11.3 Расчет защитного зануления на отключающую способность

Поражение электрическим током возможно как при случайном прикосновении его непосредственно к токоведущим частям, так и к неметаллическим нетоковедущим элементам электрооборудования (к корпусу электрических машин, трансформаторов, светильников и т.п.), которые могут оказаться под напряжением в результате какой - либо аварийной ситуации (замыкания фазы на корпус, повреждение изоляции и т.п.).

Защитное зануление и заземление являются наиболее распространенными, весьма эффективными и простыми мерами защиты от поражения электрическим током при появлении напряжения на металлических нетоковедущих частях (металлических корпусах оборудования).

Опасность поражения электрическим током при прикосновении к корпусу и другим нетоковедущим частям электрооборудования, оказавшимся под напряжением, может быть устранена быстрым отключением поврежденного электрооборудования от питающей сети. Для этой цели используется зануление, принципиальная схема которого в сети трехфазного тока показана на рисунке 11.1.

Рисунок 11.1 - Принципиальная схема зануления.

Обозначения на схеме:

- корпус;

- аппараты защиты от токов к. з. (предохранители, автоматические выключатели.);_{0 -} сопротивление заземления нейтрали источника тока;_{п -} сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника;_{к -} ток короткого замыкания;_{н -} часть тока короткого замыкания, протекающая через нулевой проводник;_з - часть тока короткого замыкания, протекающая через землю;

(н. з.) - нулевой защитный проводник.

Зануление - это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (между фазным и нулевым проводником) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и автоматически отключить поврежденное электрооборудование от питающей сети. В качестве отключающих аппаратов используются: плавкие предохранители, автоматические выключатели, магнитные пускатели и т.д. При этом необходимо учесть, что с момента возникновения аварии (замыкания на корпус) и до момента автоматического отключения поврежденного оборудования от сети имеется небольшой промежуток времени, в течение которого прикосновение к корпусу опасно, так как корпус находится под напряжением Uф (рисунок 11.1) и отключение его от сети еще не произошло. В этот период сказывается защитная функция заземления корпуса оборудования через нулевой защитный проводник.

Из рисунка 11.1 видно, что схема зануления требует наличия в сети следующих элементов:

) нулевого защитного проводника;

2) глухого заземления нейтрали источника тока;

) повторного заземления нулевого защитного проводника.

Назначение основных элементов схемы заземления:

Нулевой защитный проводник предназначен для обеспечения необходимого отключения установки значения тока путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.

Назначение заземления нейтрали - снижение напряжения зануленных корпусов относительно земли до безопасного значения при замыкании фазы на землю.

Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника - снижение напряжения на корпус относительно земли при замыкании фазы на корпус в случае исправной схемы и в случае обрыва нулевого защитного проводника.

Отключение поврежденной установки от питающей сети произойдет, если значение тока однофазного короткого замыкания (), которое искусственно создается в цепи, будет больше (или равно) значения тока срабатывания автоматического выключателя (или номинального тока плавкой вставки предохранителя) и выполняется следующее условие:

,

где k - коэффициент кратности тока, выбирается в зависимости от типа защиты электроустановки.

Расчет зануления сводится к проверке соблюдения следующего условия:

.

Для этого необходимо определить:

наименьшее допустимое значение тока () короткого замыкания, при котором произойдет срабатывание защиты и поврежденное оборудование отключится от сети;

действительное значение тока однофазного короткого замыкания, которое будет иметь место в схеме при возникновении аварии ().

Определяем величину тока:

где

- номинальный ток плавкой вставки предохранителя электродвигателя (табл.3 [2]), ;- коэффициент кратности тока (табл.3 [2]),.

.

Определяем полное сопротивление петли "фаза-нуль”:

, где

- активные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников (табл.3 [2]), ,;

- внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников (табл.3 [2]), ,;

- внешнее индуктивное сопротивление петли "фаза-нуль" (0,02 Ом).

.

Находим действительное значение тока однофазного короткого замыкания, проходящего в схеме в аварийном режиме:

,

где - фазное напряжение (табл.3 [2]),;

- полное сопротивление петли "фаза-нуль”;

- полное сопротивление трансформатора (табл.3 [2]), .

.

Так как условие выполняется, следовательно, отключающая способность зануления обеспечена и защитный проводник выбран правильно.

Для обеспечения автоматического атключения поврежденного электрооборудования от сети необходимо увеличить ток, проходящий в схеме в аварийном режиме. Это достигается путем искусственного создания в схеме режима короткого замыкания за счет введения в схему нулевого защитного проводника и обеспечения малого сопротивления для цепи "фаза-нуль" (в режиме к. з.). Таким образом, величина тока однофазного короткого замыкания зависит от величины параметров нулевого защитного проводника. И расчет зануления сводится к проверке правильности выбора параметров нулевого защитного проводника (). Условие выполняется, сопротивление заземляющего устройства растеканию тока соответствует ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ и ПУЭ.