ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Доцент Редькин Б.А.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а

Оценка эффективности действия зануления

Методические указания

Цель работы

1. Изучить теоретические основы действия зануления.
2. Получить навыки по измерению и оценке эффективности действия зануления.

Учебные вопросы:

1. Теоретические основы, защитного зануления.
2. Провести стендовые измерения эффективности действия зануления в сети.

Порядок выполнения работы

1. Законспектировать теоретические основы действия зануления.
2. Изучить лабораторный стенд,
3. Получить у преподавателя исходные данные для оценки.
4. Подготовить измерение показателей в соответствии с заданием,
5. Подготовить принципиальные схемы исследуемых режимов.
6. Сделать выводы по каждому разделу измерений

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Зануление - преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки или другого оборудования, которое может оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции, с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока в трехфазных сетях, с глухо-заземленным выводом обмотки источника тока в однофазных сетях и с глухозаземленной средней точкой обмотки источника энергии в сетях постоянного тока с помощью нулевого защитного проводника.

Нулевой защитный проводник следует отличать от нулевого рабочего проводника, который служит для питания током электроприемников, т.е. является частью цепи рабочего тока и по нему проходит рабочий ток.

Зануление предназначено для устранения опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим металлическим нетоковедущим частям, оказавшихся под напряжением относительно земли вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Кроме того, поскольку зануленные корпуса заземлены через нулевой защитный проводник (см. рис. 1), то в аварийный период, т.е. с момента возникновения замыкания на корпус и до автоматического отключения поврежденной электроустановки от сети, проявляется защитное свойство этого заземления, как при защитном заземлении. Иначе говоря, заземление корпусов через нулевой проводник снижает в аварийный период их напряжение относительно земли.

 

 

Рис. 1 Принципиальная схема зануления, в трехфазной сети до 1кВ.

1 - корпус электроустановки;

2 - аппараты зашиты от токов короткого замыкания (KЗ), (предохранители, автоматические выключатели и т.п.);

R^k₀ -сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока;

R^k_n -сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника;

J^k_k - защитный ток HЗ^k;

J^k_H - часть тока HЗ^k, протекающего через нулевой защитный проводник;

J^k_з; - часть тока КЗ, протекающего через землю.

 

Нулевой защитный проводник в схеме зануления обеспечивает необходимое для отключения установки значение тока короткого однофазного замыкания путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.

Для того, чтобы понять необходимость нулевого защитного проводника, давайте представим трехфазную сеть с защитным заземлением и заземленной нейтралью (рис. 2).

Рис 2. Обоснование необходимости нулевого проводника в трехфазной сети с напряжением до 1 кВ.

\

При замыкании фазы на корпус по цепи, образовавшейся через землю, будет проходить ток

 

где U_ф - фазное напряжение, В;

R₀ и R_k - сопротивление нейтрали и корпуса, Ом.

В результате протекания тока через R_k в землю на корпусе возникает напряжение относительно земли U_k, В. Равное падению напряжения на сопротивлении R_k:

 

 

A

При таком токе корпус может оказаться под напряжением

В

что создает угрозу поражения людей, прикоснувшихся к корпусу, до тех пор, пока установку не отключат в ручную.

Чтобы устранить эту опасность, надо обеспечить быстрое автоматическое отключение установки, т.е. увеличить ток, проходящий через защиту, что достигается уменьшением сопротивления цепи этого тока путем введения в схему нулевого защитного проводника соответствующей проводимости, как это показано ранее (рис.1, НЗ).

Повторное заземление нулевого защитного проводника позволяет снизить напряжение относительно земли зануленных конструкций в период замыкания фазы на корпус как при исправной схеме зануления, так и в случае обрыва нулевого защитного проводника. Для того чтобы понять его необходимость, давайте представим трехфазную сеть только нулевым защитным проводником (четырех проводную сеть) с глубоко заземленной нейтралью и несколькими электроустановками (рис.3).

При замыкании фазы на корпус участок нулевого защитного проводника, находящийся за местом замыкания, и все присоединенные к нему корпуса (в точке N) окажутся под напряжением относительно земли

где I_k - ток КЗ, проходящий по петле фаза - нуль. A;

Z_к.з. - полное сопротивление участка нулевого защитного проводника, обтекаемого током I_k, Ом (т.е. участка MN):

 

На другом участке нулевого защитного проводника (ближе к источнику энергии) напряжение будет изменяться от U_k до О по прямой линии.

 

Рис.3. Замыкание на корпусе в сети, не имеющей повторных заземлений нулевого защитного проводника

Эти напряжения будут существовать в течение аварии, т.е., с момента замыкания на фазу до автоматического отключения поврежденной установки от сети.

Если принять R_к.з.≤2R_k (что обычно имеет место в практике), то U_н≤2/3U_ф. Так в сети U_ф=220 В R_k составит 147 В (2/3 220), что создает реальную угрозу поражения людей электротоком. Чтобы уменьшить это сопротивление до безопасного напряжения (40 В) потребуется сечение нулевого защитного проводника увеличить в 4,25 раза, что, безусловно, экономически нецелесообразно.

Поэтому необходимо дополнительно в сеть нулевого защитного проводника подключить повторное заземление (как показано пунктиром), что позволит снизить U_k до значения. 40 В

где - ток, стекающий в землю через сопротивление , A;

- падение напряжения в нулевом защитном проводнике на участке MN;

R₀ - сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом,

При одинаковых значениях и = 4 Ом получим , это в 2 раза меньше, чем при отсутствии повторного заземления. При уменьшении , или увеличении количества повторных заземлений можно снизить до требуемых значений.

В случае обрыва нулевого защитного проводника при наличии повторного заземления напряжение зануленных корпусов, находящихся за местом обрыва, снизится до

А на корпусах, присоединенных к нулевому защитному проводнику до места обрыва, приобретут напряжение относительно земли

Во всех случаях , то есть напряжения после обрыва и до места обрыва в сумме будут равны фазному напряжению.

Поэтому требуется тщательная прокладка нулевого защитного проводника, чтобы исключить возможность его обрыва. Кроме того, в нем не допускается установка выключателей, предохранителей и других приборов, способных нарушить его целостность.

Таким образом, зануление осуществляет два защитных действия: быстрое автоматическое отключение поврежденной установки от питающейся сети и снижение напряжения зануленных металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжением, относительно земли. При этом, отключение осуществляется лишь при замыкании на корпус, а снижение напряжения на зануленных металлических нетоковедущих частях.

Защитное зануление обычно применяется в трехфазных четырех проводных сетях до 1кВ с глухозаземленной нейтралью, в том числе наиболее распространенных сетях напряжением 380 / 220,В., а также сетях 220/127 и 660 / 380 В. Зануление применяется и в трех проводных сетях постоянного тока с глухо-заземленной средней точкой обмотки источника энергии, а так же однофазных двухпроводных сетях переменного тока с глухо-заземленным выводом обмотки источника тока.