Analiza zaščite pred krmilnimi napakami v nizko napetostnih distribucijskih sistemih za podatkovne centre
Nizkotlačne distribucijske linije so široko uporabljene v različnih industrih, in okolja za distribucijo so kompleksna in raznolika. Te linije dostopajo ne le strokovnjaki, ampak tudi pogosto nestrokovnjaki, kar znatno poveča tveganje za napake. Nepravilna konstrukcija ali namestitev lahko hitro vodi do električnih udarov (zlasti pri neposrednem stiku), poškodbe žice ali celo električnih požarov.
Sistem zazemljenja je ključni sestavni del nizkotlačnih distribucijskih omrežij – tehnično zapleten in varnostno kritičen inženirski element. Vrsta sistema zazemljenja je tesno povezana z učinkovitostjo zaščite pred zazemljenimi napakami.
Trenutno nizkotlačna distribucijska sistema v podatkovnih centrih po vsej Kitajski predvsem uporabljajo konfiguracijo TN-S zazemljenja. Ti sistemi vključujejo veliko nizkotlačnih distribucijskih naprav in obsežno kabliranje, kar predstavlja značilen kapitalski vlag. Vsaka napaka, če ni hitro odpravljena, lahko povzroči težke osebne poškodbe in značilne imetniške škode, zato zahtevajo izjemno visoko zanesljivost od distribucijskega sistema.
Za boljšo in sistematičnejšo razlago zaščite pred zazemljenimi napakami v nizkotlačnih distribucijskih sistemih, naslednji oddelek predstavlja primerjalno analizo različnih konfiguracij zazemljenja in njihovih ustreznih metod zaščite pred napakami.
Splošna zahteva za zaščito pred zazemljenimi napakami
- Sistem zaščite pred zazemljenimi napakami mora biti zasnovan, da učinkovito prepreči neposredne električne udare osebju, kot tudi nesreče, kot so električni požari in poškodbe žic.
- Izpostavljeni vodilni deli električnih naprav morajo biti zanesljivo povezani s zaščitnim vodilom (PE vodilo) v skladu z določenimi pogoji sistema. Zunanje dostopne vodile, ki jih lahko hkrati dotikajo, morajo biti povezane z istim sistemom zazemljenja, da se zagotovi enak potencial.
- Če zaščita pred zazemljenimi napakami električne instalacije ne more zadostiti zahtevi za samodejno preklop napake v določenem času, mora biti v lokalni območji implementirano dopolnilno enakopotencialno vezavo, da se zmanjša dotikalni napon in poveča varnost.
Zaščita pred zazemljenimi napakami v TN sistemih
V TN sistemih morajo delovalne lastnosti zaščite pred zazemljenimi napakami za distribucijske krake zadostiti naslednji pogoju:
Zs × Ia ≤ Uo
Kjer:
- Zs — Skupno upornost zazemljenega kroga (Ω);
- Ia — Tok, ki je potreben za samodejno preklop napake v določenem času (A);
- Uo — Imenovani napon med fazo in zemljo (V).
Kot je prikazano na spodnjem diagramu, ko se zgodi zazemljena napaka na fazi L3, tok napake (Id) teče skozi vodilo faze L3, metalno ogrino naprave in PE zaščitno vodilo, kar tvori zaprt krog. Zs predstavlja skupno upornost med fazo in zaščitnim vodilom, Uo pa je 220V.
Zahteve glede časa preklopa za zaščito pred zazemljenimi napakami v TN sistemih
Za TN sisteme distribucijskih krakov z imenovanim naponom med fazo in zemljo 220V, mora čas, ki ga zahteva zaščita pred zazemljenimi napakami za preklop napake, zadostiti naslednjim zahtevam:
- Za distribucijske krake ali končne krake, ki opskrbujajo fiksne električne naprave, ne sme biti daljši od 5 sekund;
- Za krake, ki opskrbujajo ročne ali premične naprave, ali krake za vtihače, ne sme biti daljši od 0,4 sekunde.
Izbira metod zaščite pred zazemljenimi napakami v TN sistemih:
a. Ko lahko zgornje zahteve glede časa preklopa zadostijo, se lahko za zaščito pred zazemljenimi napakami uporabi zaščita pred pretokom;
b. Ko zaščita pred pretokom ne more zadostiti zahtevam, a to lahko naredi zaščita pred neničelnim tokom, se mora uporabiti zaščita pred neničelnim tokom. Nastavna vrednost zaščite mora biti večja od največjega neravnovesnega toka v normalnem delovanju;
c. Ko nobena od zgornjih metod ne more zadostiti zahtevam, se mora uporabiti zaščita s preostalim tokom (RCD, ali "zaščita pred utekanjem toka").
Zaščita pred zazemljenimi napakami v TT sistemih
Delovalne lastnosti zaščite pred zazemljenimi napakami v TT sistemih distribucijskih krakov morajo zadostiti naslednjemu pogoju:
RA × Ia ≤ 50 V
Kjer:
- RA — Seštevek upornosti zazemljenja izpostavljenih vodil in upornosti zazemljenja neutralnega (N) vodila (Ω);
- Ia — Tok, ki je potreben za zanesljivo preklop napake (A).
Kot je prikazano na spodnjem diagramu, ko se zgodi zazemljena napaka na fazi L3, tok napake (Id) teče skozi vodilo faze L3, metalno ogrino naprave, upornost zazemljenja naprave, zemljo in nazaj do vira preko upornosti zazemljenja neutralne točke, kar tvori krog napake. Vrednost 50 V predstavlja varnostno omejilo za dotikalni napon, ki zagotavlja, da napon, ki mu bi lahko ljudje bili izpostavljeni med napako, ne predstavlja nevarnosti.
Izbira zaščite pred zazemljenimi napakami v TT sistemih:
- Ko se uporabljajo naprave za zaščito pred pretokom, mora biti tok Ia vrednost, ki zagotavlja preklop napake v 5 sekundah;
- Ko se uporabljajo naprave za zaščito pred pretokom z trenutnim preklopom, mora biti Ia najmanjši tok, ki zagotavlja trenutni preklop;
- Ko se uporabljajo naprave za zaščito s preostalim tokom (RCD, ali "zaščita pred utekanjem toka"), mora biti Ia njihova imenovana preostala operativna vrednost In.
Zaščita pred zazemljenimi napakami v IT sistemih
V normalnem delovanju se iztekanje toka v vsaki fazi IT sistema sestoji iz kapacitivnega toka v zemljo - označenega kot Iac, Ibc, Ica - in vektorska vsota teh tri-faznih zemljnih kapacitivnih tokov je enaka nič. Zato se napetost pri neutralni točki lahko smatra za 0V.
Ko se zgodi prva zazemljena napaka, se napetost do zemlje na zdravih (neobremenjenih) fazah poveča za faktor √3. To kaže, da IT sistemi zahtevajo višje raven izolacije električnih naprav v primerjavi z TN in TT sistemi. Vendar, ker je tok med prvo zazemljeno napako zelo majhen (predvsem kapacitivni tok), lahko sistem nadaljuje z delovanjem. Vendar mora biti nameščen naprava za nadzor izolacije, ki ob zaznavanju prve napake poda alarm, kar omogoča osebju za delo in vzdrževanje, da hitro najde in odpravi napako.
- Ko so izpostavljeni vodilni deli posamezno zazemljeni, mora preklop napake med drugo napako na drugi fazi zadostiti zahtevam za zaščito pred zazemljenimi napakami v TT sistemu;
- Ko so izpostavljeni vodilni deli povezani z skupnim sistemom zazemljenja, mora preklop napake med drugo napako na drugi fazi zadostiti zahtevam za zaščito pred zazemljenimi napakami v TN sistemu;
- IT sistem ne bi smel imeti izvedenega neutralnega vodila (N vodilo).
Združeno, različni sistemi zazemljenja snabjevanja imajo različne značilnosti zazemljenih napak. Le z popolno razumevanjem značilnosti napak vsakega sistema lahko zasnovamo primerno in združljivo shemo zaščite pred zazemljenimi napakami, ki zagotavlja varno in zanesljivo delovanje sistemov snabjevanja in uporabe.
