Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Оборудование >> Проектирование электроустановок

Система TN - Проектирование электроустановок

Оглавление
Проектирование электроустановок
Установленная мощность потребителя
Силовая нагрузка электроустановки
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Эксплуатационные аспекты распределительных сетей ВН
Создание новой подстанции ВН
Защита подстанции ВН
Подстанция потребителя с учетом на НН
Выбор понижающего трансформатора Подстанции потребителя с учетом на НН
Использование оборудования ВН на подстанции потребителя с учетом на НН
Подстанция потребителя с учетом на ВН
Создание распределительных понижающих подстанций
Подключение к низковольтной распределительной сети
Присоединение потребителей к низковольтной распределительной сети
Тарифы и учет электроэнергии потребителей
Выбор архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Характеристики электроустановки
Характеристики оборудования высокого и низкого напряжения
Критерии оценки архитектуры сети
Выбор основных элементов архитектуры сети
Выбор архитектурных деталей сети
Выбор оборудования сети
Оптимизаця архитектуры сети
Глоссарий по сети, ID-Spec
Пример электроснабжения
Системы заземления в системах низкого напряжения
Система установких низкого напряжения
Кабели и шинопроводы низкого напряжения
Внешние воздействия в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Защита от косвенного прикосновения
Автоматическое отключение при двойном КЗ
Меры защиты от прямого и косвенного прикосновений без автоматического отключения
Защита имущества от ущерба вследствие пробоя изоляции
Система TT
Система TN
Система IT
УЗО

6 Реализация системы TN
6.1 Предварительные условия
На стадии проектирования необходимо рассчитать максимально допустимую длину кабеля, расположенного ниже защитного автоматического выключателя (или комплекта плавких предохранителей), а при монтаже строго выполнять определенные правила. Должны соблюдаться определенные условия, перечисленные ниже и изображенные на рис. F38.
PE-проводник должен регулярно и как можно чаще соединяться с заземлителем.
PE-проводник не должен монтироваться в ферромагнитном кабелепроводе, коробе или на металлоконструкции, поскольку индуктивные эффекты и/или эффект близости могут увеличить его эффективное сопротивление.
В случае PEN-проводника (нулевого проводника, используемого также в качестве защитного), соединение должно быть сделано непосредственно к клемме заземления бытового электроприбора (см. 3 на рис. F38), а потом к клемме нейтрали того же электроприбора.
Если сечение проводника менее 6 мм2 для меди или 10 мм2 для алюминия, или если кабель переносной, то нулевой и защитный проводники должны быть разделены, т.е. для рассматриваемой электроустановки должна быть выбрана система TN-S.
Замыкания на землю могут устраняться устройствами максимальной токовой защиты, т.е. плавкими предохранителями и автоматическими выключателями.
В этом списке указаны условия, которые должны соблюдаться при реализации схемы TN для обеспечения защиты людей от косвенных прикосновений.
Реализация системы заземления типа TN

Примечания:
При использовании схемы TN нейтраль низковольтной обмотки понижающего трансформатора, открытые проводящие части соответствующей подстанции и электроустановки, а также сторонние проводящие части этой подстанции и электроустановки соединены с общей системой заземления.
В случае подстанции, в которой учет электроэнергии осуществляется по низкому напряжению, на вводе в электроустановку низкого напряжения требуется применение устройства разделения, и такое разделение должно быть визуально различимым.
PEN-проводник не должен прерываться ни при каких обстоятельствах. Контрольно-защитное распределительное устройство для нескольких схем TN должно быть:
3-полюсным, если в цепи используется PEN-проводник;
предпочтительно 4-полюсным (3 фазы + нейтраль), если эта цепь содержит нейтраль с отдельным PE-проводником.
Рис. F38: Реализация системы заземления типа TN

Обычно используются три метода расчета:
метод полных сопротивлений, основанный
на векторном суммировании полных сопротивлений системы;
композиционный метод;
традиционный метод, основанный на предполагаемой величине падения напряжений и использовании специальных таблиц.
6.2 Защита от косвенного прикосновения
Методы определения уровней тока короткого замыкания
В системах заземления TN по цепи замыкания на землю будет в принципе всегда проходить ток достаточной величины для срабатывания устройства максимальной токовой защиты. Сопротивления источника питания и питающей сети гораздо ниже, чем сопротивление цепей электроустановки, поэтому любое ограничение величины токов замыкания на землю будет, в основном, вызываться проводниками этой электроустановки (длинные гибкие провода, идущие к бытовым электроприборам, значительно увеличивают сопротивление цепи замыкания и, соответственно, снижают величину тока короткого замыкания).
Самая новая рекомендация МЭК в отношении защиты от косвенного прикосновения в системах заземления TN лишь устанавливает соотношение между максимально допустимым временем отключения и номинальным напряжением системы (рис. F13 в подразделе 3.3).

Современная практика выполнения расчетов предусматривает использование программного обеспечения, разрешенного уполномоченными национальными органами и основанного на методе полных сопротивлений, например Ecodial 3. Как правило, национальные органы публикуют свои рекомендации, в которых приводятся типовые значения, длины проводников и т.п.
Указанные рекомендации основаны на том, что для повышения потенциала открытой проводящей части до 50 В или выше ток, который должен протекать в цепях системы TN, будет настолько большим, что может случиться следующее:
цепь замыкания перегорит практически мгновенно;
произойдет металлическое короткое замыкание проводника, и ток будет достаточной величины, чтобы вызвать срабатывание устройства максимальной токовой защиты.
Чтобы в последнем случае обеспечить правильное срабатывание устройств защиты от сверхтока, на этапе проектирования объекта необходимо провести достаточно точную оценку уровней токов замыкания на землю.
Тщательный анализ предусматривает применение метода симметричных составляющих к каждой цепи по очереди. Данный метод является несложным, но объем вычислений является чрезмерно большим, особенно с учетом того, что на типовой электроустановке низкого напряжения очень трудно определить полные сопротивления нулевой последовательности с приемлемой степенью точности.
Более предпочтительны другие упрощенные методы, обеспечивающие приемлемую точность. Ниже описаны три таких практических метода:
Метод полных сопротивлений, основанный на суммировании всех полных сопротивлений (только прямой последовательности) каждого элемента цепи замыкания на землю.
Композиционный метод, представляющий собой оценку тока короткого замыкания на дальнем конце цепи при известном уровне тока короткого замыкания на ближнем конце этой цепи.
Традиционный метод расчета минимальных уровней токов замыкания на землю с использованием таблиц значений для получения быстрых результатов.
Эти методы дают надежные оценки лишь для случая, когда кабели, составляющие цепь замыкания на землю, находятся в непосредственной близости друг от друга и не разделены ферромагнитными материалами.
Метод полных сопротивлений
В этом методе суммируются полные сопротивления прямой последовательности для каждого элемента цепи замыкания на землю (кабеля, PE-проводника, трансформатора), на основе чего определяется ток короткого замыкания на землю по следующей формуле:

где:
сумма всех активных сопротивлений в цепи замыкания на этапе проектирования строящегося объекта;
сумма всех индуктивных реактивных сопротивлений в цепи замыкания; U - номинальное фазное напряжение в системе.
Применение данного метода иногда затрудняется тем, что должны быть известны значения всех параметров системы и характеристики элементов цепи замыкания. Национальные нормативные документы могут содержать рекомендации по типовым значениям параметров.
Композиционный метод
F24


Данный метод позволяет определить ток короткого замыкания на дальнем конце цепи по известной величине тока короткого замыкания на ближнем конце этой цепи с помощью формулы:


Isc - ток короткого замыкания на вышестоящем участке цепи; I - ток короткого замыкания на дальнем конце цепи; U - номинальное фазное напряжение в системе; Zs - полное сопротивление цепи.
Примечание: в отличие от предыдущего метода полных сопротивлений, в данном методе полные сопротивления отдельных элементов суммируются арифметически *.

*Это приводит к тому, что рассчитанная величина тока оказывается меньше фактической. Если уставки максимальной токовой защиты основаны на этой рассчитанной величине, то срабатывание реле или плавкого предохранителя гарантируется.


Традиционный метод
Этот метод позволяет достаточно точно определить максимально допустимую длину кабелей.
Принцип
Принцип данного метода основан на расчете тока короткого замыкания и предполагает, что на входе рассматриваемой цепи (т.е. в месте установки УЗО), напряжение остается на уровне 80% или более от номинального фазного напряжения. Эта величина вместе с величиной полного сопротивления цепи используется для расчета тока короткого замыкания.
Данный коэффициент учитывает все падения напряжения на участках, расположенных выше по
Максимальная длина любой цепи электроустановки при использовании системы заземления TN:

цепи от рассматриваемой точки. В низковольтных кабелях, когда все проводники трехфазной четырехпроводной цепи находятся близко друг к другу (что является нормальным случаем), индуктивное сопротивление как самих проводников, так и между ними пренебрежимо мало по сравнению с активным сопротивлением кабеля.
Такое допущение считается справедливым для кабелей с сечением до 120 мм2. Пример: см. рис. F39. При превышении этой длины активное сопротивление R увеличивается следующим образом:


Площадь сечения жилы (мм2)

Величина активного сопротивления

S = 150 мм2

R+15%

S = 185 мм2

R+20%

S = 240 мм2

R+25%

Максимальная длина любой цепи электроустановки при использовании системы заземления TN определяется формулой:

где:

В следующих таблицах указана длина цепи, которая не должна превышаться, с тем чтобы можно было обеспечить защиту людей от косвенного прикосновения с помощью защитных устройств

Рис. F39: Расчет L max для системы заземления TN с использованием традиционного метода
Lmax - максимальная длина кабеля в метрах;
Uo - фазное напряжение в вольтах (230 В для системы напряжением 230/400 В); р - удельное электрическое сопротивление при нормальной рабочей температуре в Ом.мм2/м (22,5 х 10-3 для меди и 36 х 10-3 для алюминия);
Ia - уставка по току отключения для режима мгновенного срабатывания автоматического выключателя или
Ia - ток, при котором гарантировано срабатывание используемого защитного плавкого предохранителя в течение нормативного времени.
где:
Sph - площадь сечения фазных проводников соответствующей цепи в мм2; SPE - площадь сечения рассматриваемого защитного проводника в мм2 (см. рис. F39).
Таблицы
Приведенные ниже таблицы для систем TN были составлены с помощью описанного выше традиционного метода.
В них указана максимальная длина цепей, при превышении которой омическое сопротивление проводников ограничит величину тока короткого замыкания до уровня ниже того, который требуется для срабатывания автоматического выключателя (или плавкого предохранителя), защищающего эту цепь, с достаточной быстротой, чтобы обеспечить безопасность от косвенного прикосновения.
Поправочный коэффициент m
На рис. F40 представлен поправочный коэффициент, который должен применяться к значениям, указанным на рис. F42 - F44, с учетом отношения Sph/SPE, типа цепи и материалов проводников. В этих таблицах учитывается:
тип защиты: автоматические выключатели или плавкие предохранители;
уставки по току срабатывания;
площадь сечения фазных и защитных проводников;
тип системы заземления (рис. F45 на стр. F27);
тип автоматического выключателя (т.е. B, C или D).
Эти таблицы можно использовать для систем напряжением 230/400 В.
Эквивалентные таблицы для защиты с помощью автоматических выключателей Compact и Multi 9

включены в соответствующие каталоги.


Цепь

Материал проводника

m = Sph/S m = 1

PE (или PEN
m = 2

)
m = 3

m = 4

3 фазы + нейтраль или фаза + нейтраль

Медь

1

0.67

0.50

0.40

Алюминий

0.62

0.42

0.31

0.25

Рис. F40: Поправочный коэффициент для цепей, приведенных в таблицах F40 - F43 для систем TN

Цепи, защищенные автоматическими выключателями общего назначения (рис. F41)


Номинальное
сечение
проводников

Отключающий ток Im при мгновенном срабатывании выключателя или срабатывании с короткой выдержкой времени (А)

мм2

50

63

80

100

125

160

200

250

320

400

500

560

630

700

800

875

1 000

1 120

1 250

1 600

2 000

2 500

3 200

4 000

5 000

6 300

8 000

100 00 12 500

1.5

100

79

63

50

40

31

25

20

16

13

10

9

8

7

6

6

5

4

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5

167

133

104

83

67

52

42

33

26

21

17

15

13

12

10

10

8

7

7

5

4

 

 

 

 

 

 

 

 

4

267

212

167

133

107

83

67

53

42

33

27

24

21

19

17

15

13

12

11

8

7

5

4

 

 

 

 

 

 

6

400

317

250

200

160

125

100

80

63

50

40

36

32

29

25

23

20

18

16

13

10

8

6

5

4

 

 

 

 

10

 

 

417

333

267

208

167

133

104

83

67

60

53

48

42

38

33

30

27

21

17

13

10

8

7

5

4

 

 

16

 

 

 

 

427

333

267

213

167

133

107

95

85

76

67

61

53

48

43

33

27

21

17

13

11

8

7

5

4

25

 

 

 

 

 

 

417

333

260

208

167

149

132

119

104

95

83

74

67

52

42

33

26

21

17

13

10

8

7

35

 

 

 

 

 

 

 

467

365

292

233

208

185

167

146

133

117

104

93

73

58

47

36

29

23

19

15

12

9

50

 

 

 

 

 

 

 

 

495

396

317

283

251

226

198

181

158

141

127

99

79

63

49

40

32

25

20

16

13

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

417

370

333

292

267

233

208

187

146

117

93

73

58

47

37

29

23

19

95

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

452

396

362

317

283

263

198

158

127

99

79

63

50

40

32

25

120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

457

400

357

320

250

200

160

125

100

80

63

50

40

32

150

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

435

388

348

272

217

174

136

109

87

69

54

43

35

185

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

459

411

321

257

206

161

128

103

82

64

51

41

240

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

400

320

256

200

160

128

102

80

64

51

Рис. F41: Максимальная длина цепи (в метрах) для медных проводников различного сечения в зависимости от уставки по току мгновенного отключения при использовании автоматических выключателей общего назначения в системе TN напряжением 230/240 при m = 1
Промышленные и бытовые цепи, защищенные автоматическими выключателями Compact* или Multi 9(1) (рис. F42 - F44)


Sph

Номинальный ток (А)

мм2

1 2 3

4

6

10

16

20

25

32

40

50

63

80

100

125

1.5

1200 600 400

300

200

120

75

60

48

37

30

24

19

15

12

10

2.5

1000 666

500

333

200

125

100

80

62

50

40

32

25

20

16

4

1 066

800

533

320

200

160

128

100

80

64

51

40

32

26

6

 

1200

800

480

300

240

192

150

120

96

76

60

48

38

10

 

 

 

800

500

400

320

250

200

160

127

100

80

64

16

 

 

 

 

800

640

512

400

320

256

203

160

128

102

25

 

 

 

 

 

 

800

625

500

400

317

250

200

160

35

 

 

 

 

 

 

 

875

700

560

444

350

280

224

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

760

603

475

380

304

*Изделия Schneider Electric.

Рис. F42: Максимальная длина цепи (в метрах) для медных проводников различного сечения в зависимости от номинального тока автоматических выключателей типа B(2) в одно- или трехфазной системе TN напряжением 230/240 В при m = 1


Sph

Номинальный ток (А)

мм2

1 2

3

4

6

10

16

20

25

32

40

50

63

80

100

125

1.5

600 300

200

150

100

60

37

30

24

18

15

12

9

7

6

5

2.5

500

333

250

167

100

62

50

40

31

25

20

16

12

10

8

4

 

533

400

267

160

100

80

64

50

40

32

25

20

16

13

6

 

 

600

400

240

150

120

96

75

60

48

38

30

24

19

10

 

 

 

667

400

250

200

160

125

100

80

63

50

40

32

16

 

 

 

 

640

400

320

256

200

160

128

101

80

64

51

25

 

 

 

 

 

625

500

400

312

250

200

159

125

100

80

35

 

 

 

 

 

875

700

560

437

350

280

222

175

140

112

50

 

 

 

 

 

 

 

760

594

475

380

301

237

190

152

Рис. F43: Максимальная длина цепи (в метрах) для медных проводников различного сечения в зависимости от номинального тока автоматических выключателей типа C2 в одно- или трехфазной системе TN напряжением 230/240 В при m = 1


Sph

Номинальный ток (А)

мм*

1

2

3

4

6

10

16

20

25

32

40

50

63

80

1 00

1 25

1.5

429

214

1 43

107

71

43

27

21

17

13

11

9

7

5

4

3

2.5

714

357

238

1 79

119

71

45

36

29

22

18

14

11

9

7

6

4

 

571

381

286

1 90

114

71

80

46

36

29

23

18

14

11

9

6

 

857

571

429

286

1 71

107

120

69

54

43

34

27

21

17

14

10

 

 

952

714

476

286

1 79

200

114

89

71

57

45

36

29

23

16

 

 

 

 

762

457

286

320

1 83

1 43

114

91

73

57

46

37

25

 

 

 

 

 

714

446

500

286

223

179

1 43

113

89

71

57

35

 

 

 

 

 

 

625

700

400

313

250

200

159

125

80

100

50

 

 

 

 

 

 

 

848

543

424

339

271

215

1 70

136

109

Рис. F44: Максимальная длина цепи (в метрах) для медных проводников различного сечения в зависимости от номинального тока автоматических выключателей типа D(1) в одно- или трехфазной системе TN напряжением 230/240 В при m = 1

*Эти случаи рассматриваются подробно в главе N, раздел 3.

Пример:
Трехфазная четырехпроводная электроустановка напряжением 230/400 В выполнена по системе заземления TN-C. Цепь защищена автоматическим выключателем типа B с номинальным током срабатывания 63 А и состоит из кабеля с алюминиевыми жилами с сечением фазных проводников 50 мм2 и нулевого проводника (PEN) сечением 25 мм2.
Какова максимальная длина цепи, ниже которой обеспечивается гарантированная защита людей от опасностей косвенного прикосновения с помощью электромагнитного отключающего реле мгновенного действия, входящего в состав автоматического выключателя? Из таблицы, приведенной на рис. F42, для сечения проводника 50 мм2 и автоматического выключателя типа B с номинальным током 63 А получаем длину 603 м, к которой должен быть
применен поправочный коэффициент 0,42 (рис. F40 дляl
Таким образом, максимальная длина цепи составит: 603 x 0,42 = 253 м.
Частный случай, когда одна или несколько открытых проводящих частей соединены с отдельными заземлителями
Защита от косвенного прикосновения должна быть обеспечена посредством установки УЗО на ввод любой цепи, питающей бытовой электроприбор или группу бытовых электроприборов, открытые проводящие части которых соединены с отдельным заземлителем.
Чувствительность УЗО должна быть согласована с сопротивлением заземлителя (RA2 на рис. F45). См. технические требования к системе TT.
6.3 Высокочувствительные УЗО (см. рис. F31)
В соответствии со стандартом МЭК 60364-4-41 высокочувствительные устройства УЗО ( 30 мА) должны использоваться для защиты штепсельных розеток с номинальным током 20 A на всех объектах. Использование таких УЗО также рекомендуется в следующих случаях (рис. F46):
Цепи со штепсельными розетками при влажных условиях для всех номинальных токов
Цепи со штепсельными розетками на временных установках
Цепи питания химчисток и плавательных бассейнов

Рис. F45: Отдельный заземлитель

Рис. F46: Цепь питания штепсельных розеток
Цепи питания жилых прицепов, прогулочных судов и передвижных выставок. См. п. 2.2 и главу P, раздел 3.
6.4 Защита пожароопасных помещений
Согласно международному стандарту МЭК 60364-482-2.10 в помещениях, в которых риск возгорания является большим, использование системы заземления TN-C часто запрещается, и следует применять систему TN-S. В некоторых странах защита посредством применения УЗО с чувствительностью У 500 мА на входе цепи, питающей такое помещение, является обязательной (рис. F47).

Рис. F47: Защита пожароопасного помещения

Рис. F48: Автоматический выключатель с магнитным расцепителем мгновенного действия с пониженным порогом срабатывания


Рис. F49: Защита систем типа TN с большим сопротивлением цепи
замыкания на землю с помощью УЗО  Рис. F50: Усовершенствованная схема уравнивания потенциалов
Применение УЗО с чувствительностью 300 мА позволяет также обеспечить защиту от пожара.
6.5 Защита при большом полном сопротивлении цепи замыкания на землю
Когда ток замыкания на землю ограничен высоким сопротивлением цепи замыкания, и поэтому максимальная токовая защита может не отключить цепь в течение нормативного времени, должны быть рассмотрены следующие дополнительные меры:
Решение 1 (рис. F48)
Необходимо установить автоматический выключатель с пониженным порогом срабатывания магнитного расцепителя мгновенного действия, например:
2In У Irm У 4In
Это обеспечит защиту людей от поражения током в цепях большой длины. При этом, однако, следует проверить, что большие переходные токи, например пусковые токи электродвигателей, не вызовут ложные срабатывания.
Решения, предложенные компанией Schneider Electric:
Автоматический выключатель Compact типа G (2Im У Irm У 4Im).
Автоматический выключатель Multi 9 типа B. Решение 2 (рис. F49)
Необходимо установить в рассматриваемой цепи УЗО. Такое устройство не обязательно должно иметь высокую чувствительность (от нескольких ампер до нескольких десятков ампер). Если предусмотрено использование штепсельных розеток, то в любом случае определенные цепи должны быть защищены УЗО с высокой чувствительностью (У 30 мА). Обычно одно УЗО устанавливается для нескольких штепсельных розеток в цепи.
Решения, предложенные компанией Schneider Electric:
УЗО Multi 9 NG125: IAn = 1 или 3 A.
Vigicompact REH или REM: IAn = 3 - 30 A.
Автоматический выключатель Multi 9 типа B. Решение 3
Необходимо увеличить сечение PE- или PEN-проводников и/или фазных проводников, с тем чтобы снизить сопротивление цепи замыкания на землю.
Решение 4
Необходимо установить дополнительные проводники уравнивания потенциалов. Это обеспечит такой же эффект, что и решение 3, т.е. снизит сопротивление цепи замыкания на землю, но одновременно дополнительно усилит существующие меры защиты людей от напряжения прикосновения. Эффективность такого усовершенствования можно проверить, измерив сопротивление между каждой открытой проводящей частью и местным главным защитным проводником. Для электроустановок с типом заземления TN-C соединение, показанное на рис. F50, не допускается, и следует применить вариант решения 3.



 
« Приемка зданий и сооружений под монтаж электрооборудования   Разъединители, отделители, короткозамыкатели »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.