы в сети с изолированной нейтралью) 45

Недостатки заземлённой нейтрали 1. Реально сопротивление рабочего заземления Ro не равно нулю. Напряжение замкнувшейся на землю фазы распределяется пропорционально Ro и Rзм: Uз = Iзм ∙ Rзм Uo = Iзм ∙ Ro Значит реально напряжение, приложенное к человеку, больше фазного – см. рис. 2. При нормальном режиме работы опасно прикосновение к фазному проводнику. 3. Однофазное замыкание на землю является коротким замыканием. Электроснабжение 46 потребителей прекращается.

Замыкание на землю в сети с заземленной нейтралью 47

Замыкание на землю в сети с заземленной нейтралью 48

Системы заземления IT, TN-C, TN-S, TN-C-S 49

Системы заземления Первая буква – состояние нейтрали источника питания относительно земли: • Т - заземленная нейтраль – terra • I - изолированная нейтраль – isolate IT TT TN-C TN-S TN-C-S Вторая буква – состояние ОПЧ относительно земли: • Т - открытые проводящие части заземлены, независимо от отношения к земле нейтрали источника питания или какой-либо точки питающей сети; • N - открытые проводящие части присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания. Последующие (после N) буквы – совмещение в одном проводнике или разделение функций нулевого рабочего и нулевого защитного проводников: • S - нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ) проводники разделены – separate; • С - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (PEN-проводник) – combinate; • N - нулевой рабочий проводник; • РЕ - нулевой защитный проводник; • PEN - совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники. 50

I T T N- C T N- S T N- C-S состояние нейтрали относительно земли состояние ОПЧ относительно земли совмещение (разделение) N- и РЕ 51 проводников

Система IT 52

Система IT • Невозможность создания фазных напряжений • Применяется, когда: Ø важна бесперебойность питания Ø имеется квалифицированный персонал, способный быстро находить и устранять замыкание 53

Система IТ (требования ПУЭ, п. 1. 7. 58) Систему IT следует выполнять при недопустимости перерыва питания при первом замыкании на землю или на ОПЧ, связанные с СУП. В таких ЭУ для защиты при косвенном прикосновении при первом замыкании на землю должно быть выполнено защитное заземление в сочетании с контролем изоляции сети или применены УЗО (не более 30 м. А). При двойном замыкании на землю должно быть выполнено автоматическое отключение питания в 54 соответствии с таблицей:

В системе IT время автоматического отключения питания при двойном замыкании на корпус должно быть не более: Uном. лин, В tоткл, с 220 0, 8 380 0, 4 660 0, 2 > 660 0, 1 55

Система IT. Сопротивления утечки на землю Ra Ca Rb R >> Xc Cb Rc Cc 56

Система IT. Нормальный режим A Ca Ia Ib Cb Ic Cc Ib Ua Ia Uab Ica Uca C Uc Ub Ubc Ic B 57

Система IT. ОЗЗ Iз A Cb Ib Ic Cc Ib Uc Ub C B Iз Ic 58

Система IT. ОЗЗ Iз Ib Cb Ic Cc Bывод: При ОЗЗ ток в точке замыкания в 3 раза больше тока утечки на землю в нормальном режиме 59

Система IT. Пример расчета тока ОЗЗ Uл = 230 В; Uф = 133 В; С = 0, 3 мк. Ф Iутечки норм. = Uф ∙ ω ∙ С = = 133 ∙ 314 ∙ 0, 3 ∙ 10 -6 = 0, 0125 А = 12, 5 м. А Iзамыкания = 3 ∙ Iутечки норм. = = 3 ∙ 12, 5 = 37, 5 м. А 60

Система IT. Двойное замыкание на ОПЧ Ток замыкания достаточен для срабатывания УЗС Rзу 61

Система IT. Двойное замыкание на ОПЧ Rз 1 Rз 2 Ток замыкания: - либо недостаточен для срабатывания УЗС 62 - либо достаточен, но велико время срабатывания

Двойное замыкание на ОПЧ. Пример Rз 1=12 Ом U 1 Rз 2=8 Ом Iз = 220 / (12 + 8) = 11 А U 1 = 11 ∙ 12 = 132 В ! U 2 = 11 ∙ 8 = 88 В ! U 2 63

Заземление в сетях с изолированной нейтралью • Сопротивление заземляющего устройства, используемого для защитного заземления ОПЧ, в системе IT должно соответствовать условию: R ≤ Uпр / I, где R– сопротивление заземляющего устройства, Ом; Uпр – напряжение прикосновения (50 В); I– полный ток замыкания на землю, А. • Как правило, не требуется принимать значение сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом. • Допускается сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдено приведенное выше условие, а мощность генераторов или трансформаторов не превышает 100 к. В·А, в том числе суммарная мощность генераторов или трансформаторов, работающих 64 параллельно.

Почему в системе IT запрещено защитное зануление (IN)? • Допустим корпус занулен (см. рис. ) • Происходит ОЗЗ. • Тогда напряжение нейтрали возрастет до фазного напряжения. • Корпуса исправного электрооборудования попадут под фазное напряжение. 65

Почему в системе IT запрещено защитное зануление? Uф 66

Система IT Преимущества: • высокая степень бесперебойности электроснабжения; • высокая степень электробезопасности как при прямом, так и при косвенном прикосновениях (при условии хорошей изоляции остальных фаз и нейтрали); • отсутствие пожарной опасности при первом замыкании; • экономия за счет отказа от УЗО. Недостатки: • необходим постоянный эксплуатационный надзор; • эксплуатационный персонал должен иметь достаточную квалификацию, чтобы отыскивать место первого замыкания на корпус; • персонал не должен допускать длительной работы сети с заземленной фазой; • необходим высокий уровень изоляции сети; • прямое прикосновение в поврежденной (с заземленной фазой), но работающей сети более опасно, чем в сетях TT и TN, т. к. напряжение 67 прикосновения равно линейному.

Система ТT 68

Система TT • При отсутствии замыкания на корпус потенциал ОПЧ всегда равен нулю. • Сама по себе ТТ не обеспечивает электробезопасность при косвенном прикосновении • Обязательно применять УЗО • Применяется для временных, расширяемых и изменяемых установок; для мобильных металлических зданий 69

Само по себе защитное заземление не даёт гарантии безопасности при косвенном прикосновении: N 70

Напряжение между ногой и рукой человека при косвенном прикосновении зависит от соотношения Ro и Rз: Uф = 220 В Ro = 1 Ом I = 110 А Rз = 1 Ом Uз = 110 В ! 71

Если Ro < Rз, то более опасно Uф = 220 В Ro = 0, 5 Ом I = 110 А Rз = 1, 5 Ом Uз = 165 В ! 72

Если Ro > Rз, то менее опасно Uф = 220 В Ro = 1, 5 Ом I = 110 А Rз = 0, 5 Ом Uз = 55 В ! 73

Более того, если все электроприёмники (кроме одного) занулены, а один просто заземлён, то есть опасность попадания занулённых корпусов под напряжение: 74

Напряжение занулённых корпусов зависит от соотношения Ro и Rз: Uф = 220 В Uo = 110 В ! Ro = 1 Ом I = 110 А Rз = 1 Ом 75

Если Ro > Rз, то более опасно Uф = 220 В Uo = 165 В ! Ro = 1, 5 Ом I = 110 А Rз = 0, 5 Ом 76

Если Ro < Rз, то менее опасно Uф = 220 В Uo = 55 В ! Ro = 0, 5 Ом I = 110 А Rз = 1, 5 Ом 77

Область применения защитного заземления и зануления • Таким образом запрещается применять защитное заземление в качестве единственной меры защиты от замыкания на корпус. • Но разрешается использовать защитное заземление в качестве дополнения к защитному занулению – см. рис. 78

Защитное зануление в сочетании с защитным заземлением 79

Защитное зануление в сочетании с защитным заземлением Uф = 220 В RPEN Ro Rз 80

Система ТТ (требования ПУЭ, п. 1. 7. 59) Система ТТ допускается только в тех случаях, когда не могут быть обеспечены условия электробезопасности в системе TN. Для защиты при косвенном прикосновении в системе ТТ должно быть выполнено автоматическое отключение питания с обязательным применением УЗО. При этом должно быть соблюдено условие: Iа · Rа ≤ 50 В где Iа – ток срабатывания УЗО; Ra – суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника (а для нескольких электроприемников – заземляющего проводника наиболее удаленного электроприемника. 81

В системе ТT время автоматического отключения питания должно быть не более: Uном. ф, В tоткл, с 50. . . 120 0, 3 120. . . 230 0, 2 230. . . 400 0, 07 > 400 0, 04 82

УЗО Чувствительность: 30 м. А; 300 м. А (а также 6; 100; 500) Быстродействие: 0, 3 с – по нормативам 0, 03 -0, 1 с – в современных УЗО 83

Выбор уставки срабатывания УЗО • Уставка должна быть не менее чем в 3 раза больше суммарного тока утечки защищаемой цепи электроустановки. Фоновый ток утечки допускается принимать: • для электроприемников: 0, 4 м. А на 1 А тока нагрузки; • для проводников: 10 мк. А на 1 м длины фазного проводника. • Следует учитывать, что реальное значение отключающего дифференциального тока УЗО (по ГОСТ Р 50807 -94 «УЗО» ) может находиться в диапазоне 50. . . 100 % от уставки прибора. 84

Выбор уставки УЗО. Пример Ток нагрузки: Iнагр = 8 А Фоновый ток утечки: Iут = 0, 4 ∙ 8 = 3, 2 м. А Отстраиваем ток срабатывания: Iсраб = 3, 2 ∙ 3 = 9, 6 м. А Ближайшая уставка УЗО: Iуст = 10 м. А Но реально такое УЗО может сработать при токах в диапазоне (5. . . 10) м. А Поэтому окончательно выбираем УЗО с уставкой: Iуст = 30 м. А Такое УЗО может сработать при токах в диапазоне: 85 (15. . . 30) м. А

Типы УЗО Тип реагирует на токи: АС А В синусоидальный; пульсирующий; постоянный Тип S G Выдержки времени большие (0, 13. . . 0, 5 с) меньшие (0, 06. . . 0, 08 с) 86

Пример 3 -ступенчатой защиты УЗО 87

Селективность УЗО, расположенное ближе к источнику питания, должно иметь уставку и время срабатывания не менее чем в 3 раза большие, чем у УЗО, расположенного ближе к потребителю. 88

Координация параметров УЗО и ПЗУ Ном. ток нагрузки УЗО 10 А 16 А 25 А Ном. ток ПЗУ 6 А 10 А 16 А 40 А 63 А 80 А 100 А 125 А 40 А 63 А 80 А 100 А Пояснение: Если УЗО и ПЗУ имеют равные номинальные токи, то при протекании тока, превышающего номинальный, например, на 45 %, т. е. тока перегрузки, этот ток 89 будет отключен автоматическим выключателем за время до одного часа. Всё это время УЗО будет перегружено.

Рекомендуемые значения IΔном, м. А Ном. ток нагрузки УЗО, А Индивидуальное УЗО Групповое УЗО 16 25 40 63 80 10 30 30 30 100 300 Противопожарное 300 300 300 УЗО на ВРУ 90

Защиты в системе TT Возможны 2 варианта выполнения защиты: • с помощью УЗС (АВ, П); • с помощью УЗО-Д. 91

Система ТТ с защитой от сверхтока N Iуст < Uпр. доп / RЦОТ 92

Система ТТ с УЗО N Iуст < Uпр. доп / RЦОТ 93

Система ТT Преимущества: • простота проектирования и эксплуатации, т. к. нет необходимости проверять сопротивление петли «фаза-нуль» с целью обеспечения срабатывания УЗС, достаточно лишь периодически проверять исправность УЗО; • не требуется постоянный эксплуатационный надзор; • меньшая по сравнению с TN опасность вызвать пожар и порчу оборудования, т. к. ток однофазного замыкания невелик. Недостатки: • низкая степень бесперебойности электроснабжения, т. к. отключение питания происходит при однофазном замыкании на корпус (70 – 85% всех повреждений в сети); • обязательное применение УЗО, которые имеют достаточно высокую стоимость; • несовместимость с системой TN. 94

Система ТN 95

Система TN-C • • • При пробое изоляции должны срабатывать АВ, П УЗО срабатывает только при косвенном прикосновении Опасность обрыва нулевого провода Низкая пожаробезопасность 96 По возможности не использовать

Если все электроприёмники (кроме одного) занулены, а один просто заземлён, то есть опасность попадания занулённых корпусов под напряжение: 97

Область применения защитного заземления и зануления • Таким образом, в системе TN запрещается применять защитное заземление в качестве единственной меры защиты от замыкания на корпус. • Но разрешается использовать защитное заземление в качестве дополнения к защитному занулению – см. рис. 98

Защитное зануление в сочетании с защитным заземлением 99

Пожароопасность в TN-C • Значительная часть тока РЕN-проводника протекает по проводящим частям оборудования, что может приводить к искрению. К пожароопасным зонам на территории ПС относятся зоны: • в камерах масляных трансформаторов, • в камерах дугогасительных реакторов, • в помещениях для ремонта маслонаполненного электрооборудования, • определенные зоны (3– 5 м) вокруг установленного на ОРУ маслосодержащего оборудования. • Однако, в ПУЭ ограничения на использование TN-C в пожароопасных зонах нет. 100

Электромагнитная совместимость в TN-C является источником электромагнитных помех. На территории ПС этот недостаток может проявлять себя весьма ощутимо. Заземляющая сетка на ПС имеет малое электрическое сопротивление, которое шунтирует включенные параллельно с ней сопротивления PEN -проводников в системе СН. До 90% тока нейтрали протекает по заземляющей сетке и лишь небольшая часть тока – по самим PEN-проводникам. При таком распределении токов, с учетом того что заземляющая сетка и кабели находятся на некотором удалении друг от друга, электромагнитное поле вблизи кабелей оказывается нескомпенсированным и является источником наводок по отношению к расположенным рядом соседним кабелям. Эти помехи могут проявляться особенно сильно при ОКЗ в сети СН. 101

Коррозия металлоконструкций в TN-C В рабочем режиме ток небаланса фаз и однофазных электроприемников постоянно протекает: • по заземляющей сетке, • по элементам оборудования, • по элементам строительных металлоконструкций, соприкасающихся с землей. Это приводит к усилению коррозии этих элементов. 102

Сечение PEN-проводника согласно п. 1. 7. 131 ПУЭ должно быть не менее: • 10 мм 2 по меди • 16 мм 2 по алюминию Для большинства электроприемников СН ПС по допустимой нагрузке достаточно сечения фазных жил 2, 5– 4 мм 2. То есть применении системы TN-C сечения кабелей приходится завышать. В случае использования системы TN-S такого завышения сечения не потребуется (см. п. 1. 7. 126 ПУЭ): Сечение фазных проводников, мм 2 Наименьшее сечение защитных проводников PE, мм 2 S ≤ 16 S 16 < S ≤ 35 16 S > 35 S/2 103

Опасность обрыва PEN-проводника В случае обрыва PEN-проводника: • фазный потенциал выносится на корпуса всех электроустановок за точкой обрыва; • возникает перенапряжение на наименее мощных электроприёмниках из-за несимметрии. 104

Нормальный режим (нет обрыва PEN) PEN 105

Аварийный режим (обрыв PEN) PEN 106

Аварийный режим (обрыв PEN). Пример Uф = 220 В Uл = 380 В I = 3, 8 A PEN 76 В U = 150 В 4 В 30 20 Ом 80 Ом ΔU = 76 В ΔU = 304 В ! Рном = 2000 Вт Рном = 500 Вт 107

УЗО не снижает опасности поражения при обрыве N-проводника: а) 1 -фазная сеть УЗО PEN 108

УЗО не снижает опасности поражения при обрыве N-проводника: б) 3 -фазная сеть УЗО PEN 109

ПУЭ, п. 7. 1. 21 • При питании однофазных потребителей от многофазной питающей сети ответвлениями от воздушных линий, когда PEN проводник воздушной линии является общим для групп однофазных потребителей, питающихся от разных фаз, рекомендуется предусматривать защитное отключение потребителей при превышении напряжения выше допустимого, возникающего из-за несимметрии при обрыве PEN проводника. • Отключение должно производиться на вводе в здание, например воздействием на независимый расцепитель вводного АВ, посредством реле максимального напряжения. • При выборе аппаратов предпочтение должно отдаваться устройствам, сохраняющим работоспособность при превышении напряжения выше допустимого. • В цепи PEN запрещается иметь коммутирующие элементы. • Допускаются соединения, которые могут быть разобраны при помощи инструмента. 110

Особенности заземления в системе TN-С В ПУЭ система TN-C трактуется как система без заземления корпусов. Это следует из рисунка, приведенного в гл. 1. 7. Такую систему TN-C назовём традиционной. Но возможна ситуация, когда корпуса электроустановок, питающихся от системы TN-C, имеют преднамеренный или случайный контакт с землей. Такую систему TN-C назовем комбинированной (TN+TT). Для каждой из видов системы TN рассмотрим 111 особенности применения УЗО.

TN-C – рис. из ПУЭ, п. 1. 7. 3 112

1. Работа УЗО в традиционной системе TN-С УЗО неэффективно, т. к. при пробое на корпус: 1. не возникает дифференциальный ток; 2. УЗО сработает только после касания корпуса человеком – см. рис. Этот вывод справедлив только для системы TN-C в трактовке ПУЭ – см. рис. Вопрос: разрешено ли использование УЗО 113 в таких сетях?

Неэффективность работы УЗО в традиционной системе TN-C 114

Можно ли применять УЗО в системе TN-C? В ГОСТ Р 50571. 3 -94 (п. 413. 1. 3. 8) имеются ограничения на применение УЗО в системе ТN: 1. В системе ТN-С не должны применяться устройства защиты, реагирующие на дифференциальный ток (УЗО-Д). 2. Когда УЗО-Д применяют для автоматического отключения в системе ТN-C-S, проводник РЕN не должен использоваться на стороне нагрузки. Присоединение защитного проводника к РЕN-проводнику должно осуществляться на стороне источника питания по отношению к УЗО. В ПУЭ (п. 1. 7. 80) имеется указание: Не допускается применять УЗО, реагирующее на дифференциальный ток, в системе ТN-С. В случае необходимости применения УЗО для защиты отдельных электроприемников, защитный РЕ-проводник электроприемника должен быть подключен к РЕN-проводнику цепи, питающей электроприемник, до УЗО. Это означает, что как исключение для защиты отдельных электроприемников УЗО в системе TN-C применять можно, но при этом система TN-C превращается в TN-C-S – см. рис. 115

Применение УЗО в системе TN-C в виде исключения для отдельных электроприёмников 116

2. Работа УЗО в комбинированной системе TN-С (TN+TT) УЗО будет выполнять свои функции сразу же при пробое на корпус – ещё до того, как коснётся человек. Но в режиме нормальной работы УЗО будет ложно отключать установку, т. к. часть тока нагрузки возвращается к источнику питания через землю – см. рис. Вывод: в такой системе применение УЗО недопустимо. Этот вывод справедлив только для комбинированной 117 системы TN-C (TN + TT).

Недопустимость работы УЗО в комбинированной системе TN-C (TN+TT) 118

Общий вывод по применению УЗО в системе TN-C В традиционной системе TN-C (как её трактуют ПУЭ) использование УЗО запрещено. 119

Недостатки TN-C • Неэффективность УЗО для защиты от косвенного прикосновения. • При КЗ на корпус происходит вынос потенциала на корпуса неповрежденного оборудования. • Опасность обрыва PEN-проводника. • Пожароопасность. • Электромагнитные помехи. • Повышенная коррозия металлоконструкций. • Завышенное сечение PEN-проводника. 120

Система TN-S • УЗО срабатывает сразу при пробое • УЗО ликвидирует повреждение еще в начальной стадии • Применяется для статичных (не подверженных изменениям) электроустановок, когда важны требования 121 пожаробезопасности и электробезопасности

Особенности заземления в системе TN-S Возможно и целесообразно применение УЗО. Цепь протекания тока нагрузки отделена от земли. УЗО будет нормально функционировать, обеспечивая защиту от замыканий – см рис. 122

Эффективность работы УЗО в системе TN-S 123

Достоинства TN-S • Эффективность УЗО для защиты от косвенного прикосновения. • Обрыв N-проводника не приводит к выносу потенциала на корпуса. • Выше пожаробезопасность. • Лучше электромагнитная обстановка. • Меньше сечение PE-проводника. 124

Система TN-C-S 125

Особенности заземления в системе TN-C-S • PEN-проводник используется только в сетях общего пользования. • В зданиях потребителей PEN разделяется на N и PE – см. рис. 126

Работа УЗО в системе TN-С-S 127

Монтаж УЗО в системе TN-C-S п. 1. 7. 135 ПУЭ: «Когда нулевой рабочий и нулевой защитный проводники разделены начиная с какой-либо точки электроустановки, не допускается объединять их за этой точкой по ходу распределения энергии. В месте разделения PEN-проводника на нулевой защитный и нулевой рабочий проводники необходимо предусмотреть отдельные зажимы или шины для проводников, соединенные между собой. PEN-проводник питающей линии должен быть подключен к зажиму или шине нулевого защитного РЕ-проводника» 1) После разделения N и PE в некоторой точке, не допускается объединять их за этой точкой. 2) В месте разделения PEN на PE и N необходимо предусмотреть отдельные зажимы или шины для проводников, соединенные между собой. 3) PEN питающей линии должен быть подключен 128 к зажиму или шине PE.

Щит с металлическим корпусом PEN УЗО PE N Неправильно! 129 Нельзя разделять PEN в нулевой клемме УЗО

Щит с металлическим корпусом PE PEN УЗО PE N Неправильно! 130 PEN, PE, N нельзя присоединять под один болт

Щит с металлическим корпусом PEN PE N УЗО PE N Правильно 131

Щит с непроводящим корпусом PEN УЗО N PE N Правильно 132

Общие требования к системе TN 133

В системе TN время автоматического отключения питания должно быть не более Uном. фаз, В tоткл, с 127 0, 8 220 0, 4 380 > 380 0, 2 0, 1 В цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и др. щиты и щитки, время отключения не должно превышать 5 с. Допускаются значения времени отключения более указанных в таблице, но не более 5 с в цепях, питающих только стационарные электроприемники от распределительных щитов или щитков при выполнении одного из следующих условий: 134

1) полное сопротивление защитного проводника между ГЗШ и распределительным щитом или щитком не превышает значения, Ом: 50 · Zц / Uф где Zц – сопротивление цепи “фаза-нуль”, Ом; Uф – номинальное фазное напряжение, В; 50 – падение напряжения на участке защитного проводника между ГЗШ и распределительным щитом или щитком, В; 2) к шине РЕ распределительного щита или щитка присоединена дополнительная СУП, охватывающая те же СПЧ, что и основная СУП. 135

Требования к исполнению заземления в системе TN • Нейтраль трансформатора присоединяется к ЗУ с помощью специального заземляющего PE-проводника. • Сечение этого проводника не менее: неизолированные проводники: • медь – 4 мм 2; • алюминий – 6 мм 2; • сталь в зданиях – 20 мм 2; • сталь в наружных установках – 28 мм 2; • сталь в земле – 78 мм 2; изолированные проводники: • медь – 1, 5 мм 2; • алюминий – 2, 5 мм 2. • Использование N-проводника, идущего от нейтрали трансформатора на щит РУ, в качестве заземляющего проводника не допускается. 136

Требования к исполнению заземления в системе TN В стационарных ЭУ функции PE и N можно совместить в PEN при условии: 1) сечение PEN не менее: 10 мм 2 по меди; 16 мм 2 по алюминию; 2) ЭУ не защищена УЗО-Д; 3) PE и N разделены, начиная с некоторой точки, и после этой точки нигде не объединяются; 4) В точке разделения предусмотрены раздельные зажимы или шины проводников PE и N. 5) PEN-проводник подключен к зажиму PEпроводника. 137

Заземляющие устройства и требования к ним 138

Заземление в сетях с глухозаземленной нейтралью • Искусственный заземлитель, предназначенный для заземления нейтрали, должен быть расположен вблизи трансформатора. • Для внутрицеховых подстанций допускается располагать заземлитель около стены здания. • Если фундамент здания, в котором размещена подстанция, используется в качестве естественных заземлителей, нейтраль трансформатора следует заземлять путем присоединения не менее, чем к 2 металлическим колоннам или к закладным деталям, приваренным к арматуре не менее 2 139 железобетонных фундаментов.

Заземление в сетях с глухозаземленной нейтралью • При расположении встроенных подстанций на разных этажах заземление нейтрали трансформаторов выполняется при помощи специально проложенного заземляющего проводника. В этом случае заземляющий проводник должен быть дополнительно присоединен к колонне здания, ближайшей к трансформатору. • Если в PEN-проводнике установлен трансформатор тока, то заземляющий проводник должен быть присоединен не к нейтрали непосредственно, а к PEN-проводнику, по возможности сразу за трансформатором тока. В таком случае разделение PEN-проводника на РЕ и N должно быть выполнено также за трансформатором тока. Трансформатор тока следует размещать как можно ближе к выводу нейтрали генератора или трансформатора. 140

Трансформатор тока включается: - до точки подключения заземляющего проводника; - до точки разделения PEN на PE и N L L N N PE PE Неправильно Правильно 141

Заземление в сетях с глухозаземленной нейтралью • Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединена нейтраль трансформатора, должно быть не более 2, 4 и 8 Ом при Uл = 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или Uф = 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. • Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей, а также заземлителей повторных заземлений ВЛ при количестве отходящих линий не менее двух. • Сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали, должно быть не более 15, 30 и 60 Ом при Uл = 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или Uф = 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. • При удельном сопротивлении земли ρ > 100 Ом·м допускается увеличивать указанные нормы в 0, 01·ρ раз, но не более десятикратного. 142

Заземление в сетях с глухозаземленной нейтралью Повторные заземления PEN-проводника должны быть выполнены: Ø на концах ВЛ, Ø на концах ответвлений от ВЛ длиной более 200 м, Ø на вводах ВЛ к ЭУ, в которых в качестве защитной меры при косвенном прикосновении применено автоматическое отключение питания. • При этом в первую очередь следует использовать естественные заземлители, например, подземные части опор, а также ЗУ, предназначенные для защиты от грозовых перенапряжений. • Общее сопротивление растеканию заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений PEN-проводника каждой ВЛ в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом при Uл = 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. • Сопротивление растеканию заземлителя каждого из повторных заземлений должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях. • При удельном сопротивлении земли ρ > 100 Ом·м допускается увеличивать указанные нормы в 0, 01·ρ раз, но не более десятикратного. 143

Области применения систем заземления IT, TN 144

Области применения систем заземления IT • при недопустимости перерывов питания и наличии возможности постоянного технического обслуживания; • при повышенной опасности возникновения пожара; • при наличии возможности постоянного технического обслуживания; • для сетей с малыми токами утечки. ТТ • при отсутствии повышенных требований к бесперебойности электроснабжения; • при отсутствии возможности постоянного технического обслуживания; • для временных, расширяемых, изменяемых электроустановок; • для металлических мобильных зданий. TN-S, TN-C-S • при отсутствии повышенных требований к бесперебойности электроснабжения; • для жилых, общественных, административных зданий; • при наличии электроприемников с низким естественным уровнем изоляции (например, печей). 145