Проектирование электроустановок - Автоматическое отключение при двойном КЗ

3.4 Автоматическое отключение при двойном замыкании (КЗ) в системе IT
При этом типе системы:
Установка изолирована от земли или нейтральная точка источника питания заземлена через большое сопротивление.
Все открытые и сторонние проводящие части присоединены к заземляющему устройству установки.
Первое замыкание
При первом замыкании на землю ток повреждения крайне низкий, так что выполняется правило Id x RA < 50 В (см. подраздел 3.2), и нет опасных напряжений косвенного прикосновения.
На практике ток Id мал и не представляет опасности для персонала или установки.
Однако, при этой системе необходимо:
обеспечить постоянный контроль изоляции установки, а также предупредительную сигнализацию (звуковую и/или мигающие лампы и т.д.), срабатывающую при первом замыкании на землю
(см. рис. F16).
по возможности быстро найти и устранить первое замыкания, чтобы в полной мере реализовать преимущества системы IT. Бесперебойность питания - это одно из основных преимуществ этой системы.
Для кабельной сети с хорошей изоляцией протяженностью 1 км сопротивление утечки на землю (Zf) является емкостным и составляет примерно 3500 Ом. Поэтому при нормальном режиме работы емкостный ток равен:
= 66 мА на фазу.
При замыкании фазы на землю (см. рис. F17 на следующей странице) ток, проходящий через сопротивление электрода (RnA), является векторной суммой емкостных токов в двух неповрежденных фазах и нейтрали (если она распределена). Напряжения неповрежденных фаз повышаются до линейных, и емкостные токи увеличиваются соответственно. Эти токи смещены друг от друга на 60°; поэтому их векторная сумма в этом примере равна 3 x 66 мА = 198 мА. Следовательно, напряжение косвенного прикосновения (Uf) равно 198 x 5 x 10-3 = 0,99 В и, очевидно, не представляет опасности.
Ток замыкания на землю равен векторной сумме тока резистора нейтрали Id1 (153 мА) и емкостного тока Id2 (198 мА).

Рис. F16: Использование устройства контроля изоляции между фазами и землей обязательно для системы IT
Поскольку открытые проводящие части установки соединены непосредственно с землей, полное сопротивление нейтрали (Zct) практически не влияет на напряжение косвенного прикосновения относительно земли.
Одновременное возникновение двух замыканий на землю в разных фазах представляет опасность; их быстрое устранение посредством плавких предохранителей или выключателя зависит от типа схемы заземления и использования отдельных заземляющих электродов на установке.
Двойное замыкание (КЗ)
Необходимо обеспечить быстрое отключение при возникновении второго замыкания (КЗ) на другой фазе или нейтрали. Отключение КЗ осуществляется разными способами в каждом из следующих случаев:
1-й случай
Все открытые проводящие части установки соединены с общим проводником РЕ (см. рис. F18). В этом случае ток повреждения не проходит через заземляющие устройства. Поэтому имеет место высокий уровень тока, и используются традиционные устройства защиты максимального тока (например, выключатели и плавкие предохранители).
Первое замыкание может возникнуть в конце цепи в удаленной части установки, а второе повреждение - на противоположном конце установки.
По этой причине принято удваивать полное сопротивление цепи при расчете тока КЗ для проверки чувствительности устройств защиты максимального тока.
Если система включает в себя нейтраль в дополнение к 3 фазным проводникам, минимальные токи КЗ возникают, когда одним из двух повреждений является замыкание нейтрали на землю (в схеме IT все четыре проводника изолированы от земли). Поэтому в 4-проводных системах IT для расчета тока
КЗ должно использоваться фазное напряжение, например,, где:
Uo = напряжение между фазой и нейтралью Zc = полное сопротивление контура КЗ (см. подраздел 3.3) Ia = уровень тока уставки на отключение
Если нейтральный провод не распределен по сети, то длярасчета тока повреждения следует использовать линейное напряжение, например, ■ Максимальное время отключения
Нормативное время отключения для системы IT зависит от схемы соединения заземляющих электродов установки и подстанции.

Рис. F17: Путь тока повреждения при первом замыкании в системе IT
Для конечных цепей, запитывающих электрооборудование с номинальным током не выше 32 А и с открытыми проводящими частями, соединенными с заземляющим электродом подстанции, максимальное время отключения приводится на рис. F8. Для других цепей той же группы с соединенными открытыми проводящими частями максимальное время отключения составляет 5 с, поскольку любое двойное замыкание в этой группе приводит к току КЗ, как в системе TN. Для конечных цепей, запитывающих электрооборудование с номинальным током не выше 32 А и с открытыми проводящими частями, соединенными с заземляющим устройством, обособленным от заземляющего устройства подстанции, максимальное время отключения приводится на рис. F13. Для других цепей той же группы несоединенных открытых проводящих частей максимальное время отключения составляет 1 с. Это объясняется тем, что любое замыкание на землю в этой группе одновременно с замыканием на землю в другой группе вызывает ток , ограниченный сопротивлениями заземляющих устройств, как в системе ТТ.

На основе традиционного метода, указанного в первом примере подраздела 3.3.

Рис. F18: Отключение выключателя(ей) при двойном замыкании, когда открытые проводящие части соединены общим защитным проводником
Защита посредством выключателя
В случае, показанном на рис. F18, необходимо определить уставки на отключение для мгновенного и обратно зависимого расцепителей максимального тока. Рекомендуемое время отключения нетрудно обеспечить с помощью различных устройств. Защита от КЗ, обеспечиваемая выключателем NS 160, позволяет отключать межфазные КЗ, возникающие в конце цепей, питающих нагрузки. Примечание: В системе IT две цепи, вовлеченные в двойное замыкание, полагаются имеющими равную длину и проводники с одинаковой площадью поперечного сечения, включая проводники РЕ и фазные проводники. В таком случае полное сопротивление цепи при использовании «традиционного метода» (п. 6.2) в два раза превышает расчетное сопротивление одной из цепей в системе TN (см. главу F, п. 3.3). Сопротивление цепимОм, где:
р = сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2, мОм L = длина цепи, м
a = площадь поперечного сечения проводника, мм2
Сопротивление цепи FGHJ = 2 x 22,5 x 50/35 = 64,3 мОм и сопротивление цепи B, C, D, E, F, G, H, J равно 2 x 64,3 = 129 мОм.
Ток двойного замыкания равен 0,8 x 400 x 1000/129 = 2480 A.
Защита посредством плавких предохранителей
Ток Ia, при котором должен срабатывать плавкий предохранитель за указанное время, может быть определен по время-токовым характеристикам плавких предохранителей (см. рис. F15). Указанный ток должен быть значительно ниже тока КЗ, рассчитанного для рассматриваемой цепи.
Защита посредством УЗО
При низких величинах тока КЗ необходимо использовать УЗО. Защита от опасности косвенного прикосновения обеспечивается установкой одного УЗО на цепь.
2-й случай
Это случай, когда открытые проводящие части заземлены по отдельности (заземляющее устройство для каждой части) или по отдельным группам (одно заземляющее устройство для каждой группы). Если все открытые проводящие части не соединены с общим заземляющим устройством, то двойное замыкание на землю может возникать в разных группах или в отдельно заземленном устройстве. Кроме защиты, описанной для случая 1, требуется дополнительная защита - УЗО, установленное на выключателе, контролирующем каждую группу или каждую отдельно заземленную электроустановку.
Это требуется в силу того, что корпуса отдельных групп соединены через землю. Поэтому междуфазный ток КЗ ограничивается при прохождении через заземление за счет сопротивлений контакта электродов с землей, что делает ненадежной защиту максимального тока. Поэтому необходимо использовать более чувствительные УЗО. Однако, при этом ток срабатывания УЗО должен превышать ток, возникающий при первом замыкании (см. рис. F19).

Рис. F19: Зависимость между длиной кабелей и током первого замыкания
При двойном замыкании (КЗ), возникающем в группе, имеющей общее заземляющее устройство,
защита максимального тока работает, как описывается выше для случая 1.
Примечание 1: см. также главу G, п.7.2, защита нейтрали.
Примечание 2: в случае 3-фазных 4-проводных установок, для защиты от сверхтоков в
одножильном нейтральном проводнике иногда удобнее использовать кольцевой трансформатор тока
(см. рис. F20).

Рис. F20: Применение устройств УЗО, когда открытые проводящие части заземлены отдельно или по группам по схеме IT

Сверхнизкое напряжение используется там, где есть большие риски поражения электрическим током: плавательные бассейны, переносные лампы и другие переносные бытовые электроприборы для использования вне помещений.