Ανάλυση της Προστασίας από Καταιγισμό σε Χαμηλής Τάσης Διανομικά Συστήματα για Κέντρα Δεδομένων
Οι χαμηλής τάσης γραμμές διανομής ενέργειας χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες βιομηχανίες, με περιβάλλοντα διανομής που είναι πολύπλοκα και ποικίλα. Αυτές οι γραμμές πρόσβασης έχουν όχι μόνο από ειδικούς, αλλά και συχνά από μη ειδικούς, που αυξάνει σημαντικά τον κίνδυνο παραλογισμών. Μια λανθασμένη σχεδίαση ή εγκατάσταση μπορεί εύκολα να οδηγήσει σε ηλεκτροσοκ (ειδικά έμμεση επαφή), βλάβη στα καλώδια ή ακόμη και πυρκαγιά.
Το σύστημα γείωσης είναι ένα κρίσιμο στοιχείο των δικτύων χαμηλής τάσης - ένα τεχνικά πολύπλοκο και κρίσιμο στοιχείο ασφάλειας. Το είδος του συστήματος γείωσης είναι στενά συνδεδεμένο με την αποτελεσματικότητα της προστασίας από παραλογισμούς.
Επί του παρόντος, τα συστήματα χαμηλής τάσης σε κέντρα δεδομένων σε όλη την Κίνα χρησιμοποιούν κυρίως την ενδιάμεση σύνδεση TN-S. Αυτά τα συστήματα περιλαμβάνουν πολλά συστήματα διανομής χαμηλής τάσης και εκτεταμένη καλωδίωση, που αντιπροσωπεύουν σημαντικές επενδύσεις. Οποιοδήποτε παραλογισμός, αν δεν αντιμετωπιστεί άμεσα, μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές τραυματισμούς και σημαντικές ζημιές σε περιουσίες, κατά συνέπεια απαιτείται εξαιρετικά υψηλή αξιοπιστία από το σύστημα διανομής.
Για να παρέχεται μια πιο ολοκληρωμένη και συστηματική εξήγηση της προστασίας από παραλογισμούς στα συστήματα διανομής χαμηλής τάσης, ο παρακάτω τομέας παρουσιάζει μια συγκριτική ανάλυση διαφόρων συστημάτων γείωσης και των αντίστοιχων μεθόδων προστασίας από παραλογισμούς.
Γενικές Απαιτήσεις για την Προστασία από Παραλογισμούς στη Γή
- Το σύστημα προστασίας από παραλογισμούς στη γή πρέπει να σχεδιαστεί ώστε να αποτρέπει αποτελεσματικά το έμμεσο ηλεκτροσοκ, καθώς και ατυχήματα όπως πυρκαγιές και βλάβες στα καλώδια.
- Οι εκτεθειμένες ηλεκτρικές μεταλλικές μέρη των ηλεκτρικών εξοπλισμών πρέπει να συνδέονται αξιόπιστα με τον προστατευτικό ηλεκτροδιαγωγό (PE) σύμφωνα με τις συγκεκριμένες συνθήκες του συστήματος. Τα εξωτερικά προσβάσιμα μεταλλικά μέρη που μπορεί να αγγίξει ταυτόχρονα ένα άτομο πρέπει να συνδέονται με το ίδιο σύστημα γείωσης για να εξασφαλίζεται η ισοποίηση της δυναμικής.
- Όπου η προστασία από παραλογισμούς στη γή ενός ηλεκτρικού εγκαταστάσεων δεν μπορεί να επιτευχθεί η αυτόματη αποσύνδεση του παραλογισμένου κύκλου μέσα στον προσδιορισμένο χρόνο, πρέπει να εφαρμοστεί επιπλέον ισοποίηση της δυναμικής στην τοπική περιοχή για να μειωθεί η τάση άγγιξης και να ενισχυθεί η ασφάλεια.
Προστασία από Παραλογισμούς στη Γή σε Συστήματα TN
Στα συστήματα TN, οι λειτουργικές ιδιότητες της προστασίας από παραλογισμούς στη γή για τους κύκλους διανομής πρέπει να επιτυγχάνουν την παρακάτω συνθήκη:
Zs × Ia ≤ Uo
Όπου:
- Zs — Συνολική αντίσταση του κύκλου παραλογισμού (Ω);
- Ia — Ρεύμα που απαιτείται για να προκαλέσει την αυτόματη αποσύνδεση του παραλογισμένου κύκλου μέσα στον προσδιορισμένο χρόνο (A);
- Uo — Νομική τάση μεταξύ φάσης και γής (V).
Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, όταν συμβαίνει παραλογισμός στη φάση L3, το ρεύμα παραλογισμού (Id) διατρέχει τον ηλεκτροδιαγωγό της φάσης L3, το μεταλλικό περίβλημα του εξοπλισμού και τον προστατευτικό ηλεκτροδιαγωγό PE, δημιουργώντας ένα κλειστό κύκλο. Το Zs αντιπροσωπεύει τη συνολική αντίσταση του κύκλου φάσης-προστατευτικού ηλεκτροδιαγωγού, και το Uo είναι 220V.
Απαιτήσεις Χρόνου Αποσύνδεσης για την Προστασία από Παραλογισμούς στη Γή σε Συστήματα TN
Για τους κύκλους διανομής συστημάτων TN με νομική τάση φάσης-γής 220V, ο χρόνος που απαιτείται για την προστασία από παραλογισμούς στη γή για την αποσύνδεση του παραλογισμένου κύκλου πρέπει να συμμορφώνεται με τις παρακάτω απαιτήσεις:
- Για κύκλους διανομής ή τελικούς κύκλους που εφοδιάζουν σταθερό ηλεκτρικό εξοπλισμό, ο χρόνος αποσύνδεσης δεν πρέπει να υπερβαίνει 5 δευτερόλεπτα;
- Για κύκλους που εφοδιάζουν χειροκίνητο ή κινητό εξοπλισμό, ή κύκλους πρίζας, ο χρόνος αποσύνδεσης δεν πρέπει να υπερβαίνει 0,4 δευτερόλεπτα.
Επιλογή Μεθόδων Προστασίας από Παραλογισμούς στη Γή σε Συστήματα TN:
a. Όταν οι παραπάνω απαιτήσεις χρόνου αποσύνδεσης μπορούν να επιτευχθούν, η προστασία από υπερβολικά ρεύματα μπορεί να χρησιμοποιηθεί επίσης ως προστασία από παραλογισμούς στη γή;
b. Όταν η προστασία από υπερβολικά ρεύματα δεν μπορεί να επιτευχθεί, αλλά η προστασία από μηδενικό τάξιο ρεύμα μπορεί, πρέπει να χρησιμοποιηθεί η προστασία από μηδενικό τάξιο ρεύμα. Η τιμή ρυθμιστικού πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το μέγιστο ανισορροπικό ρεύμα κατά την κανονική λειτουργία;
c. Όταν καμία από τις παραπάνω μεθόδους δεν μπορεί να επιτευχθεί, πρέπει να χρησιμοποιηθεί η προστασία από υπολείμματα ρεύματος (RCD, ή "προστασία από διαρροές ρεύματος").
Προστασία από Παραλογισμούς στη Γή σε Συστήματα TT
Η λειτουργική ιδιότητα της προστασίας από παραλογισμούς στη γή σε κύκλους διανομής συστημάτων TT πρέπει να επιτυγχάνει την παρακάτω συνθήκη:
RA × Ia ≤ 50 V
Όπου:
- RA — Η άθροιση της αντίστασης του ηλεκτρόδου γής των εκτεθειμένων μεταλλικών μερών και της αντίστασης του ηλεκτροδιαγωγού N στη γή (Ω);
- Ia — Το ρεύμα που απαιτείται για να εξασφαλίζεται η αξιόπιστη αποσύνδεση του παραλογισμένου κύκλου (A).
Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, όταν συμβαίνει παραλογισμός στη φάση L3, το ρεύμα παραλογισμού (Id) διατρέχει τον ηλεκτροδιαγωγό της φάσης L3, το μεταλλικό περίβλημα του εξοπλισμού, την αντίσταση του ηλεκτρόδου γής του εξοπλισμού, τη γή και επιστρέφει στην πηγή μέσω της αντίστασης της γής του ηλεκτροδιαγωγού N, δημιουργώντας τον κύκλο παραλογισμού. Η τιμή 50 V αντιπροσωπεύει το όριο ασφάλειας για την τάση άγγιξης, εξασφαλίζοντας ότι η τάση που θα εκτεθεί ένα άτομο κατά τη διάρκεια ενός παραλογισμού δεν αποτελεί κίνδυνο.
Επιλογή Προστασίας από Παραλογισμούς στη Γή για Συστήματα TT:
- Όταν χρησιμοποιούνται προστατευτικά συστήματα υπερβολικών ρευμάτων, το ρεύμα Ia πρέπει να είναι η τιμή που εγγυάται την αποσύνδεση του παραλογισμένου κύκλου μέσα σε 5 δευτερόλεπτα;
- Όταν χρησιμοποιούνται προστατευτικά συστήματα υπερβολικών ρευμάτων με άμεση λειτουργία, το Ia πρέπει να είναι το ελάχιστο ρεύμα που εγγυάται την άμεση λειτουργία;
- Όταν χρησιμοποιούνται προστατευτικά συστήματα υπολειμμάτων ρεύματος (RCD, ή "προστασία από διαρροές ρεύματος"), το Ia πρέπει να λαμβάνεται ως το ρυθμιστικό υπόλοιπο ρεύμα In.
Προστασία από Παραλογισμούς στη Γή σε Συστήματα IT
Κατά την κανονική λειτουργία, η διαρροή ρεύματος σε κάθε φάση ενός συστήματος IT αποτελείται από το ρεύμα ικανότητας προς τη γή - σημειωμένο ως Iac, Ibc, Ica - και η διανυσματική άθροιση αυτών των τριφασικών ρευμάτων ικανότητας προς τη γή είναι μηδέν. Συνεπώς, η τάση στο ημιτελές σημείο μπορεί να θεωρηθεί 0V.
Όταν συμβαίνει ο πρώτος παραλογισμός, η τάση προς τη γή στις υγιείς (μη παραλογισμένες) φάσεις αυξάνεται κατά παράμετρο √3. Αυτό δείχνει ότι τα συστήματα IT επιβάλλουν υψηλότερες απαιτήσεις απομόνωσης στον ηλεκτρικό εξοπλισμό σε σύγκριση με τα συστήματα TN και TT. Ωστόσο, αφού το ρεύμα κατά τη διάρκεια του πρώτου παραλογισμού είναι πολύ μικρό (κυρίως ρεύμα ικανότητας), το σύστημα μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί. Παρ' όλα αυτά, πρέπει να εγκατασταθεί ένα σύστημα παρακολούθησης της απομόνωσης για να παρέχει σήμα αλληλεπίδρασης κατά την εντοπισμό του πρώτου παραλογισμού, επιτρέποντας στο προσωπικό λειτουργίας και συντήρησης να εντοπίσει και να διορθώσει το παραλογισμό σύντομα.
- Όταν τα εκτεθειμένα μεταλλικά μέρη γείωνται ξεχωριστά, η αποσύνδεση του παραλογισμένου κύκλου κατά τη διάρκεια ενός δεύτερου παραλογισμού σε διαφορετική φάση πρέπει να συμμορφώνεται με τις απαιτήσεις προστ
