Глухозаземленою нейтраль в мережах 0,4 кВ: режими, TN-S, TN-C, TN-C-S – що краще

Повна реконструкція технологічних установок промислових підприємств, що включає відповідно і повну реконструкцію їх електропостачання, проводиться в даний час досить рідко в зв’язку з великими інвестиціями і тривалістю її реалізації. Найчастіше реконструкція або технічне переозброєння проводиться поетапно в періоди капітальних ремонтів технологічної установки.

Реконструкція електроустановок промислових підприємств повинна супроводжуватися виконанням вимог ПУЕ (сьоме видання), причому в п. 1.1.1. ПУЕ відзначено, що «по відношенню до реконструюється електроустановок вимоги цих Правил поширюються лише на реконструюються частина електроустановок».

Це означає, що при реконструкції тільки трансформаторної підстанції (ТП) 6 / 0,4 кВ, що включає распредустройство (РУ) 0,4 кВ (без заміни відходять кабелів), вимоги Правил повинні поширюватися тільки на зазначені ТП і РП, не зачіпаючи інших частин промислової установки, не охоплених реконструкцією. У той же час при поетапної реконструкції виникає проблема відповідності частини електроустановки, спроектованої з урахуванням нового видання ПУЕ, частин електроустановки, реалізованим за старими нормами і правилами. В основному це стосується боку 0,4 кВ, тому що новими Правилами введені можливі варіанти (режими) заземлення нейтрали і відкритих провідних частин в мережах 0,4 кВ, які пред’являють більш жорсткі вимоги до цих електроустановок (п’ятипровідна система, застосування УЗО-Д і т.п.).

Робота нейтрали типовий підстанції 10-6 / 0,4кВ

Розглянемо як приклад типовий варіант реконструкції ТП і РП 0,4 кВ технологічної установки нафтопереробного підприємства за умови максимального використання існуючих кабельних ліній до споживачів 0,4 кВ. В даному випадку не будемо торкатися електроустановок у вибухонебезпечних зонах, проектування яких має здійснюватися з урахуванням окрім ПУЕ ряду інших нормативних документів (в тому числі ГОСТ Р 51330.13-99 «Електрообладнання вибухозахищене. Електроустановки у вибухонебезпечних зонах ».)

Спрощена однолинейная принципова схема електропостачання установки приведена на рис. 1.5. Схема складається з комплектних розподільних пристроїв, що містять ряд осередків з автоматичними вимикачами:

  • комплектна трансформаторна підстанція (КТП). Зазвичай з боку вищого напруги КТП мають вступні шафи: або підлогові з відключають апаратами, або навісні для глухого введення. З боку нижчої напруги КТП мають шафи: вступні, секційні та лінійні з викатними або стаціонарними автоматичними вимикачами.
  • щити станцій управління (ЩСУ1, ЩСУ2), на яких встановлюють велику кількість апаратури, необхідної для управління сучасними приводами механізмів. ЩСУ в поєднанні з зовнішніми командними апаратами служать для дистанційного та автоматизованого керування приводами, забезпечуючи пуск, роботу

Однолінійна принципова схема електропостачання установки на нижчому напрузі (0,4 кВ) в потрібних режимах, зупинку, а також захист двигунів. На рис. 1.5 відходять від ЩСУ лінії для спрощення схеми не показані.

У схемі показані дві комплектні компенсуючі установки (ККУ-1, ККУ-2), які, як правило, підключаються до КТП в разі необхідності компенсації реактивної потужності на стороні 0,4 кВ. На шини КТП також підключаються потужні двигуни (М) технологічної установки і потужні і / або відповідальні розподільні щити (Щ). Для спрощення на схемі ці навантаження позначені по одному приєднання кожна. Щитів станцій управління може бути декілька залежно від складності і продуктивності технологічної установки, отже, і розташовуватися вони можуть як в одному приміщенні з КТП, так і в різних. У нашому випадку будемо вважати, що ЩСУ1 позначає щити, розташовані в одному приміщенні з КТП, а ЩСУ2 – в різних приміщеннях з КТП. Навантаженням ЩСУ (на схемі не показана) в основному є двигуни і розподільні щити, які значно менше за потужністю, ніж підключаються до КТП.

Варіанти роботи нейтралі відповідно до ПУЕ

Виберемо варіанти (режими) заземлення нейтрали і відкритих провідних частин в мережі 0,4 кВ розглянутої схеми електропостачання, враховуючи, що основні трифазні електроприймачі технологічної установки на справжній період підключено до РУ 0,4 кВ за допомогою чотирижильного кабелів, основна частина яких за технічним завданням заміні не підлягає. Згідно ПУЕ електроустановки напругою до 1 кВ житлових, громадських і промислових будівель і зовні
шніх установок повинні, як правило, отримувати живлення від джерела з глухозаземленою нейтраллю з застосуванням системи TN (п. 1.7.57).

У зв’язку з цим ми повинні в першу чергу розглянути можливість використання системи TN-C, а також необхідність застосування систем TN-S або комбінованої TN-C-S для різних рівнів схеми (КТП, ЩСУ, Щ).

Пункт 1.7.131. Правил ШЕУ говорить:

«У багатофазних ланцюгах в системі TN для стаціонарно прокладені кабелі, жили яких мають площу поперечного перерізу не менше 10 мм 2 по міді або 16 мм2 по алюмінію, функції нульового захисного (РЕ) і нульового робочого (N) провідників можуть бути суміщені в одному провіднику ( PEN-провідник) ».

Звідси випливає, що для КТП, потужні навантаження якого обумовлюють застосування для їх харчування кабелів з жилами, що перевищують зазначені вище площі поперечного перерізу, цілком підходить система TN-C. У зв’язку з тим, що згідно пункту 1.1.26. Правил «проектування і вибір схем, компоновок і конструкцій електроустановок повинні проводитися на основі техніко-економічних порівнянь варіантів з урахуванням вимог забезпечення безпеки обслуговування, застосування надійних схем, впровадження нової техніки, енерго- і ресурсозберігаючих технологій, досвіду експлуатації», проаналізуємо вибір системи TN- C для КТП (див. рис. 1.6).

За техніко-економічними показниками дана система однозначно дешевше, ніж TN-S через відсутність п’ятого дроти і УЗО, причому різниця в витратах тим більше, ніж більш потужні навантаження підключені до КТП і чим довше кабелі до них.

Заходи підвищення безпеки в системі TN-C

З точки зору забезпечення безпеки обслуговування можна запропонувати ряд заходів для її підвищення в системі TN-C в порівнянні з TN-S.

  1. По-перше, в більшості випадків для розглянутого нафтопереробного підприємства корпусу електродвигунів і розподільчих шаф, підключених до КТП, мають вторинне заземлення, яке зберігається при реконструкції технологічних установок. Цей захід відповідає сучасним вимогам, тому що пункт 1.7.61. Правил говорить:

    «При застосуванні системи TN рекомендується виконувати повторне заземлення PE- і PEN-провідників на вводі в електроустановки будівель, а також в інших доступних місцях. Для повторного заземлення в першу чергу слід використовувати природні заземлювачі. Опір заземлювача повторного заземлення не нормується ».

  2. По-друге, для більшості відповідальних електродвигунів 0,4 кВ в даний час передбачається установка захисту від замикання на землю. Вона виконується або за допомогою модуля защітногоотключенія залишкового струму, що приєднується безпосередньо до клем автоматичного вимикача, або за допомогою окремо встановлюється реле, що підключається до трансформатора струму у вигляді рознімного (нероз’ємного) тора, що охоплює фазні жили кабелю живлення (наприклад, модуль Vigi. Або реле Vigirex для низьковольтного обладнання Merlin Gerin), як показано на рис. 1.6.
  3. По-третє, комплектні компенсуючі установки практично завжди розташовуються в приміщенні КТП, тому кабелі до них мають малу довжину, а відповідно, мала ймовірність їх пошкодження. Крім того, доступ в приміщення КТП має тільки кваліфікований електротехнічний персонал (причому без постійної присутності людей в приміщенні), тому вимога забезпечення безпеки обслуговування обладнання КТП можна вважати виконаним. Це стосується і ЩСУ1, що знаходиться в приміщенні КТП.

Мал. 1.6. Варіанти застосування систем TN-C і TN-C-S в розглянутій схемі:

* – позначені чотирижильного кабелі, ** – позначений п’ятижильним кабель.

Таким чином, в переважній більшості випадків КТП можуть бути виконані за системою TN-C при хороших техніко-економічних показниках і задовільних заходи щодо забезпечення безпеки обслуговування електроустановок. Цей висновок підтверджується і багаторічним досвідом роботи як вітчизняних, так і зарубіжних електроустановок, якi характеризуються наявністю симетричною трифазного навантаження, в яких система TN-C витримала випробування часом і тому її застосування дозволено.

Класифікація споживачів для вибору режиму нейтралі

Вибір системи для щитів станцій управління обумовлений в першу чергу характером навантажень на них. Тут можна виділити три характерні типи ЩСУ:

  • ЩСУ з досить потужними трифазними споживачами (насоси, вентилятори, компресори, безпосередньо беруть участь у технологічному процесі), перетину жил кабелів яких задовольня
    ють вимогам пункту 1.7.131 ПУЕ;
  • ЩСУ з великою кількістю малопотужних трифазних споживачів (засувки, допоміжні насоси, вентилятори і т.п.), кабелі яких не задовольняють вимогам пункту 1.7.131 ПУЕ;
  • ЩСУ, що мають в своєму складі навантаження обох попередніх типів.

Для ЩСУ першого типу повністю підходять всі вищенаведені аргументи, що стосуються КТП. Особливістю таких ЩСУ в порівнянні з КТП є, наприклад те, що вони знаходяться в окремому приміщенні на певному віддаленні від КТП, що ніяк не впливає на вибір для них системи TN-C (див. ЩСУ1 на рис.1.6).

Складніша ситуація виникає з вибором системи для ЩСУ другого типу, тому що тут за вимогами ПУЕ не можна використовувати суміщений PEN-провідник, а потрібен перехід до системи TN-S. В цьому випадку можна запропонувати кілька виходів із ситуації.

  1. По-перше, необхідно замовляти заводу-виробнику распредустройство для даного ЩСУ з п’ятьма шинами (трьома фазними, нульовий робочої -N і нульовий захисної – РЕ).
  2. По-друге, передбачити установку в ЩСУ, де це необхідно за вимогами нормативних документів, автоматичних вимикачів з модулями УЗО (пристроями диференційного захисту), причому на даному етапі реконструкції (заміна обладнання ТП та РП 0,4 кВ без заміни кабелів) УЗО повинні бути виведені з роботи, до моменту заміни чотирьох провідних кабелів на п’ятипровідні. Або встановлювати УЗО в процесі заміни кабелів, а при замовленні обладнання для ЩСУ передбачити резервні місця для установки УЗО в перспективі.
  3. По-третє, розглянути можливість використання однієї з вільних (резервних) жив існуючих кабелів, наприклад для електрифікованих засувок, в якості захисного РЕ-провідника. Необхідно тільки мати на увазі, що в разі застосування для таких споживачів автоматичних вимикачів з модулями УЗО, слід ретельно відбудовувати уставки ПЗВ від великих ємнісних струмів витоку застосовуваних кабелів.

Для ЩСУ, що мають в своєму складі навантаження обох попередніх типів, швидше за все можна рекомендувати комбіновану систему TN-C-S (див. ЩСУ2 на рис.1.6).

  1. При поетапної реконструкції систем електропостачання промислових підприємств необхідно вирішувати проблему відповідності частини електроустановки, спроектованої з урахуванням нових вимог нормативних документів, вузлів електроустановки, реалізованим за старими нормами і правилами.

    У зв’язку з цим необхідно особливо звертати увагу на сторону напруги 0,4 кВ, так як новою редакцією ПУЕ введені можливі варіанти (режими) заземлення нейтрали і відкритих провідних частин в мережах 0,4 кВ, що пред’являють більш жорсткі вимоги до цих електроустановок (п’ятипровідна система , застосування УЗО-Д і т.п.).

  2. При проектуванні реконструкції систем електропостачання на стороні 0,4 кВ слід ретельно аналізувати варіанти застосування системи глухого заземлення нейтралі (TN-C, TN-C-S або TN-S) окремо для КТП, різних ЩСУ, щитів, збірок. При цьому аналіз слід проводити як на основі техніко-економічного порівняння варіантів, так і з урахуванням забезпечення безпеки обслуговування і надійності застосовуваних схем.
  3. Наведений приклад такого аналізу показав, що в переважній більшості випадків КТП і ЩСУ з досить потужними трифазними споживачами можуть бути виконані за системою TN-C при хороших техніко-економічних показниках і задовільних заходи щодо забезпечення безпеки обслуговування електроустановок. ЩСУ і щити з великою кількістю малопотужних трифазних споживачів і кабелями малого перетину повинні виконуватися за системою TN-S. Система TN-C-S може бути застосована для ЩСУ і щитів, що мають в своєму складі навантаження обох попередніх типів.
Ссылка на основную публикацию