CCF20110310023

8. UZIEMIENIA W SIECIACH, INSTALACJACH I URZĄDZENIACH NISKIEGO NAPIĘCIA

8.1. Zadania uziemień w układach TN

W sieciach niskiego napięcia pracujących w układzie TN uziemienia (oznaczane RB) punktu neutralnego i przewodów PEN (PE) odgrywają ważną rolę w ochronie przed dotykiem pośrednim. Mogą one spełniać następujące zadania:

1)    ograniczają napięcia, które mogą być przeniesione z urządzeń wysokiego napięcia do obwodów niskiego napięcia.

2)    zapewniają, w normalnych warunkach pracy sieci niskiego napięcia, utrzymywanie się potencjału ziemi na przewodach PEN (PE) i połączonych z nimi częściach przewodzących dostępnych.

3)    zapobiegają długotrwałemu utrzymywaniu się asymetrii napięć w sieci TN podczas zwarć doziemnych z pominięciem przewodu PEN (PE).

4)    umożliwiają wyłączanie zasilania podczas zwarć doziemnych, gdy zwarcie doziemne wystąpi na uszkodzonym przewodzie ochronnym za miejscem jego przerwania.

5)    ograniczają napięcie pojawiające się podczas zwarć doziemnych na przerwanym przewodzie ochronnym i połączonych z nim częściach przewodzących.

6)    ograniczają napięcie na przewodach PEN (PE) wywołane zwarciami doziemnymi w sieci TN.

W dokumentach IEC i CENELEC zakłada się, że wymagania stawiane przewodom ochronnym powinny skutecznie zapobiegać zdarzeniom polegającym na przerwaniu tych przewodów bez równoczesnego przerwania przewodów fazowych. Dlatego nie uwzględnia się w nich zadań 4) i 5) przy wymiarowaniu uziemień. W Polsce takie zdarzenia są spotykane i dlatego warto zwrócić uwagę na rolę uziemień przewodu ochronnego w takich przypadkach.

Rola uziemień w ograniczaniu napięć, które mogą być przeniesione z sieci wysokiego napięcia do sieci niskiego napięcia pracującej w układzie TN

W Polsce, tradycyjnie łączy się punkty neutralne sieci niskiego napięcia (TN, TT) z uziomami stacji zasilających te sieci. Takie rozwiązanie może wywoływać poza stacjami (w sieciach i instalacjach typu TN) zagrożenie porażeniowe.

Na zagrożenie ludzi w instalacji niskiego napięcia w wypadku przebicia izolacji między uzwojeniami wysokiego i niskiego napięcia zwrócili uwagę w latach 60-tych prof. Piasecki i prof. Wołkowiński. Dzięki temu w przepisach polskich (PBUE z 1968 r.) znalazł się zapis, iż wypadkowa rezystancja R_wyp uziemienia punktu neutralnego sieci i przewodów PEN w sieci, w której stosuje się „zerowanie” (obecnie samoczynne wyłączenie zasilania przez zabezpieczenia przetę-żeniowe w sieci TN) nie powinna przekraczać wartości obliczonej ze wzoru:

R -⁶⁵

^K"yp ^- T~    (8.1)

44

Podręcznik nipę

w krórym: I_z - prąd zwarcia doziemnego w sieci wyższego napięcia, w £1, 65 - wartość dopuszczalnego długotrwale napięcia dotykowego, w V.

Taki obowiązek znalazł się również w Rozporządzeniu Ministra Przemysłu z 1990 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać urządzenia elektroenergetyczne w zakresie ochrony przeciwporażeniowej. Zmieniono w nim tylko wartość największego dopuszczalnego długotrwale napięcia dotykowego z 65 V na 50 V. W nieco zmienionej i złagodzonej formie zamieszczony został on w projekcie rozporządzenia znajdującym się w PBUE z 1997 r.

R

B

U_F

Up

Ib

(8.2)

gdzie: R_B - wypadkowa rezystancja uziemień sieci TN, w O; U_F - największe dopuszczalne napięcie uszkodzeniowe podane na rys. 8.2, w V; I”ki - prąd jednofazowego zwarcia doziemnego w sieci wyższego napięcia, w A; r - współczynnik redukcyjny określający stosunek prądu uziomowego do prądu zwarcia doziemnego; I_E - prąd uziomowy, w A.

Spełnienie każdego z tych wymagań jest łatwe, gdy sieć niskiego napięcia zasilana jest z sieci średniego napięcia z kompensacją prądów ziemnozwarciowych. Gorzej jest, gdy siecią zasilającą jest sieć średniego napięcia, której punkt neutralny uziemiony jest przez rezystor. Prądy zwarciowe mogą osiągać wtedy kilkaset amperów a rezystancja wypadkowa nie może zwykle przekraczać 0,5 Q, co nie jest łatwe do uzyskania.

Jak w takim razie radzą sobie z tym problemem w krajach Unii Europejskiej? Można powiedzieć, że prosto. Nie rozpatrują takiego przypadku. Oznacza to, że prawdopodobieństwo uszkodzenia izolacji między uzwojeniami wysokiego i niskiego napięcia transformatora zasilającego sieć niskiego napięcia uznająjako mało prawdopodobne. Wniosek taki można wysnuć nie tylko dlatego, że w publikacjach zagranicznych nie omawia się ww. sytuacji, ale również dlatego, że w zagranicznych opisach układów sieciowych nie spotka się układów, w których punkt neutralny sieci byłby uziemiony przez bezpiecznik iskiemikowy (tak jak się to u nas przewiduje dla ochrony przed rozważanym uszkodzeniem w sieciach niskiego napięcia pracujących w układzie IT).

Należy zwrócić uwagę, że wymóg zabezpieczania sieci niskiego napięcia przed skutkami uszkodzenia izolacji transformatora między uzwojeniami wyższego i niższego napięcia był opracowany dla transformatorów projektowanych wg technologii stosowanych w końcu lat 50-tych lub na początku lat 60-tych. W międzyczasie nastąpił ogromny postęp techniczny i technologiczny i dzisiejsze transformatory mają znacznie lepszą i lepiej wykonaną izolację. Niestety brak jest oficjalnej statystyki krajowej, na podstawie której można byłoby stwierdzić czy przebicia między uzwojeniami wysokiego i niskiego napięcia jeszcze się zdarzają. Mimo to w Polsce coraz powszechniejsze jest przekonanie, że należy zrezygnować z opisanego wyżej wymagania. Stosując ww. wymaganie, zlikwido-

45

Zeszyt 12