4.6. Электробезопасность
Зануление состоит в соединении корпусов токоприёмника или другого оборудования (которое может оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции) с нулевым проводом при помощи металлических проводников.
Задача зануления та же, что и защитного заземления – ликвидация опасности поражения электрическим током при нарушении изоляции и появлении на корпусах оборудования опасного напряжения (ГОСТ 12.1.81. Электробезопасность. Защитное зануление).
Требуется рассчитать систему защитного зануления при мощности питающего трансформатора 180 кВА, схема соединения обмоток трансформатора – звезда, для вибропогружателя мощностью 40 кВт (1 шт.), 3-х фазный, U 380 В.
Проверим условие обеспечения отключающей способности зануления:
Iкз 3*Iпл.вст., и Iкз = Uф/(Zт/3 + Zn), где
Uф – фазное напряжение, В,
Zт – сопротивление трансформатора (Ом),
Zп – сопротивление петли фаза-нуль.
Zп = (Rф + Rн) + (Хф + Хн + Хи) , где
Rф, Rн – активное сопротивление,
Хф и Хн – внутреннее инд. сопротивление,
Хи – внешнее инд. сопротивление.
Принципиальная схема зануления.
R0 – заземление нулевой точки трансформатора,
Zт – сопротивление обмотки трансформатора,
Rн – сопротивление нулевого провода,
1 – плавкие вставки,
2 – св. аппарат,
Iкз – ток короткого замыкания,
Rф – сопротивление фазного провода,
Rп – повторное замыкание нулевого провода.
Определяем сопротивление трансформатора Zт по таблице IV.1 [20].
Определяем номинальную силу тока:
Iэл.св. = n*P*1000/(Uн*cos 3 = 40*1000/(380*1*3) = 61,9 А, где
n – число аппаратов,
Р – номинальная мощность,
Uн – номинальное напряжение,
cos - коэффициент мощности.
Для расчёта активных сопротивлений Rф и Rн задаёмся сечением, длиной, материалом нулевого и фазного проводников:
R = *l/S, где - удельное сопротивление меди, = 0,018,
l – длина проводника,
S – площадь сечения.
Активное и индуктивное сопротивления определяем по таблице II.2 [20]. Величину внешнего индуктивного сопротивления петли фаза-нуль в практических расчётах принимают 0,6 Ом/км. По справочным данным находим основные технические характеристики электротрансформатора N = n*P = 40*1 = 40 кВт, cos = 1,0, Iпуск/Iн = 7,5. Рассчитываем пусковой ток питания аппарата
Iпуск. = 7,5*61,9 = 464 А.
Вычисляем номинальный ток плавкой вставки
Iпл. вст. = Iпуск./ = 464/1,9 = 240 А.
Определяем ожидаемое значение тока короткого замыкания:
Iкз 3*Iпл. вст. = 3*290 = 870 А.
Задаёмся стандартным сечением нулевого провода 5Х50 мм и рассчитываем плотность тока : = Iкз/S = 870/250 = 3,4 А/мм.
По таблице VI.2 находим активные и индуктивные сопротивления стальных проводников. Для этого задаёмся сечением и длиной нулевого lн и фазового lф проводников, выполненных из стали:
lн = 50 м, сечение S = 160 мм (4Х40 мм),
lф = 100 м, сечение S = 50,27 мм (8 мм).
Сечение нулевого проводника и его материал выбираются из условия, что полная проводимость нулевого провода была не менее 50 % от полной проводимости фазного провода.
Активное сопротивление фазового провода принимается согласно таблице IV.2 [20] в зависимости от площади сечения и плотности тока:
Rф = r*lф = 5,0*0,1 = 0,5 Ом.
Аналогично определяем активное сопротивление нулевого провода:
Rн = r*lн = 1,0*0,05 = 0,05 Ом.
Определяем внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого проводников Хф и Хн:
Хф = Х*lф = 3,0*0,1 = 0,3 Ом, Хн = Х*lн = 0,7*0,05 = 0,035 Ом.
Общая длина петли фаза-нуль:
50+100 = 0,15, тогда Хн = 0,6*0,15 = 0,09 Ом.
Используя полученные данные рассчитаем Zп и определим ток короткого замыкания.
Zп = (Rф + Rн) + (Хф + Хн + Хи) = 0,395 Ом.
Iкз = Uф/(Zт/3 + Zп) = 380/(0,382/3 + 0,395) = 462 А.
Проверим условие срабатывания:
Iкз 3*Iпл.вст. или 762 3*240 = 720 А.
Так, Iкз более чем в три раза превышает номинальный ток плавкой вставки, поэтому при замыкании на корпус плавкая вставка перегорит за 5-7 секунд и отключит повреждённую фазу. По номинальному току в таблице VI.4 [20] принимаем плавкую вставку ПН 2 – 250 с номинальным током 80 А при напряжении сети 360 В.
Электробезопасность (заземление).
Защитное заземление – преднамеренное соединение с землёй частей оборудования, не находящегося под напряжением в нормальных условиях эксплуатации, но которые могут оказаться под напряжением в результате нарушения электроизоляции.
Согласно «Правилам устройства электроустановок» сопротивление защитного заземления в любое время года не должно превышать 4 Ом при Nтр > 100 кВА.
Рассчитываем заземляющее устройство сварочного аппарата напряжением U = 380 В в трёхфазной сети с изолированной нейтралью при исходных данных:
- грунт – суглинок с удельным электрическим сопротивлением 100 Ом*м,
- заземлители – стальные трубы 0,08 м, длиной 2,5 м, располагаемые вертикально и соединённые на сварке стальной полосой 4Х40 мм,
- мощность сварочного аппарата 35 кВт,
- мощность трансформатора 180 кВА,
- сопротивление заземления [rs] 4 Ом.
Принимаем следующую схему заземления (см. расчётно-пояснительную записку). Определяем сопротивление одиночного вертикального заземлителя.
Rв = [lн*2*l/d + (1/2)*(4*t + l)/(4*t – l)]*расч/(2**l), где
t – расстояние от середины заземлителя до поверхности грунта,
l, d – длина и диаметр заземлителя.
Расчётное удельное сопротивление грунта
расч = *, где - коэффициент сезонности = 1,7, тогда
расч = 100*1,7 = 170 Ом*м, а Rв = 48 Ом.
Определяем сопротивление стальной полосы, соединяющей стержни:
Rп = (расч/2**l)*ln(l/d*t), где
l – длина полосы,
d – 0,5 ширины полосы,
t – расстояние от полосы до поверхности земли.
’расч = *’ = 100*5,9 = 590 Ом.
Rп = [590/(2**2,5)]*ln[50/(0,04*0,8)] = 21 Ом.
Определяем число n одиночных стержней:
n = Rв/(r3*в = 48/(4*0,66) 18 штук.
Определяем общее сопротивление заземляющего устройства R с учётом соединительной полосы.
R = Rв*Rг/(Rв*г + Rг*в*n) = 48*21/(48*0,39 + 21*0,66*18) 3,76 < 40 Ом.
Устройство заземления:
1 – плавкие вставки.
2 – электродвигатель.
3 – соединительная полоса.
4 – заземлители.