лекция. Пята я типовые схемы сетей электроснабжения и размещение в них защитных устройств

• Название: Пята я типовые схемы сетей электроснабжения и размещение в них защитных устройств
• Анкор: лекция.docx
• Дата: 17.01.2018
• Размер: 7.85 Mb.
• Имя файла: лекция.docx
• Тип: Глава; #14355
• страница: 1 из 18

Г л а в а п я т а я
ТИПОВЫЕ СХЕМЫ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И РАЗМЕЩЕНИЕ В НИХ ЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ
5.1. СХЕМЫ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НИХ
Типовые схемы сетей электроснабжения. Схемы сетей электроснабжения различаются заземлением источника питания и электрического устройства. Обычно применяют следующие типовые схемы: .

Буквы означают следующее:

1-я буква — режим нейтрали источника тока:

- непосредственное заземление нейтрали;

- изолированная нейтраль;

2-я буква — состояние доступных проводящих частей относительно земли:

- корпус электрического устройства непосредственно заземлен;

- корпус электрического устройства соединен с глухозаземленной нейтралью источника тока;

3-я буква — отношение между проводом нейтрали рабочего заземления и проводом защитного заземления (только для - сети);

-провод и -провод прокладывается как -провод(провод рабочего заземления, совмещенный с защитным проводом) от источника тока до электрического устройства;

-провод и -проводпрокладываются раздельно от источника тока до корпуса электрического устройства.

При системе провода и сначала прокладывают как единый -провод от источника тока до электрического устройства и затем делят и прокладывают отдельно. После разделения прокладка обоих проводов вместе не разрешается. На рис. 5.1—5.4 представлены различные схемы сети электроснабжения.

В зависимости от схемы сети по-разному решаются проблемы электромагнитной совместимости. В табл. 5.1 приведены различные схемы сетей с учетом электромагнитной совместимости.

Схему сети необходимо принимать во внимание при выборе и установке ограничителей перенапряжении и разрядников, уравнивающих потенциалы. В трехфазной сети в зависимости от схемы необходимы

Рис. 5.1. -сеть: функции нейтрального () и защитного () проводников выполняет один -провод


Рис. 5.2. -сеть: нейтральный () и защитный () провода разделены в общей сети

Рис. 5.3. -сеть: одна точка заземлена непосредственно (рабочее заземление), корпус электрического устройства соединен с заземлителем отдельно от рабочего заземления


Рис. 5.3. -сеть: непосредственная связь между активными проводами отсутствует, корпус электрического устройства заземлен
три или четыре провода для ограничения продольных напряжений в главной части и в следующей части распределительной сети. В двухпроводной системе при питании переменным током два активных провода позволяют двумя или одним разрядником защитить сеть от продольных перенапряжений. Из-за принципиально одинакового
Таблица 5.1. Различные схемы сетей электроснабжения с учетом электромагнитной совместимости

№ п/п	Схема распределительной сети, питающей здание	Схема сети в здании	Рекомендации по обеспечению ЭМС
1			Наиболее благоприятная сеть для обеспечения ЭМС
2			Рекомендуется сохранить в здании -сеть. Рекомендуется сохранить -сеть между этажами и на этажах
3			Не рекомендуется сохранять в здании -сеть из-за большой несимметрии токов
4			Не рекомендуется -сеть из-за большой несимметрии токов
5			Рекомендуется сохранить -сеть в подвале
6			Рекомендуется учитывать ЭМС информационно-технических устройств в пределах одного здания, не рекомендуется учитывать ЭМС в соединениях между зданиями с информационно-техническими устройствами. Требуется разгрузочный провод
7		Разделительный трансформатор для создания -сети	Благоприятное решение для ЭМС
8			В России схема обычно не применяется. В настоящее время используется в Норвегии. Справедливы замечания, относящиеся к п.7.
9		Разделительный трансформатор для создания -сети	Благоприятное решение для ЭМС

подхода к защите двухпроводных линий далее рассматриваются защитные схемы только для трехфазной сети.

Сети электроснабжения разделяют на характерные участки с разными электромагнитными условиями (рис. 5.5):

участок до выводов ВН трансформатора, например, от ВЛ. На этом участке возможны прямые удары молнии. Этот участок принято обозначать зоной 0;

участок от выводов НН трансформатора до вводного устройства (панели), называемый главной распределительный сетью. На этом участке реализуются электромагнитные условия, соответствующие зоне 1;


Рис. 5.5. Испытательные импульсные напряжения (1,2/50 мкс) оборудования, расположенного в защитных зонах 1-4 сети электроснабжения
участки от вводного устройства до распределительных панелей. Эти участки принято называть местной распределительной сетью. Местная распределительная сеть имеет электромагнитные условия, характерные для зоны 2;

участки от распределительных панелей до щитков электропитания, устанавливаемых в помещениях здания (зона 3);

участки от щитков электропитания до конечных при боров (зона 4).

На границах зон устанавливаются защитные устройства. Защитные устройства со сложными схемами могут иметь различные входные и выходные характеристики. Таким образом, электромагнитные условия на границе зон могут различаться. Иногда на границах зон специально выделяют ступени защиты. Ступень защиты, устанавливаемую на границе зон 0/1, обозначают ступенью IV, на границе зон 1/2, - ступенью III, на границе зон 2/3, - ступенью II, на границе зон 3/4, - ступенью I.

Таким образом, сеть электроснабжения может содержать четыре ступени ограничения перенапряжений. Все оборудование, расположенное в зонах между ступенями защиты, может подвергаться различным электромагнитным воздействиям.

Остановимся на воздействиях импульсных грозовых напряжений. Электрическая прочность изоляции и нормальное функционирование оборудования, установленного в зонах, должны быть обеспечены при уровнях воздействий, меньших, чем испытательные напряжения.

На рис. 5.5. приведены зависимости испытательных напряжений от зоны и от номинального напряжения оборудования, установленные МЭК, применительно к сетям электроснабжения разных классов напряжения в диапазоне от 50 В до 1 кВ (классы напряжений указаны в столбце «Зона 1»). Для сети 220 В (максимальное напряжение составляет примерно 300 В), кривая на рис. 5.5 выделена жирной линией. Испытательное напряжение для оборудования, установленного в зоне 1, составляет 6 кВ, в зоне 2 – 4 кВ, в зоне 3 – 2,5 кВ и в зоне 4 – 1,5 кВ.

Схема защиты от перенапряжений в -сети. При -схеме в главной и местной частях трехфазной сети для продольной защиты от перенапряжений требуются три разрядника. Эти разрядники устанавливаются между фазными проводами и заземленной системой уравнивания потенциалов. При таком включении разрядников требуется также прямое соединение -провода и системы уравнивания потенциалов.

Разрядники на напряжение 230/400 В, применяемые для защиты приборов от поперечных и продольных перенапряжений, по своим характеристикам такие же, как разрядники, применяемые в -сети. Провод присоединяется к зажиму .

На рис. 5.6 представлено включение разрядников а -сети.

Схема защиты от перенапряжений в -сети. В -сети провода и прокладываются отдельно, поэтому возможно появление высокой разности потенциалов между этими проводами.

Следовательно, включать разрядники необходимо как между -проводами и -проводом, так и между и -проводами, при этом -провод следует рассматривать как активный провод. При питании переменным током в -сети в качестве продольной защиты от перенапряжений как в главной, так и местной распределительных сетях необходимы четыре разрядника.

В -сети выполняют однократный контакт между -проводом и системой уравнивания потенциалов здания непосредственно в месте установки разрядника главной распределительной сети, т.е. в точке питания здания. В этом случае требуется только три разрядника.

Рис. 5.6. Установка разрядников в - сети


Рис. 5.7. Установка разрядников в - сети
Защита прибора от поперечных напряжений и, с несколько меньшими возможностями, от продольных перенапряжений показан на рис. 5.23.

Схема установки разрядников в -сети приведена на рис. 5.7.

Схема защиты от перенапряжений в -сети. В -сети в распоряжении потребителя находятся четыре провода: и без дополнительного -провода. В такой сети обычно устанавливают устройство защиты от тока утечки на землю

Рис. 5.8. _{-сеть с защитным устройством УЗО}
(УЗО) для предотвращения опасных напряжений прикосновения (рис. 5.8). Для предотвращения повреждения или залипания контактов выключателя УЗО, а также для защиты от срабатывания при перегрузке на вводе питающих проводов в здания необходимо устанавливать плавкие вставки (предохранители).

В сетях электроснабжения низкого напряжения в качестве ограничителя перенапряжений используют нелинейные металлооксидные варисторы в виде таблеток. От ОПН высокого напряжения варисторы отличаются простотой выполнения, малыми размерами, дешевизной, удобствами монтажа.

Вследствие старения варисторов и увеличения ожидаемых токов утечки с активных проводов на землю для предотвращения опасных напряжений прикосновения достаточно искрового разрядника. В схеме сети с варистором потребовалось бы применение разделительного выключателя. Известно, что такие выключатели в состоянии пропускать токи 8/20 мкс, но не импульсы тока молнии.

Очень высокие напряжения прикосновения появились бы и при возникновении искрового разряда между проводом и при коротком замыкании. Энергия, которая разрушает разрядник, работающий по принципу искрового разряда, много больше той, которая может повредить изоляцию кабеля. В настоящее время разрабатываются защитные схемы с повышенной надежностью зашиты от опасных напряжений прикосновения.

Обсуждается предложение включить разрядник не между входящими в здание проводами и системой уравнивания потенциалов здания, а между тремя проводами и нейтральным проводом (см. рис. 5.8). В этом случае между -проводом и системой уравнивания потенциалов устанавливается мощный искровой разрядник, способный пропустить суммарный импульсный ток.

В местной сети между -проводами и нейтральным проводом должны быть включены варисторы; между проводом и системой уравнивания потенциалов требуется включение искрового разрядника.

Вследствие незначительной электрической прочности подключенных приборов и устройств это разрядник должен иметь напряжение пробоя меньше, чем грозовой разрядник, установленный в сети питания. В сети 230 В оно должно быть равно 1,5-2 кВ. В этом случае УЗО функционально защищает установку от опасных напряжений прикосновения.

Схема защиты от перенапряжений в -сети. Защита от опасных напряжений прикосновения может быть использована и в -сети. В этом случае потребитель имеет в распоряжении тир провода: . Сам источник питания не связан непосредственно с потенциалом земли, т.е. изолирован. С помощью устройства контроля изоляции потребитель может непрерывно контролировать изоляцию трех активных проводов и устройства в целом относительно земли.

Токовые разрядники и ОПН могут устанавливаться как в главной распределительной сети, например, питающей здание, так и в местных распределительных сетях. Они включаются между активными проводами и и заземленной системой уравнивания потенциалов здания. Для защиты от перенапряжений в -сети устанавливается также дополнительная защита входных цепей приборов. Схема этой защиты приведена на рис. 5.9, разрядники подключаются к активным проводам и к -проводу.

При выборе разрядника необходимо учитывать возможные в будущем присоединения к заземлению в системе. Чтобы предотвратить термические перегрузки при таких присоединениях варисторов, разрядники необходимо рассчитывать на статические разрядные напряжения, возникающие при однофазных замыканиях на землю. Так, в трехфазной -сети 380 В нужно использовать разрядник с номинальным напряжением 500 В.

Различные производители в своих каталогах предлагают ограничители перенапряжений специально для -сетей.

Устройство защитного отключения при соответствующей установке разрядника, ограничивающего перенапряжения, должно быть отрегулировано на такое значение тока утечки, чтобы не реагировать на физически обусловленные токи утечки варистора.


Рис. 5.9. Установка разрядников в -сети
Совместная работа с УЗО. Чтобы предотвратить возникновение опасного напряжения прикосновения, в сетях различной конфигурации устанавливается разный ток утечки, на который реагирует УЗО. В местной распределительной сети необходима настройка УЗО по току утечки разрядников, ограничивающих перенапряжения. Благодаря тому, что импульсный ток перед УЗО стекает на землю через систему уравнивания потенциалов, УЗО защищено от воздействия импульсного тока. Дефекты, такие как сваривание контактов, в УЗО не возникают. Кроме того, чувствительное УЗО не подвергается воздействию импульсного тока и не срабатывает, т.е. не отключает питание. Этим достигается высокая работоспособность устройства.

Установка УЗО перед варистором в местной распределительной сети целесообразна потому, что УЗО контролирует токи утечки, протекающие через варистор и систему уравнивания потенциалов. Обычно в цепи варистора устанавливается предохранитель. Вследствие токов утечки варистор может нагреваться. Если варистор слишком нагрет, то он отделяется от сети с помощью специального теплового расцепителя. Дополнительный контроль с помощью УЗО не требуется. Однако ни в коем случае контроль токов утечки в варисторе не следует возлагать только на УЗО.

Современные УЗО устойчивы к току. Существуют УЗО, которые не срабатывают при токе во многие сотни ампер, и даже несколько килоампер (8/20 мкс). В схемах с ОПН должны использоваться УЗО, стойкие к воздействиям токов.

На рис. 5.10 представлена схема электропитания, с варисторами и УЗО. Три провода и , нейтральный провод и четыре варистора объединяются в мостовую схему, с одной стороны связанную с землей. К заземленной точке подходит провод уравнивания потенциалов. Четырехзвенный мост образует источник питания варисторов и четырехполюсного УЗО, которое включено после варисторов.

Заземление разрядников и защищаемого устройства. Изготовители разрядников дают технические параметры варисторов для распределительных сетей, а также значения остающихся напряжений на варисторах при установленных токовых воздействиях. Было бы желательно, чтобы эти токи совпадали с номинальным током варистора.

В действительности ожидаемое остающееся напряжение зависит не только от типа варистора, но и от места его установки в электрической сети, а также от выполнения заземления защищаемого объема (защищаемого устройства) и варистора. Токовый разрядник и варистор включаются обычно в распределительной сети электроснабжения между активным проводом или нейтральным проводом и заземленной системой уравнивания потенциалов.

Провод по которому протекают токи переходных процессов, подсоединен к проводу, идущему к варистору (рис. 5.11). Второй провод идет от разрядника к шине уравнивания потенциалов . Эти провода имеют индуктивные сопротивления и . При протекании тока при переходном процессе в цепи создается дополнительное напряжение


Рис. 5.10. Мостовая схема с четырьмя варисторами и УЗО
.
В цепи со вторым проводом возникает напряжение
.
При сложении этих напряжений определяется указываемое изготовителем остающееся напряжение

.
Для варистора с номинальным током (8/20 мкс), равным 15 кА, вместе с двумя соединительными проводами из меди длиной по 1 м общее напряжение составило бы 5,5 кВ при кВ.

При таком рассмотрении вклад активного сопротивления проводов в остающееся напряжение пренебрежимо мал.

Расчет возникающего при установке разрядника остающегося напряжения еще раз подчеркивает высказанную раннее

Рис. 5.11. Возникновение дополнительного напряжения
мысль, что токовый разрядник, вследствие большой амплитуды тока молнии имеет недостаток — большое остающееся напряжений. Поэтому защита от перенапряжений при больших амплитудах отводимого через разрядник тока и малых временах фронта всегда должна быть, по крайней мере, двухступенчатой.

Снижение дополнительного напряжения можно достигнуть расщеплением провода, идущего к разряднику (рис. 5.12). При таком выполнении подключения при пренебрежении активными сопротивлениями проводов в остающееся напряжение вносит вклад индуктивность и возникает дополнительное напряжение .