Расчет зануления

 

Цель расчета зануления - определить сечение защитного нулевого провода, удовлетворяющее условию срабатывания максимальной токовой защиты, при известных остальных параметрах сети и заданных параметрах автоматического выключателя или плавкой вставки [8]. Принципиальная схема зануления представлена на рис. 7.

Рис. 7. Схема зануления установки

 

При замыкании на зануленный корпус электроустановки ток короткого замыкания I _к проходит через следующие участки цепи: фазный провод В, обмотки трансформатора Т _р, нулевой проводник Н, а также по параллельной ветви: заземление нейтрали R ₀, участок грунта, повторное заземление R _п. Сопротивление петли "фаза-нуль" обычно не превышает 2 Ом, а сопротивление R ₀+ R _п, согласно ПУЭ, должно быть в пределах 7...28 Ом в зависимости от напряжения сети. Поэтому ток I _з, протекающий через землю, много меньше тока I _н, проходящего по нулевому проводнику, и можно считать I _к = I _н. Тогда:

 

I _к ≥ kI _ном, (7.5)

 

где I _ном - номинальный ток срабатывания устройства защиты П; k - коэффициент кратности номинального тока.

Значение I _ном определяется мощностью подключенной электроустановки и выбирается из условия несрабатывания при протекании рабочих токов электроустановки. Например, для электродвигателей ток I _ном плавких вставок предохранителей должен в 1,6 - 3 раза превышать номинальные токи.

Расчетный ток короткого замыкания с учетом полного сопротивления петли "фаза-нуль" Z _п:

 

, (7.6)

 

где U _ф - фазное напряжение сети; Z _т - сопротивление трансформатора.

Значения Z _т в зависимости от мощности трансформатора Р и схемы соединения обмоток "звезда-звезда" Y / Y _н или "треугольник-звезда" ∆/ Y _н с четвертым нулевым защитным проводником с низкой стороны трансформатора приведены в табл. 7.7.

 

Таблица 7.7

Расчетные сопротивления трансформаторов при вторичном напряжении 380/220 В

Р, кВА	Z т	Р, кВА	Z т
Y / Y н	∆/ Y н	Y / Y н	∆/ Y н
	3,11	0,906		0,312	0,090
	1,95	0,562		0,195	0,056
	1,24	0,360		0,129	0,042
	0,80	0,266		0,081	0,029
	0,487	0,141		0,054	0,017

Для трансформаторов с вторичным напряжением 220/128 В Z _т следует уменьшить в 3 раза.

Полное сопротивление проводников петли "фаза-нуль":

 

, (7.7)

 

где R _ф, R _н - активные сопротивления фазного и нулевого провода; x _ф, х _н - внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого проводов; х _п - внешнее индуктивное сопротивление петли "фаза-нуль".

Для медных и алюминиевых проводников фаз по известным данным: сечению S _ф (мм²), длине l (м) и удельному сопротивлению проводника r (Ом·мм²/м) (для меди r = 0,018, а для алюминия r = 0,028) - определяется сопротивление:

 

. (7.8)

 

Значение x _ф для медных и алюминиевых проводников мало, поэтому в формуле (7.7) им можно пренебречь.

Если нулевой защитный проводник выполнен из стали прямоугольного или круглого сечения, то R _н = r _l l, х _п = x _l l, где r _l и x _l - активное и внутреннее индуктивное сопротивление I км проводника, значения которых указаны в табл. 7.8. Они зависят от его профиля и площади сечения S _н, а также от ожидаемой плотности тока в проводнике i _н (А/мм²):

 

. (7.9)

 

При выборе сечения нулевого проводника следует обеспечить i _н = 0,5…2,0 А/мм.

Таблица 7.8

Значения r _l и x _l Ом/км, стальных проводников при переменном токе (f = 50 Гц)

Размеры сечения, мм	S н, мм2	i н = 0,5	i н =1,0	i н =1,5	i н = 2,0
r l	x l	r l	x l	r l	x l	r l	x l
20´4		5,24	3,14	4,20	2,52	3,48	2,09	2,97	1,78
30´4		3,66	2,20	2,91	1,75	2,38	1,43	2,04	1,22
30´5		3,38	2,03	2,56	1,54	2,08	1,25	1,60	0,98
40´4		2,80	1,68	2,24	1,34	1,81	1,09	1,54	0,92
60´4		2,28	1,37	1,79	1,07	1,45	0,87	1,24	0,74
50´5		2,10	1,26	1,60	0,96	1,28	0,77	-	-
60´5		1,77	1,06	1,34	0,80	1,08	0,65	-	-

Материал и сечение разных проводников выбирают исходя из мощности потребителей энергии, а материал и сечение нулевого защитного проводника - должны удовлетворять условию:

 

Z _н £ 2 Z _ф, (7.10)

 

где Z _н и Z _ф - полные сопротивления соответственно нулевого и фазного проводника.

Внешнее индуктивное сопротивление х _п, Ом, петли "фаза-нуль", если используется воздушная линия электропередачи и частота тока f = 50 Гц, можно определить по формуле:

 

, (7.11)

 

где l - длина линии, км; D - расстояние между проводниками линии, м; d - диаметр проводников, м.

Для грубых расчетов используют формулу х _п = 0,6 l, что соответствует D = 1 м. Для уменьшения значения х _п нулевой защитный проводник следует прокладывать рядом с фазным. Если нулевой проводник является четвертой жилой кабеля или металлической трубой, в которой расположены фазные проводники, то х _п мало по величине и им можно пренебречь в формуле (7.7).

Если источник питания и линия электропередачи заданы, то необходимо выбрать соответствующий автоматический выключатель, используя приведенные выше рекомендации. Если автоматический выключатель задан, тогда необходимо определить сечение нулевого провода. В обоих случаях проводится расчет на срабатывание выключателя. Если в результате расчета условие (7.5) выполняется, то расчет окончен, а если нет, то его повторяют, выполнив одно из мероприятий: изменяют параметры выключателя; утолщают нулевой защитный проводник; измеряют параметры фазных проводников.