Задача 2 Расчет защитного зануления
Защитное зануление – это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей оборудования электроустановок с глухозаземленной нейтралью генератора (трансформатора) в сетях трехфазного тока или с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, или с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности. Для соединения открытых проводящих частей потребителя электроэнергии с глухозаземленной нейтральной точкой источника используется нулевой защитный проводник. Нулевой защитный проводник (PE – проводник) следует отличать от нулевого рабочего (N – проводник) и совмещенного (PEN –проводник) проводников. Нулевым защитным проводником (PE – проводник в системе TN – S) называется проводник, соединяющий зануляемые части (открытые проводящие части) с глухозаземленной нейтральной точкой источника питания трехфазного тока или с заземленным выводом источника питания однофазного тока, или с заземленной средней точкой источника питания в сетях постоянного тока. Нулевой рабочий проводник (N – проводник в системе TN – S) – проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников и соединенный с глухозаземленной нейтральной точкой генератора (трансформатора) в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной точкой источника в сетях постоянного тока. Совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводник (PEN – проводник в системе TN – C) – проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, совмещающий функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника. Зануление необходимо для обеспечения защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении за счет снижения напряжения корпуса относительно земли и быстрого отключения электроустановки от сети. Области применения защитного зануления: 1 электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных сетях переменного тока с заземленной нейтралью (система TN – S; обычно это сети 220/127, 380/220, 660/380 В); 2 электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных сетях переменного тока с заземленным выводом; 3 электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях постоянного тока с заземленной средней точкой источника. Принцип действия зануления (рисунок 2).При замыкании фазного провода на зануленный корпус электропотребителя образуется цепь тока однофазного короткого замыкания (то есть замыкания между фазным и нулевым защитным проводниками). Ток однофазного короткого замыкания (КЗ) вызывает срабатывание максимальной токовой защиты, в результате чего происходит отключение поврежденной электроустановки от питающей сети. Кроме того, до срабатывания максимальной токовой защиты происходит снижение напряжения поврежденного корпуса относительно земли, что связано с защитным действием повторного заземления нулевого защитного проводника и перераспределением напряжений в сети при протекании тока короткого замыкания.
Рисунок 2 – Принципиальная схема защитного зануления
Сопротивление цепи «фаза-нуль» При надлежащем выполнении зануления IК должен превышать Iср и тем самым обеспечивать срабатывание максимальной токовой защиты и безопасность лиц, имеющих контакт c зануленным электрооборудованием. Быстродействие защиты определяется кратностью отношения IК/ Iср. Зануление не только ограничивает время воздействия тока на организм человека при возникновении условия поражения, но и снижает напряжение прикосновения [18]. Причем это снижение можно планировать нормированием параметров сети. При обрыве нулевого проводника система зануления превращается в систему заземления, поэтому опасность поражения при прикосновении к одному из корпусов за местом обрыва можно определить по выражению:
Основные принципиальные недостатки зануления: • зануление не обеспечивает безопасность при непосредственном прикосновении человека к токоведущим частям электроустановки; • нулевой защитный проводник обеспечивает вынос потенциала (даже при отсутствии замыкания на корпус) на все зануленные электропотребители, что представляет опасность поражения и создает помехи для радиоэлектронного оборудования; • в сети с занулением нельзя использовать заземление отдельных электропотребителей (без соединения их с нулевым защитным проводником), так как при замыкании на заземленный корпус зануленные электропотребители оказываются под опасным напряжением в течение длительного времени; • одновременное прикосновение к токоведущим частям электроустановки и ее зануленному корпусу представляет большую опасность; • одновременное прикосновение к незануленному и зануленному электрооборудованию также представляет значительную опасность; • ошибки при монтаже и подключении электропотребителя могут привести к тому, что его корпус окажется непосредственно подключенным к фазе через нулевой защитный проводник; • перегорание одного предохранителя при замыкании на корпус не обеспечивает полного отключения от сети трехфазного электропотребителя; • токи короткого замыкания, токи утечки, искры при замыкании на корпус, перегревы трехфазных электропотребителей при работе на двух фазах, обусловленные наличием зануления, представляют пожарную опасность; • трудности выполнения требований ПУЭ к занулению в протяженных сетях и при занулении мощных электропотребителей; • трудности контроля целостности цепи зануления. Поэтому необходимо знать условия применения и средства обеспечения эффективного действия зануления. Надежное отключение поврежденного участка считается обеспеченным, если ток однофазного КЗ IК отвечает условию: IK ≥ K·Iном., где Iном — номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток уставки расцепителя автоматического выключателя; К — коэффициент, зависящий от устройства защиты (предохранители, автоматический выключатель) и определяемый по требуемой кратности превышения номинального тока в цепи. При выполнении зануления проводники цепи «фаза-нуль» должны быть выбраны таким образом, чтобы при замыкании на корпус возникал ток короткого замыкания, превышающий: для расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки) - номинальный ток, для ближайшего предохранителя - в 3 и более раза номинальный ток плавкой вставки, для расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику - в 1,25 и более раза номинальный ток, для автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку) в 4,5 и более раза [23, п. 3.1.9.]. Основное отличие защитного зануления от защитного заземления - наличие металлической связи токопроводящих корпусов оборудования с нейтралью трансформатора. Условие надежной защиты занулением – превышение тока короткого замыкания на корпус оборудования над током срабатывания защитных устройств. Исходные данные. Проверить, обеспечена ли отключающая способность зануления в сети, (рисунок 3, исходные данные к решению задачи принять по таблице 3), при нулевом защитном проводнике - стальной полосе сечением 40х4 мм. Линия 380/220 В с медными проводами 3х25 мм2 питается от трансформатора 400 кВА, 6/0.4 кВ со схемой соединения обмоток «треугольник - звезда с нулевым проводом» (
Рисунок 3 - Схема сети к расчёту защитного зануления
Таблица 3 - Исходные данные к решению задачи №2
|
выражается комплексными величинами. Это объясняется тем, что при протекании больших токов необходимо учитывать индуктивную составляющую сопротивления проводников.
). Двигатели защищены предохранителями I1ном = 125 А (двигатель 1) и I2ном =80 А (двигатель 2). Коэффициент кратности тока К=3 (защита двигателей предохранителями).
Yн
