Andmekeskuste madalpinge jaotussüsteemide maaavaru kaitse analüüs
Madalvoolulised elektrijaotussüsteemid on laialdaselt kasutusel erinevates tööstusharudes, ja nende jaotustes on keerukad ja mitmekesised. Neile ligipääsetakse mitte ainult spetsialistide poolt, vaid sageli ka mitte-spetsialistide poolt, mis suurendab tõsiselt veateenuse riski. Ebatõhus disain või paigaldus võivad lihtsasti põhjustada järjepidevat elektritulekahju (eriti kaudset kontakti), joonte kahjustumist või isegi elektritulekahju.
Maandussüsteem on madalvooluliste jaotussüsteemide oluline komponent – tehniliselt keeruline ja ohutusest lähtuv inženierilise elemendina. Maandussüsteemi tüüp on tihedalt seotud maandumisvea kaitse efektiivsusega.
Praegu kasutavad Hiina andmekeskuste madalvoolulised jaotussüsteemid peamiselt TN-S maandamiskonfiguratsiooni. Need süsteemid hõlmavad palju madalvoolulisi jaotusseadmeid ja laiaulatuslikku juhtmetööd, millele on investeeritud suurel määral kapitali. Igal veal, kui see ei ole kiiresti lahendatud, võib tekida tõsine inimhaav ja oluline vara kahjustus, mistõttu jaotussüsteemilt nõutakse äärmiselt kõrget usaldusväärsust.
Et anda ülevaatavama ja süstemaatilisema selgituse madalvooluliste jaotussüsteemide maandumisveakaitse kohta, järgnevas osas esitatakse erinevate maandamiskonfiguratsioonide ja nende vastavate veakaitsemeetodite võrdlusanalüüs.
Üldised nõuded maandumisveakaitsele
- Maandumisveakaitse süsteem peaks olema disainitud nii, et tõhusalt ennetada inimeste kaudset elektrilist õnnetust ning asju nagu elektritulekahju ja joonte kahjustumist.
- Elektriseadmete väljalikud juhtivad osad peaksid olema vastavalt süsteemi konkreetsetele tingimustele kindlalt kaitsekonnektoriga (PE konnektor) ühendatud. Väljaspool kättesaadavad juhtivad osad, mida võidakse korraga puutuda, peaksid olema sama maandussüsteemiga ühendatud, et tagada potentsiaali võrdus.
- Kui elektriseadme maandumisveakaitse ei saa rahuldada automaatse veajuhi lahutamise nõuet määratud ajaks, tuleks lokaalses alal täiendava võrdpotentsiaalse ühenduse rakendada, et vähendada puutevoolu ja tõsta ohutust.
Maandumisveakaitse TN süsteemides
TN süsteemides peaksid jaotuskretside maandumisveakaitse toimimisomadused rahuldama järgmist tingimust:
Zs × Ia ≤ Uo
Kus:
- Zs — Maandumisveajuhe kogu impedants (Ω);
- Ia — Vool, mis on vajalik, et kaitseseade lahutaks veajuhi automaatselt määratud ajaks (A);
- Uo — Nominaalne faze-ja-maa voolu tõkke (V).
Järgmisel joonisel näidatakse, kuidas L3 fasi maandumisvea korral veavool (Id) liigub L3 fasejoonel, seadme metallilises käivetikus ja PE kaitsejoonel, moodustades sulguse tsükli. Zs tähistab fase-ja-kaitsejoone tsükli kogu impedantsi, ja Uo on 220V.
Lahutamisaegade nõuded TN süsteemide maandumisveakaitseks
TN süsteemide jaotuskretside korral, mille nominaalne faze-ja-maa pingetase on 220V, peaks maandumisveakaitse lahutama veajuhi järgmistel tingimustel:
- Jaotuskretside või lõplike kretside korral, mis tarnivad püsivaid elektriseadmeid, ei tohi lahutamisaeg ületada 5 sekundit;
- Kätesiseseks või mobiilseks seadmeteks või sokkeltsirkuitide korral ei tohi lahutamisaeg ületada 0,4 sekundit.
Valik maandumisveakaitse meetodeid TN süsteemides:
a. Kui eelnimetatud lahutamisaegade nõuded on rahuldatud, võib kasutada ületusvoolukaitset ka maandumisveakaitseks;
b. Kui ületusvoolukaitse ei rahulda nõudeid, kuid nulljärjestiku voolukaitse rahuldab, tuleks kasutada nulljärjestiku voolukaitset. Kaitse sätete väärtus peaks olema suurem kui maksimaalne ebavõrdne vool tavapärase töötamise tingimustes;
c. Kui ükski eelnimetatud meetod nõudeid ei rahulda, tuleks kasutada jääkvooluga töötavat kaitset (RCD, ehk "jääkvoolukaitset").
Maandumisveakaitse TT süsteemides
TT süsteemide jaotuskretsides peaks maandumisveakaitse toimimisomadused rahuldama järgmist tingimust:
RA × Ia ≤ 50 V
Kus:
- RA — Väljalikke juhtivaid osi ja neutraalset (N) joont maandavaid takistuste summa (Ω);
- Ia — Vool, mis on vajalik, et kaitseseade lahutaks veajuhi usaldusväärselt (A).
Järgmisel joonisel näidatakse, kuidas L3 fasi maandumisvea korral veavool (Id) liigub L3 joonel, seadme metallilises käivetikus, seadme maanduspinnaga, maa ja tagasi allika poole neutraalpunkti maandava takistuse kaudu, moodustades veajuhe. 50 V väärtus tähistab puutepingu turvalist piiri, tagades, et inimesele tekkiva pinguga ei ole ohtlik.
Valik maandumisveakaitse TT süsteemide jaoks:
- Kui kasutatakse ületusvoolukaitse seadmeid, peaks Ia olema väärtus, mis tagab veajuhi lahutamise 5 sekundi jooksul;
- Kui kasutatakse otseselt toimivaid ületusvoolukaitse seadmeid, peaks Ia olema minimaalne vool, mis tagab otsese toimingu;
- Kui kasutatakse jääkvooluga töötavat kaitset (RCD, ehk "jääkvoolukaitset"), peaks Ia võetama nende nimiajastatud jääkvooluoperatiivse voolu In.
Maandumisveakaitse IT süsteemides
Tavalistes töötamistingimustes koosneb IT süsteemi igas faasis maale vedavast lekkevoolust, mida tähistatakse Iac, Ibc, Ica, ja nende kolme faasi maale vedava kapatsiivvoolu vektorsumma on null. Seega võib neutraalpunkti pinget vaadelda 0V-näol.
Esimese maandumisvea korral terviklike (mitte-veaga) faseide maale suunatud pingus tõuseb √3 korda. See viitab, et IT süsteemidel on elektriseadmestele kõrgem isolatsiooninõue kui TN ja TT süsteemidel. Kuid kuna esimese maandumisvea vool on väga väike (peamiselt kapatsiivvool), võib süsteem jätkata töötamist. Siiski tuleb paigaldada isolatsiooni jälgimisseade, mis annab alarmi, kui esimene viga tuvastatakse, lubades hooldustööliste kiiresti vea tuvastada ja parandada.
- Kui väljalikud juhtivad osad maandatakse individuaalselt, tuleb teise vea korral teisel fasil veajuhi lahutamine vastata TT süsteemi maandumisveakaitse nõuetele;
- Kui väljalikud juhtivad osad on ühendatud ühise maandussüsteemiga, tuleb teise vea korral teisel fasil veajuhi lahutamine vastata TN süsteemi maandumisveakaitse nõuetele;
- IT süsteemil ei tohiks olla neutraaljoont (N joont).
Kokkuvõttes näitavad erinevad elektritarnesüsteemide maandumissüsteemid unikaalseid maandumisvea omadusi. Ainus viis sobiva ja vastastikku kooskõlastatud maandumisveakaitse skeemi disainimiseks on täielikult mõista iga süsteemi vea käitumist, tagades elektritarnesüsteemide ohutuse ja usaldusväärsuse.
