Przejściowe przepięcie wskutek zwarcia doziemnego w sieci wysokiego napięcia (§442) — dlaczego wzrost potencjału na stacji transformatorowej dociera do instalacji niskiego napięcia

W przewodniku o ochronie przeciwprzepięciowej (SPD) omówiono przepięcia udarowe — krótkotrwałe skoki napięcia spowodowane wyładowaniem atmosferycznym lub czynnościami łączeniowymi, eliminowane za pomocą SPD zgodnie z §534. §442 dotyczy zasadniczo innego rodzaju przepięcia: przejściowego, o częstotliwości sieciowej wzrostu napięcia, spowodowanego zwarciem doziemnym w sieci (średniego) wysokiego napięcia, połączonej z instalacją niskiego napięcia poprzez tę samą stację transformatorową.

Jak uszkodzenie w sieci wysokiego napięcia dociera do instalacji niskiego napięcia

Podczas zwarcia doziemnego w sieci średniego napięcia (np. przebicie kabla SN do ziemi) przez uziom stacji transformatorowej płynie prąd zwarcia doziemnego. Poprzez rezystancję uziemienia tego uziomu prąd ten powoduje przejściowy wzrost potencjału — oznaczany jako Uf — na własnym uziomie stacji.

Gdy przewód neutralny (N/PEN) sieci niskiego napięcia jest połączony z tym samym uziomem stacji — co jest typowe dla układu TN — ten przejściowy wzrost potencjału bezpośrednio rozprzestrzenia się na instalację niskiego napięcia, mimo że samo uszkodzenie znajduje się całkowicie po stronie średniego napięcia.

Co reguluje norma: wartość i czas trwania, a nie jedna sztywna granica

§442 stanowi, że wartość i czas trwania napięcia o częstotliwości sieciowej na izolacji urządzeń niskiego napięcia, spowodowanego zwarciem doziemnym w sieci wysokiego napięcia, nie mogą przekraczać wartości podanych w tabeli 44A normy. Podstawowa zasada: im wyższe jest powstałe napięcie Uf, tym krócej może się ono utrzymywać, zanim uszkodzenie w sieci wysokiego napięcia musi zostać usunięte — krótki, wysoki skok może być dopuszczalny tam, gdzie długotrwałe podwyższone napięcie już nie.

Uwaga: ten artykuł przedstawia podstawową zasadę (zależność wartość-czas trwania, powiązaną z Uf i czasem wyłączenia zabezpieczenia wysokiego napięcia). Dokładne wartości napięcia i dopuszczalne czasy wyłączenia z samej tabeli 44A należy dla konkretnej oceny sprawdzić w pełnej treści normy, a nie odtwarzać z pamięci.

Dlaczego ma to znaczenie dla instalatora, a nie tylko dla operatora sieci

Na pierwszy rzut oka temat ten wydaje się w całości należeć do operatora sieci — samo zwarcie doziemne występuje w sieci średniego napięcia, z dala od własnej instalacji. Jest to jednak istotne dla każdego, kto projektuje lub ocenia instalację niskiego napięcia:

• Połączenie między przewodem neutralnym sieci niskiego napięcia a uziomem stacji transformatorowej (charakterystyczne dla układu TN) to właśnie mechanizm, dzięki któremu przejściowe przepięcie ze strony wysokiego napięcia może rozprzestrzenić się na własną instalację.
• Jest to osobny, dodatkowy powód, aby prawidłowo ocenić uziom oraz przyłączenie do sieci, odrębny od zwykłych rozważań dotyczących prądu zwarcia doziemnego i napięcia uszkodzeniowego w obrębie samej instalacji.

Znaczenie praktyczne

Dla większości codziennych prac instalacyjnych nie jest to temat aktywnie obliczany czy mierzony — ocena Uf i czasu wyłączenia zabezpieczenia wysokiego napięcia jest w praktyce zadaniem operatora sieci oraz projektanta stacji transformatorowej. Dla instalatora ma to znaczenie przede wszystkim jako wiedza tła: wyjaśnia, dlaczego uziom sieci i własna instalacja nie są całkowicie od siebie niezależne, mimo że własna instalacja niskiego napięcia na pierwszy rzut oka wygląda jak zamknięty, niezależny system.

Częste błędy

1. Zakładanie, że uszkodzenie w sieci średniego napięcia nigdy nie może wpłynąć na własną instalację niskiego napięcia — w układzie TN ze wspólnym uziomem taki mechanizm jak najbardziej istnieje.
2. Mylenie §442 z §534 (SPD/przepięcie udarowe) — §442 dotyczy przejściowego wzrostu napięcia o częstotliwości sieciowej poprzez uziom podczas uszkodzenia w sieci wysokiego napięcia, a nie krótkotrwałego skoku spowodowanego wyładowaniem atmosferycznym lub łączeniem.
3. Zakładanie, że zawsze obowiązuje jedna, uniwersalna wartość napięcia — norma wyraźnie wiąże dopuszczalne napięcie z czasem wyłączenia zabezpieczenia wysokiego napięcia (tabela 44A), a nie ze stałą, niezależną od czasu granicą.

Powiązane

• Ochrona przeciwprzepięciowa (SPD) — §534
• Przerwa przewodu PEN w układzie TN-C-S
• Uziomy i uziemienie fundamentowe