2.4.5 ZAŠTITA OD INDIREKTNOG DODIRA - SISTEM TN

Zaštita od indirektnog dodira prema JUS N.B2.741 je efikasna ako su termička karakteristika zaštitnog uredjaja i impendansa strujnog kola (impedansa petlje gde se zatvori struja greške) takve da u slučaju nastanka kvara (zanemarljive impendanse izmedju faznog i zaštitnog provodnika ili izolovanog provodnog dela, bilo gde u instalaciji), nastupa automatsko isključenje napajanja u utvrđenom vremenu. Ovaj zahtev je zadovoljen ako je ispunjen uslov:

gde je:

Zs - impendansa petlje kvara koja obuhvata izvor (otpor faze transformatora), otpor faznog provodnika pod naponom od transformatora do tačke kvara i otpor zaštitnog i nultog provodnika od tačke kvara do transformatora,

Ia - struja koja obezbedjuje delovanje zaštitnog uređaja za automatsko isključenje napajanja u vremenu utvrdjenom u sledećoj tabeli ali koja ne sme biti duže od 5s za strujne krugove bez priključnica (napojni vodovi i el. motori) ili 0.4s za strujne krugove sa priključnicama i sijalicama ili prema Tabeli 2.

U0 - nazivni napon prema zemlji,

U0 (V) td (s)120 0.8230 0.4277 0.4400 0.2

>400 0.1

U sledećoj tablici su data najduže dopušteno vreme trajanja dodirnog napona.

Najviši očekivani napon dodira

Najduže dopušteno vreme

isključenjaUd (V) td (s)

25 beskonačno50 575 0.6090 0.45

110 0.36150 0.27220 0.17280 0.12350 0.08

Potrebne struje greške zavisno od nazivne struje opreme zaštite su:

I0 osigurača 6 10 16 20 25 36 50 63 80

Ii (za 0,4s) 35 55 95 120 170 230 350 450 /

Ii (za 5s) / / / / 100 140 190 275 350

I0 osigurača 100 125 160 200 250 300 400 500 630

Ii (za 0,4s) / / / / / / / / /

Ii (za 5s) 450 560 720 910 1350 1600 2600 3800 4800

gde je: Io - nominalna struja osigurača Ii - struja isključenja pripadajućeg zaštitnog uređaja (u tablici su date vrednosti struja sključenja i to za 0,4 Sek. i za 5 Ssek. saglasno odredbama JUS - a).

Mera zaštite će biti efikasna ako je zadovoljen uslov:

Ig > Ii

Spojem bilo koje faze sa metalnim kućištem ili masom potrošača stvara se zatvoren krug preko metalnih delova i neutralnog provodnika. Otpor petlje tog strujnog kruga je tako mali da je to praktično kratak spoj faznog provodnika sa neutralnim provodnikom. Struja kvara je sigurno dovoljno velika da izazove brzo pregaranje osigurača i time isključenje defektne faze. Vrednost Zs se utvrđuje merenjem ili proračunom.

Otpor zatvorene petlje i struja kratkog spoja se mogu proračunati ali je potrebno znati omsku i induktivnu otpornost namotaja transformatora, svih faznih provodnika od TS do mesta kvara i svih zaštitnih (nultih) provodnika od mesta kvara nazad do TS.

Impendansa petlje kvara izračunava se kao:

()

gde je:

Rp - omski otpr petlje ()Xp - induktivni otpor petlje ()

Za izračunatu vrednost struje greške Ig sa karakteristike zaštitnog uredjaja (osigurač, prekidač) očita se vreme njegovog isključenja kvara t. Zaštitni uredjaj je dobro izabran ako je ispunjen uslov:

Otpor transformatora odnosno faze transformatora kroz koju teče struja greške izračunava se kao:

()

Omski i induktivni otpori transformatora sračunavaju se iz obrasca:

(, %, kV, MVA) (, %, kV, MVA)

gde je:

V - linijski napon (V)Snt - snaga transformatora (MVA)

(%), gde su PCu gubici u bakru (kW)

(%), gde je uk napon kratkog spoja (%)

Za transformatore nekih karakterističnih snaga imamo sledeće vrednosti impedanse:

Snaga transformatora

Impedansa faze transformatora

St (kVA) Zt (Ω)50 0.182

100 0.064160 0.040250 0.026400 0.016630 0.010

Omski i induktivni otpori kablova sračunavaju se po opštim obrascima:

(); ();

gde je:

l - dužina kabla (km)r0 - omski otpor nulte žile kabla (/km)rf - omski otpor fazne žile kabla (/km)x0 - induktivni otpor nulte žile kabla (/km)xf - induktivni otpor fazne žile kabla (/km)n - broj paralelno položenih kablova za napajanje jednog niskonaponskog ormana

Za najčešće upotrebljavane kablove od TS do objekta imamo sledeće karakteristične vrednosti impedanse :

Tip i presek kabla Impedansamm2 Zv (Ω/km)

XP 00 Al 150 mm2 0.26XP 00 Al 70 mm2 0.51XP 00 Al 35 mm2 1.01SKS Al 70 mm2 0.45SKS Al 35 mm2 1.01SKS Al 16 mm2 1.91

PP 00 Cu 10 mm2 2.16

Induktivni otpor provodnika ne zavisi mnogo od preseka i materijala provodnika i približno iznosi od 0.09 Ω/km za kablove i 0.3 Ω/km za gole vodove. Omski otpor provodnika manje dužine, a posebno manjih preseka, mnogo je veći od induktivnog otpora (za presek 1.5 do 70mm2 omski otpor je za oko 98 do 79% veći od induktivnog),

pa se može za približan proračun uzeti da je Zv=Rv. To znači da praktično izračunavamo otpore faznih provodnika od TS do mesta kvara, otpore zaštitnih i nultih provodnika od mesta kvara nazad do TS.

Omski otpor provodnika dužine (m) i preseka S (mm2) se izračunava kao:

gde je:

ρ - specifični otpor materijala provodnika (mm2/m)specifični omski otpor bakra: 0.0175 (mm2/m)specifični omski otpor aluminijuma: 0.028 (mm2/m)

Struja kvara (greške) je:

gde je:Zs- impedansa petlje kvara (suma svih otpora u zatvorenoj petlji)U0- nazivni napon prema zemlji

Kada se izračuna struja greške iz termičke karakteristike osigurača se može očitati u kojem će vremenu osigurač, odnosno zaštitni uređaj, prekinuti čitav strujni krug u kojem je nastao kvar. Zaštita je efikasna ako je to vreme dovoljno kratko da ne prelazi najduže dopušteno vreme trajanja dodirnog napona iz Tabele 2.Ako se ne može ispuniti prethodni uslov i efikasnost zaštite upotrbom zaštitnih uređaja (osigurača) mora se uz izvedeno dopunsko izjednačenje potencijala primeniti i zaštita pomoću zaštitnog uređaja diferencijalne struje (ZUDS odnosno FID sklopka).

Rezultati proračuna su sredjeni u Tabeli 3. Iz koje se vidi da je ukupna impedansa 0.995 Ω a napon greške kojii bi se onda javio 113.15V. Struja greške koja bi u tom slučaju protekla je Ig=231A što je više od Ii=55A koliko iznosi struja zaštitnog uređaja, osigurača od 10A, za vreme od 0.4s.

Time je dokazana efikasnost predviđenog TN sistema zaštite.