Расчет защитного зануления

Защитное зануление - это преднамеренное соединение металлических не-токоведущих частей электроустановки с нулевым защитным проводником /V

Рис. 8.15. Защитное зануление электроустановки

Защитный и, следовательно, в снижении времени воздействия электриче­ского тока на человека. Замыкание на корпус превращается в однофазное ко­роткое замыкание между фазным и нулевым защитным проводником с целью создания большого тока на обеспечивающего срабатывание защиты и отключе­ние поврежденного участка от сети.

Применение повторного заземления нулевого провода R_n через каждые 20м обеспечивает снижение потенциала на корпусе оборудования при обрыве нулевого провода.

Условие надежного срабатывания защиты

КЗ

Н

(8.25)

где J_K3 ток короткого замыкания, А;

J_н - номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабаты­вания автомата, А (табл. 8.7);

к - коэффициент защиты (к = 3 - для плавких предохранителей; к = 4 - для взрывоопасных помещений, к = 1,25... 1,4 — для автоматов защиты).

Таблица 8.7 - Технические характеристики предохранителей

Продолжение таблицы 8.7

Предохранители

ПД-1;ПДС-1

1;2;4;6

218

Активное сопротивление фазного и нулевого проводов определяют по формуле, задавшись сечением, длиной, материалом проводников

Рпр

S

(8.26)

где l - длина провода, м; S - сечение провода, мм²;

Рпр~ удельное сопротивление проводника,

м

водников р_пр= 0,018 для алюминия р_пр= 0,028).

Диаметры голых стальных проводов, используемых для зануления, могут быть меньше, чем заземляющих проводников, но нулевые и фазные провода должны быть одинаковыми. Для стальных проводов воздушных линий до 1000В допускается диаметр не менее 4мм, а на ответвлениях для ввода в дом не менее 3 мм. В качестве зануляющих могут применяться проводники и из цвет­ных металлов. Наименьшие допустимые их сечения указаны в табл. 8.8.

Таблица 8.8 - Наименьшее сечение зануляющих проводников

Зануляющие проводники должны иметь проводимость не менее 50% от проводимости фазных проводников, а не 1/3, как для заземляющих. Тонкостен­ные стальные трубы, используемые в качестве зануляющего проводника, могут иметь нужную проводимость лишь при диаметрах 18-30 мм.

Сопротивление петли "фаза-ноль" (Z_п = Z_Ф + Z_H) определяют по формуле

^~^X)²₊Xl (8.27)

где Rф, R_n - активное сопротивление фазного и нулевого проводов, Ом; Х_п - реактивное сопротивление петли "фаза-ноль", Ом.

Если провода выполнены из цветных металлов, индуктивным сопротивле­нием можно пренебречь, ввиду его малой величины.

При отдельно проложенных нулевых проводах принимают Х_n = 0,6 Ом на 1 км длины провода. Для стальных проводов значения Х_n выбирают по табл. 8.9.

Расчетное значение тока короткого замыкания находят по формуле

Л. =

U

ф

Н

(8.28)

где Uф - фазное напряжение, В (в сетях 380/220В Uф= 220В); Z_T - сопротивление обмоток трансформатора, Ом (табл. 8.10); Z_Ф, Z_n - сопротивление фазного и нулевого проводов, Ом, (Zф +Z_н =Z_n).

Таблица 8.9 - Активные и индуктивные сопротивления стальных проводников

Таблица 8.10 - Сопротивление силовых трансформаторов для однофазного за­мыкания

При мощности трансформатора 1000 кВ-А и более величиной Z_т /3 пренеб­регают.

По ожидаемому значению тока короткого замыкания из табл. 8.7 или 8.11 подбирается предохранитель с номинальным током плавкой вставки таким об­разом, чтобы соблюдалось условие надежного срабатывания (8.25).

Таблица 8.11 - Значение J_н стандартных предохранителей для сетей напряже­нием 220 и 380 В

Напряжение на корпусах зануленного оборудования относительно земли определяют по формуле

Зо Jкз

(8.29)

где R_н - сопротивление нулевого провода, Ом

Рассчитывают напряжение прикосновения на зануленном оборудовании по формуле

(8.30)

Пз

где R_пз - сопротивление повторного заземления. Ом; R_з - сопротивление рабочего заземления, Ом.

Согласно правилам устройства электроустановок сопротивление заземле­ния нейтрали и всех повторных заземлений нулевого провода должно быть не более 8; 4; 2 Ом соответственно, при линейных напряжениях 220, 380 и 660В источника трехфазного тока или 127, 220, 380В источника однофазного тока.

Расчеты рабочего и повторного заземления выполняются аналогично рас­четам защитных заземлений электроустановок.

Напряжение зануленных корпусов при обрыве нулевого провода снизится до значения

и_я=1₃-я_т=и_ф-

где R_пз - сопротивление повторного заземления, Ом; R0 - сопротивление заземления нейтрали, Ом.

Если сопротивление повторного заземления и сопротивление нулевого провода равны R_пз = R_н то корпуса, присоединенные к нулевому проводу как до, так и после места обрыва, будут иметь одинаковое напряжение

U_n = U₀ = 0,5 и_ф (8.32)

Пример 8.6. Определить эффективность зануления, если защита электро­установки выполнена предохранителем с током плавкой вставки 25 А. Сопро­тивление петли «фаза-нуль» равно 4 0м.

Решение. Ток замыкания для надежного срабатывания защиты должен в 3 раза превышать ток плавкой вставки - это значит I_зам = 3 х25 = 75 А.

Определим ток замыкания для нашего случая по формуле

R₀+R₃ 4 + 4

Вывод. Предохранитель с током плавкой вставки 25 А не сработает.

Пример 8.7. Воздушная линия, питающая ферму, выполнена проводом марки А-35, Нулевой провод имеет то же сечение и ту же марку, что и фазные провода. Расстояние от подстанции до фермы 0,5 км. На подстанции установ­лен трансформатор ТМ-100 мощностью 100 кВ А. Определить ток однофазного короткого замыкания при замыкании фазного провода сети 380/220 В на корпус электродвигателя вакуумного насоса. Переходным сопротивлением в месте ко­роткого замыкания пренебречь.

Решение. Активное сопротивление проводов R_п сечением S_п, равным 35 мм², длиной 1000 м при удельном сопротивлении проводника

р_пр = 0,028----------- определенное по формуле (8.26), составит

м

R_п = 1000/ 35 х 0,028 = 0,79 Ом

Реактивное сопротивление составит 0,6 Ом.

Определим полное сопротивление петли «фаза-нуль» по формуле (8.27)

Z_n = _A/(^+R_n)²+X_n² = >,79)²+0,6²=l,06 Ом

Сопротивление обмотки питающего трансформатора определим по табл. 8.10 для трансформатора мощностью 100 кВ A ZT = 0,259 Ом.

Ток однофазного короткого замыкания рассчитаем по формуле (8.28)

J -_U ф - ²²⁰ -_l9l9A

Вывод. Ток короткого замыкания равен 192 А.

Пример 8.8. В сети напряжением 380/220 В часть электроустановок зазем­лена через заземляющее устройство, не имеющее соединения с нулевым прово­дом, а часть занулена (в нарушение ПУЭ). Сопротивление заземляющего уст­ройства, не соединенного с нулевым проводом R₃ составляет 2 Ом. Общее со­противление заземляющего устройства на подстанции и повторного заземления R составляет 3 Ом. Сопротивление обмотки питающего трансформатора (Z_т/3) типа ТМ-100 равно 0,358 Ом. Полное сопротивление фазного провода состав­ляет 0,5 Ом. Переходным сопротивлением в месте замыкания пренебречь. Оп­ределить напряжение между корпусами зануленных электроустановок и зем­лей.

Решение. Ток замыкания на землю рассчитаем по формуле (8.26)

J ^иФ - ²²⁰ -37 5Л

^ь Z^ 0,358 + 0,5 + 2 + 3

₃

Напряжение на заземляющем устройстве при таком токе будет составлять

U₃=I_K3-R = 37,5-3 = 112 В

Вывод. Если пренебречь сопротивлением пола и обуви, то человек окажет­ся под напряжением 112 В, что представляет опасность для жизни.