Расчет зануления

Все работы, связанные с наладкой и эксплуатацией сети ведутся в помещении, относящемуся к категории "без повышенной опасности" поражения электрическим током.

  Для питания измерительных приборов и устройства на рабочем месте используется сеть переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц.

  В сети с глухозаземленной нейтралью при однофазном замыкании на корпус необходимо обеспечить автоматическое отключение поврежденного электрооборудования. При кратковременном аварийном режиме создается безопасность обслуживания и сохранность электрооборудования. Однако кратковременность может быть обеспечена только  созданием определенной кратности тока короткого замыкания на корпус по отношению к номинальному  току  защитного аппарата. Этого можно добиться только прокладкой  специального провода достаточной проводимости - нулевого провода, к  которому присоединяются корпуса электрооборудования.

Схема защитного зануления показана на рис.3.1.

Помимо заземления нейтрали, на схеме представлены повторные заземления нулевого провода, которые снижают напряжение на заземленных корпусах электрооборудования в случае обрыва нулевого провода.

Для того, чтобы снизить опасные потенциалы при замыкании на корпус, используются повторные заземлители с сопротивлением заземлителя не более 10 Ом.

  В помещении, где производится монтаж сети, питание электроустановок осуществляется от подстанции с трансформатором P=600 кВт, удаленной от рабочего места на 300 м. Питание к распределительному щиту подводится алюминиевым проводом сечением 25 мм¤, а роль нулевого проводника выполняет стальная полоса сечением 50 мм.

При использовании зануления должны быть выполнены следующие условия :

   Iкз => k*Iном ,                  (3.1)

    где - коэффициент кратности номинального тока Iном (А) плавкой вставки предохранителя, k=3.

Номинальным током плавкой вставки Iном называется ток, значение которого указано непосредственно на вставке заводом-изготовителем. Номинальный ток Iном в помещении 40 А.  Значение Iкз зависит от фазного напряжения сети и сопротивления цепи, в том числе от полного сопротивления трансформатора Zт, фазного проводника Zф, нулевого защитного проводника Zнз, внешнего индуктивного сопротивления петли "фазный провод - нулевой защитный провод" (петли "фаза-нуль") Xп, активного сопротивления заземлений нейтрали обмоток трансформатора Rо и повторного заземления нулевого защитного проводника Rп.  Поскольку Rо и Rп, как правило, велики по сравнению с другими сопротивлениями, ими можно пренебречь.

  Выражение для Iкз будет иметь вид :

                        Uф

      Iкз = ----------- ,         (3.2) 

                      Zт/3 + Zп

      где Zп = Zф + Zнз + Xп - комплексное полное сопротивление петли "фаза-нуль".

  Удельное сопротивление фазного провода :             p = 0,028 (Ом*мм2)/м , Sсеч = 25 мм2,

  отсюда сопротивление фазного провода :

rф = р * (Lф / Sф) = 0,028 * 300 / 25 = 0,336 Ом.

   Удельное сопротивление нулевого провода:  p = 0,058 (Ом*мм2)/м , Sсеч = 50 (мм2 ),

  отсюда сопротивление нулевого провода :        

   Rнз = p * (L / S)  = 0,058 * 300 / 50 =  0,348(Ом).

  Значения Xф и Xнз малы, ими можно пренебречь.

 Значение Xп можно определить по формуле :            

                           dср

  Xп = 0,145*lg---------- ,       (3.3)

                           2                 

                          k  * dф

     где k = 0,3894,

dср   - расстояние между проводниками,

dф    - геометрический диаметр.

Расчеты дают значение Xп = 0,556 Ом.

  Сопротивление электрической дуги берем равной

  rд  = 0,02 (Ом), Xд = 0.

  В соответствии с мощностью трансформатора

  rт = 0,0044 (Ом),  Xт = 0,0127 (Ом)

  Полное сопротивление петли "фаза-нуль" :

                _______________

               /           2

Zп = Ö (Rнз+Rф+Rд) +Xп            (3.5) 

Zп = 0,716 (Ом).

  При использовании зануления по требованиям ПУЭ (правила устройства электроустановок)

   Rнз/Rф = 0,348/0,336 < 2 , следовательно ПУЭ выполняется.

           Uф         220

  Iкз = -------- = ------------- = 301,6 А.

         Zт/3+Zп    0,013+0,716

При попадании фазы на зануленный корпус электроустановки должно произойти автоматическое отключение.

Iкз => k*Iном

301,6 => 3*40 = 120

Защитное зануление выполнено правильно, следовательно, отключающая способность системы обеспечена.

Определим напряжение прикосновения и ток через человека до срабатывания защиты :

Uпр = Iкзh * Rh

            Iкз*Rнп          1/Rh

          ____________    _________

  Iкзh =                *               (3.6)

          Rh*Rпз           1     1

          ------- + Rо    --- + ---

          Rh  Rпз         Rh    Rпз

 Схема замещения представлена на рис.3.2.

Рис.3.2. Схема замещения.

Rпз = 0,348 (Ом), Rнп = 10 (Ом), Rо = 4 (Ом)

Rh = 1 (кОм)

Uпр = 29,9 (В)

Такое напряжение безопасно для человека при времени воздействия :

               50

    tдоп  <= --------

             I

              hрасч

              Uпр      29,9

    I     = ------- = ------- = 29,9 (мА)

     hрасч    Rh       1000

  Предельно допустимое время пребывания человека под действием электрического тока :

             50          50

    tдоп <= -------- = ------- = 1,67 (с)

             I          29,9

              hрасч

   В качестве прибора защитного отключения можно выбрать автоматический выключатель, расчитанный на Iном = 40 А и tср = 0,3 (с) при Iкз = 301 (А).

               Iном

  Tср = tср*  ------- = 0,11 (с).

                Iкз

  Это должно обеспечить надежную защиту, при этом должно выполняться :

          Iкз

    K = -------- => 1,4

          Iном

          300

    K = -------- = 7,5 >> 1,4

          40