Расчет зануления
СОДЕРЖАНИЕ
Задание ..............................
Аннотация ..............................
Введение ..............................
1.Общие положения.............
2.Методика поверочного расчета защитного зануления на отключающую способность…………………………………………… ……………………. 22
3.Поверочный расчет защитного
зануления на отключающую способность…………………………………………………
Вывод.........................
Список использованной литературы....................
Задание №14
Выполнить поверочный расчет защитного зануления на отключающую способность.
Исходные данные:
1. Источник электроэнергии – трехфазный трансформатор мощностью 160 кВА; схема соединения его обмоток Y/Y;
2. Электросеть системы TN с линейным напряжением 380 В;
3. Потребитель электроэнергии – трехфазный асинхронный электродвигатель мощностью 18 кВт;
4. Длина воздушной магистральной линии электропередачи от источника электроэнергии до распределительного электрощита – 175 м;
5. Материал проводов воздушной
магистральной линии
6. Площадь поперечного сечения фазных проводов: а) – ; б) – ; в) – ; нулевого провода – ;
7. Электродвигатель подключен
к распределительному
8. Кратность пускового тока электродвигателя ( – 6;
9. Коэффициент, учитывающий
условия пуска
10. Тип защиты – предохранитель с плавкой вставкой.
Аннотация
В данной работе выполнен поверочный расчет защитного зануления на отключающую способность в соответствии с заданием по методике, изложенной в лекционных и практических занятиях по предмету «Электробезопасность».
По
результатам расчетов, все шесть
вариантов решения задачи
Введение
Электроустановки различного класса напряжения потенциально являются источниками опасности для людей в целом и для обслуживающего их персонала в частности. Травматизм и смертность при их эксплуатации довольно велики. Однако в силу объективных причин их применение является неотъемлемой частью нашей жизни. С целью сокращения несчастных случаев разработана система правил эксплуатации электроустановок - ПУЭ. В этом документе нашли своё отражение, как общие требования, так и специальные. Среди всех их внимание уделено и использованию защитных заземлений и занулений.
Согласно ПУЭ [4, глава 1.7] для защиты людей от поражения электрическим током должна быть применена, по крайней мере, одна из следующих защитных мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделительный трансформатор, малое напряжение, двойная изоляция, выравнивание потенциалов.
В данной работе в соответствии с заданием выполнен расчет защитного зануления на отключающую способность.
1.Общие положения.
Защитное зануление в электроустановках напряжением до 1 кВ представляет собой преднамеренное электрическое соединение открытых нетоковедущих проводящих (электропроводящих) частей электрооборудования, которое в результате нарушения изоляции может оказаться под напряжением, с нулевым проводом (нейтралью) электрической сети трёхфазного переменного тока (система TN с одновременной установкой отключающих устройств на фазных проводах, питающих эти электроустановки).
В качестве отключающих устройств как правило применяются плавкие вставки, которые расплавляясь, под действием тока короткого замыкания(КЗ), разрывают электрическую цепь энергопитания аварийного участка электрооборудования, а также электромагнитные выключатели, также разрывающие цепь при КЗ.
Область применения защитного зануления – трехфазные, четырех- и пяти- проводные сети напряжением до 1000 В с заземляющей нейтралью.
Зачастую при эксплуатации электроустановок нетоковедущие части их оказываются под напряжением. Величина его может быть различна в зависимости от причины.
Наиболее частая причина - наведение напряжения от близко расположенных токоведущих частей. В частности, например, на корпус трансформатора наводится потенциал от проходящих сквозь него магнитных потоков. Таким образом, не будучи запитанным корпус становится опасным для прикосновения. К таким же объектам можно отнести ещё и сетчатые ограждения на распределяющие устройства, корпуса двигателей и генераторов, ячеек КРУ (комплектные распределительные устройства) и другое оборудование.
Второй причиной может стать замыкание на корпус одной или нескольких фаз за счет разрушения изоляции электропроводов. При этом корпус оказывается под напряжением.
Таким образом, нетоковедущие части электроустановок или элементы РУ оказываются под напряжением относительно земли. Понятно, что при соприкосновении с ним произойдёт поражение человека электрическим током, что проявляется в электрическом ударе и ожоге кожного покрова. Следствием электрического удара могут быть судороги мышц грудной клетки, прекращение деятельности органов дыхания, потеря сознания и расстройство сердечной деятельности со, в том числе, смертельным исходом.
Зануление производственного оборудования осуществляется с целью защиты персонала от опасности поражения электротоком в случае пробоя фазы на металлический корпус. Оно позволяет снизить до минимума риск травмирования вследствие быстрого отключения электроустановки от питающей сети. Для обеспечения этого нужно, чтобы сопротивление участка «фаза-ноль» было небольшим. Это достигается не только, безусловно, высоким качеством монтажа защитного проводника, но и предварительным расчётом зануления.
Расчёт делают с целью определить параметры, при которых зануление надёжно выполняет свои функции: уменьшает опасность поражения электротоком при прикосновении к токопроводящим частям и быстро отсоединяет повреждённую установку от питания. Зануление рассчитывают на отключающую способность.
Проводится так же расчёт заземления нейтрали питающего трансформатора. Положения ПУЭ требуют чтобы сопротивление заземления нейтральной точки было всегда до 8 Ом при сети 220/127 вольт, не более 4 Ом при напряжении 380/220 В и при сети 660/380 В не выше 2 Ом. Кроме того рассчитывается повторное заземление защитного нулевого проводника. ПУЭ устанавливает, что величина сопротивления растеканию заземлителей каждого повторного заземления воздушной линии всегда не должна превышать при трёхфазной сети напряжением:
- 220 В – 20 Ом;
- 380 В – 10 Ом;
- 660 В – 5 Ом.
То же самое установлено и при однофазном
питании:
- 127В – 20 Ом;
- 220 В – 10 Ом;
- 380 В – 5 Ом.
Правила требуют, чтобы повторные заземления выполнялись на концах воздушных линий и на вводах в сооружения, электроустановки которых зануляют.
Расчёт на отключающую способность является
основным, поэтому ПУЭ устанавливают конкретные
временные интервалы, в течение которых
защита должна отключить устройство от
сети. Максимальное время равняется:
- при напряжении фазы 127 В – 0,8 с;
- при 220 В – 0,4 с;
- при 380 В – 0,2 с;
- свыше 380 В – 0,1 с.
Указанные сроки отключения достаточны и для защиты персонала, использующего переносной электроинструмент класса 1. При питании стационарных токоприёмников от этажных, распределительных и т.п. щитов время отключения не может быть дольше 5 с.
Сам расчёт сводится к определению характеристик нулевого проводника (сечение, длина, материал), которые бы приводили к срабатыванию токовой защиты за вышеуказанное время. Естественно, чем выше проводимость нулевой защитной жилы, тем выше кратность сверхтока замыкания против величины срабатывания автоматических выключателей. Пункт 1.7.79 ПУЭ устанавливает, что ток замыкания должен быть больше:
- в три раза номинального
тока ближайшего
- в 3 раза тока расцепителя
- на 10% тока мгновенного срабатывания автоматического выключателя с расцепителем без выдержки.
Правила определяют, что данные показатели во взрывоопасной среде должны быть увеличены:
- до 4 раз при защите плавкой вставкой;
- до 6 раз в цепи с автоматом, оснащённым расцепителем с обратной
зависимостью от тока.
Выполнение вышеуказанных требований гарантирует нужное по времени срабатывание защиты. Необходимо учесть, что в любом случае проводимость защитной жилы должна быть не менее половины от фазного провода. Это обеспечивает уменьшение потенциала на корпусе до безопасного минимума вплоть до отключения повреждённого устройства от сети.
Степень поражения человека определяется величиной тока, путем и длительностью прохождения его через тело человека. Величина тока зависит от напряжения прикосновения и сопротивления всей электрической цепи в которую «включается» человек.
Необходимость проведения защитных мероприятий, а также устройство защитного зануления любых электроустановок зависит от ряда факторов.
К ним в первую очередь относится:
- рабочее напряжение электроустановки
- режим работы нейтрали электроустановки
Зануление электроустановок следует выполнять:
1) при напряжении 380 В и выше переменного тока - во всех электроустановках.
2) при номинальных напряжениях выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока - только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках.
К помещениям с повышенной опасностью относятся те помещения, где есть:
- токопроводящая пыль
- токопроводящие полы
- высокая температура воздуха более 35
- относительная влажность воздуха более 75%
3) во взрывоопасных помещениях при всех напряжениях.
К последним можно отнести аккумуляторные на подстанциях, в кислородных, водородных и других цехах различных предприятий.
Cогласно ПУЭ [4, глава 1.7] к частям, подлежащим занулению относятся:
1) корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т.п.
2) корпуса приводов электрических аппаратов;
3) вторичные обмотки
4) каркасы распределительных
5) металлические конструкции распределительных устройств, металлические кабельные конструкции, металлические кабельные соединительные муфты, металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей, металлические оболочки проводов, металлические рукава и трубы электропроводки, кожухи и опорные конструкции шинопроводов, лотки, короба, струны, тросы и стальные полосы, на которых укреплены кабели и провода (кроме струн, тросов и полос, по которым проложены кабели с заземленной или зануленной металлической оболочкой или броней), а также другие металлические конструкции, на которых устанавливается электрооборудование;
6) металлические оболочки и
7) металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников;
8) электрооборудование, размещенное на движущихся частях станков, машин и механизмов.
Ряд требований отражает условия безопасной работы электроустановки для обслуживающего персонала, однако существуют требования, которые напрямую зависят от условий работы электроустановки. Так например, несоблюдение требования по заземлению вторичной обмотки трансформатора тока приведет в лучшем случае изменению класса точности [5, глава 4], что отрицательно скажется на показаниях приборов или работы релейной защиты включенных в цепь трансформатора тока. В худшем случае это приведет к неисправности аппарата.
Не требуется преднамеренно занулять:
1) корпуса электрооборудования, аппаратов
и электромонтажных
2) конструкции, при условии надежного
электрического контакта между
этими конструкциями и
3) арматуру изоляторов всех
При прокладке кабеля с металлической заземленной оболочкой или неизолированного заземляющего проводника на деревянной опоре перечисленные части, расположенные на этой опоре, должны быть заземлены или занулены;
4) съемные или открывающиеся
части металлических каркасов
камер распределительных
5) корпуса электроприемников с двойной изоляцией;
6) металлические скобы, закрепы, отрезки
труб механической защиты
В зависимости от режима работы нейтрали предъявляются свои требования к способу и устройству защитных мероприятий.
Устройство зануления.
Применение данной защиты требуется чаще всего помещениях с большим количеством электроприемников, так как заземление на месте каждого из них бывает невозможным в силу объективных причин. Для этого, например в цехе [3, с. 155], прокладываются магистральные защитные проводники из полосовой стали, сечение которой указано ранее. В наружных установках заземляющие и нулевые защитные проводники допускается прокладывать в земле, в полу или по краю площадок, фундаментов технологических установок и т.п. Затем зануляемые части приемников подключаются к магистрали. Ответвления от магистралей к электроприемникам до 1 кВ допускается прокладывать скрыто непосредственно в стене, под чистым полом и т.п. с защитой их от воздействия агрессивных сред. Такие ответвления не должны иметь соединений. Способ прокладки их зависит от помещения в котором они выполняются.
В помещениях сухих, без агрессивной среды, заземляющие и нулевые защитные проводники допускается прокладывать непосредственно по стенам.
Во влажных, сырых и особо сырых помещениях и в помещениях с агрессивной средой заземляющие и нулевые защитные проводники следует прокладывать на расстоянии от стен не менее чем 10 мм.
Сама магистраль выводится к месту устройства заземления.
Не допускается использовать в качестве нулевых защитных проводников нулевые рабочие проводники, идущие к переносным электроприемникам однофазного и постоянного тока. Для зануления таких электроприемников должен быть применен отдельный третий проводник, присоединяемый во вторичном соединителе ответвительной коробки, в щите, щитке, сборке и т.п. к нулевому рабочему или нулевому защитному проводнику.
Также можно привести и дополнительные требования к устройству цепи заземляющих и нулевых защитных проводников:
- в них не должно быть разъединяющих приспособлений и предохранителей;
- нулевые защитные проводники линий не допускается использовать для зануления электрооборудования, питающегося по другим линиям;
- допускается использовать нулевые рабочие проводники осветительных линий для зануления электрооборудования, питающегося по другим линиям, если все указанные линии питаются от одного трансформатора, и исключена возможность отсоединения нулевых рабочих проводников во время работы других линий. В таких случаях не должны применяться выключатели, отключающие нулевые рабочие проводники вместе с фазными;
- заземляющие и нулевые защитные проводники должны быть предохранены от химических воздействий;
- использование специально проложенных заземляющих или нулевых защитных проводников для иных целей не допускается.
Для электроустановок напряжением до 1 кВ приняты обозначения:
система - система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников;
система - система , в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении (рис.1);
Рисунок 1. Система
переменного (
) и постоянного (
) тока.
Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике:
1 - заземлитель нейтрали (средней точки) источника питания; 2 - открытые
проводящие части; 3 - источник питания постоянного тока
система - система , в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении (рис.2);
Рисунок 2. Система
переменного (
) и постоянного (
) тока.
Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены:
1 - заземлитель нейтрали источника переменного тока; 1-1- заземлитель
вывода источника постоянного тока; 1-2 - заземлитель средней точки источника
постоянного тока; 2 - открытые проводящие части; 3 - источник питания
система - система , в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника питания (рис.3);
Рисунок 3. Система
переменного (
) и постоянного (
) тока.
Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном
проводнике в части системы:
1 - заземлитель нейтрали источника переменного тока; 1-1– заземлительвывода источника постоянного тока; 1-2 - заземлитель средней точки источникапостоянного тока; 2 - открытые проводящие части; 3 - источник питания
система - система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены (рис.4);
б
Рисунок 4. Система
переменного (
) и постоянного (
) тока.
Открытые проводящие части электроустановки заземлены. Нейтраль
источника питания изолирована от земли или заземлена через большое сопротивление:
1 - сопротивление заземления нейтрали источника питания (если имеется);
2 - заземлитель; 3 - открытые проводящие части; 4 - заземляющее устройство
электроустановки; 5 - источник питания
система - система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника (рис.5).
Рисунок 5. Система
переменного (
) и постоянного (
) тока.
Открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи
заземления, электрически независимого от заземлителя нейтрали:
1 - заземлитель нейтрали источника переменного тока; 1-1 - заземлитель
вывода источника постоянного тока; 1-2 - заземлитель средней точки источника
постоянного тока; 2 - открытые проводящие части; 3 - заземлитель открытых проводящих частей электроустановки; 4 - источник питания
Первая буква - состояние нейтрали источника питания относительно земли:
- заземленная нейтраль;
- изолированная нейтраль.
Вторая - буква - состояние открытых проводящих частей относительно земли:
- открытые проводящие
части заземлены, независимо от
отношения к земле нейтрали
источника питания или какой-
- открытые проводящие
части присоединены к
Последующие (после ) буквы - совмещение в одном проводнике или разделение функций нулевого рабочего и нулевого защитного проводников:
- нулевой рабочий ( ) и нулевой защитный ( ) проводники разделены;
- функции нулевого защитного
и нулевого рабочего
- - нулевой рабочий (нейтральный) проводник;
- - защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов);
- - совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники.
2.Методика поверочного расчета защитного зануления на отключающую способность.
Расчет зануления имеет целью определить условия, при которых оно надежно выполняет возложенную на него задачу — быстро отключать поврежденную установку от сети. В соответствии с этим защитное зануление рассчитывают на отключающую способность.
Расчет на отключающую способность.
При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключится, если значение тока однофазного короткого замыкания (т. е. между фазным и нулевым защитным проводниками) Ik, А, удовлетворяет условию
где - ток короткого замыкания, А;
k — коэффициент кратности номинального тока А, плавкой вставки предохранителя или установки тока срабатывания автоматического выключателя;
- номинальный ток плавкой вставки, А.
Номинальным током плавкой вставки называется ток, значение которого указано (выбито) непосредственно на вставке заводом-изготовителем. При этом токе плавкая вставка может работать сколь угодно долго, не перегорая и не нагреваясь выше установленной заводом-изготовителем температуры.
Значение коэффициента k принимается в зависимости от типа защиты электроустановки. Если защита осуществляется автоматическим выключателем, имеющим только электромагнитный расцепитель (отсечку), т. е. срабатывающим без выдержки времени, то k принимается в пределах 1,25—1,4.
Если установка защищается плавкими предохранителями, время перегорания которых зависит, как известно, от тока (уменьшается с ростом тока), то в целях ускорения отключения принимают
Если установка защищается автоматическим выключателем с обратно зависимой от тока характеристикой, подобной характеристике предохранителей, то также
Значение зависит от фазного
напряжения сети Uф
и сопротивлений цепи, в том числе от полных
сопротивлений трансформатора zт, фазного
проводника zф, нулевого
защитного проводника zнз, внешнего
индуктивного сопротивления петли (контура)
фазный проводник — нулевой защитный
проводник (петли фаза — нуль) Xп, а также
от активных сопротивлений заземлений
нейтрали обмоток источника тока (трансформатора)
rо и повторного
заземления нулевого защитного проводника rп (рис. 6).
Поскольку ro 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. 1,б), а выражение для тока КЗ Iк, А, в комплексной форме будет:
или
где Uф — фазное напряжение сети, В;
zт— комплекс полного сопротивления обмоток трехфазного источника тока (трансформатора), Ом;
zф— комплекс полного сопротивления фазного провода, Ом;
zнз — комплекс полного сопротивления нулевого защитного проводника, Ом;
Rф и Rнз - активные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников, Ом;
Хф и Хнз — внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников, Ом;
— комплекс полного сопротивления петли фаза — нуль, Ом.
Рисунок 6. Расчетная схема зануления в сети переменного тока на отключающую способность: а — полная, б, в — упрощенные.
При расчете зануления допустимо применять приближенную формулу для вычисления действительного значения (модуля) тока короткого замыкания А, в которой модули сопротивлений трансформатора и петли фаза — нуль zт и zп Ом, складываются арифметически:
Некоторая неточность (около 5%) этой формулы ужесточает требования безопасности и поэтому считается допустимой.
Полное сопротивление петли фаза — нуль в действительной форме (модуль) равно, Ом,
Расчетная формула имеет следующий вид:
Здесь неизвестными являются лишь сопротивления нулевого защитного проводника и фазного, которые могут быть определены соответствующими вычислениями по этой же формуле. Однако, эти вычисления обычно не производятся, поскольку сечение нулевого защитного проводника и его материал принимаются заранее из условия, чтобы полная проводимость нулевого защитного проводника была не менее 50% полной проводимости фазного провода, т. е.
или
Это условие установлено ПУЭ в предположении, что при такой проводимости Iк будет иметь требуемое значение
В качестве нулевых защитных проводников ПУЭ рекомендуют применять неизолированные или изолированные проводники, а также различные металлические конструкции зданий, подкрановые пути, стальные трубы электропроводок, трубопроводы и т. п. Рекомендуется использовать нулевые рабочие провода одновременно и как нулевые защитные. При этом нулевые рабочие провода должны обладать достаточной проводимостью (не менее 50% проводимости фазного провода) и не должны иметь предохранителей и выключателей.
