Расчет защитного зануления

Защитное зануление – это преднамеренное соединение металлических не-токоведущих частей электроустановки с нулевым защитным проводником /V (рис. 8.15). Оно эффективно в сетях с глухозаземленной нейтралью.

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

(8.25)

где J_кз – 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

Вид предохранителя	Тип	Напряжение, В	Ток патрона, А	Номинальный ток плавкой вставки Iн в А
Быстродействующий предохрани­тель, патрон с на­полнителем	ПМБ5-660/100			63; 100
ПМБ5-660/250			160;250
ПМБ5-380/630			500,630
ПМБ5-3 80/400			315; 400
ПМБ5-3 80/250			160;250
ПМБ5-380/100			40; 63
ПМБ5-220/100			25; 40; 63
Предохранители с патроном и наполнителем	ПД-1;ПДС-1			1;2;4;6
ПД-2; ПДС-2			10; 15; 20 1
ПД-3; ПДС-3			25; 35;60
ПД-4; ПДС-4			80; 100;125
ПД-5; ПДС-5			160; 200; 225
ПД-6; ПДС-6			260; 300;350
ПД-7			430; 500; 600
Предохранители с закрытым патроном и наполнителем	ПН2-100	380;220		30;40;50;60;80;100
ПН22250	380;220		80;100;120;150;200;250
ПН2-400	380;220		200;250;300;350;400
ПН2-600	380;220		300; 400; 500; 600

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

(8.26)

где l – длина провода, м;

S – сечение провода, мм²;

–удельное сопротивление проводника, (для медных проводников = 0,018 для алюминия = 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	Медь, мм^2	Алюминий, мм^2
Неизолированные проводники при открытой проводке
Изолированные провода	1,5	2,5
Жилы кабелей или многожильных проводов в обшей защитной оболочке с фазными жилами		1,5

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

(8.27)

где R_ф, 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

(8.28)

где U_ф –фазное напряжение, В (в сетях 380/220В U_ф= 220В);

Z_T –сопротивление обмоток трансформатора, Ом (табл. 8.10);

Z_Ф, Z_n – сопротивление фазного и нулевого проводов, Ом, (Z_ф +Z_н =Z_n).

Таблица 8.9 – Активные и индуктивные сопротивления стальных проводников

Размер или диаметр, мм	Площадь сечения, мм	Активные и индуктивные сопротивления, Ом/км, при плотности тока, А/мм
0,5		1,5
полоса прямоугольного сечения
20x4		5,24/3,14	4,2/2,52	3,48/2,09	2,97/1,78
30x4		3,66/2,2	2,91/2,75	2,38/1,43	2,04/1,22
40x4		2,8/1,68	2,24/1,34	1,81/1,08	1,54/0,92
50x4		1,77/1,06	1,34/0,8	1,08/0,65	-
60x4		3,83/2,03	2,56/1,54	2,08/1,025	-
30x5		2,1/1,26	1,6/0,96	1,28/0,77	-
50x5		2,02/1,33	1,51/0,89	1,15/0,7	-
проводник круглого сечения
	19,63	17/10,2	14,4/8,65	12,4/7,45	10,7/6,4
	28,27	13,7/8,2	11,2/6,7	9,4/5,65	8/4,8
	50,27	9,6/5,75	7,5/4,5	6,4/3,84	5,3/3,2
	78,54	7,2/4,32	5,4/3,24	4,2/2,52	-
	113,1	5,6/3,36	4/2,4	-	-
	150,9	4,55/2,73	3,2/1,92	-	-
	201,1	3,72/2,23	2,7/1,6	-	-

Таблица 8.10 – Сопротивление силовых трансформаторов для однофазного замыкания

Мощность трансформатора, кВт	Активное сопротивление R Т, Ом	Индуктивное сопротивление XТ, Ом	Полное сопротивление, ZТ, Ом
	0,652	0,81	1,036
	0,376	0,53	0,649
	0,202	0,358	0,411
	0,106	0,237	0,259
	0,061	0,150	0,162
	0,038	0,096	0,103
	0,022	0,061	0,065
	0,012	0,041	0,0427
	0,0077	0,026	0,0271

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

Тип предохранителя	Номинальный ток плавкой вставки. Jн, А	Тип предохранителя	Номинальный ток плавкой вставки, Jн, А
НПИ 15	6;10;15	ПН2-400	200;250;300;350;400
НПН 60М	20;25;35;45;60
ПН2-100	30;40;50;60;80;100	ПН2-600	300;400;500;600;
ПН-250	80; 100; 120; 150;200;250	ПН2-1000	500;600;750;800; 1000

Напряжение на корпусах зануленного оборудования относительно земли определяют по формуле

U_зо = J_кз ·R_н (8.29)

где R_н – сопротивление нулевого провода, Ом

Рассчитывают напряжение прикосновения на зануленном оборудовании по формуле

(8.30)

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

(8.31)

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 U_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 х 25 = 75 А.

Определим ток замыкания для нашего случая по формуле

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

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)

=1,06 Ом

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

Ток однофазного короткого замыкания рассчитаем по формуле (8.28)

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)

Напряжение на заземляющем устройстве при таком токе будет составлять

U₃ = I_кз · 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.

Дата добавления: 2014-11-20