7.2. Розрахунок занулення

Захисне занулення в електроустановках полягає в приєднанні до багаторазового заземленого нульового проводу електричної мережі корпусів та інших конструктивних металевих частин електрообладнання, котрі не знаходяться під напругою, але внаслідок пошкодження ізоляції можуть опинитися під нею (рис. 7.3).

Призначення занулення — усунення небезпеки ураження електричним струмом при порушенні ізоляції і появі на корпусах обладнання небезпечної напруги.

Принцип дії занулення — перетворення пробивання на корпус в одноразове коротке замикання, тобто замикання між фазовим та нульовим проводами з метою створення струму, здатного забезпечити спрацювання захисту і завдяки цьому автоматично від'єднати пошкоджену установку від живлячої електромережі.

При пробиванні на корпус у колі короткого замикання виникає великий струм короткого замикання І_{к 3}, котрий забезпечує швидке перегорання плавких вставок протягом 5—7 сек. або відключення пошкоджених фаз автоматичними пристроями, котрі реагують на струм короткого замикання за 1—2 сек. Протягом часу, котрий залежить від швидкості спрацювання захисту, людина, що торкається пошкодженого обладнання, опиняється під фазовою напругою. Якщо захисне занулення не спрацьовує протягом визначеного часу, то людина може бути уражена електричним струмом.

Захисне занулення застосовують у трифазових чотирипроводових мережах напругою до 1000 В з глухозаземленою нейтраллю. Схема занулення вимагає наявності в мережі нульового провода, заземлення нейтралі джерела струму та повторного заземлення нульового проводу.

Призначення нульового провода — створення для струму короткого замикання ланки з малим опором з метою швидкого вимкнення пошкодженої установки від мережі.

Для надійного спрацювання захисту повинна виконуватись умова при використанні плавких вставок: -_г .

де І"_{л всг} — номінальний струм плавкої вставки.

У випадку використання автоматичного пристрою, котрий реагує на струм короткого замикання

де І"_вт — номінальний струм спрацювання автомата.

Плавкі вставки вибираються за величиною пускового струму електродвигуна з врахуванням режиму його роботи:

_ТПУС

Д^е *Ел.дв. — пусковий струм електродвигуна;

а — коефіцієнт режиму роботи. Для асинхронних двигунів а = 1,6—2,5.

де І_н — номінальний робочий струм електродвигуна;

j8 — коефіцієнт перевантаження, що приймається за каталогом для електродвигунів, /3 = 5—7.

Приклад 7.4. Розрахувати систему захисного заземлення при потужності трансформатора 700 кВА. З'єднання обмоток трансформатора — зіркою. Електродвигун асинхронний серії АА. U = 380 В, п = 3000 хв.-¹, тип 4А132М2.

Перевіряємо умови забезпечення вимикальної спроможності занулення:

де U_ф — фазова напруга, В;

Z_T—опір трансформатора, Ом; '

Z_n — опір петлі фаза—нуль, котрий визначається за залежністю

де R_H, /?_ф — активні опори фазового та нульового провідників, Ом;

Х_н, Х_ф — внутрішні індуктивні опори фазового та нульового провідників, Ом; X_t — зовнішній індуктивний опір петлі фаза—нуль, Ом.

Значення опору трансформатора Z_T вибирається з табл. 7.9. Визначаємо номінальний струм електродвигуна

де Р — номінальна потужність двигуна, кВпг; U_H — номінальна напруга, В; cosa — коефіцієнт потужності.

Для розрахунку активних опорів /?_ф та R_H вибираємо перетин, довжину, матеріал нульового та фазового провідників. Опір провідників, виготовлених з кольорових металів, можна визначити за формулою

де р — питомий опір провідника; для міді р = 0,018, для алюмінія р = 0,028 Ом ■ мм² /м; І — довжина провідника, м; S — площа поперечного перетину провідника, мм².

Значеннями Х_ф та Х_н можна знехтувати з огляду на їхню незначну величину.

Активний та індуктивний опори провідників визначаються за табл. 7.10.

Перш за все необхідно задатися довжиною провідника та профілем перетину і визначити очікуване значення струму короткого замикання. Значення зовнішнього індуктивного опору петлі фаза—нуль для практичних розрахунків береться рівним 0,6 Ом/км.

Основні технічні характеристики електродвигуна вибираються за табл. 7.11.

N=10 кВт, cos а = 0,9, 1™^с_дв/і_н = 7,5.

Пусковий струм двигуна

Розраховуємо номінальний струм плавкої вставки

де а — коефіцієнт режиму роботи електродвигуна. Для двигунів з частим ввімкненням а = 1,6—1,8; для двигунів з нечастими пусками а = 2—2,5.

Визначаємо очікуване значення струму короткого замикання

Вибираємо стандартне значення перетину нульового проводу 4x10 мм і розраховуємо густину струму 6:

За табл. 7.10 знаходимо активні та індуктивні опори сталевих провідників.

Для цього задаємось перетином і довжиною нульового І_н і фазового І_ф сталевих провідників: І_н = 50 м, перетин 4x40 мм; S = 160 мм²; І_ф = 100 м; перетин Ф = 8 мм; S = 50,27 мм².

Перетин нульового провідника та його матеріал вибираються при умові, щоб повна провідність нульового провідника була не меншою, ніж 50% повної провідності фазового проводу:

Активний опір фазового провода береться з табл. 7.10 в залежності від площі перетину та густини струму:

Аналогічно визначаємо активний опір нульового проводу:

Визначаємо внутрішні індуктивні опори фазового та нульового провідників

х_Ф™х_н.

де Х_ш — індуктивний опір провідників, Ом (табл. 7.10);

/ — довжина провідника, км.

і

Зовнішній індуктивний опір петлі фаза—нуль Х_; = 0,6 Ом/км. Загальна довжина петлі фаза—нуль — 1,5 ■ 100 = 150 м = 0,15 км. Тоді X, = 0,6 • 0,15 = 0,09 Ом

Виконуємо перевірку умови надійного спрацювання захисту

На підставі отриманих даних розраховуємо Z_n і визначаємо значення струму короткого замикання

Струм І_кз більш ніж у три рази перевищує величину струму плавкої вставки, тому при замиканні на корпус плавка вставка перегорить протягом 5—7 сек. Завдяки цьому відбудеться вимикання пошкодженої фази.

За значенням номінального струму за табл. 7.12 вибираємо плавку вставку серії ПН2-100 з номінальним струмом 80 А при напрузі мер'ежі 380 В.