plik


ÿþDr in|. Edward MusiaB Politechnika GdaDska ALTERNATYWA  UKAAD TN CZY UKAAD TT W NISKONAPICIOWEJ SIECI ROZDZIELCZEJ WSPÓLNEJ 1. WSTP Po kilkudziesiciu latach niemal wyBcznego stosowania ukBadu TN w polskich sieciach rozdzielczych wspólnych prdu przemiennego niskiego napicia podwa|a si t praktyk. Tu i ówdzie próbuje si forsowa ukBad TT. Nie ma nic nagannego w we- ryfikowaniu z dawna ustalonych rozwizaD, je[li skBaniaj do tego do[wiadczenia eks- ploatacyjne, nowe potrzeby bdz nowe mo|liwo[ci techniki. Nie powinno si to jednak odbywa w nastpstwie nieuwa|nego odczytania bBdnie przetBumaczonych przepisów midzynarodowych albo w wyniku jednostronnego widzenia problemu. Spo[ród trzech mo|liwych ukBadów, TN, TT oraz IT, w sieciach rozdzielczych wspólnych ró|nych krajów spotyka si dwa pierwsze, trzeci wystpuje wyjtkowo, zanika, i w tym zastosowaniu nie zasBuguje na uwag. Cechy wspólne ukBadów TN i TT odró|niajce je od ukBadu IT s nastpujce: a) bezpo[rednie uziemienie robocze dla utrzymania na ni|szym poziomie napicia wzgldem ziemi; w ukBadzie trójfazowym jest ono równe napiciu fazowemu a nie  midzyprzewodowemu, jak w ukBadzie IT, b) wikszy prd zwarcia doziemnego i wymaganie, by ju| pierwsze zwarcie do- ziemne byBo wyBczane, a nie  dopiero podwójne, jak w ukBadzie IT. Na tym koDcz si podobieDstwa, a zaczynaj ró|nice midzy ukBadami TN i TT sprawiajce, |e ich przydatno[ nie jest jednakowa. Stosowana w niniejszym referacie terminologia jest zgodna z przyjt w projekcie nowelizacji przepisów [11]. 2. CHARAKTER PTLI I WARTOZ PRDU ZWARCIA L-PE (L-PEN) W ukBadzie TN ptla zwarcia z przewodem ochronnym jest w caBo[ci metaliczna. Jest ona zBo|ona wyBcznie z przewodów elektroenergetycznych (wBa[ciwy ukBad TN) bdz równie| z rozlegBych uziomów (uziemienie przez sie wodocigow, die verkappte Nullung). Prd zwarcia L-PE jest znacznie wikszy ni| w ukBadzie TT, w którym jego obwód zamyka si przez uziemienia, a wic równie| przez ziemi. W ukBadzie TN do samoczynnego wyBczania zasilania dla celów ochrony przeciwpora|eniowej mog by wykorzystywane zabezpieczenia nadprdowe. W ukBadzie TT, zwBaszcza w obrbie sie- ci rozdzielczej, nie wchodzi to w rachub; pozostaje stosowa urzdzenia ochronne ró|- nicowoprdowe. UkBad TN wi|e ró|ne uziomy w jeden ukBad uziomowy o maBej rezystancji uzie- mienia, podczas gdy w klasycznym ukBadzie TT uziomy te dziaBaj z osobna. Dziki temu ukBad TN jest bardziej odporny na wszelkie nara|enia pochodzce z zewntrz: przepicia oraz skutki zwar w sieci wy|szego napicia. Na terenie zabudowy wielkomiejskiej lub przemysBowej, gdzie wystpuje  global earthing system [10], wykonanie uziemienia przewodu ochronnego PE instalacji od- biorczej oddzielonego galwanicznie od uziemienia roboczego ukBadu bywa niemo|liwe i ukBad, pomy[lany jako TT, de facto mo|e okaza si ukBadem TN. 3. SKUTKI PRZERWANIA CIGAOZCI PRZEWODU NEUTRALNEGO W ukBadzie TN, który w obrbie sieci rozdzielczej wspólnej ma posta podukBadu TN-C, przewód PEN speBniajcy rol przewodu ochronnego PE oraz neutralnego N jest wielokrotnie uziemiony: przy stacji zasilajcej, na trasie i przy koDcach linii, zwBaszcza linii napowietrznych, oraz przy zBczach instalacji. Przerwanie cigBo[ci tego przewodu w obrbie sieci rozdzielczej wspólnej nie zagra|a wystpieniem znaczcej asymetrii na- pi fazowych za miejscem przerwy i nie nara|a dostawcy energii na wypBat odszko- dowaD za uszkodzone urzdzenia odbiorcze. Inaczej jest w ukBadzie TT, w którym przewód neutralny N uziemia si tylko przy stacji zasilajcej, by w dowolnym miejscu, równie| w dowolnym miejscu sieci rozdzielczej wspólnej, daBo si zainstalowa urz- dzenie ochronne ró|nicowoprdowe, jedyne urzdzenie zdolne samoczynnie wyBcza zasilanie dla celów ochrony przeciwpora|eniowej. 4. NAPICIE DOTYKOWE PRZY ZWARCIACH L-PE (L-PEN) W sieci rozdzielczej o podukBadzie TN-C poprawne rozplanowanie uziemieD przewodu PEN, dobór ich lokalizacji oraz warto[ci rezystancji, zapewnia przy zwar- ciach L-PEN  równowag napiciow przewodu PEN wzgldem ziemi (die Span- nungswaage). Sprawia, |e przy zwarciach w obrbie sieci rozdzielczej napicie w miejscu uszkodzenia UF (napicie dotykowe wzgldem ziemi odniesienia, fault volta- ge) nie przekracza 30 % napicia fazowego, a przy niesprzyjajcym rozplanowaniu uziemieD  50 % napicia fazowego. Znacznie mniejsze, zwBaszcza w zasigu ukBadu TN z rozbudowanym ukBadem poBczonych uziomów, s napicia dotykowe UT. Jeszcze mniejsze s napicia ra|eniowe dotykowe, którymi wprawdzie nie operuje si w odnie- sieniu do urzdzeD niskonapiciowych, ale które przecie| ostatecznie decyduj o skut- kach ra|enia. W sieci rozdzielczej TN-C o napiciu fazowym 220 V lub 230 V czas sa- moczynnego wyBczania zasilania ma dziki temu znaczenie drugorzdne, znacznie mniejsze ni| przy stosowaniu innych [rodków ochrony [1, 2, 6, 7]. To dlatego w obrbie sieci rozdzielczej wymaga si prdu zwarcia L-PEN tylko 2,5 razy wikszego od prdu znamionowego zastosowanych bezpieczników (Szwajcaria, projekt nowelizacji polskich przepisów [11]), zaledwie 1,6 razy wikszego (Niemcy, Austria) albo nie stawia si co do tego |adnych wymagaD (Szwecja). Tymczasem w ukBadzie TT napicie w miejscu uszkodzenia UF ma zwykle warto[ zbli|on do napicia fazowego; jest zatem co najmniej dwukrotnie wiksze ni| w ukBa- dzie TN. 5. REZERWOWANIE WYACZNIKÓW RÓ{NICOWOPRDOWYCH W instalacji odbiorczej o podukBadzie TN-S nie ma przeszkód w stosowaniu ukBa- du ochronnego ró|nicowoprdowego, podobnie jak w ukBadzie TT. Ró|nica jest jednak zasadnicza: je[li zawiedzie wyBcznik ró|nicowoprdowy, w ukBadzie TN zadziaBa za- bezpieczenie nadprdowe pobudzone du|ym prdem zwarcia L-PE, a w ukBadzie TT liczy na to nie mo|na. Zatem w ukBadzie TN ochrona dodatkowa w postaci ukBadu ochronnego ró|nicowoprdowego jest rezerwowana, jest dublowana przez zerowanie, bez ponoszenia dodatkowych kosztów z tego tytuBu. Z punktu widzenia niezawodno[ci ochrony mo|na poprzesta na pojedynczym wyBczniku ró|nicowoprdowym w torze zasilania, a wymagania stawiane zerowaniu mo|na zBagodzi, np. dopu[ci czas wyB- czania 5 s niezale|nie od warunków [rodowiskowych [11]. Nie mo|na przeceni tej ró|nicy midzy ukBadami TN i TT, je[li si pamita, |e zawodno[ wyBczników ró|nicowoprdowych jest o caBe rzdy wielko[ci wiksza ni| zawodno[ wyBczników nadprdowych i tym bardziej  bezpieczników. W krajach, które od dziesicioleci masowo stosuj wyBczniki ró|nicowoprdowe, przebadano ich w eksploatacji ju| setki tysicy i uzyskano warto[ciowy materiaB statystyczny [3]. Po kilku...kilkunastu latach eksploatacji odsetek niesprawnych wyBczników wynosi od 0,5 ÷ 2 % (nowsze konstrukcje, korzystne warunki [rodowiskowe) do 6 ÷ 9 % i wicej  akurat tam, gdzie zagro|enie pora|eniowe jest najwiksze (w piwnicach, na wolnym powietrzu, na placach budowy). 6. MO{LIWOZ KOEGZYSTENCJI UKAADÓW TN I TT W GALWA- NICZNIE POACZONEJ SIECI Z sieci rozdzielczej wspólnej o ukBadzie TN mo|na zasila instalacje elektryczne o ukBadzie TT, je[li w samej instalacji ukBad TN jest zakazany przez przepisy bdz z innych wzgldów niewskazany. Zatem wprowadzenie ukBadu TN w sieci rozdzielczej nie przeszkadza w stosowaniu ukBadu TT w instalacjach odbiorczych, w tworzeniu  wysp TT w sieci TN [8, 11]. UkBad TT mo|e mie caBa instalacja elektryczna obiektu (budynku, gospodarstwa rolnego lub placu budowy). Wystarczy (rys. 1) w |aden sposób nie wykorzystywa w nim przewodu ochronnego PE lub funkcji ochronnej przewodu ochronno- neutralnego PEN ukBadu TN, a  spo[ród [rodków ochrony dodatkowej polegajcych na samoczynnym wyBczaniu zasilania  korzysta tylko z ukBadu ochronnego ró|nicowo- prdowego. Przewodu PE lub PEN ukBadu TN oczywi[cie nie wolno wtedy przyBcza do szyny wyrównawczej gBównej ani jakiejkolwiek miejscowej. W sytuacji przedsta- wionej na rys. 1 bez poBczenia wyrównawczego gBównego oznaczonego lini kropko- wan (od przewodu PEN w zBczu do gBównej szyny wyrównawczej) instalacja ma ukBad TT, a w razie wykonania tego poBczenia  ma ukBad TN-S. N PE instalacja odbiorcza L1, L2, L3 TT L1, L2, L3 I” > N PE sie rozdzielcza TN zBcze o izolacji ochronnej L1, L2, L3 N GBówna szyna PEN wyrównawcza PA (CC) Rys. 1. Instalacja o ukBadzie TT przyBczona do sieci o ukBadzie TN (wyspa TT w sieci TN): 1  zBcze o izolacji ochronnej, 2  gBówna szyna wyrównawcza W wyjtkowych sytuacjach ukBad TT mo|e wystpowa choby w pojedynczym obwodzie zasilanym z sieci, a nawet z instalacji o ukBadzie TN. Chodzi o obwód obsBu- gujcy urzdzenia u|ytkowane poza zasigiem oddziaBywania gBównych poBczeD wy- równawczych obiektu, np. poza budynkiem ze zBczem. To wa|ne zastrze|enie wyklu- cza mo|liwo[ koegzystencji w jednym budynku galwanicznie poBczonych ukBadów TN i TT. We wspomnianym obwodzie TT do samoczynnego wyBczania zasilania dla celów ochrony dodatkowej mo|e by u|yte tylko urzdzenie ochronne ró|nicowopr- dowe. Je[li wystpuje miejscowa szyna wyrównawcza, nale|y do niej przyBczy prze- wód ochronny obwodu o ukBadzie TT, a nie wolno przyBcza przewodu ochronnego (PE, PEN) poprzedzajcych obwodów ukBadu TN. Je[li natomiast sie rozdzielcza ma ukBad TT, taki sam ukBad maj i mie musz wszelkie galwanicznie z ni poBczone instalacje odbiorcze; |adnej mo|liwo[ci manew- ru, bez u|ycia transformatora izolacyjnego, ju| nie ma. Jest jeszcze jedna sytuacja, kiedy w galwanicznie poBczonej sieci dopuszcza si koegzystencj obu ukBadów. Na czas zasilania awaryjnego wolno do sieci rozdzielczej o ukBadzie TN doBczy obwody sieci o ukBadzie TT, pod warunkiem, |e w instalacjach o ukBadzie TN s wykonane poBczenia wyrównawcze gBówne [11]. Manewr odwrotny, awaryjne zasilanie fragmentów sieci o ukBadzie TN z sieci o ukBadzie TT, nie jest do- puszczalny. 7. OCHRONA PRZY ZWARCIACH DOZIEMNYCH W SIECI ZASILAJCEJ WYSOKIEGO NAPICIA Od zarania elektroenergetyki stawiano pewne wymagania ochronie przeciwpora- |eniowej w urzdzeniach niskiego napicia na wypadek zwar doziemnych w zasila- jcych urzdzeniach wysokiego napicia. Bierze si pod uwag przede wszystkim poje- dyncze zwarcie doziemne w cz[ci wysokonapiciowej stacji zasilajcej. Prawdo- podobieDstwo takich zdarzeD jest dzi[ znacznie mniejsze ni| dawniej; nadal mo|na je zmniejsza doskonalc izolacj obwodów wysokiego napicia stacji i ulepszajc kon- strukcj transformatorów oraz ich zabezpieczeD. Przy zasilaniu z sieci o kompensacji ziemnozwarciowej, pracujcych z trwajcym zwarciem doziemnym, na ogóB ignorowa- no przypadek najbardziej niekorzystny, dwufazowe zwarcie poprzez ziemi, i nie stwierdzono ujemnych tego nastpstw. Ostatnio pomija si mo|liwo[ uszkodzenia izo- lacji midzy uzwojeniami wysokiego i niskiego napicia w transformatorze i te| nic zBego z tego nie wynika. Sprawa od|yBa w zwizku z przechodzeniem na uziemienie punktu neutralnego sieci wysokiego napicia przez rezystor wymuszajcy przepByw prdu o warto[ci 100...500 A. W przypadku sieci kablowej wysokiego napicia spraw Bagodzi redukcyj- ne oddziaBywanie metalowych powBok i/lub |yB powrotnych (wspóBczynnik redukcyjny r = 0,6...0,2) obni|ajce warto[ prdu uziomowego. W przypadku sieci napowietrznej wystarcza niedu|y prd wymuszany przez rezystor, co Bagodzi zagro|enia. Przypadkiem kBopotliwym mog by sieci mieszane, w których wymusza si du|y prd czynny ze wzgldu na linie kablowe, a nie ma redukcyjnego dziaBania |yB powrotnych w liniach napowietrznych. Problem trzeba rozwizywa przez skracanie czasu trwania zwar do- ziemnych, co pozwala dopu[ci wiksze warto[ci napicia w miejscu uszkodzenia UF i napicia dotykowego UT [9], np.: UF = 330 V, UT = 125 V w czasie 0,3 s. Je[li uziemienie robocze sieci niskiego napicia jest oddzielone od uziemienia ochronnego urzdzeD wysokiego napicia stacji, ukBady TN i TT na pozór zachowuj si identycznie podczas zwarcia doziemnego w cz[ci wysokonapiciowej stacji; w obu wystpuj tylko nara|enia izolacji doziemnej urzdzeD niskiego napicia stacji i s one jednakowe (napicie fazowe powikszone o napicie uziomowe). Na pozór jednakowe, bo w ukBadzie TN napicie uziomowe  wystpujce na wypadkowej rezystancji równo- legle poBczonych licznych uziemieD roboczych  jest znacznie mniejsze ni| w ukBadzie TT. Je[li natomiast wspomniane uziemienia robocze i ochronne s wspólne: a) W ukBadzie TT nara|enia izolacji doziemnej (napicie fazowe powikszone o napicie uziomowe) wystpuj poza stacj, we wszelkich urzdzeniach rozdzielczych i odbiorczych. b) W ukBadzie TN wystpuje na przewodach ochronnych (PEN, PE) napicie uziomowe o znanej ju| warto[ci. Nie wprowadza ono |adnego zagro|enia w instala- cjach z poprawnymi poBczeniami wyrównawczymi gBównymi. 8. ZAKOCCZENIE Wy|szo[ ukBadu TN w obrbie sieci rozdzielczej wspólnej jest bezsporna. Pozwa- la on Batwo rozwiza ochron dodatkow przez zerowanie w urzdzeniach rozdziel- czych. Jest to optymalny ukBad równie| dla pospolitych instalacji odbiorczych [1, 2, 5, 7] umo|liwiajcy stosowanie wyBczników ró|nicowoprdowych i rezerwo- wanie ich przez zerowanie. Jest to wreszcie jedyny ukBad, który zastosowany w sieci rozdzielczej nie przesdza o ukBadzie instalacji odbiorczej; z sieci TN mo|na zasila instalacj TT. Z uwagi na to, |e sie wodocigowa przestaje peBni rol uziomu, w Szwajcarii pospiesznie przerabia si [4] istniejce sieci i instalacje o domniemanym ukBadzie TT na ukBad TN. Norwegia, która bodaj jako jedyna w [wiecie, miaBa sieci wspólne o ukBadzie IT, przerabia je na ukBad TN. W niemieckojzycznych krajach od dawna stosujcych zerowanie (D-A-CH Nul- lungsländer) wprowadzaniu zasad HD 384 (wg IEC 364) towarzyszyBo zawoBanie tra- westujce okrzyk ulicy paryskiej po [mierci króla:  Die Nullung ist tot, es lebe die Nul- lung . UmarBo dawne  klasyczne zerowanie , niech |yje  nowoczesne zerowanie z osobnym przewodem ochronnym, uzupeBnione wyBcznikami ró|nicowoprdowymi. Skd zatem wtpliwo[ci i jakie s powody zamieszania wokóB tej sprawy? W Polsce sprawiaj to dezinformujce prelekcje i publikacje neofitów ochrony prze- ciwpora|eniowej. Na forum midzynarodowym mo|na wskaza dwa powody: 1. Pierwowzorem gBównych arkuszy przepisów midzynarodowych IEC 364 jest norma francuska NF C 15-100 z roku 1976. Bez do[wiadczenia w stosowaniu zerowa- nia Francuzi opracowali klasyfikacj ukBadów TN i sformuBowali zestaw wymagaD w oparciu o teoretyczne rozwa|ania wystpujcych zagro|eD. Jednym z mankamentów przepisów jest zaBo|enie, i| ukBad TN jest uziemiony tylko przy stacji zasilajcej; pomi- ja si rol dodatkowych uziemieD, co znacznie osBabia walory ukBadu TN. 2. Na forum IEC dziaBa lobby wytwórców wyBczników ró|nicowoprdowych za- interesowanych nowelizacj przepisów w kierunkach uBatwiajcych zbyt ich produkcji, nalegajcych na wyrazne preferowanie ukBadu TT. Prof. G. Biegelmeier, czoBowy eks- pert IEC, a zarazem przewodniczcy rady technicznej firmy produkujcej wyBczniki ró|nicowoprdowe  co w Polsce niejednego przewodniczcego rady technicznej po- winno zawstydzi  skutecznie blokuje te usiBowania. Trzeba na koniec wyraznie podkre[li, |e przepisy midzynarodowe IEC 364-4-41, nie dotycz sieci rozdzielczych wspólnych, a w odniesieniu do instalacji nie próbuj rozstrzyga o wyborze ukBadu IT, TT czy TN. Wszelkie na nie powoBania przy próbie narzucania ukBadu s bezpodstawne. LITERATURA 1. Biegelmeier G. i inni: Normen für die Anwendung der Neutralleiter-Schutzerdung (Nullung) als Fehlerschutz in Niederspannungsanlagen. VEÖ Journal, 1996, nr 11, s. 50-62 2. Hochbaum A.: Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen für den Brand- und Sachschutz. Elektropraktiker, 1997, nr 1, s. 68-73 3. Kieback D.: Zuverlässigkeit von FI-Schutzschaltern. Elektrie, 1995, nr 4, s. 134-143 4. Matt M.: Umstellung schutzgeerdeter Installationen auf Nullungssysteme. Bulletin SEV, 1995, nr 11, s. 38-40 5. MusiaB E.: Nowelizacja przepisów o ochronie przeciwpora|eniowej czyli niemoc przewlekBa. VII Midzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna  Ochrona przeciwpora|eniowa w urzdze- niach elektroenergetycznych , Aódz, 1989. MateriaBy konferencyjne, s. 1-11 6. Nowe propozycje robocze Austriackiego Narodowego Komitetu IEC w sprawie bezpieczeDstwa w instalacjach elektrycznych. X Midzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna  Ochrona prze- ciwpora|eniowa w urzdzeniach elektrycznych , WrocBaw, 1995. MateriaBy konferencyjne, s.95- 106 7. Umlauft D., Zankel F.: TT- oder TN-System - ist ein Ende des Richtungsstreites in Sicht? VEÖ Journal, 1996, nr 11, s. 44-49 8. IEC 364-4-41: Electrical installations of buildings. Protection against electric shocks 9. IEC 364-4-442: Electrical installations of buildings. Protection of low-voltage installations against faults between high-voltage systems and earth 10. E DIN EN 50179 (Mai 1994): Errichten von Starkstromanlagen mit Nennwechselspannungen über 1 kV 11. Instytut Energetyki. Przepisy budowy urzdzeD elektroenergetycznych. Wydawnictwa Przemy- sBowe WEMA, Warszawa, 1997, s. 171 - 230: Warunki techniczne, jakim powinny odpowiada urzdzenia elektroenergetyczne niskiego napicia w zakresie ochrony przeciwpora|eniowej. Projekt nowelizacji przepisów Dane bibliograficzne: MusiaB E.: Alternatywa  ukBad TN czy ukBad TT w niskonapiciowej sieci rozdzielczej wspólnej. W: [MateriaBy Konferencyjne] XI Midzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna  BezpieczeDstwo elektryczne , WrocBaw, [wrzesieD] 1997. Inst. Energoelekt. Polit. Wroc., SEP Oddz. WrocBaw. 1997, t. I, s. 118-125.

Wyszukiwarka