книги / Основы электробезопасности. Мероприятия, обеспечивающие электробезопасность персонала. Первая помощь пострадавшим от электрического тока

1.2.3.2. Расчет защитного зануления

Цель расчета зануления – определить условия, при которых оно надежно выполняет возложенные на него задачи – быстро отключает 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, а также на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю (расчет заземления нейтрали) и на корпус (расчет повторного заземления нулевого защитного проводника).

Расчет на отключающую способность. При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключится, если значение тока однофазного КЗ (т.е. между фазным и нулевым защитным проводниками) Iк удовлетворяет условию

где k – коэффициент кратности номинального тока Iном, А, плавкой вставки предохранителя или уставки тока срабатывания автоматического выключателя.

Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для системы TN

Значения коэффициента k определяются по времятоковым характеристикам защитно-коммутационных аппаратов (предохранителей, автоматических выключателей и т.п.),

92

исходя из заданного ПУЭ или ГОСТами допустимого времени отключения. В системе TN время автоматического отключения питания не должно превышать значений, указанных выше.

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

Значение Iк зависит от фазного напряжения сети Uф и сопротивлений цепи, в том числе от полных сопротивлений трансформатора Zт, фазного проводника, нулевого защитного проводника ZPE, внешнего индуктивного сопротивления петли (контура) «фазный проводник – нулевой защитный проводник» (петли фаза – нуль) Хп, а также от активных сопротивлений заземления нейтрали обмоток источника тока (трансформатора) r0 и повторного заземления нулевого защитного проводника rп (рис. 28, а). Поскольку r0 и rп, как правило, велики по сравнению с другими сопротивлениями цепи, можно не принимать во внимание параллельную ветвь, образованную ими. Тогда расчетная схема упростится (рис. 28, б), а выражение для тока КЗ Iк в комплексной форме будет иметь вид

где Uф – фазное напряжение сети, В; Ζт – комплекс полного сопротивления обмоток трехфазного источника тока (трансформатора), Ом; Ζф – комплекс полного сопротивления фазного провода, Ом; ΖPE – комплекс полного сопротивления нулевого защитного проводника, Ом.

93

Расчетная формула вытекает из выражений (11)–(13) и имеет следующий вид:

Расчет зануления на отключающую способность явля-

ется поверочным расчетом правильности выбора проводимости нулевого защитного проводника, а точнее, достаточности проводимости петли фаза – нуль.

Значение Zт зависит от мощности трансформатора, на-

пряжения и схемы соединения его обмоток, а также от конструктивного исполнения трансформатора. При расчетах зануления значение Zт берется из табл. 9.

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

R =ρsl ,

где ρ – удельное сопротивление проводника, равное для меди 0,018, для алюминия – 0,028 Ом·мм2/м.

Если нулевой защитный проводник стальной, то его активное сопротивление RPE определяется по табл. 10, где приведены значения сопротивлений 1 км (rω, 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 Iк, который будет проходить по этому проводнику в аварийный период. Сечением проводника задаются из расчета, чтобы плотность тока КЗ в нем была в пределах приблизительно 0,5–2,0 А/мм2.

95

Таблица 9

Приближенные значения расчетных полных сопротивлений Zт, Ом, обмоток масляных трехфазных трансформаторов

Значения Хф и ХPE 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 табл. 10. При этом также необходимо знать профиль и сечение проводника, его длину и ожидаемое значение тока Iк.

96

Таблица 10

Активные rω и внутренние индуктивные xω сопротивления стальных проводников при переменном токе (50 Гц), Ом/км

Значение Хп может быть определено по формуле для индуктивного сопротивления двухпроводной линии с проводами круглого сечения одинакового диаметра d, м:

Хп = ωL = ωµrπµ0 l ln 2dD ,

97

где ω – угловая скорость, рад/с; L – индуктивность линии, Гн;

µr – относительная магнитная проницаемость среды; µ0 – магнитная постоянная, Гн/м, µ0 = 4π·10–7; l – длина ли-

нии, м; D – расстояние между проводами линии, м.

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

Расчет сопротивления повторного заземления нулевого защитного проводника. При замыкании фазы на зануленный корпус (рис. 29) нулевой защитный проводник на участке за ближайшим к месту замыкания повторным заземлением (т.е. за точкой А на рис. 29), а также зануленное оборудование, присоединенное к этому участку проводника, оказываются под некоторым напряжением относительно земли Uн. Наибольшее значение этого напряжения можно вычислить по зависимости

где Iз – часть тока однофазного КЗ, стекающая в землю через повторные заземления нулевого защитного проводника, А; n – количество повторных заземлений нулевого защитного проводника; rп – сопротивление одного повторного заземления нулевого защитного проводника (принимаем, что все повторные заземления обладают одинаковыми сопротивлениями), Ом.

Это напряжение существует до момента отключения защитой поврежденной установки, т.е. кратковременно. Но значение Uн max может быть достаточно большим и представлять опасность для людей даже при кратковременном его существовании. Кроме того, при отказе или задержке защиты (из-за неисправности автоматического выключателя, завы-

98

шенных уставок, при несоответствующих плавких вставках предохранителей и т.п.) это напряжение может существовать длительно. В целях устранения возникающей при этом опасности поражения людей током необходимо, чтобы Uн max не превышало допустимого значения напряжения прикосновения Uпр.доп. Очевидно, это условие выполняется при определенном значении rп, от которого зависит также неизвестный ток Iз (рис. 29, а).

Рис. 29. К расчету сопротивления повторного заземления нулевого защитного проводника: а – замыкание фазы на корпус; б – схема замещения

99

Найдем это значение rп. Для схемы замещения (рис. 29, б) можно написать

где Iн – часть тока однофазного КЗ, проходящего по нулевому защитному проводнику от места замыкания фазы на корпус до нейтральной точки источника тока, А; rPE – полное сопротивление участка нулевого защитного проводника, по которому проходит ток Iн, Ом.

1.2.4. Защитное отключение электроустановок

Защитное отключение – это быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током, а также при аварийном режиме. Опасность поражения электрическим током появляется при замыкании фазного проводника на корпус электроустановки, при снижении сопротивления изоляции сети, а также в случае прикосновения человека непосредственно к корпусу, находящемуся под напряжением. Если при прикосновении человека к корпусу оборудования или к фазному проводнику напряжение прикосновения превысит длительно допустимое значение, то необходим быстрый разрыв цепи тока, проходящего через тело человека, т.е. отключение соответствующего участка цепи. Такое отключение обеспечивается устройствами защитного отключения.

Устройство защитного отключения – устройство,

предназначенное для автоматического отключения электро-

100