Наибольшее допустимое время отключения электроснабжения аварийного электрооборудования

Номинальное фазное напряжение uф, В	Время отключения, с
127	0,8
220	0,4
380	0,2
Более 380	0,1

Принципиальная электрическая схема защитного зануления приведена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Принципиальная схема защитного зануления в системе TN-S:

1 – аппараты защиты от токов КЗ (предохранители); 2 – корпус электрооборудования (электродвигатель, трансформатор и т. п.): r₀ – сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока; r_п – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника; I_к – ток КЗ; I_н – часть тока КЗ, протекающего через нулевой защитный проводник; I_з – часть тока КЗ, протекающего через землю

Область применения защитного зануления в качестве основной меры защиты от поражения персонала электрическим током – трехфазные четырех- и пятипроводные электросети переменного тока напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью.

4.2.2. Расчет защитного зануления на отключающую способность

При замыкании фазного провода на зануленный корпус электрооборудование автоматически отключается, если значение тока однофазного короткого замыкания удовлетворяет условию:

где – номинальный ток плавкой вставки предохранителя или автоматического выключателя, А; – коэффициент кратности номинального тока плавкой вставки предохранителя или уставки тока срабатывания автоматического выключателя, при котором обеспечивается регламентируемое [17] время отключения аварийного электрооборудования от источника электроэнергии (определяется по табл. 4.7).

Таблица 4.7

Значение коэффициента кратности номинального тока плавкой вставки предохранителя или уставки тока срабатывания автоматического выключателя

№ п/п	Тип защиты электрооборудования
1.		Автоматический выключатель, имеющий только электромагнитный расцепитель, срабатывающий без выдержки времени	1,25–1,4
2.		Плавкий предохранитель	> 3
3.		Плавкий предохранитель (во взрывоопасных помещениях)	> 4
4.		Автоматический выключатель с обратнозависимой от тока характеристикой (как предохранитель)	> 3
5.		Автоматический выключатель с обратнозависимой от тока характеристикой (во взрывоопасных помещениях)	> 6

Номинальным током плавкой вставки ( , А) называется ток, значение которого указано (выбито) непосредственно на вставке заводом-изготовителем. При этом токе плавкая вставка может работать сколь угодно долго, не расплавляясь и не нагреваясь выше установленной заво­дом-изготовителем температуры.

Для определения величины тока короткого замыкания, протекающего по петле «фаза–нуль», необходимо знать значения всех сопротивлений, встречающихся на его пути. Этими сопротивлениями обладают аварийный фазный и нулевой защитный проводники, а также обмотки источника питания (чаще всего это вторичные обмотки трехфазного трансформатора). Рассматриваемые сопротивления могут быть как активными (омическими), так и реактивными (индуктивными). На рис. 4.5 приведена полная расчетная схема защитного зануления.

Рис. 4.5. Полная расчетная схема защитного зануления (схема замещения):

I_кз – ток короткого замыкания в фазном проводе; I_з – ток, протекающий через сопротивление заземления нейтрали трансформатора и сопротивления повторного заземления нулевого проводника; U_ф – фазное напряжение, В; Z_т/3 – полные сопротивления обмоток трансформатора; Z_ф – полное сопротивление фазного проводника; Z_н – полное сопротивление нулевого защитного проводника; X_п – внешнее индуктивное сопротивление петли «фазный проводник – нулевой защитный проводник» (петля «фаза – нуль»); R₀ – сопротивление заземления нейтрали трансформатора; R_пз – сопротивление повторного заземления нулевого проводника

Из схемы видно, что ток короткого замыкания зависит от фазного напряжения и полного сопротивления цепи, складывающегося из полных сопротивлений обмотки трансформатора – Z_т/3, фазного проводника – Z_ф, нулевого защитного проводника – Z_н, внешнего индуктивного сопротивления петли «фаза – нуль» – X_п, активных сопротивлений повторного заземления нулевого проводника – R_пз и заземления нейтрали трансформатора – R₀.

Поскольку R₀ и R_пз, как правило, велики по сравнению с другими элементами цепи, параллельная ветвь, образованная ими, создаёт незначительное увеличение тока КЗ, что позволяет пренебречь им. В то же время, такое допущение ужесточает требование к защитному занулению и значительно упрощает расчётную схему (рис. 4.6)

Рис. 4.6. Упрощённая расчётная схема защитного зануления (схема замещения):

R_н – активное сопротивление нулевого защитного проводника; R_ф – активное сопротивление фазного проводника; Х_ф – внутреннее индуктивное сопротивление фазного проводника; Х_н – внутреннее индуктивное сопротивление нулевого защитного проводника

В этом случае выражение для тока КЗ (I_кз, А) в комплексной форме будет иметь вид

где U_ф – номинальное фазное напряжение электросети, В; Z_т/3 – комплекс полного сопротивления обмоток трехфазного источника тока (трансформатора), Ом; Z_ф = R_ф + iХ_ф – комплекс полного сопротивления фазного провода, Ом; Z_н = R_н + iX_н – комплекс полного сопротивления нулевого защитного проводника, Ом; R_ф и R_н – активные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников, Ом; Х_ф и X_н – внутренние индуктивные сопротивления соответственно фазного и нулевого защитного проводников, Ом; Х_п – внешнее индуктивное сопротивление контура с током КЗ (петли «фаза – нуль»), Ом.

Комплекс полного сопротивления петли «фаза–нуль» (Z_п, Ом) определяется выражением .

С учетом последнего

При расчете защитного зануления принято применять допущение, при котором для вычисления действительного значения (модуля) тока КЗ (I_кз) модули сопротивлений обмотки трансформатора – Z_т/3 и петли «фаза–нуль» – Z_п складываются арифметически.

Это допущение также ужесточает требования безопасности и поэтому возможно, хотя и вносит некоторую неточность (около 5 %).

Полное сопротивление петли «фаза–нуль» в действительной форме (модуль) определяется из выражения

Окончательно формула для вычисления действительного значения (модуля) тока КЗ (I_кз, Ом) принимает вид

Формула для проверочного расчёта защитного зануления на отключающую способность определяется из выражений (4.12) и (4.16) с учетом коэффициента кратности k тока КЗ, определяемого требованиями к защитному занулению

Номинальный ток стандартной плавкой вставки (I_нп, А), которой защищен электроприемник, принимается по табл. 4.8.

Таблица 4.8