UKŁAD TN CZY UKŁAD TT, SEP-uzupełniające

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Dr inż. Edward Musiał
Politechnika Gdańska
ALTERNATYWA „UKŁAD TN CZY UKŁAD TT”
W NISKONAPIĘCIOWEJ SIECI ROZDZIELCZEJ WSPÓLNEJ
1. WSTĘP
Po kilkudziesięciu latach niemal wyłącznego stosowania układu TN w polskich
sieciach rozdzielczych wspólnych prądu przemiennego niskiego napięcia podważa się tę
praktykę. Tu i ówdzie próbuje się forsować układ TT. Nie ma nic nagannego w we-
ryfikowaniu z dawna ustalonych rozwiązań, jeśli skłaniają do tego doświadczenia eks-
ploatacyjne, nowe potrzeby bądź nowe możliwości techniki. Nie powinno się to jednak
odbywać w następstwie nieuważnego odczytania błędnie przetłumaczonych przepisów
międzynarodowych albo w wyniku jednostronnego widzenia problemu.
Spośród trzech możliwych układów, TN, TT oraz IT, w sieciach rozdzielczych
wspólnych różnych krajów spotyka się dwa pierwsze, trzeci występuje wyjątkowo,
zanika, i w tym zastosowaniu nie zasługuje na uwagę. Cechy wspólne układów TN i TT
odróżniające je od układu IT są następujące:
a) bezpośrednie uziemienie robocze dla utrzymania na niższym poziomie napięcia
względem ziemi; w układzie trójfazowym jest ono równe napięciu fazowemu a nie –
międzyprzewodowemu, jak w układzie IT,
b) większy prąd zwarcia doziemnego i wymaganie, by już pierwsze zwarcie do-
ziemne było wyłączane, a nie – dopiero podwójne, jak w układzie IT.
Na tym kończą się podobieństwa, a zaczynają różnice między układami TN i TT
sprawiające, że ich przydatność nie jest jednakowa. Stosowana w niniejszym referacie
terminologia jest zgodna z przyjętą w projekcie nowelizacji przepisów [11].
2. CHARAKTER PĘTLI I WARTOŚĆ PRĄDU ZWARCIA L-PE (L-PEN)
W układzie TN pętla zwarcia z przewodem ochronnym jest w całości metaliczna.
Jest ona złożona wyłącznie z przewodów elektroenergetycznych (właściwy układ TN)
bądź również z rozległych uziomów (uziemienie przez sieć wodociągową, die verkappte
Nullung). Prąd zwarcia L-PE jest znacznie większy niż w układzie TT, w którym jego
obwód zamyka się przez uziemienia, a więc również przez ziemię. W układzie TN do
samoczynnego wyłączania zasilania dla celów ochrony przeciwporażeniowej mogą być
wykorzystywane zabezpieczenia nadprądowe. W układzie TT, zwłaszcza w obrębie sie-
ci rozdzielczej, nie wchodzi to w rachubę; pozostaje stosować urządzenia ochronne róż-
nicowoprądowe.
Układ TN wiąże różne uziomy w jeden układ uziomowy o małej rezystancji uzie-
mienia, podczas gdy w klasycznym układzie TT uziomy te działają z osobna. Dzięki
temu układ TN jest bardziej odporny na wszelkie narażenia pochodzące z zewnątrz:
przepięcia oraz skutki zwarć w sieci wyższego napięcia.
Na terenie zabudowy wielkomiejskiej lub przemysłowej, gdzie występuje „global
earthing system” [10], wykonanie uziemienia przewodu ochronnego PE instalacji od-
biorczej oddzielonego galwanicznie od uziemienia roboczego układu bywa niemożliwe
i układ, pomyślany jako TT, de facto może okazać się układem TN.
3. SKUTKI PRZERWANIA CIĄGŁOŚCI PRZEWODU NEUTRALNEGO
W układzie TN, który w obrębie sieci rozdzielczej wspólnej ma postać podukładu
TN-C, przewód PEN spełniający rolę przewodu ochronnego PE oraz neutralnego N jest
wielokrotnie uziemiony: przy stacji zasilającej, na trasie i przy końcach linii, zwłaszcza
linii napowietrznych, oraz przy złączach instalacji. Przerwanie ciągłości tego przewodu
w obrębie sieci rozdzielczej wspólnej nie zagraża wystąpieniem znaczącej asymetrii na-
pięć fazowych za miejscem przerwy i nie naraża dostawcy energii na wypłatę odszko-
dowań za uszkodzone urządzenia odbiorcze. Inaczej jest w układzie TT, w którym
przewód neutralny N uziemia się tylko przy stacji zasilającej, by w dowolnym miejscu,
również w dowolnym miejscu sieci rozdzielczej wspólnej, dało się zainstalować urzą-
dzenie ochronne różnicowoprądowe, jedyne urządzenie zdolne samoczynnie wyłączać
zasilanie dla celów ochrony przeciwporażeniowej.
4. NAPIĘCIE DOTYKOWE PRZY ZWARCIACH L-PE (L-PEN)
W sieci rozdzielczej o podukładzie TN-C poprawne rozplanowanie uziemień
przewodu PEN, dobór ich lokalizacji oraz wartości rezystancji, zapewnia przy zwar-
ciach L-PEN „równowagę napięciową” przewodu PEN względem ziemi (die Span-
nungswaage). Sprawia, że przy zwarciach w obrębie sieci rozdzielczej napięcie
w miejscu uszkodzenia U
F
(napięcie dotykowe względem ziemi odniesienia, fault volta-
ge) nie przekracza 30 % napięcia fazowego, a przy niesprzyjającym rozplanowaniu
uziemień – 50 % napięcia fazowego. Znacznie mniejsze, zwłaszcza w zasięgu układu
TN z rozbudowanym układem połączonych uziomów, są napięcia dotykowe U
T
. Jeszcze
mniejsze są napięcia rażeniowe dotykowe, którymi wprawdzie nie operuje się w odnie-
sieniu do urządzeń niskonapięciowych, ale które przecież ostatecznie decydują o skut-
kach rażenia. W sieci rozdzielczej TN-C o napięciu fazowym 220 V lub 230 V czas sa-
moczynnego wyłączania zasilania ma dzięki temu znaczenie drugorzędne, znacznie
mniejsze niż przy stosowaniu innych środków ochrony [1, 2, 6, 7]. To dlatego w obrębie
sieci rozdzielczej wymaga się prądu zwarcia L-PEN tylko 2,5 razy większego od prądu
znamionowego zastosowanych bezpieczników (Szwajcaria, projekt nowelizacji polskich
przepisów [11]), zaledwie 1,6 razy większego (Niemcy, Austria) albo nie stawia się co
do tego żadnych wymagań (Szwecja).
Tymczasem w układzie TT napięcie w miejscu uszkodzenia U
F
ma zwykle wartość
zbliżoną do napięcia fazowego; jest zatem co najmniej dwukrotnie większe niż w ukła-
dzie TN.
5. REZERWOWANIE WYŁĄCZNIKÓW RÓŻNICOWOPRĄDOWYCH
W instalacji odbiorczej o podukładzie TN-S nie ma przeszkód w stosowaniu ukła-
du ochronnego różnicowoprądowego, podobnie jak w układzie TT. Różnica jest jednak
zasadnicza: jeśli zawiedzie wyłącznik różnicowoprądowy, w układzie TN zadziała za-
bezpieczenie nadprądowe pobudzone dużym prądem zwarcia L-PE, a w układzie TT
liczyć na to nie można. Zatem w układzie TN ochrona dodatkowa w postaci układu
ochronnego różnicowoprądowego jest rezerwowana, jest dublowana przez zerowanie,
bez ponoszenia dodatkowych kosztów z tego tytułu. Z punktu widzenia niezawodności
ochrony można poprzestać na pojedynczym wyłączniku różnicowoprądowym w torze
zasilania, a wymagania stawiane zerowaniu można złagodzić, np. dopuścić czas wyłą-
czania 5 s niezależnie od warunków środowiskowych [11].
Nie można przecenić tej różnicy między układami TN i TT, jeśli się pamięta, że
zawodność wyłączników różnicowoprądowych jest o całe rzędy wielkości większa niż
zawodność wyłączników nadprądowych i tym bardziej – bezpieczników. W krajach,
które od dziesięcioleci masowo stosują wyłączniki różnicowoprądowe, przebadano ich
w eksploatacji już setki tysięcy i uzyskano wartościowy materiał statystyczny [3]. Po
kilku...kilkunastu latach eksploatacji odsetek niesprawnych wyłączników wynosi od
0,5 ÷ 2 % (nowsze konstrukcje, korzystne warunki środowiskowe) do 6 ÷ 9 % i więcej –
akurat tam, gdzie zagrożenie porażeniowe jest największe (w piwnicach, na wolnym
powietrzu, na placach budowy).
6. MOŻLIWOŚĆ KOEGZYSTENCJI UKŁADÓW TN I TT W GALWA-
NICZNIE POŁĄCZONEJ SIECI
Z sieci rozdzielczej wspólnej o układzie TN można zasilać instalacje elektryczne o
układzie TT, jeśli w samej instalacji układ TN jest zakazany przez przepisy bądź
z innych względów niewskazany. Zatem wprowadzenie układu TN w sieci rozdzielczej
nie przeszkadza w stosowaniu układu TT w instalacjach odbiorczych, w tworzeniu
„wysp TT” w sieci TN [8, 11].
Układ TT może mieć cała instalacja elektryczna obiektu (budynku, gospodarstwa
rolnego lub placu budowy). Wystarczy (rys. 1) w żaden sposób nie wykorzystywać
w nim przewodu ochronnego PE lub funkcji ochronnej przewodu ochronno-
neutralnego PEN układu TN, a – spośród środków ochrony dodatkowej polegających na
samoczynnym wyłączaniu zasilania – korzystać tylko z układu ochronnego różnicowo-
prądowego. Przewodu PE lub PEN układu TN oczywiście nie wolno wtedy przyłączać
do szyny wyrównawczej głównej ani jakiejkolwiek miejscowej. W sytuacji przedsta-
wionej na rys. 1 bez połączenia wyrównawczego głównego oznaczonego linią kropko-
waną (od przewodu PEN w złączu do głównej szyny wyrównawczej) instalacja ma
układ TT, a w razie wykonania tego połączenia – ma układ TN-S.
N
PE
L1, L2, L3
instalacja odbiorcza
TT
I
Δ
>
L1, L2, L3
N
PE
sieć rozdzielcza
TN
złącze
o izolacji ochronnej
L1, L2, L3
N
Główna szyna
wyrównawcza
PEN
Rys. 1. Instalacja o układzie TT przyłączona do sieci o układzie TN (wyspa TT w sieci TN): 1 – złącze
o izolacji ochronnej, 2 – główna szyna wyrównawcza
PA (CC)
W wyjątkowych sytuacjach układ TT może występować choćby w pojedynczym
obwodzie zasilanym z sieci, a nawet z instalacji o układzie TN. Chodzi o obwód obsłu-
gujący urządzenia użytkowane poza zasięgiem oddziaływania głównych połączeń wy-
równawczych obiektu, np. poza budynkiem ze złączem. To ważne zastrzeżenie wyklu-
cza możliwość koegzystencji w jednym budynku galwanicznie połączonych układów
TN i TT. We wspomnianym obwodzie TT do samoczynnego wyłączania zasilania dla
celów ochrony dodatkowej może być użyte tylko urządzenie ochronne różnicowoprą-
dowe. Jeśli występuje miejscowa szyna wyrównawcza, należy do niej przyłączyć prze-
wód ochronny obwodu o układzie TT, a nie wolno przyłączać przewodu ochronnego
(PE, PEN) poprzedzających obwodów układu TN.
Jeśli natomiast sieć rozdzielcza ma układ TT, taki sam układ mają i mieć muszą
wszelkie galwanicznie z nią połączone instalacje odbiorcze; żadnej możliwości manew-
ru, bez użycia transformatora izolacyjnego, już nie ma.
Jest jeszcze jedna sytuacja, kiedy w galwanicznie połączonej sieci dopuszcza się
koegzystencję obu układów. Na czas zasilania awaryjnego wolno do sieci rozdzielczej o
układzie TN dołączyć obwody sieci o układzie TT, pod warunkiem, że w instalacjach
o układzie TN są wykonane połączenia wyrównawcze główne [11]. Manewr odwrotny,
awaryjne zasilanie fragmentów sieci o układzie TN z sieci o układzie TT, nie jest do-
puszczalny.
7. OCHRONA PRZY ZWARCIACH DOZIEMNYCH W SIECI ZASILAJĄCEJ
WYSOKIEGO NAPIĘCIA
Od zarania elektroenergetyki stawiano pewne wymagania ochronie przeciwpora-
żeniowej w urządzeniach niskiego napięcia na wypadek zwarć doziemnych w zasila-
jących urządzeniach wysokiego napięcia. Bierze się pod uwagę przede wszystkim poje-
dyncze zwarcie doziemne w części wysokonapięciowej stacji zasilającej. Prawdo-
podobieństwo takich zdarzeń jest dziś znacznie mniejsze niż dawniej; nadal można je
zmniejszać doskonaląc izolację obwodów wysokiego napięcia stacji i ulepszając kon-
strukcję transformatorów oraz ich zabezpieczeń. Przy zasilaniu z sieci o kompensacji
ziemnozwarciowej, pracujących z trwającym zwarciem doziemnym, na ogół ignorowa-
no przypadek najbardziej niekorzystny, dwufazowe zwarcie poprzez ziemię, i nie
stwierdzono ujemnych tego następstw. Ostatnio pomija się możliwość uszkodzenia izo-
lacji między uzwojeniami wysokiego i niskiego napięcia w transformatorze i też nic
złego z tego nie wynika.
Sprawa odżyła w związku z przechodzeniem na uziemienie punktu neutralnego
sieci wysokiego napięcia przez rezystor wymuszający przepływ prądu o wartości
100...500 A. W przypadku sieci kablowej wysokiego napięcia sprawę łagodzi redukcyj-
ne oddziaływanie metalowych powłok i/lub żył powrotnych (współczynnik redukcyjny
r = 0,6...0,2) obniżające wartość prądu uziomowego. W przypadku sieci napowietrznej
wystarcza nieduży prąd wymuszany przez rezystor, co łagodzi zagrożenia. Przypadkiem
kłopotliwym mogą być sieci mieszane, w których wymusza się duży prąd czynny ze
względu na linie kablowe, a nie ma redukcyjnego działania żył powrotnych w liniach
napowietrznych. Problem trzeba rozwiązywać przez skracanie czasu trwania zwarć do-
ziemnych, co pozwala dopuścić większe wartości napięcia w miejscu uszkodzenia U
F
i
napięcia dotykowego U
T
[9], np.: U
F
= 330 V, U
T
= 125 V w czasie 0,3 s.
Jeśli uziemienie robocze sieci niskiego napięcia jest oddzielone od uziemienia
ochronnego urządzeń wysokiego napięcia stacji, układy TN i TT na pozór zachowują
się identycznie podczas zwarcia doziemnego w części wysokonapięciowej stacji; w obu
występują tylko narażenia izolacji doziemnej urządzeń niskiego napięcia stacji i są one
jednakowe (napięcie fazowe powiększone o napięcie uziomowe). Na pozór jednakowe,
bo w układzie TN napięcie uziomowe – występujące na wypadkowej rezystancji równo-
legle połączonych licznych uziemień roboczych – jest znacznie mniejsze niż w układzie
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • emaginacja.xlx.pl

    •