Посібник

з приєднанням корпусів обладнання до пристроїв місцевого уземлення, а літерою N (neutre - нейтраль) - систему з прокладеним нейтральним проводом, що може використовуватися як спільний робочий та захисний (і позначається PEN), або окремо як робочий (позначається N) і як захисний (позначається PE). Систему із сумісним (спільний робочий та захисний) нейтральним проводом позначають третьою літерою С (від французького "confondu" - змішаний, суміщений), тобто TN-C, а систему з окремими робочим і захисним провідниками позначають літерою S (від французького "separe" - окремі), тобто TN-S.

Згідно цієї класифікації розрізняють наступні системи мереж низької напруги: ІT, TT, TN-S, TN-C та похідну від двох останніх TN-C-S. Розглянемо їх особливості.

Система ІТ є системою з ізольованою нейтраллю та приєднанням корпусів обладнання до місцевих пристроїв уземлення з опором RU. Можливі варіанти схем системи ІТ показані на рис.4.1. Система ІТ характеризується малим значенням струму замикання однієї з фаз на землю, що дорівнює потрійному значенню струму спливу фази у нормальному режимі і обмежується поперечними параметрами мережі (опором ізоляції мережі). Такий режим не є аварійним і споживачі не відчувають ніяких змін. Однак, якщо в схемі за рис. 4.1,а) в нормальному режимі напруга фаз відносно землі дорівнює 220 В, то в режимі замикання однієї з фаз на землю напруга двох неушкоджених фаз підвищується в 3 разів і дорівнює 380 В. Умови безпеки внаслідок цього в схемі значно погіршуються. Для випадку живлення мережі від обмоток трансформатора, з'єднаних у трикутник (рис. 4.1, в), напруга між фазами дорівнює 220 В. Отже, за умови замикання однієї з фаз на землю, напруга двох інших фаз відносно землі не буде перевищувати 220 В і умови безпеки не погіршуються.

а) чотирипровідна мережа з живленням від обмотки, з'єднаної у "зірку";

б) трипровідна мережа з живленням від обмотки, з'єднаної у "зірку"; в) трипровідна мережа з живленням від обмотки, з'єднаної у

"трикутник";

92

Перше пошкодження в мережах системи ІТ не відчувається пристроями струмових захистів (тих, що реагують на збільшення струму). За умовами експлуатації такі пошкодження повинні бути усунені за короткий час, оскільки поява другого пошкодження в іншій фазі (можливо й у іншому місці) є причиною появи аварійного режиму, який викликає спрацювання максимального струмового захисту і вимкнення ділянки мережі. Основними проблемами в мережах за системою ІТ є підтримання їх у початковому справному стані, тобто з ізольованими від землі фазами, швидке виявлення та усунення однофазних замикань. Друге пошкодження може бути віддалене від першого на велику відстань і аварійний струм може бути недостатнім для спрацювання струмових захистів. Такий стан може призвести до появи пожеж як наслідок нагрівання шляху проходження струму, до того ж у неочікуваному місці.

Система ТТ з уземленою нейтраллю та уземленими корпусами обладнання (рис.4.2.) характеризується більшим, ніж у системі ІТ, струмом однофазного замикання на землю, значення якого обмежується в основному опорами пристроїв уземлення підстанції і споживача та опором нульової послідовності силового трансформатора, що залежить від схеми з'єднань його обмоток.

Рис.4.2. Схема мережі за системою ТТ

Струми однофазного пошкодження в системі ТТ значно більші, ніж у системі ІТ, однак вони суттєво обмежені опорами заземлень RП та Ru, тому традиційні струмові захисти (запобіжники, автоматичні вимикачі з тепловими та електромагнітними розчіплювачами) можуть виявитися недостатньо чутливими для їх надійного вимкнення. Таким чином, перевага з обмеження струму однофазного КЗ перетворюється у недолік через неможливості їх швидкого вимкнення. Через цю особливість система ТТ в Україні не використовується.

Система TN може бути реалізована у вигляді одного з її різновидів:

TN-C, TN-S, TN-C-S.

Позначення TN-C відповідає такій системі, в якій нейтраль джерела приєднана до "землі" (контура заземлення підстанції), нейтральний провід приєднують до нейтралі джерела, а корпуси обладнання приєднують до нейтрального проводу - виконують захисний захід "занулення" (рис. 4.3). Цей провід одночасно використовують також як робочий для приєднання, наприклад, однофазних електроприймачів. Для підвищення рівня безпеки

93

виконують повторні заземлення нульового проводу вздовж магістральної лінії електропередачі, що зменшує опір заземлення.

Рис.4.3. Схема мережі за системою ТN-C

Таким чином, нейтральний провід PEN використовують і як робочий N, і як захисний PE, що відображено у позначенні типу системи літерою С.

У випадку однофазного замикання на корпус у системі TN-C струм обмежений, в основному, опором нульової послідовності, який залежить від схеми з'єднання обмоток трансформатора, а також від величини опору контактного переходу в точці замикання. Значення струму металевого КЗ може бути від (3-5)Іном Т. (для схеми з’єднання обмоток трансформатора

"зірка - зірка-нуль"), до 17 Іном Т (для схеми "трикутник - зірка-нуль") та до 27 Іном Т. (для схеми " зірка - зигзаг").

Значна частина мереж у системі TN-C живиться від обмоток трансформаторів зі з'єднанням обмоток за схемою "зірка - зірка-нуль". Струми однофазного замикання, додатково обмежені також перехідним опором в точці КЗ, можуть бути недостатніми для спрацювання пристроїв струмового захисту (запобіжників, автоматичних вимикачів).

Існування таких режимів може бути причиною появи на корпусах обладнання відносно високих потенціалів і певної небезпеки для персоналу. Крім того, можлива поява різниці потенціалів між корпусами обладнання в умовах протікання значного струму через нульовий провідник РEN.

В цій системі особливо небезпечні умови виникають у випадку обриву нульового проводу. На однофазних електроприймачах, приєднаних на фазну напругу, може з’явитися напруга або більша від робочої 220 В, або значно менша. Такий режим є небезпечний як для обладнання, так і для людей, оскільки на занулених корпусах може з’явитися небезпечна напруга.

Використання пристроїв захисного вимкнення (ПЗВ) безпосередньо в мережах за системою TN-C є неможливим, оскільки у режимі несиметричного навантаження частина струму нульового проводу може замикатися через повторні уземлення та “землю”. Якщо є потреба використати ПЗВ, то треба перейти до іншої системи (TN-S, TT).

Система TN-S відрізняється від системи TN-C тим, що до заземленої нейтралі джерела живлення приєднані не один, а два нейтральних

94

провідники: один - робочий, позначений літерою N, а другий - захисний, позначений РЕ. Загальна кількість провідників у цій системі становить 5: три фазних, і два нейтральних (рис.4.4.).

L3

N

PE

Рис.4.4. Схема мережі за системою ТN-S

Наявність двох нейтральних провідників - робочого N, в якому протікають робочі струми, і захисного PE з повторними уземленнями, до якого приєднані корпуси обладнання, дозволяє суттєво підвищити рівень безпеки порівняно з системою TN-C. Крім того, в мережах з системою TN- S широко застосовують пристрої захисного вимкнення, чим досягається не лише значне підвищення рівня безпеки для людей, а також можливість попередити виникнення пожежі внаслідок дії струмів однофазних замикань на землю у місцях пошкодження ізоляції, до яких максимальні струмові захисти є нечутливими.

Недоліком системи TN-S є збільшення витрат на мережу (необхідно прокладати додатковий провідник), а також на комутаційні апарати, у яких рекомендується застосовувати додатковий полюс у нульовому робочому проводі. Цей захід попереджує можливість появи напруги в нейтралі (незалежно від причини) на вимкненому обладнанні, що важливо для безпечного виконання на ньому налагоджувальних, ремонтних чи інших робіт.

Уразі необхідності можна перейти від системи TN-C до системи TN-S.

Мережа, в якій виконаний такий перехід, відноситься до системи TN-

C-S. Для здійснення переходу у відповідній точці мережі за системою TN-C (як правило, в розподільчому щитку) необхідно зробити повторне уземлення провідника PEN і після цього вивести окремо робочий N та захисний РЕ провідники (рис 4.5.). Провід N бажано відразу провести через спеціальний полюс чотириполюсного комутаційного апарату, що виробляє промисловість спеціально для мереж системи TN-S.

В системі TN-C-S можна поєднати переваги складових систем: у головній її частині від підстанції до ввідних пристроїв для живлення пунктів розподілу використовують систему TN-C, для виконання якої необхідні менші капіталовкладення, а на рівні розподільних шаф та щитків

95

від розподільних пристроїв до приймачів застосовують систему ТN-S, яка надає можливість застосовувати ПЗВ для електроприймачів та споживачів.

РЕ

Рис.4.5. Схема мережі за системою TN-C-S та перехід від системи

TN-C до системи TN-S.

4.2. Комутаційні та захисні апарати НН

Апарати в мережах НН виконують наступні функції:

-оперативних комутацій;

-забезпечення гарантованого розриву;

-захисту від надструмів перевантажень;

-захисту від надструмів коротких замикань;

-захисту людей від уражень електричним струмом;

-захисту від невеликих струмів витоку та запобігання пожежам;

-захисту від атмосферних та комутаційних перенапруг.

Деякі апарати спроможні виконувати лише одну функцію, а інші розраховані на виконання декількох. Умовні позначення апаратів НН показано на рис. 4.6.

Рис.4.6. Умовні позначення апаратів НН: а) вимикач навантаження; б) перемикач; в) запобіжник; г) вимикач навантаження із запобіжником; д) автоматичний вимикач; е) автоматичний вимикач з функцією гарантованого розриву; ж) диференційний вимикач; з) автоматичний вимикач з диференційним реле; і, к, л) обмежувачі перенапруг (вілітові та газові розрядники); м) магнітні пускачі та контактори (головні контакти)

4.2.1. Вимикачі навантаження

Для виконання функцій оперативних комутацій та гарантованого розриву використовують апарати, які називають вимикачами навантаження. Поняття гарантованого розриву введено недавно на заміну

96

поняття видимого розриву, створення якого в просторово обмежених умовах розподільчих споруд НН ускладнене та є небезпечним, й тому від застосування відповідних апаратів (рубильників) відмовились, як від джерел цієї небезпеки. Функція гарантованого розриву нормалізована МЕК і для її забезпечення необхідне дотримання таких умов: розходження контактів у вимкненому стані на відстань, яка витримує стандартний імпульс напруги 8 кВ, сигналізація стану “вимкнено” та її появи тільки у випадку розходження робочих контактів усіх полюсів; малі струми витоку.

Вимикачі навантаження випускають на номінальні струми від 0,5 А до 6300 А різноманітних конструкцій. Вони повинні бути спроможними вимикати робочі струми, витримувати наскрізні струми короткого замикання, на які вони вибрані. Як вимикачі навантаження використовують також автоматичні вимикачі без блоку розчіплювача, – таке їх використання передбачають виробники. На схемах вимикачі навантаження позначають як показано на рис.4. 6,а .

В схемах електропостачання їх використовують в кінці ліній з одностороннім живленням, які на початку захищені автоматичним вимикачем, а також на початку ліній в комплекті із запобіжником.

Різновидом вимикачів навантаження можна вважати перемикачі (рис.4.6,б), які застосовують, наприклад, у схемах ручного вводу резерву.

4.2.2. Силові запобіжники

Силові запобіжники застосовують для захисту ліній та силового обладнання (двигунів, трансформаторів, перетворювальних та освітлювальних установок тощо). Їх перевагами вважають простоту конструкції, невелику вартість відносно інших апаратів захисту та суттєвий ефект струмообмеження. До недоліків запобіжників можна віднести: одноразовість дії; нестабільність захисних характеристик; можливість створення ними неповнофазних режимів у разі перегорання запобіжника лише одної фази; старіння плавких вставок; принципова можливість встановлення замість перегорілої вставки різних сурогатів, внаслідок чого порушуються умови захисту й можливе виникнення пожежі чи суттєвого перегріву елементу, що повинен бути захищеним, та виходу його з ладу; запобіжники не захищають електричні двигуни від перевантажень (для цього необхідно використовувати теплове реле).

Позначення запобіжників в схемах показано на рис.4.6,в.

Згідно зі стандартом МЕК 269 силові запобіжники серії NH застосовують залежно від призначення кола, що захищається. Вони випускаються наступних типів: gL (400 В, 500 В, 690 В) – загального призначення; gTr (400 В) – для захисту трансформаторів; gM (500 В) – для захисту двигунів (моторів); aR, gR (500 В, 800 В) – для захисту напівпровідникових пристроїв.

За конструкцією вони виконуються: стандартного дизайну (N); з центральним індикатором (ММ); з центральним індикатором та ізольованою тягою (МІ); з ізольованою тягою (І).

97

За типорозмірами розрізняють:

розмір 00 (2, 4, 6, 10, 20, 25, 32, 35, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160 А); розмір 0 ( 6, 10, 16, 20, 25, 32, 35, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160 А); розмір 1 (40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 160, 200, 224, 250 А);

розмір 2 (40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 160, 200, 224, 250, 300, 315, 355, 400 А);

розмір 3 (300, 315, 355, 400, 425, 500, 630 А); розмір 4а (400, 500, 630, 710, 800, 900, 1000, 1250, 1600 А).

Промисловість випускає комутаційні апарати, в яких вимикачі навантаження зблоковані із запобіжниками, розташованими горизонтально (так звані мультиблоки), які за розмірами відповідають типорозмірам запобіжників з номінальним струмом до 630 А включно. Широкого застосування набувають також трифазні вимикачі навантаження з вертикальним розташуванням запобіжників (мультиверт). Ширина вимикача для струмів до 160 А становить 50 мм, а для струмів до 630 А – 100 мм. Вони монтуються безпосередньо на збірні шини і утворюють дуже компактні розподільні споруди – щити. Ці апарати допускають струм КЗ до 50 кА. Відстань між шинами, розташованими горизонтально, може бути

100 мм або 185 мм (рис. 4.7.).

Рис. 4.7. Запобіжники та роз’єднувачі – вимикачі навантаження із запобіжниками систем мультиблок та мультиверт

Запобіжники характеризуються номінальною напругою, номінальним струмом, номінальним струмом вимикання та захисною характеристикою.

Вибір запобіжників та плавких вставок здійснюють за наступними параметрами:

-за номінальною напругою запобіжника (Uном.зп);

-за номінальним струмом запобіжника (Іном.зп);

-за номінальним струмом плавкої вставки (Іном.пв);

-за захисною характеристикою;

-за номінальним струмом вимикання (Іном.вим).

98

4.2.3. Автоматичні вимикачі

Автоматичний вимикач – це комутаційний апарат, призначений для оперативних перемикань, захисту від перевантаження, захисту від коротких замикань, захисту персоналу від прямого дотику, іноді й захисту мінімальної напруги (розмикання силових контактів у разі зниження напруги у мережі нижче допустимого значення) та виконання функції гарантованого розриву чи навіть видимого розриву у висувному виконанні. Автоматичним вимикачам також притаманний ефект струмообмеженення під час КЗ (розмикання силових контактів до моменту досягнення струмом КЗ найбільшого значення протягом першого на півперіоду після виникнення замикання).

Автоматичні вимикачі (далі – вимикачі) відрізняються від вимикачів навантаження наявністю дугогасної камери та пристроєм автоматичного вимкнення, який ще називають максимальним розчіплювачем струму або просто розчіплювачем. Розчіплювачі бувають електромагнітними, комбінованими (з тепловим та електромагнітним елементами) та електронними. Для вимикачів виготовляють цілу низку допоміжних пристроїв: незалежні розчіплювачі максимальної та мінімальної напруги, додаткові контакти для сигналізації стану та спрацювання захисту, моторні приводи, касети та цоколі для висувного виконання тощо.

На схемах автоматичні вимикачі позначають, як показано на рис.4.6,д,е.

Виготовлення автоматичних вимикачів регламентовано нормами МЕК 947.2, що дало значний поштовх в напрямку стандартизації параметрів, габаритів, характеристик тощо, й привело до значного підвищення якості та надійності. Великим досягненням в цій сфері можна вважати створення норм для виготовлення найпоширенішого класу автоматичних вимикачів та іншого обладнання модульного типу з встановленням на рейці DІN. Вимикачі модульного типу охоплюють діапазон струмів від 0,5 А до 63 А шириною корпусу 18мм (два модулі по 9 мм) на один полюс та від 80 А до 125 А шириною 27мм. Решта розмірів та конфігурація корпусів однакова. Ці вимикачі можна віднести до класу малої потужності. До вимикачів середньої потужності відносять вимикачі на струми від 80 А до 630 А, а до потужних – на струми від 800 А до 6300 А.

99

Рис.4.8. Модульні автоматичні вимикачі, аксесуари та захисні характеристики: а) мотор-редуктор, б) блок-контакти положення вимикача або спрацювання захисту, в) незалежний розчіплювач максимальної або мінімальної напруги, г) 1-полюсний вимикач, д) розріз вимикача,

е) захисні характеристики модульних автоматичних вимикачів

Модульні вимикачі (рис. 4.8) відповідають нормам МЕК 898, МЕК

947.2, ГОСТ Р50345-99, ГОСТ 50030.2-99, ДСТУ 3025-95; їх виробляють на один, два, три та чотири полюса. Захисний блок представляє собою тепловий елемент (біметалеву пластину) та електромагнітний елемент, які у випадку перевищення відповідного значення струму діють на механізм розчеплення для розмикання силових контактів. Захисна характеристика складається з двох частин: обернено залежної (чим більший струм, тим менший час дії на вимкнення) - теплового елемента та струмової відсічки – електромагнітного елемента. Залежно від кратності номінального струму відсічки встановлені відповідні типи захисних характеристик (рис.4.8,е).

Вибір модульних вимикачів, які застосовуються для струмів значенням до 125 А, здійснюється за: максимальним робочим струмом (Іроб.макс Ін); розрахунковим струмом КЗ (Ікз Ідоп.кз); захисною

100