Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Требования к нулевому защитному проводнику






Цель зануления - обеспечить защиту от поражения электрическим током при замыкании на корпус за счет ограничения времени прохождения тока через тело человека и за счет снижения напряжения прикосновения.

Назначение нулевого защитного проводника в схеме зануления - обеспечить необходимое для отключения установки значение тока однофазного короткого замыкания путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.

При проектировании зануления должны быть выполнены требования ПУЭ. Проводимость нулевого защитного проводника должна быть не менее 50% проводимости вывода фаз.

Надежность зануления определяется в основном надежностью нулевого защитного проводника. В связи с этим требуется тщательная прокладка нулевого защитного проводника, чтобы исключить возможность его обрыва. Кроме того, в нулевом защитном проводнике запрещается ставить выключатели, предохранители и другие приборы, способные нарушить его целостность.

При соединении нулевых защитных проводников между собой должен обеспечиваться надежный контакт. Присоединение нулевых защитных проводников к частям электроустановок, подлежащих занулению, осуществляется сваркой или болтовым соединением, причем, значение сопротивления между зануляющим болтом и каждой доступной прикосновению металлической нетоковедущей частью электроустановки, которая может оказаться под напряжением, не должно превышать 0, 1 Ом. Присоединение должно быть доступно для осмотра.

Нулевые защитные провода и открыто проложенные нулевые защитные проводники должны иметь отличительную окраску: по зеленому фону желтые полосы.

В процессе эксплуатации зануления сопротивление петли “фаза-нуль” может меняться, следовательно, необходимо периодически контролировать значение этого сопротивления. Измерения сопротивления петли “фаза-нуль” проводят как после окончания монтажных работ, то есть при приемо-сдаточных испытаниях, так и в процессе эксплуатации в сроки, установленные в нормативно технической документации, а также при проведении капитальных ремонтов и реконструкций сети.

В качестве максимальной токовой защиты, обеспечивающей быстрое отключение электроустановки в аварийном режиме могут использоваться плавкие предохранители и автоматические выключатели, устанавливаемые для защиты от токов короткого замыкания, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой, контакторы в сочетании с тепловыми реле, осуществляющие защиту от перегрузки, автоматы с комбинированными расцепителями, осуществляющие защиту одновременно от токов короткого замыкания и перегрузки и др.

3 Расчет зануления

Расчет зануления имеет целью определить условия, при которых оно надежно выполняет возложенные на него задачи - быстро отключить поврежденную установку от сети и в то же время обеспечивает безопасность прикосновения человека к зануленному корпусу в аварийный период. В соответствии с этим зануление рассчитывают на отключающую способность. При этом в соответствии с ПУЭ должны выполняться определенные требования.

В системе TN время автоматического отключения питания не должно превышать значений, указанных в таблице 3.1.

 

Т а б л и ц а 3.1- Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения питания

Номинальное фазное напряжение U, В Время отключения, с
  0, 8
  0, 4
  0, 2
Более 380 0, 1

 

Приведенные в таблице 3.1 значения времени отключения питания считаются достаточными для обеспечения электробезопасности, в том числе и в групповых цепях, питающих передвижные и переносные электроприемники и ручной электроинструмент класса I.

 

В цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и другие щиты и щитки, время отключения не должно превышать 5 с.

Допускаются значения времени отключения более указанных в таблице 3.1, но не более 5 с в цепях, питающих только стационарные электроприемники от распределительных щитков или щитов при выполнении одного из следующих условий:

1) полное сопротивление защитного проводника между главной заземляющей шиной и распределительным щитом или щитком не превышает значения, Ом

 

, (3.1)

где Z ц – полное сопротивление цепи “фаза – нуль”, Ом;

U – номинальное фазное напряжение сети, В;

50– падение напряжения на участке защитного проводника между главной заземляющей шиной и распределительным щитом или щитком, В.

 

2) к шине PE распределительного щита или щитка присоединена дополнительная система уравнивания потенциалов, охватывающая те же сторонние проводящие части, что и основная система уравнивания потенциалов.

Расчет зануления на отключающую способность заключается в определении параметров нулевого защитного проводника (длина, сечение, материал) и максимальной токовой защиты, при которых ток однофазного короткого замыкания, возникающий при замыкании фазного провода на зануленный корпус, вызвал бы срабатывание максимальной токовой защиты за время, указанное в таблице 3.1.

Принципиальная схеме зануления приведена на рисунке 3.1.

На схеме видно, что ток короткого замыкания Iкз в фазном проводе зависит от фазного напряжения сети Uф и полого сопротивления цепи, складывающегося из полных сопротивлений обмотки трансформатора Zт/3, фазного проводника Zф, нулевого защитного проводника Zн, внешнего индуктивного сопротивления петли фазный проводник – нулевой защитный проводник (петля фаза-нуль) Хп, активных сопротивлений повторного заземления проводникаRп и заземления нейтрали трансформатора Rо.

1 – корпус электроустановки (электродвигатель, трансформатор и т. п.); 2 – аппараты защиты от токов КЗ (предохранители): R0 сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока; RП – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника; Iк – ток КЗ; Iн – часть тока КЗ, протекающего через нулевой защитный проводник; Iз – часть тока КЗ, протекающего через землю – корпус электроустановки (электродвигатель, трансформатор и т. п.); 2 – аппараты защиты от токов КЗ (предохранители): R0 сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока; RП – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника; Iк – ток КЗ; Iн – часть тока КЗ, протекающего через нулевой защитный проводник; Iз – часть тока КЗ, протекающего через землю – корпус электроустановки (электродвигатель, трансформатор и т. п.); 2 – аппараты защиты от токов КЗ (предохранители): R0 сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока; RП – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника; Iк – ток КЗ; Iн – часть тока КЗ, протекающего через нулевой защитный проводник; Iз – часть тока КЗ, протекающего через землю.

 

Рисунок 3.1 - Принципиальная схема зануления в системе TN - S

 

 

 
 

 

 

Рисунок 3.2 - Расчетная схема зануления в сети переменного тока на отключающую способность
а — полная, б, в — упрощенные схемы.

 

Поскольку Rп и Rо, как правило, велики по сравнению с другими элементами цепи, параллельная ветвь, образованная ими, создает незначительное увеличение тока К.З., что позволяет пренебречь им. В то же время такое допущение ужесточает требование к занулению и значительно упрощает расчетную схему, представленную на рисунке 3.2, в.

В этом случае выражение для тока К.З. Iкз, А, в комплексной форме будет

 

(3.2)

где Uф — фазное напряжение сети, В;

Zт — комплекс полного сопротивления обмоток трехфазного источника тока (транс­форматора), Ом;

Zф = Rф + jХф — комплекс полного сопротив­ления фазного провода, Ом;

Zн =Rн + jХн — комплекс пол­ного сопротивления нулевого защитного проводника, Ом;

Rф и Rн — активные сопротивления фазного и нулевого защитно­го проводников, Ом;

Хф и Хн — внутренние индуктивные со­противления фазного и нулевого защитного проводников, Ом;

Хп – внешнее индуктивное сопротивление контура (петли) фазный проводник – нулевой защитный проводник (петля фаза – нуль), Ом;

Zп = Zф + Zн + jХп — комплекс полного сопротивления петли фаза — нуль, Ом.

При расчете зануления допустимо применять приближен­ную формулу для вычисления действительного значения (моду­ля) тока короткого замыкания Iкз, А, в которой модули сопро­тивлений трансформатора и петли фаза — нуль Zт/3и Z п, Ом, складываются арифметически:

 

(3.3)

 

Некоторая неточность (около 5%) этой формулы ужесто­чает требования безопасности и поэтому считается допусти­мой.

Полное сопротивление петли фаза — нуль в действительной форме (модуль) равно, Ом,

. (3.4)

 

Расчетная формула вытекает из (3.3), (3.4)) и имеет сле­дующий вид:

 

(3.5)

 

где Iн –номинальный ток аппарата защиты, которым защищен электроприемник;

Для предохранителей, предназначенных для защиты электроприемников или участков электросети, имеющих небольшие пусковые токи (электронагревательные приборы, электроосветительные установки и т.п.), токи плавких вставок Iнпв должны быть больше или равны номинальным токам этих электроприемников Iнэ или расчетным токам участков электросети

Iнпв ≥ Iнэ. (3.6)

 

Для предохранителей, предназначенных для защиты отдельных асинхронных электродвигателей и электроприводов к ним, токи плавких вставок должны удовлетворять условию

 

Iнпв ≥ кп Iд /кт, (3.7)

 

где Iд – номинальный ток электродвигателя, А;

кп – кратность пускового тока;

кт – коэффициент, учитывающий условия пуска электродвигателя.

Для электродвигателей механизмов с легкими условиями пуска (нечастые пуски, продолжительностью пуска не более 10с) кт = 2, 5, а для электродвигателей механизмов с тяжелыми условиями пуска (большая длительность разгона, более 10с, частые пуски и т.п.) кт = 1, 6- 2, 5.

Кратность пускового тока для двигателей малой мощности и без нагрузки на валу принимается кп =4-5.

ЗначениеZт, Ом, зависит от мощности трансформатора, на­пряжения и схемы соединения его обмоток, а также от кон­структивного исполнения трансформатора. При расчетах зану­ления значение zT берется из таблицы 3.2.

Из сопоставления значений полных сопротивлений трансформаторов с различными схемами соединений обмоток следует, что у трансформаторов со схемой соединения Δ /Y и Y/ Zн значительно меньше сопротивление и они должны иметь предпочтение при выборе источника питания, как обеспечивающие лучшие условия безопасности при системе зануления.

 

Т а б л и ц а 3.2 - Приближенные значения расчетных полных сопротив­лений Zт, Ом, обмоток масляных трехфазных

 

Мощность трансфор­матора, кВ А Номинальное напряжение обмоток высшего на­пряжения, кВ Zт, Ом, при схеме соединения обмоток Мощность трансфор­матора, кВ А Номинальное напряжение обмоток высшего на­пряжения, кВ Zт, Ом, при схеме соединения обмоток
Y/Yн Δ /Yн Y/Zн Y|Yн Д/Yн, Y/Zн
  6-10 3, 110 0, 906   6-10 0, 195 0, 056
  6-10 1, 949 0, 562   20-35 0, 191
  6-10 1, 237 0, 360   6-10 0, 129 0, 042
  20-35 1, 136 0, 407   20-35 0, 121  
  6-10 0, 799 0, 226   6-10 0, 081 0.027
  20-35 0, 764 0, 327   20-35 0, 077 0, 032
  6-10 0, 487 0, 141   6-10 0, 054 0, 017
  20-35 0, 478 0, 203   20-35 0, 051 0, 020
  6-10 0, 312 0, 090        
  20-35 0, 305 0, 130        

 

Примечание: данные таблицы относятся к трансформаторам с обмотками низшего напряжения 400/230 В. При низшем напряжении 230/127 В значения сопротивлений, при­веденные в таблице, необходимо уменьшить в 3 раза.

 

Значения Rф и Rнз, Ом для проводников из цветных металлов (медь, алюминий) определяют по известным данным: сечению s, мм2, длине l, м и материалу проводников ρ. При этом искомое сопротивление

R = pl/s, (3.8)

 

где р — удельное сопротивление проводника, равное для меди 0, 018, а для алюминия 0, 028 Оммм2/м.

Если нулевой защитный проводник стальной, то его актив­ное сопротивление RH2 определяется с помощью таблиц, например, таблица 3.3, в которой приведены значения сопротивлений 1 км (rw, Ом/км) различных стальных проводников при разной плотности тока частотой 50 Гц.

Для этого необходимо задаться профилем и сечением про­водника, а также знать его длину и ожидаемое значение тока КЗ Iкз, который будет проходить по этому проводнику в ава­рийный период. Сечением проводника задаются из расчета, чтобы плотность тока КЗ в нем была в пределах примерно 0, 5-2, 0 А/мм2.

 

Т а б л и ц а 3.3 - Активные rw и внутренние индуктивные хw сопротивления стальных проводников при переменном токе (50 Гц), Ом/км

Размеры или диаметр сечения, мм Сече­ние, мм rw хw rw хw rw хw rw хw
    при ожидаемой плотности тока в проводнике, А/мм2
    0, 5 1, 0 1, 5 2, 0
    Полоса прямоугольного сечения
20 х 4   5, 24 3, 14 4, 20 2, 52 3, 48 2, 09 2, 97 1, 78
30 х 4   3, 66 2, 20 2, 91 1, 75 2, 38 1, 43 2, 04 1, 22
30 х 5   3, 38 2, 03 2, 56 1, 54 2, 08 1, 25
40 х 4   2, 80 1, 68 2, 24 1, 34 1, 81 1, 09 1, 54 0, 92
50 х 4   2, 28 1, 37 1, 79 1, 07 1, 45 0, 87 1, 24 0, 74
50 х 5   2, 10 1, 26 1, 60 0, 96 1, 28 0, 77
60 х 5   1, 77 1, 06 1, 34 0, 8 1, 08 0, 65

 

Окончание таблицы 3.3

    Проводник круглого сечения
  19, 63 17, 0 10, 2 14, 4 8, 65 12, 4 7, 45 10, 7 6, 4
  28, 27 13, 7 8, 20 11, 2 6, 70 9, 4 5, 65 8, 0 4, 8
  50, 27 9, 60 5, 75 7, 5 4, 50 6, 4 3, 84 5, 3 3, 2
  78, 54 7, 20 4, 32 5, 4 3, 24 4, 2 2, 52
  113, 1 5, 60 3, 36 4, 0 2, 40
  150, 9 4, 55 2, 73 3, 2 1, 92  
  201, 1 3, 72 2, 23 2, 7 1, 60

 

Значения Хф и Хнз для медных и алюминиевых проводников сравнительно малы (около 0, 0156 Ом/км), поэтому ими можно пренебречь.

Для стальных проводников внутренние индук­тивные сопротивления оказываются достаточно большими, и их определяют с помощью таблиц, например табл. 3.3. В этом случае также необходимо знать профиль и сечение про­водника, его длину и ожидаемое значение тока Iк.

Величина внешнего индуктивного сопротивления Хп на единицу линии петли фаза-нуль определяется из известной формулы для двухпроводной линии с проводами круглого сечения одинакового диаметра 2r, м

 

, (3.9)

 

где - индуктивное сопротивление, Ом/м;

ω — угловая скорость, рад/с;

L— индуктивность линии, Гн;

μ 0= 4π * 10-7 — магнитная постоянная, Гн/м;

l — длина линии, м;

d — расстояние между проводами линии, м;

r – радиус проводника, м.

 

Для линии длиной 1 км, проложенной в воздушной среде при частоте тока f=50 Гц (ω = 314 рад/с), (6.10) при­нимает вид, Ом/км,

 

. (3.10)

 

Из этого уравнения видно, что внешнее индуктивное сопро­тивление зависит от расстояния между проводами d и их диа­метра 2r. Однако поскольку 2r изменяется в незначительных пределах, влияние его также незначительно и, следовательно, Xп зависит в основном от d (с увеличением расстояния растет сопротивление). Поэтому в целях уменьшения внешнего индук­тивного сопротивления петли фаза — нуль нулевые защитные проводники необходимо прокладывать совместно с фазными про­водниками или в непосредственной близости от них.

В таблице 3.4 приведены значения Хп для различных расстояний между проводниками

 

Т а б л и ц а 3.4 - Значения Хп для различных расстояний между проводниками

l, м 0, 1 0, 25 0, 5 1, 0 2, 0 3, 0
, Ом/км 0, 335 0, 435 0, 539 0, 624 0, 713 0, 764

 

При малых значениях d, соизмеримых с диаметром прово­дов 2r, т. е. когда фазный и нулевой проводники расположены в непосредственной близости один от другого, сопротивление Xп незначительно (не более 0, 1 Ом/км) и им можно пренебречь.

 


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.016 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал