Расчет отключающей способности защитного зануления

Цель работы: Изучить принцип действия и методику расчета защитного зануления на отключающую способность.

Основные понятия

Защитное зануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым поводом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением, в случае пробоя электрической изоляции.

Принцип действия зануления – это превращение замыкания на корпус токоведущих частей на корпус электроустановки в однофазное короткое замыкание (т.е. между фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты, и тем самым отключить поврежденную электроустановку от питающей сети (рис.1).

Область применения – трехфазные четырехпроводные сети до 1000 В с заземленной нейтралью. Зануление применяется в однофазных сетях переменного тока с заземленным нулевым проводом.

В случае аварии ток короткого замыкания проходит по "петле": фазный провод "2" – металлический корпус электроустановки – провод зануления – нулевой провод – нейтральная точка трансформатора "0" – вторичная обмотка трансформатора – фазный провод 2.

Ток короткого замыкания определяется по формуле:

(1)

где , , – комплексы полных сопротивлений трансформатора, фазного и нулевого защитного проводника, соответственно, Ом,

– индуктивное сопротивление проводников петли фазы–нуль, Ом.

Полное сопротивление петли фазы–нуль не более 1Ом, тогда будет порядка 400А и при таких токах токовая защита срабатывает мгновенно, так как срабатывают автоматы тока и отключают поврежденный участок.

На рис. 2 показана схема устройства защитного зануления.

Расчет зануления включает расчет на отключающую способность защитного зануления и расчет заземления нейтрали.

Цель расчета зануления – определить условия, при которых оно надежно и быстро отключает поврежденную электроустановку от сети и одновременно обеспечивает безопасность прикосновения человека к зануленным частям установки в аварийный период (при замыкании фазы на корпус электроустановки или нулевой защитный проводник).

При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключается, если значение тока однофазного короткого замыкания удовлетворяет условию:

(2)

где – номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автоматического выключателя, А;

– коэффициент кратности тока, определяется по табл. 1.

Таблица 1

Значение коэффициента

Тип защиты электроустановки
Автоматический выключатель, имеющий только электромагнитный расцепитель, то есть который срабатывает без выдержки времени.	1,25-1,4
Плавкий предохранитель.	>3

Плавкий предохранитель (во взрывоопасных помещениях).	>4
Автоматический выключатель с обратно зависимой от тока характеристикой (как предохранитель).	>3
Автоматический выключатель с обратно зависимой от тока характеристикой (во взрывоопасных помещениях).	>6

Номинальный ток плавкой вставки (табл.2) должен соответствовать условию (3)

где I – номинальный ток трансформатора, определяемый по формуле:

(4)

где – номинальная мощность трансформатора, кВА;

– фазное напряжение, В.

Таблица 2

Значения стандартных предохранителей для сетей

Напряжением 220 и 380 В

Тип предохранителя	Номинальный ток плавкой вставки , А
НПИ 15	6; 10; 15
НПН 60М	20; 25; 35; 45; 60
ПН-2-100	30; 40; 50; 60; 80; 100
ПН-2-250	80; 100; 120; 150; 200; 250
ПН-2-400	200; 250; 300; 350; 400
ПН-2-600	300; 400; 500; 600
ПН-2-1000	500; 600; 750; 800; 1000

Значение тока короткого замыкания зависит от , и сопротивления цепи и определяется по формуле (1) и (2).

Расчетная формула вытекает из выражений (1) и (2) и имеет вид:

(5)

где – активные сопротивления фазного и н проводников соответственно, Ом;

– внутренние индуктивные сопротивления проводников, соответственно, Ом;

– внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль.

Сечение нулевого защитного проводника и его материал принимаются заранее из условия:

(6)

Согласно ПУЭ (7)

В качестве нулевых защитных проводников ПУЭ рекомендуют применять голые или изолированные проводники, металлические конструкции зданий и сооружений, трубы электропроводок, трубопроводы.

Значения ,Ом, зависят от мощности трансформатора, напряжения принимаются по табл. 3 или табл. 4.

Таблица 3

Приближенные расчетные полные сопротивления ,Ом,

Масляных трансформаторов

Мощность трансформатора, кВ·А	Номинальное напряжение обмоток высшего напряжения, кВ	, Ом при схеме соединения обмоток
У/Ун	Д/Ун и У/Zн
	6-10	3,110	0,906
	6-10	1,949	0,562
	6-10	11,237	0,360
	20-35	1,136	0,407
	6-10	0,799	0,226
	20-35	0,764	0,327
	6-10	0,487	0,141
	20-35	0,478	0,203
	6-10	0,312	0,090
	20-35	0,305	0,130
	6-10	0,195	0,056
	20-35	0,191	-
	6-10	0,129	0,042
	20-35	0,121	-
	6-10	0,081	0,027
	20-35	0,077	0,032
	6-10	0,054	0,017
	20-35	0,051	0,020
Примечание. Данные таблицы относятся к трансформаторам с обмотками низшею напряжения 400/230 В. При низшем напряжении 230/127 В значения сопротивлений, приведенные в таблице, необходимо уменьшить в 3 раза.

Таблица 4