Выбор схем защиты электроустановок и электрических сетей напряжением 0,4 кВ жилых и общественных зданий

метки: Электроустановка, Электрооборудование, Назначение, Защита, Отключение, Предохранитель, Защитный, Питание

В электроустановках и электрических сетях жилых и общественных зданий напряжением 0,4 кВ возможны ненормальные режимы, связанные с увеличением тока (сверхтоком), к которому приводят перегрузки, короткое замыкание (КЗ), самозапуск электродвигателей. Такие ненормальные режимы могут привести к повреждению электрических сетей и электрооборудования, а также созданию ситуаций, опасных для персонала.

Короткое замыкание относится к аварийным режимам и бывает одно-, двух- и трёхфазным. Самым тяжёлым является трёхфазное КЗ, но оно возникает значительно реже, чем однофазное или двухфазное КЗ. Причинами КЗ являются: пробой изоляции; перекрытие изоляции; неправильная сборка схемы; ошибки обслуживающего персонала.

Токи КЗ, которые во много раз превышают номинальные токи присоединённых электроприёмников и допустимые токи проводников, оказывают термическое и динамическое действие на токоведущие части, вызывая выход их из строя. Поэтому КЗ надо локализовать и быстро отключить повреждённый участок сети.

1. Актуальность темы

Электрические сети жилых и общественных зданий должны иметь защиту от перегрузок и защиту от токов короткого замыкания, которая обеспечивает наименьшее время отключения и выполнение требований избирательности (селективности) действия.

Основными аппаратами защиты электросетей и электроустановок жилых и общественных зданий являются автоматические воздушные выключатели. С целью удешевления электроустановок вместо автоматических выключателей применяют предохранители с плавкими вставками. Номинальные токи плавких вставок предохранителей и токи срабатывания расцепителей автоматических выключателей должны быть минимально возможными, но не приводящими к отключению цепи при пуске электродвигателей и кратковременных перегрузках.

Допускается при необходимости использование реле косвенного действия с целью обеспечения требований чувствительности, быстродействия или селективности. Если используется защита с помощью реле косвенного действия, то в зависимости от режима работы и условий эксплуатации электроустановки релейную защиту выполняют с действием на сигнал или на отключение [ 1 ].

Аппараты защиты выбирают и размещают таким образом, чтобы их срабатывание происходило с выдержкой времени, увеличивающейся по мере их удаления в сторону источника питания. Этим обеспечивается избирательность действия защиты, которая не всегда может быть достигнута в сетях до 1 кВ при применении автоматических выключателей и предохранителей. Это объясняется разбросом характеристик аппаратов зашиты, особенно предохранителей.

Пожарная безопасность в жилых зданиях

... тот факт, что в жилых зданиях любое ложное включение системы противопожарной автоматики приводит к отключению автоматического режима и переводу его ... действия при пожаре 2. Выяснить причины возникновения пожаров 1. Пожарная безопасность 1.1 Противопожарная безопасность жилых зданий, защита жилых зданий от пожара, огнезащитные материалы и технологии для противопожарной защиты жилья В последние годы в ...

2. Предохранители

Наиболее распространенными предохранителями, применяемыми для защиты установок напряжением до 1000 В, являются:

1. ПР – предохранитель разборный;
2. НПН – предохранитель насыпной неразборный;
3. ПНР – предохранитель насыпной разборный.

Предохранители применяют в основном для защиты электроустановок от токов короткого замыкания. Предохранитель, например, серии ПР (рис. 1, а) представляет собой аппарат, содержащий плавкую вставку, калиброванную на определенны ток и выполненную из легкоплавких материалов. Плавкие вставки предохранителей выдерживают ток на 30… 50% выше номинального в течение 1 ч и более. При токе, превышающем номинальный ток плавких вставок на 60… 100%, они плавятся за время меньше 1 ч. Для уменьшения времени перегорания плавкой вставки ее выполняют плоской с несколькими сужениями или в виде параллельно соединенных проволок с напаянными на них оловянными шариками.

К недостаткам плавких предохранителей относятся следующие[ 2 ]: предохранители срабатывают при токе, значительно превышающем номинальный ток плавкой вставки, и поэтому избирательность отключения не обеспечивает безопасность отдельных участков сети; отключение сети плавкими предохранителями связано обычно с перенапряжением; возможно однофазное отключение и последующая ненормальная работа установок; одноразовость срабатывания предохранителя и, как следствие, значительное время на замену предохранителя [3 ].

3. Автоматический выключатель

По сравнению с предохранителями, автоматические выключатели, или автоматы, устройство которого показано на рис. 2, являются более совершенными аппаратами защиты.

Управление автоматами может быть ручным и дистанционным. Автоматы выпускают в одно-, двух- и трехполюсном исполнении для сетей переменного и постоянного тока, выдвижными (с втычными контактами, расположенными с обратной стороны панели автомата) и невыдвижными (с передним присоединением).

Расцепители автоматов бывают тепловыми (Т), электромагнитными (М), комбинированными (МТ), минимального напряжения, независимого питания.

Основные преимущества автоматических выключателей [ 4 ]:

• отключают все три фазы при токах КЗ или перегрузках, тем самым исключается работа электроустановок в неполнофазных режимах;
• готовы к работе вскоре после срабатывания;
• имеют более точные времятоковые характеристики;
• совмещают функции защиты и коммутации.

Основной характеристикой защиты для жилых и общественных зданий является быстрота действия.

Проводники внутри зданий, выполненные открыто с горючей наружной оболочкой или изоляцией, защищают от перегрузки [ 5 ]. Кроме того, внутри зданий от перегрузки также защищают:

• осветительные сети жилых и общественных зданий, торговых помещений, включая сети для бытовых и переносных электроприемников (стиральных машин, утюгов, комнатных холодильников, чайников и т.п.);
• силовые сети жилых и общественных зданий, торговых помещений только в случаях, когда по режиму работы сети может возникать длительная перегрузка проводников.

В силовых сетях жилых и общественных зданий обычно таких режимов не существует, поэтому они защищаются только от КЗ. Исключение составляют электрические сети к лифтам, противопожарным устройствам и т.п., относящиеся к I категории надежности питания, при установке устройств АВР (например, на ВРУ).

Автоматическая пожарная защита многофункциональных зданий повышенной этажности

... избежать многочисленных жертв даже при интенсивном пожаре. Технические средства противопожарной защиты зданий повышенной этажности считаются эффективными, если с их помощью удастся выдержать ... наличие индивидуальных систем защиты могут поспособствовать достижению этой цели. 2. Характеристика многофункциональных зданий повышенной этажности Высотные многофункциональные жилые комплексы разделяются на ...

Такие сети защищают и от перегрузки.

Руководствуясь указаниями ПУЭ [ 5 ], аппараты защиты должны устанавливаться:

• в доступных для обслуживания местах, таким образом, чтобы исключить возможность их механических повреждений и опасность для обслуживающего персонала;
• в местах сети, где сечение проводника уменьшается (по направлению к месту потребления электроэнергии) или где это необходимо для обеспечения чувствительности и избирательности защиты;
• на всех нормально незаземленных фазах, при защите сети автоматическими выключателями и предохранителями. Установка аппаратов в нулевых проводах исключается;
• на квартирных групповых щитках только в фазных проводах. Перед счетчиком устанавливают двухполюсный выключатель, отключающий фазный и рабочий нулевой провод ввода в квартиру.

Выбор аппаратов защиты производится по их защитным характеристикам. При выполнении распределительной подстанции (распределительного пункта, силового пункта, распределительного щита, шкафа и т.д.) на напряжение до 1 кВ используют стандартные панели, на которых устанавливают комплекты с автоматическими выключателями, иногда с контакторами. Схема распределительного щита с рубильниками и предохранителями РПс-2 и трансформаторами тока ТК-20 приведена в трёхфазном исполнении на рис. 3.

При составлении схемы распределительной подстанции (РП) нагрузки и отходящие линии подбирают таким образом, чтобы РП не получилась громоздкой и дорогостоящей, но в то же время была устойчива к токам КЗ. При линиях небольших сечений нагрузки группируют по мелким магистралям. В случае применения рубильников с предохранителями пропускную способность отходящих линий для силовой нагрузки рекомендуется принимать равной 250 и 400 А. Сечения проводов и кабелей выше 150 мм ² применять не рекомендуется.

В схемах РП для силовых и осветительных сетей должно быть обеспечено отключение всего РП без нарушения работы остальных РП, питающихся от одной магистрали. Для силовых РП это достигается применением общих рубильников на вводе, причем при питании группы РП цепочкой каждый РП может быть отключен без нарушения работы самой цепочки.

Для потребителей, требующих более надежного электроснабжения, применяют РП с двумя рубильниками или контакторами на вводе для подключения к независимым источникам питания. Ответвления от РП защищают предохранителями или автоматическими выключателями [ 6 ].

В ПУЭ требования к выполнению групповых сетей сформулированы следующим образом. Питание электроприемников должно выполняться от сети 380/220 В с системой заземления TN-S или TN-C-S (см. рисунок 4 и 5).

Во всех зданиях линии групповой сети, прокладываемые от групповых, этажных и квартирных щитков до светильников общего освещения, штепсельных розеток и стационарных электроприемников, должны выполняться трехпроводными (с фазным – L, нулевым рабочим – N, нулевым защитным – РЕ проводниками).

Защита телефонных сетей от злоумышленников. Борьба с телефонным пиратством

... задач. В основе этих продуктов лежат различные механизмы обеспечения защиты данных при удаленном доступе через телефонную сеть. Несмотря на такое разнообразие, используемые в этих механизмах ... пример системы удаленного доступа по телефонным линиям с защитой. Пользователи получили аппаратные ключи для входа в систему, сеть оборудована устройством управления доступом, включенным перед устройством ...

Не допускается объединение нулевых рабочих и нулевых защитных проводников различных групповых линий. Нулевой рабочий N и нулевой защитный РЕ проводники не допускаются подключать под общий контактный зажим.

Ранее то всем мире применялась система зануления, основанная на соединении нетоковедущих частей (корпусов) оборудования с землей и заземленной нейтралью источника. В настоящее время зануление действует в ограниченном количестве электроустановок, однако его рассматривают как составную часть комплекса мероприятий под названием защита с помощью автоматического отключения источника питания .

В системе TN-C-S в вводно-распределительном устройстве электроустановки, совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводник PEN разделен на нулевой защитный РЕ и нулевой рабочий N проводники [ 7 ].

Нулевой защитный проводник соединен со всеми открытыми проводящими частями и может быть многократно заземлен, а нулевой рабочий проводник N не должен иметь соединения с землей. Наиболее эффективной является система TN-C-S, позволяющая в комплексе с широким внедрением устройства защитного отключения (УЗО) обеспечить высокий уровень электробезопасности в электроустановках без их коренной реконструкции. В электроустановках с системами заземления TN-S и TN-C-S электробезопасность потребителя обеспечивается не собственно системами, а УЗО, действующими более эффективно с этими системами заземления и системой уравнивания потенциалов.

4. Устройство защитного отключения

Обычно защита человека от поражения электрическим током при косвенном прикосновении к поврежденной установке осуществляется путем отключения ее предохранителями или автоматическими выключателями. Но эти защиты не реагируют на малые токи утечки, возникающие в начале развития повреждения в сети, а также при обрыве нулевого проводника. В этих случаях единственным средством защиты человека от косвенного прикосновения является УЗО [ 8 ], обеспечивающее быстрое (за долю секунды) отключение установки от сети. Принцип работы УЗО показан на рисунке 6.

Одним из действенных способов повышения электробезопасности при эксплуатации электроустановок и приборов в жилых и общественных зданиях является применение устройств защитного отключения, управляемых дифференциальным током (УЗО-Д).

В правильно функционирующей электросети сколько тока вошло в квартиру по фазовому проводу, ровно столько должно и выйти. Например, когда человек рукой касается стиральной машинки, в которой провод с нарушенной изоляцией соприкасается с корпусом. Появляется цепь – бытовая сеть – корпус – человек – земля. В данной ситуации возникает существенная разница между этими токами. Именно это служит сигналом для УЗО о том, что необходимо прекратить подачу электричества.

Устройство защитного отключения (УЗО), таким образом, можно определить, как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в электрических проводниках, питающих защищаемую электроустановку или сеть. Принцип действия УЗО дифференциального типа основан на применении электромагнитного векторного сумматора токов – дифференциального трансформатора тока.

Защита от опасности поражения электрическим током

... ожогов: токовый, или контактный, возникающий при прохождении тока непосредственно через тело человека в результате контакта человека с токоведущей частью; этот вид ожога возникает в электроустановках ... от тока [2, с.78]. Металлизация кожи – проникновение в кожу мельчайших частичек расплавленного под действием электрической дуги металла. Такое явление встречается при коротких замыканиях, отключениях ...

УЗО предназначено для защиты от поражения человека электрическим током или возникновения пожара из-за токов скользящего разряда при утечке на землю. Устройство используются в электрических сетях бытового и промышленного назначения (220/380В).

На рисунке 7 показана кинематическая схема УЗО.

До тех пор, пока утечка отсутствует, токи, идущие в прямом и обратном (по фазовому и нулевому проводам) направлениям равны и наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока (1) УЗО равные, но встречно направленные магнитные потоки, в результате чего ток I ₂ во вторичной обмотке равен нулю и не вызывает срабатывание чувствительного элемента – магнитоэлектрической защелки (2).

При возникновении тока утечки I _ут – например, при прикосновении человека к фазному проводнику, баланс проходящих токов и магнитных потоков нарушается, во вторичной обмотке появляется ток небаланса I₂ , который вызывает срабатывание магнитоэлектрической защелки (2), воздействующей в свою очередь на механизм расцепителя с контактной системой (3).

Электромеханическая система УЗО рассчитывается на срабатывание при определённых значениях тока утечки: 10, 30, 300 мА. Для осуществления контроля работоспособности устройства защитного отключения предусмотрена цепь тестирования. При нажатии кнопки Тест искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно.

УЗО устанавливают [ 9 ]:

• во ВРУ, расположенных в помещениях без повышенной опасности поражения током, в местах, доступных для обслуживания;
• в групповых цепях электроустановок зданий, где имеет место наибольшая вероятность электропоражения людей при прикосновении к токоведущим или открытым проводящим частям электрооборудования.

которые могут из-за повреждения изоляции оказаться под напряжением (розеточные группы, ванные, душевые комнаты, стиральные машины и др.);

• на главном вводе объекта для осуществления противопожарной защиты;
• в многоквартирных жилых домах в групповых, в том числе в квартирных щитках;
• допускается их установка в этажных распределительных щитках;
• в индивидуальных домах – во ВРУ и этажных распределительных щитках.

В схемах электроснабжения радиального типа со значительным количеством отходящих групп рекомендуется установка общего на вводе и отдельного УЗО на каждую группу при условии соответствующего выбора параметров УЗО, обеспечивающих селективность их действия [ 10 ].

УЗО может значительно увеличить безопасность электросети, но оно не может полностью исключить риск поражения электрическим током или пожара. УЗО не реагирует на аварийные ситуации, если они не сопровождаются утечкой из защищаемой цепи. В частности, УЗО не реагирует на короткие замыкания между фазами и нейтралью.

УЗО также не сработает, если человек оказался под напряжением, но утечки при этом не возникло, например, при прикосновении пальцем одновременно и к фазному, и к нулевому проводникам. Предусмотреть электрическую защиту от таких прикосновений в принципе невозможно, поскольку невозможно отличить протекание тока через тело человека от протекания тока в нагрузке.

Защитное заземление электроустановок

... прохождения рабочего тока. Нулевой защитный проводник служит для создания кратковременного тока короткого замыкания для срабатывания защиты и быстрого отключения поврежденной электроустановки от ... в обозначении системы заземления определяет характер заземления открытых проводящих частей электроустановки здания: T -- непосредственная связь открытых проводящих частей электроустановки здания с землёй, ...

Выводы

В заключении необходимо учесть, что в надёжно спроектированной электроустановке всегда есть вероятность появления аварийного режима, это легло в основу развития различной защиты электроустановок в жилых и общественных зданиях.

Список источников

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/elektrooborudovanie-i-elektroustanovki-obschego-naznacheniya/

1. Киреева Э. А., Юнес Т., Айюби М. Автоматизация и экономия электроэнергии в системах промышленного электроснабжения: Справочные материалы и примеры расчётов – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 252 с.
2. Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения. Часть 2: Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ: учебное пособие / А.М. Ершов. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2012. – 168 с.
3. Сибикин Ю. Д. Электроснабжение промышленных и гражданских зданий: учеб. Для студ. Сред. проф. образования. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 368 с.
4. Кудрин Б. И. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1995. – 342 с.
5. Правила устройства электроустановок. – М.: Кнорус, 2015. – 488 с.
6. Григорьев В. И., Киреева Э. А., Митюков А. П., Чохонелидзе А. Н. Электроснабжение и электрооборудование жилых и общественных зданий. – М.: Энергоиздат, 2003. – 212 с.
7. Схемы электроустановок зданий. Системы заземления. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.alfatest.org…
8. УЗО – устройство защитного отключения. Учебно-справочное пособие – М.: ЗАО Энергосервис , 2003 – 56 с.
9. Монаков В. К. Смирнов В. В. Особенности применения и эксплуатации устройств защитного отключения. Электронный источник: [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/…
10. Расчет заземляющих устройств защитного отключения. Обеспечение селективности при применении УЗО. // Студопедия. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://studopedia.ru/… .