Анализ на защитата срещу земно замъкване в нисковолтовите разпределителни системи за центрове за обработка на данни
Нисковoltageните електроразпределителни линии са широко използвани в различни индустрии, а разпределителните среди са сложни и разнообразни. Тези линии се достъпват не само от професионалисти, но и често от непрофесионалисти, което значително увеличава риска от дефекти. Неправилно проектиране или монтаж лесно може да доведе до електрически удар (особено при косвен контакт), повреда на проводниците или дори електрически пожар.
Системата за заземяване е ключов компонент в нисковoltageните електроразпределителни мрежи - технически сложен и критичен за безопасността инженерен елемент. Видът на системата за заземяване е тясно свързан с ефективността на защитата срещу заземяване на дефектите.
В момента нисковoltageните разпределителни системи в данните центрове по цялата Китай най-вече използват конфигурация TN-S за заземяване. Тези системи включват множество нисковoltageни разпределителни устройства и обширна кабелна мрежа, представлявайки значителни капиталистически инвестиции. Всякакъв дефект, ако не бъде спешно коригиран, може да доведе до сериозни травми на хората и значителни имуществени загуби, затова се изисква изключително висока надеждност от разпределителната система.
За да предоставим по-комплексно и систематично обяснение на защитата срещу заземяване на дефектите в нисковoltageните разпределителни системи, следващият раздел представя сравнителен анализ на различните конфигурации за заземяване и съответните им методи за защита срещу дефектите.
Общи изисквания за защита срещу заземяване на дефектите
- Системата за защита срещу заземяване на дефектите трябва да бъде проектирана така, че да предотвратява ефективно косвен електрически удар на персонала, както и аварии като електрически пожари и повреди на проводниците.
- Изложени на контакти електропроводящи части на електроустановките трябва да бъдат надеждно свързани с защитния проводник (PE проводник) в съответствие с конкретните условия на системата. Външно достъпни електропроводящи части, които могат да бъдат едновременно докоснати, трябва да бъдат свързани с една и съща система за заземяване, за да се осигури равенство на потенциалите.
- Когато защитата срещу заземяване на дефектите на електроустановка не може да задоволи изискването за автоматично прекъсване на дефектната верига в определеното време, допълнително равенство на потенциалите трябва да бъде реализирано в местната зона, за да се намали напрежението при докосване и да се подобри безопасността.
Защита срещу заземяване на дефектите в TN системи
Операционните характеристики на защитата срещу заземяване на дефектите в разпределителните вериги на TN системите трябва да удовлетворяват следното условие:
Zs × Ia ≤ Uo
Където:
- Zs — Общото импеданс на контурът за заземяване на дефектите (Ω);
- Ia — Ток, необходим за автоматично прекъсване на дефектната верига в определеното време (A);
- Uo — Номиналното напрежение между фаза и земя (V).
Както е показано на фигурата по-долу, когато се появи дефект на заземяване на фаза L3, дефектният ток (Id) протича през проводника на фаза L3, металния корпус на устройството и PE защитния проводник, формирайки затворен контур. Zs представлява общото импеданс на контура между фазата и защитния проводник, а Uo е 220V.
Изисквания за време за прекъсване на защитата срещу заземяване на дефектите в TN системи
За разпределителните вериги на TN системи с номинално напрежение между фаза и земя 220V, времето, необходимо за защитата срещу заземяване на дефектите, за да прекъсне дефектната верига, трябва да отговаря на следните изисквания:
- За разпределителните вериги или крайни вериги, които подават постоянни електроустановки, временето за прекъсване не трябва да надхвърля 5 секунди;
- За вериги, които подават ръчни или подвижни устройства, или вериги на розетки, временето за прекъсване не трябва да надхвърля 0.4 секунди.
Избор на методи за защита срещу заземяване на дефектите в TN системи:
a. Когато гореспоменатите изисквания за време за прекъсване могат да бъдат удовлетворени, защитата срещу прекомерен ток може да се използва и като защита срещу заземяване на дефектите;
b. Когато защитата срещу прекомерен ток не може да удовлетвори изискванията, но защитата срещу нулев последователен ток може, трябва да се използва защитата срещу нулев последователен ток. Настройката на защитата трябва да е по-голяма от максималния несиметричен ток при нормални условия на работа;
c. Когато никой от гореспоменатите методи не може да удовлетвори изискванията, трябва да се използва защита, управлявана от остатъчен ток (RCD, или "защита срещу течности").
Защита срещу заземяване на дефектите в TT системи
Операционната характеристика на защитата срещу заземяване на дефектите в разпределителните вериги на TT системи трябва да удовлетворява следното условие:
RA × Ia ≤ 50 V
Където:
- RA — Сумата от съпротивлението на заземяване на изложените на контакти електропроводящи части и съпротивлението на заземяване на нейтралния (N) проводник (Ω);
- Ia — Ток, необходим за гарантирано прекъсване на дефектната верига от защитното устройство (A).
Както е показано на фигурата по-долу, когато се появи дефект на заземяване на фаза L3, дефектният ток (Id) протича през проводника на фаза L3, металния корпус на устройството, съпротивлението на заземяване на устройството, земята и обратно към източника през съпротивлението на заземяване на нейтралната точка, формирайки дефектния контур. Стойността 50 V представлява границата на безопасността за напрежението при докосване, гарантирайки, че напрежението, на което човек може да бъде изложен при дефект, не представлява опасност.
Избор на защита срещу заземяване на дефектите за TT системи:
- Когато се използват защитни устройства срещу прекомерен ток, токът Ia трябва да бъде стойността, която гарантира прекъсване на дефектната верига в рамките на 5 секунди;
- Когато се използват защитни устройства срещу прекомерен ток с мигновена реакция, Ia трябва да бъде минималният ток, необходим за гарантирана мигновена реакция;
- Когато се използват защитни устройства, управлявани от остатъчен ток (RCD, или "защита срещу течности"), Ia трябва да бъде приеман за номиналния остатъчен оперативен ток In.
Защита срещу заземяване на дефектите в IT системи
При нормална работа, течността на земята във всяка фаза на IT системата се състои от капацитивен ток към земята - обозначаван като Iac, Ibc, Ica - и векторната сума на тези трифазни капацитивни токове към земята е нула. Следователно, напрежението в нейтралната точка може да бъде разглеждано като 0V.
Когато се появи първият дефект на заземяване, напрежението към земята на здравите (недефектни) фази се увеличава с фактор √3. Това показва, че IT системите изискват по-високо ниво на изолация на електроустановките в сравнение с TN и TT системите. Въпреки това, тъй като токът при първия дефект на заземяване е много малък (основно капацитивен ток), системата може да продължи да работи. Въпреки това, трябва да бъде инсталирано устройство за мониторинг на изолацията, за да дава сигнал за аларма при откриване на първия дефект, позволявайки на операторския и техническия персонал да локализира и коригира дефекта навреме.
- Когато изложените на контакти електропроводящи части са отделно заземени, прекъсването на дефектната верига при втори дефект на друга фаза трябва да отговаря на изискванията за защита срещу заземяване на дефектите в TT системи;
- Когато изложените на контакти електропроводящи части са свързани с обща система за заземяване, прекъсването на дефектната верига при втори дефект на друга фаза трябва да отговаря на изискванията за защита срещу заземяване на дефектите в TN системи;
- IT системата не трябва да има нейтрален проводник (N линия).
В заключение, различните системи за заземяване на електропитането притежават различни характеристики на дефектите на заземяване. Само чрез пълно разбиране на поведението на дефектите на всяка система може да бъде проектирана подходяща и съвместима система за защита срещу заземяване на дефектите, гарантирайки безопасна и надеждна работа на системите за електропитане и използване.
