Co to jest napięcie przemieszczenia uszkodzenia i jakie są jego przyczyny w systemach niskiego napięcia

Napiecie przemieszczonego uszkodzenia

W niskonapięciowych systemach dystrybucji występuje rodzaj wypadku porażenia elektrycznego, gdzie miejsce wystąpienia wypadku i punkt uszkodzenia systemu nie są tym samym miejscem. Ten rodzaj wypadku występuje, ponieważ po wystąpieniu uszkodzenia do ziemii w innym miejscu, wygenerowane napiecie uszkodzenia jest przekazywane do metalowych obudów innych urządzeń przez przewód PE lub PEN. Gdy napiecie uszkodzenia na metalowej obudowie urządzenia jest wyższe niż bezpieczne dla człowieka, wtedy w momencie kontaktu ciała ludzkiego z metalową obudową urządzenia wystąpi wypadek porażenia. To napiecie uszkodzenia jest przenoszone z innych miejsc, stąd nazywane jest napieciem przemieszczonego uszkodzenia.

Istnieją głównie dwie przyczyny, dla których napiecie przemieszczonego uszkodzenia powoduje, że punkt uszkodzenia do ziemii i miejsce wypadku nie są tym samym miejscem:

• Uszkodzenie do ziemii w systemie średniego napięcia powoduje napiecie przemieszczonego uszkodzenia w systemie niskiego napięcia;

• Awaria obudowy urządzenia w systemie TN, która staje się podniesiona do potencjału, powoduje, że obudowy wszystkich innych urządzeń elektrycznych mają napiecie przemieszczonego uszkodzenia;

1. Napiecie przemieszczonego uszkodzenia z systemu niskiego napięcia do systemu niskiego napięcia

W systemie TN obudowy wszystkich urządzeń elektrycznych są ze sobą połączone. W takim przypadku, jeśli jedno urządzenie ulegnie awarii i jego obudowa stanie się podniesiona do potencjału, spowoduje to pojawienie się różnicy potencjałów względem ziemi na innych urządzeniach, co skutkuje powstaniem napiecia przemieszczonego uszkodzenia.

Typ systemu ziemnego niskiego napięcia to system TN. Gdy wystąpi uszkodzenie do ziemii fazy pojedynczej w obwodzie wychodzącym o niskim napięciu, prąd uszkodzenia przepływa przez punkt uszkodzenia, ziemię i opór ziemny transformatora dystrybucyjnego, powracając do transformatora tworząc pętlę. Ze względu na duży opór w punkcie uszkodzenia, prąd uszkodzenia jest mały i niewystarczający, aby spowodować działanie przełącznika. Prąd uszkodzenia przepływa przez opór ziemny transformatora dystrybucyjnego, a na jego oporze ziemnym powstaje napiecie uszkodzenia. To napiecie uszkodzenia jest przekazywane do metalowych obudów urządzeń poprzez przewód PE, powodując powstanie napiecia przemieszczonego uszkodzenia i miejsca wypadku porażenia;

2. Przeniesienie napiecia uszkodzenia z systemu średniego napięcia do systemu niskiego napięcia

Transformator dystrybucyjny 10/0,4 kV powinien posiadać dwa niezależne urządzenia ziemne: zabezpieczenie ziemne dla transformatora i ziemne robocze dla systemu niskiego napięcia. Jednakże, aby uprościć ziemienie i zmniejszyć koszty budowy, zabezpieczenie ziemne większości transformatorów dystrybucyjnych średniego napięcia dzieli jeden elektrod ziemny z ziemnym roboczym systemu niskiego napięcia. Oznacza to, że jeśli wystąpi uszkodzenie kadłuba w części średniego napięcia transformatora dystrybucyjnego, powstanie napiecie przemieszczonego uszkodzenia w liniach systemu niskiego napięcia, a nawet na obudowach wszystkich urządzeń.

To uszkodzenie wynika zasadniczo z uszkodzenia do ziemii fazy pojedynczej w systemie średniego napięcia.

Gdy wystąpi uszkodzenie kadłuba transformatora dystrybucyjnego, powstaje prąd uszkodzenia. Jeśli system niskiego napięcia używa metody ziemienia TN, powtarzające się ziemienie przewodu PE powoduje rozdzielenie prądu uszkodzenia. Jedna część przepływa z powrotem do ziemi przez opór ziemny roboczy systemu niskiego napięcia transformatora, a druga część wraca do ziemi przez opór powtarzającego się ziemienia wzdłuż przewodu PE, zanim wróci do źródła średniego napięcia. Prąd uszkodzenia przepływa przez opór ziemny roboczy systemu niskiego napięcia, tworząc spadek napięcia na tym oporze. Powoduje to różnicę potencjałów między punktem neutralnym zasilania systemu niskiego napięcia a ziemią. Ta różnica potencjałów rozprzestrzenia się na linie dystrybucyjne niskiego napięcia, powodując przeniesione nadnapiecie. W systemie ziemienia TN, to przeniesione nadnapiecie może nawet rozprzestrzeniać się na obudowy wszystkich urządzeń niskiego napięcia poprzez przewód PE.

Wielkość prądu uszkodzenia zależy głównie od metody ziemienia systemu średniego napięcia i rozłożonego prądu pojemnościowego. Amplituda napiecia przemieszczonego uszkodzenia jest ściśle związana z metodami ziemienia zarówno systemu średniego, jak i niskiego napięcia, przy czym metoda ziemienia systemu średniego napięcia jest decydująca.

Kolejność amplitudy napiecia przemieszczonego uszkodzenia: System małego oporu ziemnego > System nieziemiony > System ziemienia przez cewkę hamującą;
System średniego napięcia z punktem neutralnym zziemionym przez mały opór i system niskiego napięcia korzystający z metody ziemienia TN są bardziej narażone na wypadki porażenia, stanowiąc znaczne zagrożenie dla bezpieczeństwa użytkowników.

Podsumowanie

• Napiecie przemieszczonego uszkodzenia powoduje, że punkt uszkodzenia do ziemii i miejsce wypadku są oddzielone w dwóch głównych scenariuszach: 1) Uszkodzenie do ziemii w systemie średniego napięcia indukuje napiecie przemieszczonego uszkodzenia w systemie niskiego napięcia; 2) Awaryjna, podniesiona do potencjału obudowa urządzenia w systemie TN powoduje napiecie przemieszczonego uszkodzenia na obudowach wszystkich innych urządzeń elektrycznych;

• Dla tych dwóch typów napiecia przemieszczonego uszkodzenia, punkt uszkodzenia do ziemii i miejsce wypadku porażenia nie pokrywają się. Punkt ziemienia jest trudny do wykrycia, a przyczyna wypadku z napieciem przemieszczonego uszkodzenia jest trudna do analizy. Z obudowami urządzeń naładowanymi napieciem przemieszczonego uszkodzenia, ryzyko porażenia ludzi wzrasta w pewnym stopniu.