Консалтинг - вказівка ​​інженера Наскільки важливим є захист ланцюга в електророзподілі

Інженер-електрик відповідає за проектування систем розподілу електроенергії для будівель. Розуміння вимог повного захисту ланцюга дозволить інженеру розробити найбезпечніші та найнадійніші електророзподільні системи для будівель.

Мета навчання

  • Зрозумійте різні типи стратегій захисних пристроїв від надтоків, які застосовуються в будівлях електричних систем.
  • Визнати різницю між захистом від замикання на землю для обладнання (GFPE) та переривачами ланцюгів із замиканням на землю (GFCI; захист для персоналу).
  • Зрозумійте, як захистити від різних видів несправностей.

Інженер-електрик несе велику відповідальність перед громадськістю при проектуванні систем розподілу електроенергії для будівель. Конструкція повинна захищати від несправностей та перевантажень, одночасно забезпечуючи належний захист персоналу та мінімізуючи зриви. На жаль, не існує чіткого, стислого “рецепту”, якого слід дотримуватися для таких конструкцій. Навпаки, це вимагає постійного вивчення постійно мінливих кодексів та стандартів, які можна інтерпретувати по-різному, а потім належним чином застосовувати їх до дієвої конструкції. Навіть самі кодекси підтверджують, що, надаючи практичний посібник із захисту людей та майна від електричної небезпеки, вони "не призначені як технічне завдання або інструкція для непідготовлених осіб" (NFPA 70: Національний електричний кодекс [NEC], стаття 90.1 ).

Тому надзвичайно важливо для інженера-електрика зрозуміти та правильно застосувати стратегії захисту ланцюга в своїх конструкціях для забезпечення безпечних операційних систем. Що стосується захисту ланцюга, то NEC - це основна книга кодів, з якою інженери-електрики повинні ознайомитися. NEC містить основні принципи безпеки, які охоплюють захист від ураження електричним струмом, теплових впливів, перевантаження по струму, струмів несправності та перенапруги. Важливо також розуміти стратегії захисту ланцюга, оскільки вони стосуються NEC.

Майже кожна стаття в NEC включає певну форму захисту ланцюга, що наголошує на важливості проблеми. Основними цілями захисту ланцюга є: 1) локалізація та ізоляція стану або несправності та 2) запобігання та мінімізація будь-яких непотрібних втрат потужності. Існує кілька типів ненормальних умов, які можуть виникати протягом усього життя будівлі, в яких електрична система повинна бути спроектована для виправлення або подолання. Сюди входять перевантаження, коротке замикання, зниження/перенапруга, перехідні стрибки напруги та інші проблеми живлення, такі як однофазна трифазна система та зворотне обертання фази потужності.

Перевантаження спричинене надмірною потребою утилізаційного обладнання, що перевищує його номінальну потужність. Перевантаження системи можна терпіти протягом короткого періоду часу, перш ніж потрібно вживати коригувальних заходів. Натомість несправності короткого замикання спричинені несправними електричними компонентами. Оскільки пошкодження може бути негайним, дефектну частину системи необхідно якомога швидше ізолювати. Існує декілька типів несправностей, включаючи дугові несправності між лініями, несправності між землею та 3-фазні болтові несправності. Багато несправностей починаються як періодичні, дугоподібні несправності зі змінним імпедансом і відносно низькою величиною струмів, що характеризуються неконтрольованим виділенням енергії.

З іншого боку, 3-фазна болтова несправність - це та, яка створює величезну кількість струму в системі і підтримуватиме цей струм, поки ланцюг не буде розімкнута чи ізольована якимось чином. Хоча дизайнер повинен врахувати найгірший сценарій, 3-фазна болтова несправність зустрічається досить рідко. Найбільш поширеним типом несправності є несправність лінії-землі, яка, як правило, спричинена ненавмисним контактом провідника, що знаходиться під напругою, із землею або рамою обладнання, що спричиняє ненавмисний потік струму через інший шлях, крім обладнання для утилізації. Це може виникнути через такі проблеми, як поломка ізоляції обладнання, ізоляція провідників або слабке закінчення. Коли це трапляється, зворотний шлях, який зазвичай проходить через систему заземлення, тепер проходить через будь-яку раму обладнання, металеву поверхню або людину, що контактує з системою, оскільки вони, по суті, стають частиною електричного кола назад до джерела.

інженера
Захисні пристрої від перенапруги для електричних систем

Обладнання для входу в службу пропонує перший крок у захисті від теплових перевантажень та несправностей, коли пристрої захисту ланцюга вводяться в електричну систему. Захисні пристрої від надструму (OCPD) включають реле, автоматичні вимикачі або запобіжники і є одним з основних будівельних блоків систем розподілу електроенергії та їх захисту. На найпростішому рівні ці пристрої вставляються в систему розподілу електроенергії, щоб «розірвати», ізолювати або відключити ланцюг, якщо є перевантаження або коротке замикання. Ці пристрої використовуються з кінця 19 століття і продовжують застосовуватися сьогодні. Однак захист ланцюга продовжує розвиватися за допомогою постійно мінливих технологій. Сьогодні існують технології, які використовують складні стратегії зв'язку та управління та можуть повідомляти, який тип перевантаження чи несправності відкрив вимикач, надають уявлення про якість електроенергії, вимірюють гармоніки, сигналізують про певні події, такі як замикання на землю тощо.

Технологія, яка забезпечує подальше зменшення пропускання енергії для несправності в області між двома автоматичними вимикачами електронного відключення, може бути досягнута за допомогою ZSI (селективне блокування зон). ZSI складається з проводки двох блоків відключення автоматичного вимикача разом, щоб усунути несправність найближчим до несправності вимикачем за мінімальний час. Вони працюють таким чином, що якщо автоматичний вимикач, що перебуває за потоком, відчуває несправність, він посилає сигнал стримування на вимикач, що стоїть вище. Потім вихідний вимикач продовжить тайм-аут, як зазначено на його характерній кривій, спрацьовуючи, лише якщо пристрій нижче за течією не усуває несправність. Основною метою є вимкнення струму несправності за найкоротший час, впливаючи на найменшу кількість підключеного обладнання. ZSI - не нова технологія, але, як правило, дорожча. Виробники мають різні способи досягнення одного і того ж принципу, тому важливо розуміти нюанси. Однак у 2014 році NEC додав вимогу забезпечити зменшення енергії дуги (стаття 240.87) і перерахував ZSI як прийнятний метод, що робить ZSI більш поширеною практикою.