11.4. Зануление

Преднамеренное соединение с глухо заземлённой нейтралью генератора или трансформатора на стороне до 1 кВ с помощью нулевого (нейтрального провода) частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, как известно, называют занулением.

Нулевой рабочий проводник N в трёхфазных сетях служит для подключения однофазных приёмников. Нулевой защитный проводник PE необходим в целях электробезопасности.

11.4.1. Механизм действия зануления. Требования ко времени отключения при пробое изоляции на корпус

Зануление применяют в четырёхпроводных сетях напряжением до 1 кВ с заземлённой нейтралью, поскольку в них защитное заземление малоэффективно: ток замыкания на землю зависит от сопротивления заземления. Поэтому, с точки зрения электробезопасности, в этих сетях эффективна другая мера – снижение времени замыкания на корпус. Этому способствует зануление, которое превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, что приводит к срабатыванию защит и селективному отключению повреждённого участка сети, а также к снижению потенциала корпусов.

Время срабатывания защит не должно превышать 1 с.

При выполнении автоматического отключения питания в электроустановках до 1 кВ все открытые проводящие части должны быть присоединены к глухозаземлённой нейтрали источника питания, если применена система TN, а время отключения не должно превышать значений, указанных в табл. 11.4.

Таблица 11.4

Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для системы tn

Номинальное фазное напряжение, В	Время отключения, с
127 220 380 Более 380	0,8 0,4 0,3 0,1

Для автоматического отключения питания могут применяться защитно-коммутационные аппараты, реагирующие на сверхтоки или на дифференциальный ток. В электроустановках, в которых применено автоматическое отключение питания в качестве защитной меры, должно быть выполнено уравнивание потенциалов.

Время срабатывания защит не должно превышать 5 с в цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и др. щиты и щитки.

Повторное заземление нулевого провода сводится к снижению напряжения корпусов, особенно при обрыве нулевого провода. Для ВЛ оно должно выполняться через каждые 250 м её длины и на концевых ответвлениях длинной более 200 м. Сопротивления заземляющих устройств, с которыми соединяют нейтрали трансформаторов, должны быть не более 4 Ом, а у повторных заземлений – 10 Ом.

В целях обеспечения быстродействия защит ток КЗ должен не менее чем в 3 раза превышать ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания расцепителя автоматического выключателя. Полная проводимость нулевого провода для промышленных предприятий должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода, а в коммунальных сетях – равной проводимости фазного провода.

Запрещается установка в нулевой провод предохранителей и автоматических выключателей. Исключением из этого правила является случай, когда выключатель одновременно вместе с нулевым размыкает и фазные провода.

Можно ли обеспечить условия безопасности в сети с заземленной нейтралью при выполнении простого заземления электроприемников, а не их зануления?

Ток замыкания ограничен сопротивлениями нулевого провода R₀ и заземлителя R_з. Он недостаточен, чтобы расплавить в предохранителе плавкую вставку. Если считать, что вблизи трансформатора заземленных приемников нет и что напряжение корпуса приемника не должно превышать 65 В (из условия требований ПТБ), то

U_ф · R_з / (R₀ + R_з)   65.

Если U_ф = 220 В, имеем R_з ≤ 0,42 R₀, т.е. R_з должно быть в 2,5 раза меньше сопротивления R₀. Но последнее не может быть более 4 Ом, т.к. оно не выполнит своих защитных свойств, следовательно, R_з ≤ 0,42 · 4 = 0,16 Ом. Создание такого сопротивления связано с большими затратами.

Безопасностью в этом случае могла бы быть наилучшим образом достигнура при быстром отключении сети (зануление).

Максимальное значение напряжения относительно земли в месте замыкания равно падению напряжения в этом проводнике

U_з^/ = I_з · R_н,

где    R_н – сопротивление нулевого (зануляющего) проводника.

Следовательно, когда связываем контура подстанций, искуственно создаем сеть зануления.

Чем больше R_н, т.е. чем протяженнее связь (чем дальше подстанции друг от друга), тем выше потенциал на корпусе.

Если в качестве зануляющего проводника сталь, вместо R_н следует брать Z_н, т.к. сталь обладает индуктивным сопротивлением.

Чем больше R_н, тем больше ток через тело человека:

I_ч = I_з – I_з^/.

Для кратковременности аварийного режима необходимо обеспечить такое сопротивление петли фаза – нуль, чтобы ток расплавил вставку, т.е. чтобы ток замыкания отвечал условию

I_з ≥ K · I_н.

K = 1,5 – при защите автоматическими выключателями.

K = 3 – при защите плавкой вставкой предохранителей.

Если следовать этому, то сечение фазного провода меньше, чем у нулевого. Этот путь связан с затратой металла.

ПУЭ предусматривают обязательным условие 0,5 · R_н = R_ф.

Выполнение этого условия обеспечивает надежное отключение в сетях промышленных предприятий, т.к. в цепях имеется оборудование, которое выравнивает потенциал и снижает сопротивление петли фаза – нуль. Столь благоприятные условия имеются не во всех производственных помещениях.

В удаленных от подстанции пунктах при недостаточной проводимости сети может иметь место замедленное отключение. Оно усугубляется загрублением защиты, часто встречающемся в практике.

Сочетание заземлений и занулений.

В сетях с изолированной нейтраью применение занулений не должно допускаться, т.к. это приведет к появлению недопустимых потенциалов на зануленных корпусах электроприемников.

Человек, касаясь совершенно исправного оборудования подвергается действию фазного напряжения.

Применение зануления для одних предметов электрооборудования и заземления для других – в одной и той же сети, питающейся от одного (или параллельно работающих) генератора или трансформатора недопустимо.