3.7 Использование УЗИП в системах электроснабжения

Техническое руководство

           При осуществлении мер защиты зданий от отдаленных, близких или прямых ударов молнии используют ступенчатую защиту на основе УЗИП, когда импульсы перенапряжения уменьшаются поэтапно. Начальный степень поглощения энергии молнии (УЗИП-1) предотвращает проникновение основной части ее импульса в систему, а остальные - уменьшаются на границе зонных переходов системы электроснабжения.
     Для проектирования системы внутренней молниезащиты и выбора УЗИП необходимо собрать полную информацию о параметрах сети, про электрическое и электронное оборудование. Неправильно подобранные УЗИП не способны обеспечить надлежащую защиту и могут стать причиной аварийной ситуации.
     1. Определяется класс молниезащиты объекта, рабочее напряжение и наличие внешней молниезащиты,
     2. Определяется расположение главного распределительного щита, количество вторичных распределительных щитов, расположение и расстояние между ними.
     3. Определяется схема системы электроснабжения: TN-C, TN-C-S, TN-S, ТТ, IT и способ ввода питания в здание: воздушной или кабельной линией.
     4. Определяются параметры режима системы: номинальное и максимальное напряжения в сети; ток срабатывания предохранителя или защитного автомата.
     5. Определяются зоны молниезащиты.
     Простой системой электроснабжения схема TN-C, в которой электрическое оборудование питается с помощью трех фазных проводов (L1, L2, L3) и общего нейтрального провода (PE-N), который выполняет функции и рабочего «нуля», и защитного проводника. Классическая трехступенчатая схема подключения УЗИП для трехфазной 4-х проводной сети TN-C показана на рис. 3.7.1.

     УЗИП 1-го класса и УЗИП 2-го класса подключении по схеме 3 + 0. Возможно дополнительное установление отдельных предохранителей перед каждым из них. УЗИП-3 применяются для защиты от коммутационных перенапряжений в электрической цепи потребителей и устанавливаются между фазным проводом L и «нулем» PE-N.
     Существенным недостатком схемы TN-C является потеря защитных функций в случае повреждения нулевого провода, что может привести к появлению напряжения на неизолированных корпусах оборудования. Несмотря на это, благодаря своей экономичности по сравнению с другими схемами, такая система широко используется, особенно в сетях уличного освещения.
     Наиболее безопасной с точки зрения электробезопасности является 5-ти проводная система электроснабжения TN-S (рис. 3.7.2).

     Она выполняется с помощью трех фазных проводов (L1, L2, L3), нулевого проводника N и проводника заземления РЕ (защитный «ноль»). Особенностью схемы является изолированный от системы заземления нулевой проводник, который выполняет только свою главную функцию «рабочего нуля».
     Молниезащитные разрядники УЗИП-1 применяются по схеме «3 + 1», то есть фазные проводники L1, L2, L3 присоединяются к нулевому проводу N для ограничения перенапряжений «провод-провод» из УЗИП, а сам нулевой провод N через суммарный искровой промежуток соединяется с защитным проводником заземления РЕ для ограничения перенапряжений «провод-земля».
     УЗИП-2 также применяют по схеме «3 + 1», УЗИП-3 - или по схеме «3 + 1», или «3 + 0», причем схема «3 + 1» применяется преимущественно в производственных зданиях с большим количеством коммутационных аппаратов.
     При необходимости, перед каждым УЗИП 1-го и 2-го класса могут быть установлены дополнительные предохранители. Также в схеме TN-S (в отличие от TN-С) возможно использование устройства защитного отключения (УЗО).
     Недостатком схемы TN-S является относительно высокая стоимость. Поэтому раньше, при проектировании систем электроснабжения, для жилых зданий в основном использовалась четырехпроводная система питания TN-C. В настоящее время, с целью безопасного использования современных бытовых приборов и предоставления возможности установки в схему УЗО, четырехпроводная система TN-C искусственно превращается в аналог пятипроводной благодаря разветвлению комбинированного
«нуля» PE-N на N и РЕ в месте установки ГРЩ. Такая система получила название TN-C-S (рис. 3.7.3)
     Необходимо обратить внимание на то, что N и РЕ на вводе все еще соединены между собой, поэтому УЗИП-1 устанавливаются перед местом разветвления провода PE-N только по схеме «3 + 0». После разветвления УЗИП-2 присоединяется или по схеме «3 + 0», или «3 + 1», в зависимости от расстояния между точкой разветвления и УЗИП-2; если расстояние меньше 5м, используют схему «3 + 0». В случае установления УЗО обязательно применяется схема «3 + 1». УЗИП-3 присоединяется или по схеме «3 + 0», или «3 + 1».

     Существенным недостатком системы питания TN-C-S есть большая вероятность возникновения опасного напряжения на оборудовании в случае повреждения провода PE-N до ввода в здание требует отдельных специальных мер защиты провода PE-N.
     В сельской местности электроснабжения потребителей в основном выполняется воздушными линиями по схеме TN-C со всеми ее недостатками. Система питания ТТ базируется на использовании системы TN-C, где для улучшения защитных функций у потребителя создается собственный независимый контур заземления с сопротивлением не более 10 Ом, к которому присоединяются защитные проводники РЕ. В городах такая схема используется для питания временных объектов.
     Защитный контур в схеме ТТ никак не зависит от состояния проводника N, благодаря чему гарантируется работоспособность защиты от аварийных ситуаций. УЗИП-1, УЗИП-2 и УЗИП-3 присоединяются по схеме «3 + 1». Особенностью системы ТТ является обязательное использование УЗО, которое обычно устанавливается во вторичном распределительном щите после УЗИП-2, иначе оно будет воспринимать импульсный ток как аварийный и разомкнет электрическую цепь. Если по каким-то причинам невозможно выполнить условие установления УЗО после УЗИП-2, используют УЗО типа S с задержкой продолжительности срабатывания, которые способны выдержать импульсный ток до 3 кА (8/20 мкс), устанавливая их перед УЗИП-2.
     Основное отличие системы IT от всех описанных ранее систем TN состоит в том, что «нейтраль» источника питания или полностью изолирована от земли или заземлена с помощью специальных устройств с большим сопротивлением. Также существует вариант схемы, когда «нейтраль» отсутствует полностью, что предполагает только 3-х фазное питание потребителей.
     Система IT используется в переносных портативных генераторных установках, при работе в полевых условиях не имеют надежного заземления; в медицинских учреждениях для электропитания оборудования жизнеобеспечения; на предприятиях нефтепереработки и энергетики, угольной отрасли, научных лабораториях особенно чувствительными приборами и других ответственных объектах. Это связано с тем, что даже при пробое фазы на «землю», за счет малого тока утечки, сеть продолжит
работать без срабатывания защитного автомата, который отключит систему только при крупной аварии, например при межфаз-
ном коротком замыкании.
     С другой стороны, такая низкая чувствительность к токам КЗ опасна, поэтому требуется дополнительная система оповещения персонала об аварии, которая произошла. УЗИП-1 и УЗИП-2 присоединяются к сети IT по схеме «3 + 0» при условии отсутствия проводника N; в противном случае также может использоваться и схема «3 + 1».