Повторные заземления нулевого защитного провода

Кратковременно до срабатывания защиты на всех элементах цепи зануления появляется напряжение. Повторные заземления предназначаются для снижения этого напряжения как при исправном (целом), так и при неисправном (имеющим разрыв) нулевом защитном проводе. Рассмотрим эти случаи.

1. Нулевой защитный провод не имеет обрыва (рис). Если повторное заземление нулевого провода отсутствует, напряжение на корпусе поврежденного электрооборудования равно падению напряжения на нулевом проводе (рис.а): Uз= Iкз*Zнп.

Ток, проходящий через тело человека при его прикосновении к корпусу, будет равен Iчел= Uз/Rчел= Iкз*Zнп/Rчел.

Схема прохождения тока в цепи зануления без повторного заземлителя (а) и с повторным заземлителем (б): Zнп – сопротивление нулевого провода; Rп, Ro – сопротивления повторного и рабочего заземлителей; Iкз – ток короткого замыкания, Iз – ток, проходящий через повторный заземлитель; Uз – падение напряжения на нулевом проводе; 1 – эпюры распределения этого напряжения вдоль нулевого провода.

Предельное максимальное время срабатывания защиты по условиям безопасности должно быть не более, с: tоткл = 50/Iчел (мА).

Из формулы для Iчел следует, что его можно снизить уменьшением значения Zнп. Кроме того, этот ток понижается, если заземлить нулевой защитный проводник вблизи электроприемника. Тогда напряжение Uз будет приложено к двум последовательно соединенным сопротивлениям – рабочему Ro и повторному Rп, которые сработают как делители напряжения. Потенциал на корпусе понизится до значения на рис.б: Uз’= Ip*Rп=

=Iкз*Zнп*Rп/(Ro+Rп), где Iз – ток, проходящий через рабочий и повторный заземлители.

Ток, проходящий через тело человека при наличии повторного заземления нулевого защитного провода, будет равен:

Iчел= Iкз*Zнп*Rп/[(Ro+Rп)*Rчел]/

Пример. Определить ток, проходящий через тело человека, коснувшегося хзануленного корпуса в момент замыкания, и допустимое время срабатывания защиты. Фазное напряжение Uф=220 В. Сопротивление Zнп= 2Zф; Rп=Ro; Zт 0, т.е сопротивление обмоток трансформатора мало.

Согласно формуле для Iчел при наличии повторного заземления:

Iчел= [220/(Zф+2Zф)]*2Zф*(Rп/2Rп)*1/1000=0,073 А=73 мА,

tоткл = 50/73 =0,68 с.

Если бы повторное заземление отсутствовало, ток, проходящий через тело человека в приведенном примере, был бы в 2 раза больше: Iчел=

=[220/(Zф+2Zф)]*2Zф*1/1000 = 0,146 А = 146 мА.

Схема прохождения тока короткого замыкания Iкз’ при обрыве нулевого провода;

Ro, Rn – сопротивления рабочего и повторного заземлителей.

Чтобы обеспечить безопасность в этом случае, максимально допустимое время работы защиты должно быть в 2 раза меньше, чем в предыдущем: tоткл.доп =50/146 = 0,34 с.

2. Нулевой защитный провод имеет обрыв (рис наверху). В этом случае зану-ленное эл. оборудование не отключится и на корпусах появятся опасные потенциалы.

Повторное заземление нулевого защитного провода не создает полной безопасности, но все же снижает напряжение на корпусах, соединенных с нулевым проводом за местом его обрыва, до значения: Uз=Iкз’*Rп=

=Uф*Rп/(Rп+Ro).

Напряжение на зануленном оборудовании, находящемся до места обрыва: Uз= Iкз’*Ro=Uф*Ro/(Rn+Ro).

Нормирование повторных и рабочего заземлений.На воздуш-ных Л зануление осуществляют нулевым рабочим проводом, проложенным на тех же опорах, что и фазные провода. Нулевой провод должен быть повторно заземлен на вводах в здание и на концах линии независимо от их длины, а также на концах ответвлений от ВЛ. Одновременно все металлические части опор (арматура, крюки, штыри) присоединяют к нулевому рабочему (защитному) проводу, а сами опоры ВЛ заземляют согласно ПУЭ.

Общее сопротивление всех повторных заземлений рассматриваемой ВЛ нормируется: не более 5, 10, 20 Ом при линейных напряжениях трансформатора 660, 380, 220 В соответственно. При этом каждое из повторных заземлений должно иметь сопротивление Rп.доп не более 15, 30, 60 Ом соответственно. Также установлены нормы на сопротивление рабочего заземления Ro.доп нейтрали источника трехфазного тока: 2, 4, 8 Ом при номинальных напр. тр-ра 660, 380, 220 В соответственно.

При удельном сопротивлении грунтов более 100 Ом*м к нормированным значениям сопротивлений допускается повышающий коэффициент, равный /100.

В кабельных сетях в качестве нулевого защитного проводника используется, в первую очередь, нулевой рабочий провод (4 жила кабеля), предназначенный для питания электроприемников однофазного тока. При его отсутствии прокладывают специальный нулевой защитный провод, либо используют металлические конструкции, стальные трубы электропроводки, алюминиевые оболочки кабелей, кожухи шинопроводов, трубопроводы ( за исключением трубопроводов для транспортировки горючих веществ, канализации, центрального отопления).

Расчет зануления.Фазные и нулевые защитные проводники должны обладать таким сопротивлением, при котором выполнялось бы условие срабатывания защиты: Zф.доп+Zн.п. доп <=Uф/(k*Iуст)-Zт/3, где Iуст – уставка защиты, зависящая от установленной мощности Р, Iуст=Р/U, k – коэффициент по нормам.

Активные и индуктивные сопротивления проводов образуют полное сопротивление петли фазный-нулевой провод, которое вычисляется по формуле: Zф.расч+Zн.п.расч= .

Задача расчета – подобрать сечение нулевых защитных проводов т.о., чтобы удовлетворялось неравенство: Zф.расч+Zн.п.расч<=Zф.доп+Zн.п.доп.

Активные сопротивления фазных Rф и нулевых проводов зависят от их длины l (м), удельного сопротивления матьериала р (Ом*м), сечения s (кв.м).

Активное сопротивление проводов вычисляется по формуле R=pl/s.

Индуктивные сопротивления Хф и Хн.п проводов их меди малы, а из стали весьма значительны. В стальном проводнике оно зависит от плотности тока i=I/s (s – площадь сечения) и профиля проводника. Чем больше плотность тока I и отношение периметра к площади сечения проводника Р/s, тем меньше индуктивное сопротивление. Сопротивление стальных проводников Хф и Хн.п принимают из таблиц при значениях соответствующих току к.з. Iкз=k*Iном.

Фазный и нулевой провода образуют двухпроводную линию, которая представляет собой один большой виток, взаимоиндукция которого М(Г) зависит от расстояния а(м) между проводами, длины линии l(м) и диаметра d(м) проводов. Сопротивление взаимоиндукции (Ом) между фазным и нулевым проводами: Х’= М= l*ln(2a/d)/ , где =1*4 *10 Г/м –магнитная проницаемость воздуха, - угловая частота переменного тока, 1/с.

Приняв условно а=1м, d=0,014 м, получим Х’= 0,6 Ом/км. Это значение рекомендуется в ПУЭ для расчета зануления.

Способы повышения эффективности зануления.Из формулы

Для Iк.з параграфа – нормирование зануления следует, что ток к.з. можно увеличить, понижая сопротивления тр-ра и петли. Для этого выбирают тр-ры со схемой треугольник-звезда. Они имеют меньшее полное сопротивление, чем схема звезда-звезда. Сопротивление обмоток мощных тр-ров мало (табл)

Таблица. Полное сопротивление тр-ров с вторичным напряжением 400-230 В

Схема соеди-нения обмо -ток	Полное сопротивление Zт при мощности Р, кВ*А
	0,9 3,11	0,56 1,95	0,23 0,78	0,06 0,20	0,03 0,08

Для того, чтобы обеспечить малое сопротивление линий зануления, их рекомендуется выполнять короткими и простыми, увеличивать сечение проводников, стальные проводники заменять проводниками из цветных металлов с малым индуктивным сопротивлением. Внешнее индуктивное сопротивление снижают прокладкой нулевого провода вместе или в непосредственной близости с фазными проводами, сокращая расстояние между нулевым и фазными проводами. Наибольшее сопротивление нулевого защитного провода не должно превышать удвоенного сопротивления фазного провода.

Для снижения напряжений на зануленных оболочках оборудования рекомендуется повторные заземлители приближать к узлам нагрузки, сокращая протяженность зануляющих проводников, уменьшать сопротивление повторных заземлителей. Напряжение прикосновения можно значительно снизить, повышая потенциал поверхности пола, на котором стоит человек. Для этого рекомендуется соединять с нулевым проводом все заземленные металлические конструкции здания, трубопроводы, металлическую арматуру полов, перекрытий, плит. Тогда напряжение прикосновения уменьшается до величины, примерно равной (от 0,1 до 0,01)Uз.

В случае обрыва нулевого защитного провода для снижения потенциалов до и после места обрыва рекомендуется создавать дополнительную металлическую связь между оболочками оборудования с помощью естественных заземляющих проводников (рельсы, трубопроводы, металлические конструкции и т.п.)

Исполнение схем зануления.Нулевой провод проходит от трансформаторной подстанции до общей сборки ввода в здание предприятия. Внутри здания имеется разводка нулевого провода к местным распределительным щиткам. Зануляющие проводники присоединяют одним концом к зажиму «0» нулевого провода, а другим – к корпусу электрооборудования (болтом). Светильники, электрифицированный инструмент и другие однофазные потребители, включаемые в сеть двумя проводами – фазным и нулевым, зануляют специальным защитным проводником. В этом случае нулевой рабочий провод нельзя использовать в качестве зануляющего защитного проводника, так как при его обрыве корпус (в случае замыкания на него тока) окажется под фазным напряжением. Повторные заземления сооружают при вводе в здание (заземлен корпус рас-пределительного щита сборки) и на конце ответвления электропроводки внутри здания, так как ее длина превышает 200 м. Заземления опор ВЛ служат дополнительными повторными заземлителями.

Контроль зануления.Контроль зануления производят после его монтажа и периодически не реже одного раза в 5 лет в процессе эксплуатации. Полное сопротивление петли фазный-нулевой провод измеряют для наиболее удаленных от источника питания электроприемников, а также наиболее мощных. Кроме того, измеряют сопротивление заземления нейтрали и повторных заземлителей, проверяют целостность зануляющей сети, снимают характеристику зависимости времени действия автоматов от тока к.з. для наиболее удаленных от источника питания электроприемников.

Сопротивление петли фаза-нуль измеряют с помощью вольтметра-амперметра в отключенной эл.установке (рис.) Для этого понижающий тр-р с вторичным напряжением 36 или 12 В подсоединяют к нулевому и фазному проводам, как можно ближе к сетевому трансформатору. Фазный провод соединяют перемычкой с корпусом (короткое замыкание). Включив рубиль-

Ник в цепи понижающего тр-ра, реостатом устанавливают ток в петле фазный-нулевой провод. Затем измеряют вольтметров напряжение Uизм и амперметром ток I изм. Полное сопротивление петли фазный-нулевой провод будет: Zф-нп = Uизм/Iизм-Zт/3, где Zт – полное сопротивление тр-ра току замыкания на корпус.

Ток однофазного короткого замыкания: Iк.з=0,85 Uф/Zф-н.п, где 0,85 – коэф. запаса, учитывающий погрешности измерения.

Существуют схемы контроля зануления без отключения напряжения.