Анализа на заштитата од земјско поврзување во нисковолтни распределбени системи за податочни центри
Низковолтните распределбени линии се широко користат во различни индустрии, а распределбените околини се сложни и разновидни. Овие линии не само дека се пристапува до нив од страна на професионалци, туку често и од страна на не-стручњаци, што значително зголемува ризикот од грешки. Неправилна дизајн или инсталација лесно може да доведе до електрични удар (особено при индиректен контакт), повреда на жичевите, или дури и електрични пожари.
Системот за земјско поврзување е критичен компонент на низковолтните распределбени мрежи - технички комплексен и битен елемент за безбедност. Типот на системот за земјско поврзување е тесно поврзан со ефективноста на заштитата против земјски грешки.
Во моментов, низковолтните распределбени системи во центровите за податоци по цела Кина веќе претставуваат TN-S конфигурација за земјско поврзување. Овие системи вклучуваат многу низковолтни распределбени уреди и екстензивна кабелска мрежа, што претставува значителна инвестиција. Било каква грешка, ако не се обработи во момент, може да доведе до сериозни повреди на лицата и значителна материјална штета, затоа се бара екстремно висока надежност од распределбениот систем.
За да се даде подетално и систематско објаснување за заштитата против земјски грешки во низковолтните распределбени системи, следниов дел дава компаративна анализа на различни конфигурации за земјско поврзување и нивните соодветни методи за заштита против грешки.
Општи извршувачки услови за заштита против земјски грешки
- Системот за заштита против земјски грешки треба да биде дизајниран така што ефективно ќе предотврати индиректен електричен удар на лицата, како и несреќи како електрични пожари и повреди на жичевите.
- Испоставените проводливи делови на електричната опрема треба да бидат надежно поврзани со заштитниот проводник (PE проводник) според специфичните услови на системот. Екстерно достапните проводливи делови кои можат истовремено да се допираат треба да бидат поврзани со истиот систем за земјско поврзување за да се осигура равен потенцијал.
- Кога заштитата против земјски грешки на електричната инсталација не може да задоволи барањето за автоматско исекнување на грешната кола во одреден временски период, дополнително еквипотенцијално поврзување треба да се имплементира во локалната област за намалување на напонот на допир и подобрување на безопасноста.
Заштита против земјски грешки во TN системи
Оперативните карактеристики на заштитата против земјски грешки за распределбени коли во TN системи треба да задоволат следниов услов:
Zs × Ia ≤ Uo
Каде:
- Zs — Вкупен импеданс на земјскиот грешки луп (Ω);
- Ia — Стрojа потребна за автоматско исекнување на грешната кола во одреден временски период (A);
- Uo — Номинален напон меѓу фаза и земја (V).
Како што е прикажано на следната слика, кога се случи земјска грешка на фаза L3, грешниот стрoj (Id) протече низ проводникот на фаза L3, металната капсула на опремата и PE заштитниот проводник, формирајќи затворена лупа. Zs претставува вкупниот импеданс на фаза-заштитен проводник луп, а Uo е 220V.
Барања за времетраење на исекнување за заштита против земјски грешки во TN системи
За распределбени коли во TN системи со номинален напон меѓу фаза и земја од 220V, времетраењето потребно за заштита против земјски грешки за исекнување на грешната кола треба да задоволи следниве барања:
- За распределбени коли или финални коли кои снабдуваат фиксна електрична опрема, времетраењето на исекнување не треба да надмине 5 секунди;
- За коли кои снабдуваат рачно носли или подвижни уреди, или коли на контакти, времетраењето на исекнување не треба да надмине 0,4 секунди.
Избор на методи за заштита против земјски грешки во TN системи:
а. Кога горенаведените барања за времетраење на исекнување можат да се задоволат, заштитата против прекомерен стрoj може да се користи и како заштита против земјски грешки;
б. Кога заштитата против прекомерен стрoj не може да задоволи барањата, но нултата последователност на заштита против стрoj може, треба да се користи нултата последователност на заштита против стрoj. Поставувачкиот вредност треба да биде поголема од максималниот несбалансиран стрoj при нормални работни услови;
в. Кога ниеден од горенаведените методи не може да задоволи барањата, треба да се применува заштита против остаточен стрoj (RCD, или „заштита против протечки“).
Заштита против земјски грешки во TT системи
Оперативната карактеристика на заштитата против земјски грешки во распределбени коли во TT системи треба да задоволи следниов услов:
RA × Ia ≤ 50 V
Каде:
- RA — Збирот на отпорот на земјскиот електрод на испоставените проводливи делови и отпорот на земјскиот нейтрален (N) проводник (Ω);
- Ia — Стрojот потребен за осигурување надежно исекнување на грешната кола (A).
Како што е прикажано на следната слика, кога се случи земјска грешка на фаза L3, грешниот стрoj (Id) протече низ проводникот на фаза L3, металната капсула на опремата, отпорот на земјскиот електрод на опремата, земјата и обратно до изворот низ отпорот на земјскиот нейтрален точка, формирајќи грешната лупа. Вредноста од 50 V претставува гранична вредност за напон на допир, осигурувајќи дека напонот на кој може да биде изложен лицето при грешка не претставува опасност.
Избор на заштита против земјски грешки за TT системи:
- Кога се користат заштитни уреди против прекомерен стрoj, стрojот Ia треба да биде вредноста која осигурува исекнување на грешната кола во 5 секунди;
- Кога се користат заштитни уреди против прекомерен стрoj со мгновено дејство, Ia треба да биде минималниот стрoj потребен за мгновено дејство;
- Кога се користат заштитни уреди против остаточен стрoj (RCD, или „заштита против протечки“), Ia треба да се земе како номиналниот остаточен оперативен стрoj In.
Заштита против земјски грешки во IT системи
При нормална работа, протечниот стрoj во секоја фаза на IT систем се состои од капацитивен стрoj до земјата - означени како Iac, Ibc, Ica - а векторскиот збир на овие трифазни земјски капацитивни стрoеви е нула. Значи, напонот на нейтралната точка може да се смета за 0V.
Кога се случи првата земјска грешка, напонот до земјата на здравите (незагрешени) фази се зголемува за фактор √3. Ова покажува дека IT системите бараат повисоки изолациони стандарди на електричната опрема врз TN и TT системи. Меѓутоа, бидејќи стрojот при првата земјска грешка е многу мал (првенствено капацитивен стрoj), системот може да продолжи да работи. Иако, мора да се инсталира уред за мониторинг на изолација за да се даде аларма при детектирање на првата грешка, овозможувајќи на персоналот за работа и одржување да ја локализира и поправи грешката своевремено.
- Кога испоставените проводливи делови се индивидуално поврзани со земјата, исекнувањето на грешната кола при втора грешка на друга фаза треба да задоволи барањата за заштита против земјски грешки на TT системот;
- Кога испоставените проводливи делови се поврзани со заеднички систем за земјско поврзување, исекнувањето на грешната кола при втора грешка на друга фаза треба да задоволи барањата за заштита против земјски грешки на TN системот;
- IT системот не треба да има нейтрален проводник (N линија) изведен.
Во заклучок, различните системи за земјско поврзување на електричната снабдевање покажуваат различни карактеристики на земјски грешки. Само со полно разбирање на грешките на секој систем, може да се дизајнира соодветна и компатибилна схема за заштита против земјски грешки, осигурувајќи безбедна и надежна работа на системите за снабдевање и користење на електричество.
