РАСЧЕТ ЗАНУЛЕНИЯЗануление состоит в соединении корпусов токоприемника 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. Принцип действия зануления – превращение пробоя на корпус в однофазное короткое замыкание, т.е. образование так называемой цепи короткого замыкания (корпус – нулевой провод – фазная обмотка трансформатора), обладающей малым сопротивлением – десятые доли Ома. При пробое на корпус возникает большой ток короткого замыкания IК.З, в результате происходит быстрое (5¸7 с) перегорание плавких вставок или отключение поврежденных фаз автоматическими устройствами, реагирующими на ток короткого замыкания за 1-2 сек. В течение короткого времени, определяемого скоростью срабатывания защиты, человек, касающийся поврежденного оборудования, попадает под фазное напряжение. Если защитное зануление не срабатывает в установленное время, то человек может быть поражен электрическим током. Для надежного срабатывания защиты необходимо выполнение условия: IК.З ³ 3 IП, (9.1) где IП – номинальный ток плавкой вставки, или IК.З ³ 1,25× IС , (9.2) где IС – номинальный ток срабатывания автомата. Плавкие вставки предохранителя подбирают по величине пускового тока электродвигателя с учетом режима его работы: IП = IЭ /a, (9.3) где IЭ – пусковой ток электродвигателя;
IЭ = IН . b, (9.4) где IН – номинальный рабочий ток электродвигателя;
В схеме зануления необходимо наличие нулевого провода, заземления нейтрали источника тока, повторного заземления нулевого провода. Назначение нулевого провода – создание для тока короткого замыкания замкнутой цепи с малым сопротивлением и обеспечение IК.З, достаточного для срабатывания защиты. Нулевой провод должен иметь проводимость не менее 0,5 проводимости фазного провода. Расчет проводят следующим образом. Пусть необходимо рассчитать систему защитного зануления при мощности питающего трансформатора 700 кВА, схема соединения обмоток – звезда, электродвигатель асинхронный серии 4А, U = 380 В, n = 3000 об/мин, тип 4А132М2. Проверяем условие обеспечения отключающей способности зануления: IК.З ³ 3IП ;
IК.З = UФ /((ZТ /3)+ ZП), (9.5)
где Uф – фазное напряжение, В; ZТ – сопротивление трансформатора, Ом; Z П – сопротивление петли фаза-нуль, которое определяется по зависимости: ___________________________ ZП = Ö (RФ + RН) 2 + (XФ + XН + XП) 2, (9.6)
где RН, Rф – активные сопротивления нулевого и фазного проводников, Ом; XН, Xф – внутренние индуктивные сопротивления нулевого и фазного проводников, Ом; XП – внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль, Ом. При расчетах зануления сопротивление трансформатора ZТ берется из табл. 79.
Примечание. Номинальное напряжение обмоток 6-10 кВ.
Определяем номинальный рабочий ток электродвигателя: _ IН = Р × 1000 / UH × Ö 3 × cosa, (9.7)
где P – номинальная мощность электродвигателя, кВт; UН – номинальное напряжение, В; cos Для нашего случая, считая по формуле (9.7), получаем:
Для расчета активного сопротивления RФ и RН задаемся сечением, длиной, материалом фазного и нулевого проводов. Для стальных проводников активное сопротивление единицы длины фазного RФ.Е и нулевого RН.Е проводников определяются по табл. 80. Здесь же даны значения XФ,Е и XН.Е проводников. Таблица 80
Сопротивление фазных или нулевых проводников из цветных металлов определяется по формуле: R = r × l /S, (9.8) где r – удельное сопротивление проводника (для меди r = 0,018, для алюминия r = 0,028 Ом·мм2/м); l – длина проводника, м; S – площадь сечения, мм2. Значения Xф и XН для медных и алюминиевых проводников малы (около 0,0156 Ом/км) и, как правило, ими пренебрегают. Величину внешнего индуктивного сопротивления единицы длины петли фаза-нуль ХП в практических расчетах принимают равным 0,6 Ом/км. По табл. 81 находим основные технические характеристики электродвигателя: N = 100 кВт, cosa = 0,9, IЭ / IН = 7,5 %. Рассчитываем пусковой ток электродвигателя: IЭ = 7,5×16,9 = 126,8 А. Вычисляем номинальный ток плавкой вставки: IП = IЭ /a = 126, 8/2= 63,4 А, где a – коэффициент режима работы, принимается для двигателей с частыми включениями, например, для двигателей a =1,6¸1,8, для двигателей, приводящих в действие механизмы с редкими пусками (конвейеров, вентиляторов) a = 2,0¸2,5. Таблица 81
Определяем ожидаемое значение тока короткого замыкания: IК.З ³ 3 × IП = 3 . 63,4 = 190,2 А. Задаемся стандартным сечением нулевого провода 4х40 и рассчитываем плотность тока j: j = IК.З /S = 190,2 /4х40 = 1,2 А/мм2 Активное и индуктивное сопротивления стальных проводников определяются по табл. 80. Для этого задаемся сечением и длиной нулевого lН и фазного lф проводников, выполненных из стали: lН = 50 м, сечением 4х40, S = 160 мм 2; lф = 100 м, площадь сечения S = 50,27 мм 2. Сечение нулевого проводника и его материал выбираются из условия, чтобы полная проводимость нулевого провода была не менее 50 % полной проводимости фазного провода, т.е. l / (RH + XH) ³ l / 2(RФ + XФ). (9.9) Активное сопротивление фазного провода RФ определяется по RФ.Е, выбираемом из табл. 80 в зависимости от площади сечения и плотности тока: RФ = RФ.Е ×. lФ = 7,5 ×; 0,1 = 0,75 Ом; Аналогично определяем активное сопротивление нулевого провода: RН = RН.Е ×. LН = 2,24 ×; 0,05 = 0,112 Ом; Определяем внутреннее индуктивное сопротивление фазного и нулевого про
ХФ= ХФ.Е . lФ = 4,5 . 0,1 = 0,45 Ом ХН= ХН.Е . lН = 1,34 . 0,05 = 0,067 Ом
Внешнее индуктивное сопротивление единицы длины петли фаза-нуль XП = 0,6 Ом/км, общая длина петли фаза-нуль 50 + 100 = 150 м = 0,15 км, тогда XП = 0,6 . 0,15 = 0,09 Ом Используя полученные данные, рассчитываем ZП и определяем ток короткого замыкания: ________________________ ZП = Ö (RФ + RН) 2 + (ХФ + ХН + XП) 2 = _________________________________ = Ö (0,75+ 0,112) 2 + (0,45 + 0,067 + 0,09) 2 = 1,05 Ом.
Проверим условие надежного срабатывания защиты IК.З = UФ /((ZТ /3)+ ZП) = 380 / 0,129 /3 +1,05 = 347 А.
IК.З ³ 3 IП 347 > 3 × 63,4 А.
Ток IК.З почти в два раза превышает номинальный ток плавкой вставки, поэтому при замыкании на корпус плавкая вставка перегорит за 5-7 секунд и отключит поврежденную фазу. По номинальному току (из табл. 82) принимаем плавкую вставку серии ПН2-100 с номинальным током 80 А при напряжении сети 380 В. Исходные данные для расчета зануления по номерам вариантов приведены в табл. 83.
Таблица 83
|
– коэффициент режима работы. Для асинхронных двигателей
= 1,6÷2,5.
– коэффициент перегрузки, принимаемый по каталогу, для электродвигателей 
= 5¸7.
– коэффициент мощности.
