System zasilania (TN-C, TN-S, TN-CS, TT, IT)

Podstawowym systemem zasilania stosowanym w zasilaniu obiektów budowlanych jest trójfazowy trójprzewodowy i trójfazowy czteroprzewodowy itp., Ale konotacja tych pojęć nie jest zbyt ścisła. Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC) opracowała jednolite przepisy w tym zakresie i nazywa się to systemem TT, systemem TN i systemem IT. Który system TN jest podzielony na system TN-C, TN-S, TN-CS. Poniżej znajduje się krótkie wprowadzenie do różnych systemów zasilania.

system zasilania

Zgodnie z różnymi metodami ochrony i terminologiami określonymi przez IEC, systemy dystrybucji energii niskiego napięcia są podzielone na trzy typy według różnych metod uziemienia, a mianowicie TT, TN i systemy IT, i są opisane poniżej.

System zasilania TN-C

System zasilania w trybie TN-C wykorzystuje pracującą linię neutralną jako linię ochronną przed przejściem przez zero, którą można nazwać linią neutralną ochronną i można ją przedstawić za pomocą PEN.

Układ zasilania TN-CS

W przypadku tymczasowego zasilania systemu TN-CS, jeśli przednia część zasilana jest metodą TN-C, a norma konstrukcyjna określa, że ​​na placu budowy musi być zastosowany system zasilania TN-S, cała skrzynka rozdzielcza może być dzielona w tylnej części systemu. Poza linią PE, cechy systemu TN-CS są następujące.

1) Robocza linia zerowa N jest połączona ze specjalną linią ochronną PE. Gdy niezrównoważony prąd linii jest duży, zerowa ochrona sprzętu elektrycznego jest naruszona przez zerowy potencjał linii. Układ TN-CS może zredukować napięcie obudowy silnika do ziemi, ale nie może całkowicie wyeliminować tego napięcia. Wielkość tego napięcia zależy od nierównowagi obciążenia okablowania i długości tej linii. Im bardziej niesymetryczne obciążenie i dłuższe okablowanie, tym większe przesunięcie napięcia obudowy urządzenia do masy. Dlatego wymagane jest, aby prąd asymetrii obciążenia nie był zbyt duży i aby linia PE była wielokrotnie uziemiana.

2) Linia PE w żadnym wypadku nie może wejść do zabezpieczenia upływu, ponieważ zabezpieczenie przed upływem na końcu przewodu spowoduje wyzwolenie przedniego zabezpieczenia upływu i spowoduje awarię zasilania na dużą skalę.

3) Oprócz linii PE należy podłączyć do linii N w skrzynce ogólnej, linia N i linia PE nie mogą być podłączane w innych przedziałach. Na linii PE nie należy instalować żadnych przełączników ani bezpieczników, a jako PE nie należy używać uziemienia. linia.

Dzięki powyższej analizie system zasilania TN-CS jest tymczasowo modyfikowany w systemie TN-C. Gdy trójfazowy transformator mocy znajduje się w dobrym stanie uziemienia, a obciążenie trójfazowe jest względnie zrównoważone, wpływ systemu TN-CS na zużycie energii elektrycznej w budownictwie jest nadal możliwy. Jednak w przypadku niesymetrycznych obciążeń trójfazowych i na placu budowy dedykowanego transformatora mocy należy zastosować układ zasilania TN-S.

System zasilania TN-S

System zasilania w trybie TN-S to system zasilania, który ściśle oddziela pracujący neutralny N od dedykowanej linii ochronnej PE. Nazywa się to układem zasilania TN-S. Charakterystyka systemu zasilania TN-S jest następująca.

1) Gdy system działa normalnie, na dedykowanej linii ochronnej nie ma prądu, ale na roboczej linii zerowej występuje prąd niezrównoważony. Nie ma napięcia na przewodzie PE do ziemi, więc zerowe zabezpieczenie metalowej obudowy sprzętu elektrycznego jest podłączone do specjalnej linii ochronnej PE, która jest bezpieczna i niezawodna.

2) Pracująca linia neutralna jest używana tylko jako jednofazowy obwód obciążenia oświetlenia.

3) Specjalna linia ochronna PE nie może przerwać linii ani wejść do wyłącznika upływowego.

4) Jeśli na linii L stosowany jest ochronnik prądu upływowego, linia zerowa robocza nie może być wielokrotnie uziemiana, a linia PE ma wielokrotne uziemienie, ale nie przechodzi przez ochraniacz upływu, więc można również zainstalować zabezpieczenie przed upływem. na linii L zasilania systemu TN-S.

5) System zasilania TN-S jest bezpieczny i niezawodny, odpowiedni dla systemów zasilania niskiego napięcia, takich jak budynki przemysłowe i cywilne. Przed rozpoczęciem prac budowlanych należy zastosować układ zasilania TN-S.

System zasilania TT

Metoda TT odnosi się do systemu ochronnego, który bezpośrednio uziemia metalową obudowę urządzenia elektrycznego, zwany systemem uziemienia ochronnego, zwany również systemem TT. Pierwszy symbol T wskazuje, że punkt neutralny systemu elektroenergetycznego jest bezpośrednio uziemiony; Drugi symbol T wskazuje, że przewodząca część urządzenia obciążającego, która nie jest wystawiona na działanie ciała pod napięciem, jest bezpośrednio połączona z uziemieniem, niezależnie od sposobu uziemienia systemu. Całe uziemienie obciążenia w systemie TT nazywa się uziemieniem ochronnym. Charakterystyka tego systemu zasilania jest następująca.

1) Gdy metalowa obudowa urządzenia elektrycznego jest naładowana (linia fazowa dotyka obudowy lub izolacja urządzenia jest uszkodzona i przecieka), ochrona uziemienia może znacznie zmniejszyć ryzyko porażenia prądem. Jednak wyłączniki niskonapięciowe (automatyczne przełączniki) niekoniecznie wyzwalają się, powodując, że napięcie upływu do ziemi urządzenia upływowego jest wyższe niż bezpieczne napięcie, które jest napięciem niebezpiecznym.

2) Gdy prąd upływu jest stosunkowo mały, nawet bezpiecznik może nie zadziałać. Dlatego do ochrony wymagany jest również element zabezpieczający przed wyciekiem. Dlatego system TT jest trudny do spopularyzowania.

3) Uziemienie systemu TT zużywa dużo stali i jest trudne do recyklingu, czasu i materiałów.

Obecnie niektóre jednostki konstrukcyjne stosują system TT. Gdy jednostka konstrukcyjna pożycza swoje zasilanie na czasowe wykorzystanie energii elektrycznej, stosuje się specjalną linię ochronną, aby zmniejszyć ilość stali używanej na urządzenie uziemiające.

Oddziel nowo dodaną specjalną linię ochronną PE od działającej linii zerowej N, która charakteryzuje się:

1 Nie ma połączenia elektrycznego między wspólną linią uziemiającą a działającą linią zerową;

2 W normalnej pracy działająca linia zerowa może mieć prąd, a specjalna linia ochronna nie ma prądu;

3 System TT nadaje się do miejsc, w których ochrona gruntu jest bardzo rozproszona.

System zasilania TN

System zasilania w trybie TN Ten typ systemu zasilania jest systemem zabezpieczającym, który łączy metalową obudowę sprzętu elektrycznego z działającym przewodem neutralnym. Nazywa się to systemem ochrony zerowej i jest reprezentowany przez TN. Jego cechy są następujące.

1) Gdy urządzenie jest zasilane, system ochrony przed przejściem przez zero może zwiększyć prąd upływowy do prądu zwarciowego. Ten prąd jest 5.3 razy większy niż w systemie TT. W rzeczywistości jest to zwarcie jednofazowe i przepali się bezpiecznik bezpiecznika. Wyzwalacz wyłącznika niskonapięciowego natychmiast się wyzwoli, co spowoduje wyłączenie wadliwego urządzenia i zwiększenie jego bezpieczeństwa.

2) System TN oszczędza materiał i roboczogodziny i jest szeroko stosowany w wielu krajach i krajach w Chinach. Pokazuje, że system TT ma wiele zalet. W systemie zasilania w trybie TN jest podzielony na TN-C i TN-S w zależności od tego, czy linia zerowa zabezpieczenia jest oddzielona od linii zerowej pracy.

zasada działania:

W systemie TN odsłonięte części przewodzące wszystkich urządzeń elektrycznych są podłączone do przewodu ochronnego i podłączone do punktu uziemienia zasilacza. Ten punkt uziemienia jest zwykle punktem neutralnym systemu dystrybucji energii. System zasilania systemu TN ma jeden punkt, który jest bezpośrednio uziemiony. Odsłonięta elektrycznie przewodząca część urządzenia elektrycznego jest połączona z tym punktem przewodem ochronnym. System TN jest zwykle trójfazową siecią z uziemieniem neutralnym. Jego cechą charakterystyczną jest to, że odsłonięta przewodząca część sprzętu elektrycznego jest bezpośrednio połączona z punktem uziemienia systemu. W przypadku zwarcia prąd zwarciowy jest zamkniętą pętlą utworzoną przez metalowy drut. Tworzy się jednofazowe zwarcie metaliczne, powodujące dostatecznie duży prąd zwarciowy, aby umożliwić niezawodne działanie urządzenia zabezpieczającego w celu usunięcia usterki. Jeżeli pracująca linia neutralna (N) jest wielokrotnie uziemiana, w przypadku zwarcia obudowy część prądu może zostać skierowana do powtarzającego się punktu uziemienia, co może spowodować, że urządzenie zabezpieczające przestanie działać niezawodnie lub uniknąć awarii, rozszerzając w ten sposób usterkę. W systemie TN, czyli trójfazowym systemie pięcioprzewodowym, linia N i linia PE są oddzielnie układane i izolowane od siebie, a linia PE jest podłączona do obudowy urządzenia elektrycznego zamiast linia N. Dlatego najważniejszą rzeczą, na której nam zależy, jest potencjał przewodu PE, a nie potencjał przewodu N, dlatego wielokrotne uziemienie w układzie TN-S nie jest wielokrotnym uziemieniem przewodu N. Jeżeli linia PE i linia N są razem uziemione, ponieważ linia PE i linia N są połączone w powtarzającym się punkcie uziemienia, linia między powtórzonym punktem uziemienia a roboczym punktem uziemienia transformatora rozdzielczego nie ma różnicy między linią PE i linia N. Oryginalną linią jest linia N. Zakładany prąd neutralny jest współdzielony przez linię N i linię PE, a część prądu jest bocznikowana przez powtarzający się punkt uziemienia. Ponieważ można uznać, że na przedniej stronie powtarzającego się punktu uziemienia nie ma linii PE, tylko linia PEN składająca się z oryginalnej linii PE i linii N równolegle, zalety oryginalnego systemu TN-S zostaną utracone, więc linia PE i linia N nie mogą być wspólnym uziemieniem. Z powyższych powodów w odpowiednich przepisach jasno wynika, że ​​linia neutralna (tj. Linia N) nie powinna być uziemiana wielokrotnie, z wyjątkiem punktu zerowego zasilania.

system informatyczny

System zasilania I w trybie IT wskazuje, że po stronie zasilania nie ma działającego uziemienia lub jest on uziemiony z wysoką impedancją. Druga litera T wskazuje, że sprzęt elektryczny po stronie obciążenia jest uziemiony.

System zasilania w trybie IT ma wysoką niezawodność i dobre bezpieczeństwo, gdy odległość zasilania nie jest duża. Zwykle jest stosowany w miejscach, w których nie są dozwolone przerwy w dostawie prądu lub w miejscach, w których wymagane jest ścisłe ciągłe zasilanie, takich jak produkcja stali elektroenergetycznej, sale operacyjne w dużych szpitalach i podziemne kopalnie. Warunki zasilania w podziemnych kopalniach są stosunkowo słabe, a kable są wrażliwe na wilgoć. Używając systemu zasilanego z IT, nawet jeśli punkt zerowy zasilacza nie jest uziemiony, po przecieku urządzenia względny prąd upływu do ziemi jest nadal mały i nie spowoduje uszkodzenia równowagi napięcia zasilania. Dlatego jest bezpieczniejszy niż neutralny system uziemienia zasilacza. Jeśli jednak zasilacz jest używany na duże odległości, nie można zignorować rozproszonej pojemności linii zasilającej do ziemi. Gdy zwarcie lub wyciek obciążenia spowoduje, że obudowa urządzenia stanie się pod napięciem, prąd upływowy utworzy ścieżkę przez uziemienie, a urządzenie zabezpieczające niekoniecznie zadziała. To jest niebezpieczne. Tylko wtedy, gdy odległość zasilania nie jest zbyt duża, jest to bezpieczniejsze. Tego typu zasilanie jest rzadkością na placu budowy.

Znaczenie liter I, T, N, C, S.

1) W symbolu metody zasilania określonym przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC) pierwsza litera oznacza związek między systemem zasilania (zasilaniem) a ziemią. Na przykład T wskazuje, że punkt neutralny jest bezpośrednio uziemiony; I wskazuje, że zasilacz jest odizolowany od masy lub że jeden punkt zasilacza jest podłączony do ziemi przez wysoką impedancję (na przykład 1000 Ω;) (I to pierwsza litera francuskiego słowa Isolation of the word "izolacja").

2) Druga litera wskazuje na urządzenie przewodzące prąd, które jest narażone na uziemienie. Na przykład T oznacza, że ​​obudowa urządzenia jest uziemiona. Nie ma bezpośredniego związku z żadnym innym punktem uziemienia w systemie. N oznacza, że ​​obciążenie jest chronione przez zero.

3) Trzecia litera wskazuje na kombinację zera roboczego i linii ochronnej. Na przykład C wskazuje, że działająca linia neutralna i linia ochronna są jednością, na przykład TN-C; S wskazuje, że pracująca linia neutralna i linia ochronna są ściśle oddzielone, więc linia PE nazywana jest dedykowaną linią ochronną, taką jak TN-S.

W sieci elektrycznej system uziemienia jest środkiem bezpieczeństwa, który chroni życie ludzkie i sprzęt elektryczny. Ponieważ systemy uziemienia różnią się w poszczególnych krajach, ważne jest, aby dobrze rozumieć różne typy systemów uziemienia, ponieważ globalna moc zainstalowana PV stale rośnie. Ten artykuł ma na celu zbadanie różnych systemów uziemienia zgodnie z normą Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC) i ich wpływu na projekt systemu uziemienia dla systemów fotowoltaicznych podłączonych do sieci.

Cel uziemienia
Systemy uziemienia zapewniają funkcje bezpieczeństwa, dostarczając do instalacji elektrycznej ścieżkę o niskiej impedancji dla wszelkich usterek w sieci elektrycznej. Uziemienie działa również jako punkt odniesienia dla źródła energii elektrycznej i urządzeń zabezpieczających, aby działały prawidłowo.

Uziemienie sprzętu elektrycznego zwykle uzyskuje się poprzez włożenie elektrody do stałej masy ziemi i podłączenie tej elektrody do sprzętu za pomocą przewodnika. Istnieją dwa założenia, które można poczynić w odniesieniu do dowolnego systemu uziemienia:

1. Potencjały ziemi działają jako statyczne odniesienie (tj. Zero woltów) dla podłączonych systemów. Jako taki, każdy przewodnik, który jest podłączony do elektrody uziemiającej, będzie również posiadał ten potencjał odniesienia.
2. Przewody uziemiające i słupek uziemiający zapewniają ścieżkę o niskiej rezystancji do uziemienia.

Uziemienie ochronne
Uziemienie ochronne to instalacja przewodów uziemiających rozmieszczonych tak, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo obrażeń spowodowanych awarią elektryczną w systemie. W przypadku awarii, nieprzewodzące prądu metalowe części systemu, takie jak ramy, ogrodzenia i obudowy itp., Mogą osiągnąć wysokie napięcie w stosunku do ziemi, jeśli nie są uziemione. Jeśli osoba wejdzie w kontakt ze sprzętem w takich warunkach, zostanie porażona prądem.

Jeśli części metalowe są podłączone do uziemienia ochronnego, prąd zwarciowy przepłynie przez przewód uziemiający i zostanie wykryty przez urządzenia zabezpieczające, które następnie bezpiecznie izolują obwód.

Uziemienie ochronne można osiągnąć poprzez:

• Zainstalowanie ochronnego systemu uziemienia, w którym części przewodzące są połączone przewodami z uziemionym punktem zerowym systemu dystrybucyjnego.
• Zainstalowanie urządzeń zabezpieczających przed przetężeniem lub prądem upływowym, które działają w celu odłączenia danej części instalacji w określonym czasie i granicach napięcia dotykowego.

Przewód uziemienia ochronnego powinien być w stanie przewodzić spodziewany prąd zwarciowy przez czas równy lub dłuższy niż czas działania powiązanego urządzenia ochronnego.

Uziemienie funkcjonalne
W przypadku uziemienia funkcjonalnego każda z części urządzenia pod napięciem („+” lub „-”) może być podłączona do systemu uziemienia w celu zapewnienia punktu odniesienia umożliwiającego prawidłowe działanie. Przewody nie są przeznaczone do wytrzymywania prądów zakłóceniowych. Zgodnie z AS / NZS5033: 2014 uziemienie funkcjonalne jest dozwolone tylko wtedy, gdy w falowniku istnieje prosta separacja między stroną DC i AC (np. Transformator).

Rodzaje konfiguracji uziemień
Konfiguracje uziemień można rozmieścić w różny sposób po stronie zasilania i po stronie obciążenia, uzyskując ten sam ogólny wynik. Międzynarodowa norma IEC 60364 (Instalacje elektryczne w budynkach) określa trzy rodziny uziemień, zdefiniowane za pomocą dwuliterowego identyfikatora w postaci „XY”. W kontekście systemów prądu przemiennego „X” określa konfigurację przewodu neutralnego i uziemiającego po stronie zasilania systemu (tj. Generator / transformator), a „Y” określa konfigurację przewód neutralny / uziemienie po stronie obciążenia systemu (tj. rozdzielnica główna i podłączone obciążenia). „X” i „Y” mogą przyjmować następujące wartości:

T - Earth (z francuskiego „Terre”)
N - neutralny
Ja - izolowany

Podzbiory tych konfiguracji można zdefiniować za pomocą wartości:
S - Oddzielne
C - Połączone

Korzystając z nich, trzy rodziny uziemień zdefiniowane w normie IEC 60364 to TN, gdzie zasilanie elektryczne jest uziemione, a obciążenia klienta są uziemione przez przewód neutralny, TT, gdzie zasilanie elektryczne i obciążenia klienta są uziemione oddzielnie, oraz IT, w którym tylko obciążenia klienta są uziemione.

System uziemienia TN
Pojedynczy punkt po stronie źródła (zwykle neutralny punkt odniesienia w układzie trójfazowym połączonym w gwiazdę) jest bezpośrednio połączony z ziemią. Wszelkie urządzenia elektryczne podłączone do systemu są uziemione przez ten sam punkt przyłączeniowy po stronie źródła. Tego typu systemy uziemienia wymagają stosowania uziomów w regularnych odstępach czasu podczas całej instalacji.

Rodzina TN ma trzy podzbiory, które różnią się metodą segregacji / łączenia przewodów uziemiających i neutralnych.

TN-S: TN-S opisuje układ, w którym oddzielne przewody uziemienia ochronnego (PE) i przewodu neutralnego są doprowadzane do odbiorników z sieci zasilającej (tj. Generatora lub transformatora). Przewody PE i N są oddzielone w prawie wszystkich częściach systemu i są połączone ze sobą tylko na samym zasilaniu. Ten rodzaj uziemienia jest zwykle stosowany w przypadku dużych odbiorców, którzy mają jeden lub więcej transformatorów WN / NN przeznaczonych do ich instalacji, które są instalowane obok lub w lokalu klienta.

Rys 1 - System TN-S

TN-C: TN-C opisuje układ, w którym połączony ochronny przewód neutralny (PEN) jest podłączony do ziemi u źródła. Ten rodzaj uziemienia nie jest powszechnie stosowany w Australii ze względu na ryzyko związane z pożarem w niebezpiecznych środowiskach oraz z powodu obecności prądów harmonicznych, co czyni go nieodpowiednim dla sprzętu elektronicznego. Ponadto, zgodnie z IEC 60364-4-41 - (Ochrona bezpieczeństwa - Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym), RCD nie może być stosowany w systemie TN-C.

Rys. 2 - System TN-C

TN-CS: TN-CS oznacza konfigurację, w której po stronie zasilania systemu wykorzystuje się połączony przewód PEN do uziemienia, a po stronie obciążenia systemu stosuje się oddzielny przewód dla PE i N. Ten typ uziemienia jest stosowany w systemach dystrybucyjnych. zarówno w Australii, jak i Nowej Zelandii i jest często określany jako wielokrotny neutralny dla ziemi (MEN). W przypadku klienta niskiego napięcia system TN-C jest instalowany między transformatorem w miejscu a budynkiem (przewód neutralny jest wielokrotnie uziemiany w tym segmencie), a system TN-S jest używany wewnątrz samej nieruchomości (od głównej rozdzielnicy znajdującej się za ). Rozważając system jako całość, jest traktowany jako TN-CS.

Ryc. 3 - System TN-CS

Ponadto, zgodnie z IEC 60364-4-41 - (Ochrona bezpieczeństwa - Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym), w przypadku gdy RCD jest używany w systemie TN-CS, przewód PEN nie może być używany po stronie obciążenia. Podłączenie przewodu ochronnego do przewodu PEN należy wykonać po stronie źródła RCD.

System uziemienia TT
W konfiguracji TT konsumenci wykorzystują własne uziemienie w pomieszczeniach, które jest niezależne od jakichkolwiek połączeń uziemiających po stronie źródła. Ten typ uziemienia jest zwykle stosowany w sytuacjach, gdy dostawca usług sieci dystrybucyjnej (DNSP) nie może zagwarantować niskonapięciowego połączenia z powrotem do źródła zasilania. Uziemienie TT było powszechne w Australii przed 1980 rokiem i nadal jest używane w niektórych częściach kraju.

W przypadku systemów uziemienia TT wymagany jest wyłącznik różnicowoprądowy we wszystkich obwodach prądu przemiennego w celu zapewnienia odpowiedniej ochrony.

Zgodnie z normą IEC 60364-4-41 wszystkie odsłonięte części przewodzące, które są zbiorczo chronione przez to samo urządzenie ochronne, powinny być połączone przewodami ochronnymi z elektrodą uziemiającą wspólną dla wszystkich tych części.

Ryc. 4 - System TT

System uziemienia IT
W układzie uziemienia IT albo nie ma uziemienia na zasilaniu, albo jest realizowane przez połączenie o wysokiej impedancji. Ten rodzaj uziemienia nie jest stosowany w sieciach rozdzielczych, ale jest często używany w podstacjach i niezależnych systemach zasilanych z generatora. Systemy te są w stanie zapewnić dobrą ciągłość zasilania podczas pracy.

Rys 5 - System IT

Konsekwencje dla uziemienia systemu PV
Rodzaj systemu uziemienia stosowanego w jakimkolwiek kraju będzie decydował o rodzaju projektu systemu uziemienia wymaganego dla systemów fotowoltaicznych podłączonych do sieci; Systemy fotowoltaiczne są traktowane jako generator (lub obwód źródłowy) i jako takie wymagają uziemienia.
Na przykład kraje korzystające z uziemienia typu TT będą wymagać oddzielnej studzienki uziemiającej zarówno po stronie prądu stałego, jak i przemiennego ze względu na układ uziemienia. Dla porównania, w kraju, w którym stosuje się uziemienie typu TN-CS, wystarczy podłączyć instalację PV do głównej szyny uziemiającej w rozdzielnicy, aby spełnić wymagania systemu uziemienia.

Na całym świecie istnieją różne systemy uziemienia, a dobre zrozumienie różnych konfiguracji uziemienia zapewnia odpowiednie uziemienie systemów PV.