2.4.2 Расчет и контроль зануления

Цель расчета зануления заключается в том, чтобы обеспечить:

- своевременное отключение устройства максимальной токовой защиты при пробое фазного напряжения на корпус;

- безопасное значение напряжения на корпусе относительно земли до момента отключения.

Расчет зануления выполняется в следующем порядке:

1) определение тока потребления (тока в фазном проводе). Для однофазных потребителей он равен

, (3)

где P - мощность, потребляемая оборудованием, Вт; - фазное напряжение, В.

Для трехфазных потребителей он равен

; (4)

2) выбор материала и определение сечения провода. В качестве материала фазных проводов выбирают мель или алюминий. Для нулевого провода кроме этих материалов возможно использование стали (стальных полос). Сечение фазных проводов выбирают из числа ближайших стандартных значений к рассчитанному значению по формуле

, (5)

где - экономическая плотность тока, определяемая по ПУЭ (см. табл. 1) в зависимости от режима эксплуатации сети.

Таблица 1. Экономическая плотность тока

При этой величине плотности тока общие затраты за длительное время эксплуатации, состоящие из оплаты электроэнергии и стоимости проводов, будут минимальными;

3) расчет сопротивления петли «фаза-нуль»

, (6)

где и - активные сопротивления, соответственно, фазного и нулевого проводов; , , - индуктивные сопротивления, соответственно, фазного и нулевого проводов; - сопротивление взаимоиндукции межу ними.

Активное сопротивление однородного провода рассчитывают по формуле

, (7)

где - удельное сопротивление материала провода, Ом м; l - длина провода, м.

Индуктивные сопротивления медных и алюминиевых проводов малы, и поэтому ими можно пренебречь. Для стальных проводов индуктивное сопротивление определяют по справочным таблицам в зависимости от плотности тока. Сопротивление взаимоиндукции рассчитывают по формуле

, (8)

где - магнитная проницаемость воздуха, равная 4 10 Гн/м; l - длина линии, м; d - расстояние между проводами, м; D - диаметр провода, мм.

При кабельных линиях значением пренебрегают. При отдельно проложенном нулевом проводе пользуются эмпирической формулой

6 10 l . (10)

Проводимость нулевого проводника должна быть не меньше половины проводимости фазного;

4) расчет тока короткого замыкания (КЗ). Ток КЗ равен

, (11)

где - сопротивление обмотки трансформатора (паспортная величина).

На практике значения и принято складывать арифметически. Это дает небольшую погрешность (до 5%) в сторону уменьшения тока КЗ , т. е. в сторону запаса (рассчитанное значение будет меньше реального).

5) выбор предохранителя или автоматического выключателя. При этом выборе должны обеспечиваться следующие требования:

- для исключения ложных срабатываний номинальный ток плавкой вставки или ток срабатывания теплового размыкателя автоматического размыкателя должен с запасом превышать ток потребления ;

- для надежного и своевременного (не дольше 0,2 с) срабатывания должно выполняться условие

, (12)

где - номинальный ток плавкой вставки или уставной ток срабатывания электромагнитного элемента автомата; k - коэффициент кратности тока (см. выше);

6) расчет и оценка напряжения прикосновения. Напряжение на корпусе при наличии повторного заземления нулевого провода равно (пренебрегая индуктивными сопротивления)

. (13)

Это вытекает из рис 4. Ток короткого замыкания равен сумме токов: . Так как сопротивление , можно считать . То есть, . Так как резисторы и соединены последовательно, падение напряжения на каждом из них пропорционально сопротивлению. Напряжение прикосновения равно .

Рисунок 4. Упрощенная эквивалентная схема сети для расчета напряжения прикосновения

Полученное значение нужно сравнить с максимально допустимым значением напряжения прикосновения (160 В) при длительности 0,2 с. Если рассчитанное значение не превышает допустимое, расчет зануления выполнен верно.

Контроль зануления выполняется при вводе электроустановки в эксплуатацию, периодически и после ремонта. Контроль основан на измерении сопротивления петли «фаза-нуль». При стальном нулевом проводе оно измеряется на переменном токе. После измерения проверяется условие (2) и оценивается напряжение прикосновения (при времени срабатывания защиты 0,2 с напряжение прикосновения должно быть не более 160 В).

2.4.3 Повторное заземление нулевого провода: назначение, принципиальная схема, требования.

При непрерывном нулевом проводе однофазное замыкание приводит к появлению напряжений на корпусах оборудования. Величины этих напряжений зависят от длины участков нулевого провода между нейтралью источника и местом присоединения корпуса к нулевому проводу, а также от целостности нулевого провода.

На рис. 5 показано короткое замыкание фазы 1 на корпус 3 в сети без повторного заземления нулевого провода: а - общая электрическая схема сети (со всеми фазами); б - упрощенная эквивалентная схема (фаза 1); в - распределение электрического потенциала вдоль нулевого провода (с обрывом и без обрыва).

Рисунок 5 - Сеть (система TN-C) без повторного заземления нулевого провода

Из полученных графиков следуют выводы:

- с увеличением расстояния от заземленной нейтрали вдоль нулевого провода напряжение прикосновения возрастает и достигает максимальной величины в месте подключения поврежденного потребителя, представляя угрозу для жизни человека:

; (14)

- обрыв нулевого провода исключает возможность короткого замыкания и срабатывание максимальной токовой защиты.

Для уменьшения опасности поражения электротоком применяют многократное повторное заземление нулевого провода. На рис. 6 показано короткое замыкание фазы 1 на корпус 3 в сети с повторным заземлением нулевого провода а - общая электрическая схема сети (со всеми фазами); б - упрощенная эквивалентная схема (фаза 1); в - распределение электрического потенциала вдоль нулевого провода (с обрывом и без обрыва нулевого провода).

Рисунок 6 - Сеть с повторным заземлением нулевого провода

Наличие повторного заземления нулевого провода, представленное на схемах резистором , уменьшает напряжение прикосновения (между корпусом и землей).

Можно сделать вывод о том, что повторное заземление нулевого провода при его обрыве аналогично защитному заземлению. Оно не обеспечивает полную защиту, но существенно снижает опасность поражения электротоком.

Повторное заземление нулевого провода применяется в трехфазных четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В совместно с занулением.

Согласно ПУЭ, повторное заземление нулевого провода следует выполнять на воздушных линиях электропередачи через 200 м, на их ответвлениях и концах, а также при вводе воздушной линии в здание.

В табл. 1 приведены максимально допустимые сопротивления повторных заземлителей нулевого провода в зависимости от напряжения сети.

Таблица 1. Максимально допустимые сопротивления повторных заземлителей

Напряжение сети, В	Сопротивление одиночного заземлителя, Ом	Общее сопротивление всех заземлителей, Ом
660/380	15	5
380/220	30	10
220/127	60	20