Особливості систем електропостачання та захисту електроустановок у Європі, США та Японії.
Системи електропостачання житлових та громадських будівель, що використовуються в Європі.
За винятком Норвегії, країни Європи широко використовують як розподільчу систему електропостачання житлових і громадських будівель трифазну чотирипровідну систему напругою 400/230 В з глухозаземленою нейтраллю. Норвегія в даний час використовує трифазну систему з лінійною напругою 220 В із ізольованою нейтраллю. Ця система поступово замінюється системою 400/230 В. Перед другою світовою війною не було обов'язкової вимоги про застосування РЕ-провідників. Ці провідники зрідка застосовувалися у сільській місцевості. До сьогодні є регіони, де застосування РЕ-провідників не потрібно в житлових приміщеннях, якщо підлога виконана з непровідного матеріалу. Однак, у більшості європейських країн, починаючи з 1960 року, потрібно використовувати РЕ-провідники у новому будівництві. Застосування приладів класу 0 не дозволяється. У Великій Британії, Польщі, Угорщині, Чехії, Словаччині, Західній Австрії, Швейцарії, у більшій частині Німеччини, в країнах Північної Європи, зокрема, у Швейцарії та Фінляндії, як основна система електропостачання житлових будівель застосовується система TN-C-S. У цій системі захист при пошкодженні ізоляції забезпечується зануленням. У південній Європі, включаючи Італію, Іспанію, Португалію та Грецію для цієї ж мети використовується система ТТ + УЗО-Д. Нідерланди та Данія використовують систему ТТ без РЕ-провідника у житлових комплексах, якщо підлога виконана з непровідного матеріалу. При цьому захист при пошкодженні ізоляції забезпечується застосуванням ПЗВ-Д, що діє на вимкнення. Транспортатори живлення можуть бути змонтовані на стовпових підстанціях у сільській місцевості або всередині будівель у місті. Зазвичай використовуються 3-фазні трансформатори,одержують живлення від високовольтних ліній напругою 10 або 20 кВ із ізольованою нейтраллю. Це робиться з метою обмеження струму замикання на землю до кількох ампер у разі єдиного пошкодження ізоляції. Потужність кожного трансформатора становить кілька сотень кіловат. Зазвичай один трансформатор живить кілька незалежних споживачів. Окремі квартири можуть харчуватися однією фазою, водночас приватні будинки, ферми та аналогічні будівлі отримують трифазне харчування. В останні десять років у низці країн з'явилася вимога виконувати фундаментний заземлювач під час будівництва будівлі. В цьому випадку заземлюючий пристрій складається з замкнутого провідника, замоноліченого в бетонну основу фундаменту за його контуром. Цей провідник приєднується до головної еквіпотенційної шини, яка зазвичай знаходиться у підвальному поверсі будівлі. Головна еквіпотенційна шина приєднується до головного розподільного щита. Головний розподільчий щит зазвичай забезпечується захисною шиною і всі захисні провідники, що проходять усередині будівлі, починаються від неї. У більшості країн, що використовують захисне занулення, PEN-провідник приєднується до головної еквіпотенційної шини на вході до будівлі, де встановлено пристрій захисту від надструмів. Якщо використовуються блискавкозахисні пристрої, вони також мають бути приєднані до головної еквіпотенційної шини. Головний розподільний щит містить пристрої для відключення електроустановки споживача від джерела живлення. Як пристрій, що відключає, може бути використано ПЗВ-Д з пристроєм захисту від надструму. У головному розподільчому щиті монтуються також вимикачі, що захищають від надструмів окремі групи електроприймачів, які виконуються у вигляді одно-, дво- та триполюсних мініатюрнихвимикачів модульного типу, розрахованих на відключення струмів короткого замикання від 6000 до 10000 А (стандартний габаритний розмір корпусу 45 мм). Стандартні модулі забезпечують швидкий монтаж розподільного щита. Штепсельні розетки живляться від електропроводки перетином 1,5 кв. мм (по міді), розрахованої на номінальний струм 16 А. Сучасні пристрої захисту від надструму виконуються відповідно до стандарту МЕК (Публікація МЕК 898) за одним із трьох класів: В, С або D (рис. 1). Штепсельні розетки загального користування виконуються двополюсними із заземлюючими контактами. PEN-провідник живильної системи електропостачання розщеплюється в головному розподільчому щиті на два окремі провідники РЕ-провідник і N-провідник. Старі електроустановки мають PEN-провідник, продовжений до електроприладів та розеток. Подальша експлуатація цих електроустановок неприпустима за умовами електробезпеки. В даний час мережі, які отримують живлення від головного розподільного щита, можуть виконуватися за системою TN-C тільки за умови, що площа поперечного перерізу PEN-провідника більша або дорівнює 10 кв. мм (по міді). У деяких країнах як головний захисний апарат використовується ПЗВ-Д з характеристикою типу S (зі струмом уставки від 100 до 300 мА) і одночасно забезпечує захист від пожежі при замиканні на землю. У цьому випадку штепсельні розетки мають додатковий захист у вигляді ПЗВ-Д зі уставкою 30 мА.
Мал. 1. Характеристики відключення автоматів захисту
Мал. 2. Розподільна мережа, виконана за системою TN-C-S (Європа)
Мал. 3. Розподільна мережа, виконана за системою ТТ + ПЗВ-Д (Європа)
У сучасних електроустановках, що живлятьсяповітряними лініями (BЛ), використовуються грозові розрядники. У багатьох країнах ці заходи захисту рекомендуються як із живленні від BЛ, і від підземних кабельних ліній. На рис. 2. показано сучасну Європейську систему електропостачання електроустановки житлового будинку під час використання захисного заземлення. Це трифазна система типу TN-C-S напругою 230/400 В. У системі ТТ забороняється приєднувати нульовий робочий провідник (N-провідник) до заземлюючого пристрою електроустановки споживача. Для захисту від перенапруг в установці споживача встановлюються чотири розрядники: один для кожної фази і один для N-провідника. Захист від пошкоджень забезпечується встановленням ПЗВ-Д. Якщо уставка ПЗВ-Д може бути прийнята рівною 30 мА, воно одночасно забезпечує додатковий захист від ураження електричним струмом. Часто в головному розподільчому щиті встановлюється ПЗВ-Д типу S із уставкою від 100 до 300 мА або ще вище для забезпечення захисту від пошкодження для всієї установки. У цьому випадку для додаткового захисту розеткових ланцюгів використовуються ПЗВ-Д зі уставкою 30 мА. Мал. З. показує сучасну Європейську систему електропостачання електроустановок житлових будівель типу ТТ із захисним заземленням, що забезпечує спрацювання ПЗВ-Д. Опір розтіканню заземлювального пристрою електроустановки зазвичай не перевищує 10 Ом. Якщо захисне заземлення використовується для забезпечення роботи ПЗВ-Д та якщо грозові розрядники встановлені на лінійній стороні ПЗВ-Д, пошкодження грозового розрядника може спричинити появу небезпечної напруги на головній еквіпотенційній шині. Хвиля перенапруги пошириться РЕ-провідниками на все електроустаткування. Для запобігання цій небезпеці в ланцюг заземлювального провідника послідовно з розрядникомвключається вимикач ADS (arrester disconnector switch). Цей вимикач розриває аварійний розрядний струм у разі пошкодження розрядника. Вимикач ADS зазвичай має уставку оперативного струму 0,5 А при тривалому змінному струмі, але не розімкне своїх контактів при впливі хвилі перенапруг з параметрами 8/20 мкс з амплітудним значенням кілька десятків кілоампер.
Система електропостачання, що використовується в Японії
Система електропостачання, що використовується в Японії для живлення електроустановок житлових будівель, є різновидом системи ТТ. Як правило, нульовий робочий провідник (N-провідник) не має повторного заземлення на вході до будівлі. Захисні провідники (РЕ-провідники) в будівлі приєднані до заземлюючого пристрою, який відокремлений від заземлювального пристрою трансформатора. Слід зауважити, що ця система не повною мірою підпадає під визначення системи ТТ, так як захисне заземлення електроустановки будівлі потрапляє в зону гальванічного впливу заземлювального пристрою трансформатора. Ця обставина не дозволяє забезпечити повну незалежність захисного заземлення електроустановки будівлі від системи живлення. Захист при пошкодженні (захист від непрямого дотику) електроустановки споживача забезпечуються за допомогою ПЗВ, що застосовується окремо або спільно з пристроєм захисту від надструму (RCBO або RCD). Штепсельні розетки у житлових будинках зазвичай не мають заземлюючого контакту. Дозволяється та використовується обладнання класу О (без РЕ-провідника) або класу I (з використанням РЕ-провідника). Опір розтіканню заземлювального пристрою живильного трансформатора має бути не більше приватного від розподілу напруги 150 на значення струму в амперах при однофазному замиканні на високій стороні.Якщо пристрій захисту здатний вимкнути цей струм за час не більше 2 с, опір заземлювального пристрою обмежується приватним від поділу 300 на значення струму. Цей тип заземлювального устрою називається класом II. Заземлювальний пристрій електроустановки, який вимірюється на головному розподільчому щиті електроустановки будівлі, повинен мати опір не більше 100 Ом. Якщо пристрій захисного відключення здатний вимкнути ланцюг за час не більше 0.5 с, цей опір має бути не більше 500 Ом. Цей тип заземлювального устрою називається класом III. В енергосистемах Японії використовуються частоти 50 Гц (східна Японія) та 60 Гц (західна Японія). Головний вимикач має дві функції. Крім захисту від надструмів, він виконує функцію ПЗВ-Д для захисту від непрямого дотику. І тут його уставка становить 30 мА. Усі сторонні провідні частини (СПЛ), включаючи провідні частини конструкції будівлі, приєднуються до загального заземлюючого пристрою електроустановки.
Система електропостачання електроустановок житлових будівель у США.
У типовою системою живлення електроустановок будівель є система TN-C-S. Розумний трансформатори забезпечує живлення однофазною напругою 120/240 від вторинної обмотки із заземленим середнім висновком. У тих випадках, коли понижуючий трансформатор живить одночасно житлові будівлі та комерційні підприємства, живлення житлових будівель здійснюється від двох фазних і від нульового робочого провідника, пов'язаного із заземленою нейтраллю вторинної обмотки трансформатора, з'єднаної за схемою «зірка» напругою 120/208 В. використовується харчування комерційних підприємств. Для живлення електроустановок житлових будівель трифазне харчування використовується порівняно рідко. Залежно відщільність забудови однофазний трансформатор може обслуговувати одного споживача в сільській місцевості або кілька споживачів у місті. Нейтральна точка вторинної обмотки трансформатора заземлюючим провідником приєднана до заземлювача трансформатора. До цієї ж точки трансформатора приєднаний PEN-провідник мережі, що живить споживача. У споживача PEN-провідник зазвичай використовується для заземлення всіх ОПЛ та СПЛ. PEN-провідник зазвичай приєднується до головної "нейтральної" шини. Електроустановка споживача містить пристрій для відключення від лінії живлення у разі аварії, наприклад, пожежі. Як такий пристрій зазвичай використовується головний лінійний вимикач. Вимикачі окремих ланцюгів електроустановки зазвичай монтуються у розподільчій шафі та отримують живлення від головного лінійного вимикача. Вимикачі окремих ланцюгів зазвичай розраховані на струми 15 або 20 при 120 В; однак, для комерційних підприємств, таких, наприклад, як пральні, хімчистки, фабрики-кухні, використовуються вимикачі на 30 або 40 А при напрузі 240 В. При замиканні на землю одного з фазних провідників двополюсний вимикач розриває обидва фазні провідники, знімаючи напругу з усієї ланцюги. PEN-провідник повторно заземляється на введенні в будівлю споживача. Конструктивно це здійснюється з'єднанням нульової шини розподільного щита із заземлюючим пристроєм електроустановки споживача. Електрична мережа в будівлі повинна мати РЕ-провідник для заземлення штепсельних розеток. Слід зазначити, що вимога заземлювального контакту в штепсельних розетках в електроустановках житлових будівель у США набула чинності в 1962 р. До цього РЕ-провідник не вимагався і правила не поширюються на електроустановки старих будівель, введених у дію до 1962 р.свідчить, що близько половини існуючих будівель у США збудовано до 1962 р. і в цих будинках штепсельні розетки не мають заземлюючого контакту. В певних умовах штепсельні розетки повинні мати пристрої захисного відключення типу GFCI (ground-fault circuit-interrupter protection). УЗО-Д типу GFCI дуже популярні, купуються в роздрібній торгівлі у господарських магазинах та легко встановлюються. Широке поширення GFCI у поєднанні з тією обставиною, що багато сучасних побутових електроприладів не потребують захисного заземлення (подвійна ізоляція), призвело за останні кілька років до істотного зниження електротравматизму. У США понижуючі трансформатори знаходяться в безпосередній близькості від кожного споживача. Ця обставина зводить до мінімуму опір петлі «фаза — нуль», а отже, збільшує струм короткого замикання (т.к.з.) і зменшує до мінімуму його тривалість. Низька напруга фазної напруги (зазвичай 120 В) і численні повторні заземлення PEN-провідника, що обмежують напруги на ОПЧ та СПЛ при о.к.з.