מערכת אספקת חשמל (TN-C, TN-S, TN-CS, TT, IT)

מערכת אספקת החשמל הבסיסית המשמשת באספקת החשמל לפרויקטים של בנייה היא תלת פאזי תלת-פאזי ומערכת ארבע-תלת-פאזית וכו ', אך הקונוטציה של מונחים אלה אינה קפדנית במיוחד. הוועדה הבינלאומית לאלקטרוטכניקה (חברת החשמל) קבעה הוראות אחידות לכך והיא נקראת מערכת TT, מערכת TN ומערכת IT. איזו מערכת TN מחולקת למערכת TN-C, TN-S, TN-CS. להלן מבוא קצר למערכות אספקת חשמל שונות.

מערכת אספקת חשמל

על פי שיטות ההגנה והמינוחים השונים שהוגדרו על ידי חברת החשמל, מערכות חלוקת חשמל במתח נמוך מחולקות לשלושה סוגים על פי שיטות ההארקה השונות, כלומר מערכות TT, TN ו- IT ומתוארות כדלקמן.

מערכת אספקת חשמל TN-C

מערכת אספקת החשמל במצב TN-C משתמשת בקו הנייטרלי העובד כקו ההגנה האפס, אשר יכול להיקרא קו ניטרלי ההגנה ויכול להיות מיוצג על ידי PEN.

מערכת אספקת חשמל TN-CS

לאספקת החשמל הזמנית של מערכת TN-CS, אם החלק הקדמי מופעל בשיטת TN-C, וקוד הבנייה מציין כי על אתר הבנייה להשתמש במערכת אספקת החשמל TN-S, ניתן להעלות את תיבת ההפצה הכוללת מחולק בחלק האחורי של המערכת. מחוץ לקו PE, התכונות של מערכת TN-CS הן כדלקמן.

1) קו אפס עובד N מחובר לקו ההגנה המיוחד PE. כאשר הזרם הלא מאוזן של הקו גדול, ההגנה האפסית על הציוד החשמלי מושפעת מפוטנציאל קו האפס. מערכת TN-CS יכולה להפחית את המתח של בית המנוע לקרקע, אך היא לא יכולה לבטל לחלוטין את המתח הזה. גודל המתח הזה תלוי בחוסר איזון העומס של החיווט ובאורך קו זה. ככל שהעומס לא מאוזן וככל שהחיווט ארוך יותר, כך קיזוז המתח של בית המכשיר לקרקע גדול יותר. לכן, נדרש שזרם חוסר האיזון של העומס לא יהיה גדול מדי, וכי קו PE צריך להיות מקורקע שוב ושוב.

2) קו PE אינו יכול להיכנס למגן הדליפה בשום פנים ואופן, מכיוון שמגן הדליפה בקצה הקו יגרום למגן הדליפה הקדמי להידלק ולגרום להפסקת חשמל בקנה מידה גדול.

3) בנוסף לקו PE חייב להיות מחובר לקו N בתיבה הכללית, קו N וקו PE אינם חייבים להיות מחוברים בתאים אחרים. לא יותקנו מתגים ונתיכים על קו PE, ושום כדור הארץ לא ישמש כ- PE. קַו.

באמצעות הניתוח לעיל, מערכת אספקת החשמל TN-CS שונה באופן זמני במערכת TN-C. כאשר שנאי הכוח התלת-פאזי נמצא במצב קרקע תקין והעומס התלת-פאזי מאוזן יחסית, ההשפעה של מערכת TN-CS בשימוש בחשמל לבנייה עדיין אפשרית. עם זאת, במקרה של עומסים תלת פאזיים לא מאוזנים ושנאי כוח ייעודי באתר הבנייה, יש להשתמש במערכת אספקת החשמל TN-S.

מערכת אספקת חשמל TN-S

מערכת אספקת החשמל במצב TN-S הינה מערכת אספקת חשמל המפרידה בקפידה בין ה- N הנייטרלי העובד לקו ההגנה הייעודי PE. זה נקרא מערכת אספקת החשמל TN-S. המאפיינים של מערכת אספקת החשמל TN-S הם כדלקמן.

1) כאשר המערכת פועלת כרגיל, אין זרם בקו ההגנה הייעודי, אך ישנו זרם לא מאוזן בקו האפס העובד. אין מתח בקו PE לקרקע, ולכן ההגנה האפסית על מעטפת המתכת של הציוד החשמלי מחוברת לקו ההגנה המיוחד PE, שהוא בטוח ואמין.

2) הקו הנייטרלי העובד משמש רק כמעגל עומס תאורה חד פאזי.

3) קו ההגנה המיוחד PE אינו מורשה לפרוץ את הקו, וגם אינו יכול להיכנס למתג הדליפה.

4) אם נעשה שימוש במגן דליפת האדמה בקו L, אסור לקרקע את קו האפס העובד שוב ושוב, ולקו PE יש הארקה חוזרת, אך הוא אינו עובר דרך מגן דליפת האדמה, כך שניתן גם להתקין את מגן הדליפה על קו אספקת החשמל של מערכת TN-S L.

5) מערכת אספקת החשמל TN-S בטוחה ואמינה, מתאימה למערכות אספקת חשמל במתח נמוך כגון מבנים תעשייתיים ואזרחיים. יש להשתמש במערכת אספקת החשמל TN-S לפני תחילת עבודות הבנייה.

מערכת אספקת חשמל TT

שיטת TT מתייחסת למערכת הגנה המבססת ישירות את בית המתכת של מכשיר חשמלי, הנקרא מערכת הארקת מגן, הנקראת גם מערכת TT. הסמל הראשון T מציין שהנקודה הנייטרלית של מערכת החשמל מקורקעת ישירות; הסמל השני T מציין כי החלק המוליך של מכשיר העומס שאינו חשוף לגוף החי מחובר ישירות לקרקע, ללא קשר לאופן הארקת המערכת. כל הארקת העומס במערכת TT נקראת הארקה מגן. המאפיינים של מערכת אספקת חשמל זו הם כדלקמן.

1) כאשר טעינת מעטפת המתכת של הציוד החשמלי (קו הפאזה נוגע בקליפה או שבידוד הציוד ניזוק ונזיל), הגנת ההארקה יכולה להפחית במידה ניכרת את הסיכון להלם חשמלי. עם זאת, מפסקים במתח נמוך (מתגים אוטומטיים) אינם בהכרח מפעילים, מה שגורם למתח דליפת האדמה של מכשיר הדליפה להיות גבוה יותר מהמתח הבטוח, שהוא מתח מסוכן.

2) כאשר זרם הדליפה קטן יחסית, אפילו נתיך לא יוכל לנשוף. לכן, מגן נזילה נדרש גם להגנה. לכן, מערכת ה- TT קשה לפופולריות.

3) מכשיר ההארקה של מערכת ה- TT צורך הרבה פלדה, וקשה למיחזור, זמן וחומרים.

נכון לעכשיו, חלק מיחידות הבנייה משתמשות במערכת TT. כאשר יחידת הבנייה לווה את אספקת החשמל שלה לשימוש זמני בחשמל, משתמשים בקו הגנה מיוחד להפחתת כמות הפלדה המשמשת למכשיר ההארקה.

הפרד את קו ההגנה המיוחד החדש שנוסף לקו PE וקו האפס N עובד, המאופיין ב:

1 אין חיבור חשמלי בין קו ההארקה המשותף לקו הנייטרלי העובד;

2 בפעולה הרגילה, קו האפס העובד יכול להיות זרם, ולקו ההגנה המיוחד אין זרם;

3 מערכת ה- TT מתאימה למקומות בהם הגנת הקרקע מפוזרת מאוד.

מערכת אספקת חשמל TN

מערכת אספקת חשמל במצב TN מסוג זה של מערכת אספקת חשמל הינה מערכת הגנה המחברת בין בית המתכת של הציוד החשמלי לחוט הנייטרלי העובד. זה נקרא מערכת הגנה אפסית והיא מיוצגת על ידי TN. התכונות שלו הן כדלקמן.

לאחר שהמכשיר מואץ, מערכת ההגנה על מעבר אפס יכולה להגדיל את זרם הדליפה לזרם קצר. זרם זה גדול פי 1 מזה של מערכת TT. למעשה, זו תקלה במעגל קצר חד פאזי והנתיך של הנתיך יתפוצץ. יחידת ההליכה של המפסק במתח נמוך תידלק ותידלק מיד, מה שהופך את המכשיר הפגום לכיבוי ובטוח יותר.

2) מערכת TN חוסכת חומר ושעות עבודה ונמצאת בשימוש נרחב במדינות ובמדינות רבות בסין. זה מראה שלמערכת TT יתרונות רבים. במערכת אספקת החשמל במצב TN, הוא מחולק ל- TN-C ו- TN-S על פי קו אפס ההגנה מופרד מקו האפס העובד.

עקרון העבודה:

במערכת TN, החלקים המוליכים החשופים של כל הציוד החשמלי מחוברים לקו המגן ומחוברים לנקודת הקרקע של ספק הכוח. נקודת קרקע זו היא בדרך כלל הנקודה הנייטרלית של מערכת חלוקת הכוח. למערכת ההספק של מערכת ה- TN יש נקודה אחת המושרשת ישירות. החלק המוליך החשמלי החשוף של המכשיר החשמלי מחובר לנקודה זו באמצעות מוליך מגן. מערכת TN היא בדרך כלל מערכת רשת תלת פאזית נטולת קרקע ניטראלית. המאפיין שלו הוא שהחלק המוליך החשוף של הציוד החשמלי מחובר ישירות לנקודת ההארקה של המערכת. כאשר מתרחש קצר, זרם הקצר הוא לולאה סגורה הנוצרת על ידי חוט המתכת. נוצר קצר חשמלי מתכתי חד פאזי, וכתוצאה מכך זרם קצר חשמלי מספיק כדי לאפשר למכשיר המגן לפעול בצורה אמינה להסרת התקלה. אם הקו הנייטרלי העובד (N) מקורקע שוב ושוב, כאשר המקרה נמצא בקצר, חלק מהזרם עשוי להיות מופנה לנקודת ההארקה החוזרת, מה שעלול לגרום למכשיר ההגנה שלא לפעול באופן מהימן או למנוע את התקלה, ובכך הרחיב את התקלה. במערכת TN, כלומר מערכת החמש-תלת-פאזית תלת-פאזית, קו ה- N ו- PE-line מונחים בנפרד ומבודדים זה מזה, וקו ה- PE מחובר לבית המכשיר החשמלי במקום קו N. לכן, הדבר החשוב ביותר שאכפת לנו ממנו הוא הפוטנציאל של חוט PE, ולא הפוטנציאל של חוט N, ולכן הארקה חוזרת ונשנית במערכת TN-S אינה הארקה חוזרת של חוט ה- N. אם קו PE וקו N מקורקעים זה בזה, מכיוון שקו PE וקו N מחוברים בנקודת ההארקה החוזרת, לקו שבין נקודת ההארקה החוזרת לנקודת הקרקע העובדת של שנאי ההפצה אין הבדל בין קו PE לבין קו N. הקו המקורי הוא קו N. הזרם הנייטרלי המונח משותף לקו N ולקו PE, וחלק מהזרם מוסט דרך נקודת ההארקה החוזרת. מכיוון שניתן להחשיב כי אין קו PE בצד הקדמי של נקודת ההארקה החוזרת, רק קו PEN המורכב מקו PE המקורי וקו N במקביל, היתרונות של מערכת TN-S המקורית יאבדו, כך שקו PE וקו N אינם יכולים להיות הארקה משותפת. בשל הסיבות לעיל, נקבע בבירור בתקנות הרלוונטיות כי אין לקרקע את הקו הנייטרלי (כלומר קו N), למעט הנקודה הנייטרלית של ספק הכוח.

מערכת IT

מערכת אספקת החשמל I במצב IT מציינת שלצד אספקת החשמל אין קרקע עובדת, או שהיא מקורקעת בעכבה גבוהה. האות השנייה T מציינת כי הציוד החשמלי בצד העומס מקורקע.

למערכת אספקת החשמל במצב IT יש אמינות גבוהה ואבטחה טובה כאשר מרחק אספקת החשמל אינו ארוך. הוא משמש בדרך כלל במקומות שבהם אסור לבצע הפסקות חשמל, או במקומות בהם נדרשת אספקת חשמל רציפה, כגון ייצור פלדות חשמל, חדרי ניתוח בבתי חולים גדולים ומכרות תת קרקעיים. תנאי אספקת החשמל במכרות תת קרקעיים ירודים יחסית והכבלים רגישים ללחות. שימוש במערכת המופעלת על ידי IT, גם אם הנקודה הנייטרלית של ספק הכוח אינה מקורקעת, ברגע שהמכשיר דולף, זרם דליפת הקרקע היחסי עדיין קטן ולא יפגע באיזון מתח אספקת החשמל. לכן, זה בטוח יותר ממערכת ההארקה הנייטרלית של ספק הכוח. עם זאת, אם משתמשים באספקת החשמל למרחק רב, לא ניתן להתעלם מהקיבול המבוזר של קו אספקת החשמל לאדמה. כאשר תקלה במעגל קצר או דליפה של העומס גורמים למקרה להתקן לחיות, זרם הדליפה יהווה דרך כדור הארץ ומכשיר ההגנה לא בהכרח יפעל. זה מסוכן. רק כאשר מרחק אספקת החשמל אינו ארוך מדי הוא בטוח יותר. סוג זה של ספק כוח נדיר באתר הבנייה.

משמעות האותיות I, T, N, C, S

1) בסמל של שיטת אספקת החשמל שנקבעה על ידי הוועדה האלקטרוטכנית הבינלאומית (חברת החשמל), האות הראשונה מייצגת את הקשר בין מערכת ההספק (כוח) לקרקע. לדוגמא, T מציין שהנקודה הניטרלית מקורקעת ישירות; אני מציין כי ספק הכוח מבודד מהקרקע או שנקודה אחת של ספק הכוח מחוברת לקרקע באמצעות עכבה גבוהה (למשל, 1000 Ω;) (אני היא האות הראשונה במילה הצרפתית בידוד המילה. "בידוד").

2) האות השנייה מציינת את המכשיר המוליך חשמלי החשוף לקרקע. לדוגמא, T פירושו שמעטפת המכשיר מקורקעת. אין לו קשר ישיר עם נקודת הארקה אחרת במערכת. N פירושו שהעומס מוגן באפס.

3) האות השלישית מציינת את השילוב של אפס עובד וקו מגן. לדוגמא, C מציין כי הקו הנייטרלי העובד וקו ההגנה הם אחד, כגון TN-C; S מציין כי הקו הנייטרלי העובד וקו ההגנה מופרדים בקפידה, ולכן קו PE נקרא קו הגנה ייעודי, כגון TN-S.

ברשת חשמל מערכת הארקה היא אמצעי בטיחות המגן על חיי אדם ועל ציוד חשמלי. מכיוון שמערכות הארקה שונות ממדינה למדינה, חשוב שתהיה טובה את הסוגים השונים של מערכות הארקה מכיוון שהקיבולת העולמית המותקנת של PV ממשיכה לגדול. מאמר זה נועד לחקור את מערכות הארקה השונות בהתאם לתקן הוועדה הבינלאומית לחשמל (IEC) ואת השפעתן על תכנון מערכות הארקה עבור מערכות PV מחוברות לרשת.

מטרת הארקה
מערכות הארקה מספקות פונקציות בטיחות על ידי אספקת התקנת החשמל עם נתיב עכבה נמוך לכל תקלות ברשת החשמל. הארקה משמשת גם כנקודת ייחוס למקורות החשמל ולמכשירי הבטיחות לעבוד כראוי.

הארקה של ציוד חשמלי מושגת בדרך כלל על ידי הכנסת אלקטרודה למסת אדמה מוצקה וחיבור אלקטרודה זו לציוד באמצעות מוליך. ישנן שתי הנחות שניתן להניח לגבי כל מערכת הארקה:

1. פוטנציאלים של כדור הארץ משמשים כנקודת ייחוס סטטית (כלומר אפס וולט) עבור מערכות מחוברות. ככזה, כל מוליך שמחובר לאלקטרודת הארקה יהיה בעל פוטנציאל התייחסות זהה.
2. מוליכי הארקה ומוקד האדמה מספקים נתיב התנגדות נמוך לקרקע.

הארקת מגן
הארקת מגן היא התקנת מוליכי הארקה המסודרים כדי להפחית את הסבירות לפגיעה כתוצאה מתקלות חשמליות במערכת. במקרה של תקלה, חלקי המתכת שאינם נושאים זרם זרם של המערכת כמו מסגרות, גדרות וסגירות וכו 'יכולים להשיג מתח גבוה ביחס לכדור הארץ אם הם לא מועברים. אם אדם יוצר קשר עם הציוד בתנאים כאלה, הוא יקבל התחשמלות.

אם החלקים המתכתיים מחוברים לכדור הארץ המגן, זרם התקלה יזרום דרך מוליך האדמה ויחוש על ידי התקני בטיחות, אשר מבודדים את המעגל בבטחה.

ניתן להשיג הארקה מגן על ידי:

• התקנת מערכת הארקת מגן בה חלקים מוליכים מחוברים לניטראל הארק של מערכת ההפצה באמצעות מוליכים.
• התקנת התקני מגן של זרם יתר או דליפת אדמה הפועלים לניתוק החלק המושפע של ההתקנה בתוך זמן מוגדר ומגבלות מתח מגע.

מוליך הארקה המגן אמור להיות מסוגל לשאת את זרם התקלה הפוטנציאלי למשך זמן שווה או גדול יותר מזמן הפעולה של התקן המגן המשויך.

הארקה פונקציונלית
בהארקה פונקציונלית, כל אחד מחלקי החי של הציוד ('+' או '-') עשוי להיות מחובר למערכת הארקה לצורך מתן נקודת התייחסות כדי לאפשר פעולה נכונה. המוליכים אינם מיועדים לעמוד בזרמי תקלות. בהתאם ל- AS / NZS5033: 2014, הארקה פונקציונלית מותרת רק כאשר קיימת הפרדה פשוטה בין הצדדים DC ו- AC (כלומר שנאי) בתוך המהפך.

סוגי תצורת הארקה
תצורות הארקה ניתנות לסידור שונה בצד ההיצע והעומס תוך השגת אותה תוצאה כוללת. התקן הבינלאומי IEC 60364 (מתקנים חשמליים לבניינים) מזהה שלוש משפחות הארקה, המוגדרות באמצעות מזהה בן שתי אותיות של הטופס 'XY'. בהקשר של מערכות AC, 'X' מגדיר את התצורה של מוליכים ניטרליים וכדור הארץ בצד האספקה ​​של המערכת (כלומר גנרטור / שנאי), ו- 'Y' מגדיר את תצורת הניטראל / כדור הארץ בצד העומס של המערכת (כלומר מרכזייה ראשית ועומסים מחוברים). 'X' ו- 'Y' יכולים לקחת כל אחד את הערכים הבאים:

T - Earth (מצרפת 'Terre')
N - ניטראלי
אני - מבודד

וניתן להגדיר קבוצות משנה של תצורות אלה באמצעות הערכים:
S - נפרד
C - משולב

באמצעות אלה, שלוש משפחות הארקה המוגדרות בחברת החשמל 60364 הן TN, שם מנותקים את אספקת החשמל ועומסי הלקוח מועברים באמצעות ניטרלי, TT, שם אספקת החשמל ועומסי הלקוח מנותקים בנפרד ו- IT, שם רק הלקוח מעמיס. הם מקורקעים.

מערכת הארקה של TN
נקודה אחת בצד המקור (בדרך כלל נקודת הייחוס הנייטרלית במערכת תלת פאזית המחוברת בכוכב) מחוברת ישירות לכדור הארץ. כל ציוד חשמלי המחובר למערכת מנותק דרך אותה נקודת חיבור בצד המקור. מערכות הארקה מסוג זה דורשות אלקטרודות אדמה במרווחי זמן קבועים לאורך כל ההתקנה.

למשפחת TN שלוש קבוצות משנה, המשתנות לפי שיטת הפרדה / שילוב של כדור הארץ ומוליכים ניטרליים.

TN-S: TN-S מתאר הסדר שבו מוליכים נפרדים עבור Earth Protective (PE) ו- Neutral מועברים לעומסי צריכה מאספקת החשמל של האתר (כלומר גנרטור או שנאי). מוליכי PE ו- N מופרדים כמעט בכל חלקי המערכת ומחוברים רק יחד באספקה ​​עצמה. סוג הארקה זה משמש בדרך כלל לצרכנים גדולים שיש להם שנאי HV / LV אחד או יותר המוקדשים להתקנתם, המותקנים בסמוך לשטח הלקוח או בתוךו.

איור 1 - מערכת TN-S

TN-C: TN-C מתאר סידור שבו מחובר כדור הארץ-ניטראלי מגן משולב (PEN) לכדור הארץ במקור. סוג זה של הארקה אינו נפוץ באוסטרליה בשל הסיכונים הכרוכים באש בסביבות מסוכנות ובשל נוכחותם של זרמים הרמוניים שהופכים אותו ללא מתאים לציוד אלקטרוני. בנוסף, בהתאם לחברת החשמל 60364-4-41 - (הגנה על בטיחות - הגנה מפני התחשמלות), לא ניתן להשתמש ב- RCD במערכת TN-C.

איור 2 - מערכת TN-C

TN-CS: TN-CS מציין התקנה שבה צד האספקה ​​של המערכת משתמש במוליך PEN משולב עבור הארקה, וצד העומס של המערכת משתמש במוליך נפרד עבור PE ו- N. סוג זה של הארקה משמש במערכות הפצה. גם באוסטרליה וגם בניו זילנד והוא מכונה לעתים קרובות מרובה-ניטרלי כדור הארץ (MEN). עבור לקוח LV, מותקנת מערכת TN-C בין שנאי האתר לחצרים (הנייטרלי מועבר מספר פעמים לאורך קטע זה), ומשתמשים במערכת TN-S בתוך הנכס עצמו (מהמרכזייה הראשית במורד הזרם). ). כאשר בוחנים את המערכת כולה, מתייחסים אליה כאל TN-CS.

איור 3 - מערכת TN-CS

בנוסף, בהתאם לחברת החשמל 60364-4-41 - (הגנה על בטיחות - הגנה מפני התחשמלות), כאשר נעשה שימוש ב- RCD במערכת TN-CS, לא ניתן להשתמש במוליך PEN בצד העומס. חיבור מוליך המגן למוליך PEN צריך להתבצע בצד המקור של ה- RCD.

מערכת הארקה TT
עם תצורת TT, הצרכנים מעסיקים חיבור אדמה משלהם בתוך המקום, שאינו תלוי בכל חיבור כדור הארץ בצד המקור. סוג זה של הארקה משמש בדרך כלל במצבים בהם ספק שירותי הפצה (DNSP) אינו יכול להבטיח חיבור מתח נמוך חזרה לספק הכוח. הארקת TT הייתה נפוצה באוסטרליה לפני 1980 והיא משמשת עדיין בחלקים מסוימים של המדינה.

עם מערכות הארקה TT, יש צורך ב- RCD בכל מעגלי החשמל להגנה מתאימה.

בהתאם לחברת החשמל 60364-4-41, כל החלקים המוליכים החשופים המוגנים באופן קולקטיבי על ידי אותו התקן מגן יחוברו על ידי מוליכי המגן לאלקטרודה אדמה המשותפת לכל אותם חלקים.

איור 4 - מערכת TT

מערכת הארקת IT
בהסדר הארקה של IT, אין הארקה בהיצע, או שהיא נעשית באמצעות חיבור עכבה גבוהה. סוג הארקה זה אינו משמש לרשתות הפצה, אך הוא משמש לעתים קרובות בתחנות משנה ובמערכות עצמאיות המסופקות על ידי גנרטורים. מערכות אלו מסוגלות להציע המשכיות טובה באספקה ​​במהלך ההפעלה.

איור 5 - מערכת IT

השלכות על הארקת מערכת PV
סוג מערכת ההארקה המופעלת בכל מדינה יכתיב את סוג תכנון מערכת ההארקה הנדרש עבור מערכות PV מחוברות לרשת; מתייחסים למערכות PV כאל גנרטור (או כמעגל מקור) ויש צורך בהארקה ככזו.
לדוגמא, מדינות המעסיקות שימוש בהסדר הארקה מסוג TT ידרשו בור הארקה נפרד לצד שני DC ו AC עקב סידור הארקה. לשם השוואה, במדינה בה נעשה שימוש בסידור הארקה מסוג TN-CS, פשוט מספיק לחבר את מערכת ה- PV למוט הארקה הראשי במרכזיה כדי לעמוד בדרישות מערכת הארקה.

מערכות הארקה שונות קיימות ברחבי העולם והבנה טובה של תצורות הארקה השונות מבטיחה שמערכות PV מוארכות כראוי.