Система ТТ заземляется у источника питания. Для защиты от повреждения может быть использовано или защитное устройство от сверхтока или защитно-отключающее устройство. Устройство защиты от сверхтока и защитно-отключающее устройство характеризуются различной чувствительностью.
Устройство защиты от сверхтока должно быть способно длительно пропускать номинальный ток. В случае повреждения оно должно отключать цепь за время, не превышающее нескольких секунд. Для этого значение тока повреждения должно значительно превосходить значение номинального тока. Защитно-отключающие устройства чувствительны к весьма небольшим разностям токов в проводниках, питающих нагрузку. Эти разности возникают когда возникают повреждения, связанные с утечкой тока на землю. В идеальном случае разностный ток должен быть равен нулю. Практически, установившийся разностный ток в обычной электрической цепи, не имеющей повреждения, может достигать нескольких миллиампер. Требования, предъявляемые к устройствам защитного отключения, предусматривают чувствительность к малым разностным токам, отсутствие ложных срабатываний и надежность.
Защитное заземление с устройствами защиты от сверхтоков
На рис. 1. показано защитное заземление в системе ТТ и его связь с устройством защиты от сверхтока.
Замыкание, показанное на рис. 1, связывает токоведущую часть с доступными прикосновению открытыми проводящими частями одного из изображенных на рису нке потребителей. Ток замыкания стекает в землю через заземляющие проводники и возвращается к источнику питания через заземляющее устройство.
Для того, чтобы устройство защиты от сверхтока ограничивало опасность поражения во время замыкания, сопротивление цепи обратного тока (ЦОТ) между корпусом оборудования и землей, определяемое сопротивлением растеканию заземляющих электродов, должно быть меньше или равно предельно допустимого значения напряжения, приложенного к ОПЧ в течение бесконечно большого времени, деленного на ток замыкания, проходящий через устройство защиты от сверхтока и заземляющее устройство. Если это не так, напряжение на ОПЧ электрооборудования может быть опасно в период замыкания. Ток замыкания равен напряжению источника, деленному на Сумму сопротивления проводников, сопротивления контактов в месте замыкания, сопротивления заземляющего устройства оборудования и результирующее сопротивление растеканию источника энергии. Для того, чтобы иметь время срабатывания устройства защиты от сверхтока в пределах нескольких секунд, ток замыкания должен быть в несколько раз выше уставки устройства.
Защитное заземление с УЗО-Д
Защитно-отключающее устройство (УЗО-Д), имеющее дифференциальный ток уставки не более 0,5 А, будет быстро отключать, несмотря на высокое сопротивление, и, следовательно, малое значение тока замыкания. Рис. 2. иллюстрирует защитное заземление в системе ТТ и его связь с УЗО-Д
Замыканнс, изображенное на рис. 2. связывает токоведущую часть с ОПЧ электроустановки потребителя. Ток замыкания стекает в землю через заземляющие проводники и возвращается к источнику питания через заземляющие электроды. Но в рассматриваемом случае ток замыкания протекает через УЗО-Д. УЗО-Д срабатывает из-за превышения его уставки током, протекающим через него к нагрузке, но не возвращающимся через него.
Для ограничения опасности поражения электрическим током сопротивление между ОПЧ и землей должно быть меньше или равно предельно допустимого значения напряжения при замыкании, деленного на ток уставки УЗО-Д.
Как и в предыдущем случае при рассмотрении устройства защиты от сверхтока ток замыкания равен напряжению источника питания по отношению к земле (фазному напряжению), деленному на сумму сопротивления проводников, заземляющего устройства электроустановки потребителя (защищаемой электроустановки) и эквивалентного сопротивления растеканию источника питания. Следует заметить, что сопротивление петли замыкания существенно меньше критического значения, требуемого для работы УЗО-Д.
Рис. 1. ОКЗ в системе ТТ
Напряжения в системе ТТ при замыкании
В системе ТТ нулевой рабочий проводник заземлен во многих точках между питающим трансформатором и электроустановками потребителя. Следовательно, сопротивление растеканию заземлителей, связанных с нулевым рабочим проводником, мало. Напряжение на нулевом рабочем проводнике остается низким (приблизительно 20 В) по отношению к условной земле, когда ток от фазного проводника протекает по РЕ-проводнику.
Однако, напряжение на РЕ-проводнике (и на всех частях, связанных с ним) по отношению к условной земле может быть высоким (приблизительно 200 В), когда ток замыкания протекает через заземляющие проводники, связывающие РЕ-проводник и заземляющее устройство электроустановки потребителя.
Рис. 3. иллюстрирует различные возможные замыкания в установке потребителя, защищаемой защитным заземлением для УЗО-Д (система ТТ). Как правило, сопротивление этого заземлителя выше чем другие сопротивления в петле замыкания. Замыкание на землю вызывает напряжение замыкания, приблизительно равное фазному напряжению системы. Более низкие значения напряжения могут быть результатом следующих случаев:
если фазное напряжение распределяется между частью внутреннего сопротивления электроприемника и сопротивлением растеканию заземляющего устройства этого электроприемника (см. Случай 3 на рис. 3), или, если повреждение изоляции развивается медленно, вызывая медленный рост тока замыкания. Эти два случая маловероятны. Поясним случаи, представленные на рис. 3.
Случай 1 — Повреждение изоляции между фазным проводником и РЕ-проводником. Напряжение повреждения достигает 200 В.
Случай 2 — Повреждение изоляции между нулевым рабочим проводником и РЕ-проводником. Напряжение повреждения не превышает 20 В.
Случай 3 — Повреждение изоляции внутри электроприемника (нагревательные элементы, обмотки двигателей и т. д.). Напряжение повреждения определяется местом повреждения и может изменяться от нуля до 200 В при фазном напряжении 220 В.
Развитие тока повреждения может происходить по трем возможным сценариям.
- Металлический контакт между токоведущими частями и РЕ-проводником или проводящими частями (ОПЧ и СПЧ), связанными с РЕ-проводником.
- Перекрытие, обусловленное перенапряжением.
- Утечка, развивающаяся по поверхности изоляции.
В случаях 1 и 2 ток повреждения возрастает мгновенно. В случае 3 ток утечки остается очень малым (значительно ниже одного ампера) до тех пор, пока не произойдет пробоя.
Рис. 3. Варианты ОКЗ в системе ТТ