Системы электроснабжения жилых и общественных зданий, используемые в Европе
За исключением Норвегии, страны Европы широко используют в качестве распределительной системы электроснабжения жилых и общественных зданий трехфазную четырехпроводную систему напряжением 400/230 В с глухозаземленной нейтралью. Норвегия в настоящее время использует трехфазную систему с линейным напряжением 220 В с изолированной нейтралью. Эта система постепенно заменяется системой 400/230 В.
Перед второй мировой войной не было обязательного требования о применении РЕ-проводников. Эти проводники изредка применялись в сельской местности. До сегодняшнего дня имеются регионы, где применение РЕ-проводников не требуется в жилых помещениях, если полы выполнены из непроводящего материала. Однако, в большинстве европейских стран, начиная с 1960 года, требуется использовать РЕ-проводники в новом строительстве. Применение приборов класса 0 не разрешается.
В Великобритании, Польше, Венгрии, Чехии, Словакии, Западной Австрии, Швейцарии, в большей части Германии, в странах Северной Европы, в частности, в Швейцарии и Финляндии, в качестве основной системы электроснабжения жилых зданий применяется система TN-C-S. В этой системе защита при повреждении изоляции обеспечивается «занулением».
В южной Европе, включая Италию, Испанию, Португалию и Грецию для этой же цели используется система ТТ + УЗО-Д. Нидерланды и Дания используют систему ТТ без РЕ-проводника в жилых комплексах, если полы выполнены из непроводящего материала. При этом защита при повреждении изоляции обеспечивается применением УЗО-Д, действующим на отключение.
Питающие трансформаторы могут быть смонтированы на столбовых подстанциях в сельской местности или внутри зданий в городе. Обычно используются 3-фазные трансформаторы, получающие питание от высоковольтных линий напряжением 10 или 20 кВ с изолированной нейтралью. Это делается с целью ограничения тока замыкания на землю до нескольких ампер в случае единственного повреждения изоляции. Мощность каждого трансформатора составляет несколько сотен киловатт. Обычно один трансформатор питает несколько независимых потребителей. Отдельные квартиры могут питаться одной фазой, в то же время частные дома, фермы и аналогичные здания получают трехфазное питание.
В последние десять лет в ряде стран появилось требование выполнять фундаментный заземлитель при строительстве здания. В этом случае заземляющее устройство состоит из замкнутого проводника, замоноличенного в бетонное основание фундамента по его контуру. Этот проводник присоединяется к главной эквипотенциальной шине, которая обычно располагается в подвальном этаже здания.
Главная эквипотенциальная шина присоединяется к главному распределительному щиту. Главный распределительный щит обычно снабжается защитной шиной и все защитные проводники, проходящие внутри здания, начинаются от нее. В большинстве стран, использующих защитное зануление, PEN-проводник присоединяется к главной эквипотенциальной шине на входе в здание, где установлено устройство защиты от сверхтоков. Если используются молниезащитные устройства, они также должны быть присоединены к главной эквипотенциальной шине.
Главный распределительный щит содержит устройства для отключения электроустановки потребителя от источника питания. В качестве отключающего устройства может быть использовано УЗО-Д с устройством защиты от сверхтока. В главном распределительном щите монтируются также выключатели, защищающие от сверхтоков отдельные группы электроприемников, которые выполняются в виде одно-, двух- и трехполюсных миниатюрных выключателей модульного типа, рассчитанных на отключение токов короткого замыкания от 6000 А до 10000 А (стандартный габаритный размер корпуса 45 мм).
Стандартные модули обеспечивают быстрый монтаж распределительного щита.
Штепсельные розетки питаются от электропроводки сечением 1,5 кв. мм (по меди), рассчитанной на номинальный ток 16 А. Современные устройства защиты от сверхтока выполняются в соответствии со стандартом МЭК (Публикация МЭК 898) по одному из трех классов: В, С или D (рис. 1). Штепсельные розетки общего пользования выполняются двухполюсными с заземляющими контактами.
PEN-проводник питающей системы электроснабжения расщепляется в главном распределительном щите на два отдельных проводника РЕ-проводник и N-проводник. Старые электроустановки имеют PEN-проводник, продолженный до электроприборов и розеток. Дальнейшая эксплуатация этих электроустановок недопустима по условиям электробезопасности.
В настоящее время сети, получающие питание от главного распределительного щита, могут выполняться по системе TN-C только при условии, что площадь поперечного сечения PEN-проводника больше или равна 10 кв. мм (по меди).
В некоторых странах в качестве главного защитного аппарата используется УЗО-Д с характеристикой типа S (с током уставки от 100 до 300 мА) и одновременно обеспечивающего защиту от пожара при замыкании на землю. В этом случае штепсельные розетки имеют дополнительную зашиту в виде УЗО-Д с уставкой 30 мА.
Рис. 1. Характеристики отключения автоматов защиты
Продолжение рисунка 1.
Рис. 2. Распределительная сеть, выполненная по системе TN-C-S (Европа)
Рис. 3. Распределительная сеть, выполненная по системе ТТ + УЗО-Д (Европа)
В современных электроустановках, питаемых воздушными линиями (BЛ), используются грозовые разрядники. В ряде стран эти меры защиты рекомендуются как при питании от BЛ, так и от подземных кабельных линий.
На рис. 2. показана современная Европейская система электроснабжения электроустановки жилого здания при использовании защитного заземления. Это — трехфазная система типа TN-C-S напряжением 230/400 В.
В системе ТТ запрещается присоединять нулевой рабочий проводник (N-проводник) к заземляющему устройству электроустановки потребителя. Для защиты от перенапряжений в установке потребителя устанавливаются четыре разрядника: по одному для каждой фазы и один для N-проводника. Защита от повреждений обеспечивается установкой УЗО-Д. Если уставка УЗО-Д может быть принята равной 30 мА, то оно одновременно обеспечивает дополнительную защиту от поражения электрическим током. Часто в главном распределительном щите устанавливается УЗО-Д типа S с уставкой от 100 до 300 мА или еще выше для обеспечения защиты от повреждения для всей установки. В этом случае для дополнительной защиты розеточных цепей используются УЗО-Д с уставкой 30 мА.
Рис. З. показывает современную Европейскую систему электроснабжения электроустановок жилых зданий типа ТТ с защитным заземлением, обеспечивающим срабатывание УЗО-Д. Сопротивление растеканию заземляющего устройства электроустановки, как правило, не превышает 10 Ом. Если защитное заземление используется для обеспечения работы УЗО-Д и если грозовые разрядники установлены на линейной стороне УЗО-Д, повреждение грозового разрядника может вызвать появление опасного напряжения на главной эквипотенциальной шине. Волна перенапряжения распространится по РЕ-проводникам на все электрооборудование.
Для предотвращения этой опасности в цепь заземляющего проводника последовательно с разрядником включается выключатель ADS (arrester disconnector switch). Этот выключатель разрывает аварийный разрядный ток в случае повреждения разрядника. Выключатель ADS обычно имеет уставку оперативного тока 0,5 А при длительном переменном токе, но не разомкнет своих контактов при воздействии волны перенапряжений с параметрами 8/20 мкс с амплитудным значением несколько десятков килоампер.
Система электроснабжения, используемая в Японии
Система электроснабжения, используемая в Японии для питания электроустановок жилых зданий, является разновидностью системы ТТ. Как правило, нулевой рабочий проводник (N-проводник) не имеет повторного заземления на входе в здание. Защитные проводники (РЕ-проводники) в здании присоединены к заземляющему устройству, которое отделено от заземляющего устройства питающего трансформатора. Следует заметить, что эта система не в полной мере подпадает под определение системы ТТ, так как защитное заземление электроустановки здания попадает в зону гальванического влияния заземляющего устройства питающего трансформатора. Это обстоятельство не позволяет обеспечить полную независимость защитного заземления электроустановки здания от питающей системы.
Защита при повреждении (защита от косвенного прикосновения) электроустановки потребителя обеспечиваются посредством УЗО, применяемого отдельно или совместно с устройством защиты от сверхтока (RCBO или RCD). Штепсельные розетки в жилых зданиях обычно не имеют заземляющего контакта. Разрешается и используется оборудование класса О (без РЕ-проводника) или класса I (с использованием РЕ-проводника).
Сопротивление растеканию заземляющего устройства питающего трансформатора должно быть не более частного от деления напряжения 150 В на значение тока в амперах при однофазном замыкании на высокой стороне. Если устройство защиты способно отключить этот ток за время не более 2 с, сопротивление заземляющего устройства ограничивается частным от деления 300 В на значение тока. Этот тип заземляющего устройства называется классом II. Заземляющее устройство электроустановки, измеряемое на главном распределительном щите электроустановки здания, должно иметь сопротивление не более 100 Ом. Если устройство защитного отключения способно отключить цепь за время не более 0.5 с, это сопротивление должно быть не более 500 Ом. Этот тип заземляющего устройства называется классом III.
В энергосистемах Японии используются частоты 50 Гц (восточная Япония) и 60 Гц (западная Япония).
Главный выключатель имеет две функции. Кроме защиты от сверхтоков он выполняет функцию УЗО-Д для защиты от косвенного прикосновения. В этом случае его уставка составляет 30 мА. Все сторонние проводящие части (СПЧ), включая проводящие части конструкции здания, присоединяются к общему заземляющему устройству электроустановки.
Система электроснабжения электроустановок жилых зданий в США.
В США типичной системой питания электроустановок зданий является система TN-C-S. Понимающий трансформаторы обеспечивает питание однофазным напряжением 120/240 В от вторичной обмотки с заземленным средним выводом. В тех случаях, когда понижающий трансформатор питает одновременно жилые здания и коммерческие предприятия, питание жилых зданий осуществляется от двух фазных и от нулевого рабочего проводника, связанного с заземленной нейтралью вторичной обмотки трансформатора, соединенной по схеме «звезда» напряжением 120/208 В. Трехфазное напряжение используется для питания коммерческих предприятий. Для питания электроустановок жилых зданий трехфазное питание используется сравнительно редко.
В зависимости от плотности застройки однофазный трансформатор может обслуживать одного потребителя в сельской местности или несколько потребителей в городе. Нейтральная точка вторичной обмотки трансформатора заземляющим проводником присоединена к заземлителю трансформатора. К этой же точке трансформатора присоединен PEN-проводник сети, питающей потребителя. У потребителя PEN-проводник обычно используется для заземления всех ОПЧ и СПЧ. PEN-проводник обычно присоединяется к главной «нейтральной» шине.
Электроустановка потребителя содержит устройство для отключения от питающей линии в случае аварии, например, пожара. В качестве такого устройства обычно используется главный линейный выключатель. Выключатели отдельных цепей электроустановки обычно монтируются в распределительном шкафу и получают питание от главного линейного выключателя. Выключатели отдельных цепей обычно рассчитаны на токи 15 или 20 А при 120 В; однако, для коммерческих предприятий, таких, например, как прачечные, химчистки, фабрики-кухни, используются выключатели на 30 или 40 А при напряжении 240 В. При замыкании на землю одного из фазных проводников двухполюсный выключатель разрывает оба фазных проводника, снимая напряжение со всей цепи.
PEN-проводник повторно заземляется на вводе в здание потребителя. Конструктивно это осуществляется соединением нулевой шины распределительного щита с заземляющим устройством электроустановки потребителя. Электрическая сеть в здании должна иметь РЕ-проводник для «заземления» штепсельных розеток.
Следует заметить, что требование заземляющего контакта в штепсельных розетках в электроустановках жилых зданий в США вошло в действие в 1962 г. До этого РЕ-проводник не требовался и правила не распространяются на электроустановки старых зданий, введенных в действие до 1962 г. Статистика свидетельствует, что около половины существующих зданий в США построены до 1962 г. и в этих зданиях штепсельные розетки не имеют заземляющего контакта.
В определенных условиях штепсельные розетки должны иметь устройства защитного отключения типа GFCI (ground — fault circuit — interrupter protection). УЗО-Д типа GFCI очень популярны, приобретаются в розничной торговле в хозяйственных магазинах и легко устанавливаются. Широкое распространение GFCI в сочетании с тем обстоятельством, что многие современные бытовые электроприборы не нуждаются в защитном заземлении (двойная изоляция), привело за последние несколько лет к существенному снижению электротравматизма.
В США понижающие трансформаторы располагаются в непосредственной близости от каждого потребителя. Это обстоятельство сводит к минимуму сопротивление петли «фаза — нуль», а следовательно увеличивает ток короткого замыкания (т.к.з.) и уменьшает до минимума его длительность. Низкое напряжение фазного напряжения (обычно 120 В) и многочисленные повторные заземления PEN-проводника, ограничивают напряжения на ОПЧ и СПЧ при о.к.з.