Номинальная сила тока плавких вставок предохранителей



Защитное зануление электроустановок

(практическое занятие)

Общие положения.

       Защитное зануление в электроустановках напряжением до 1 кВ представляет собой преднамеренное электрическое соединение открытых нетоковедущих проводящих (электропроводных) частей электрооборудования, которые в результате нарушения изоляции могут оказаться под напряжением по отношению к земле, с нулевым проводом (нейтралью) электросети трёхфазного переменного тока с заземлённой нейтралью (система TN), с одновременной установкой отключающих устройств (далее – предохранителей) на фазных проводах, питающих электрооборудование.

       Если после этого произойдёт нарушение изоляции одного из фазных проводников и он коснётся нетоковедущей проводящей части электрооборудования (например, металлического корпуса), то по петле «фаза – нуль» потечёт электрический ток «короткого замыкания», имеющий большую величину (1000 А и более). При этом за счёт большой силы тока, многократно превышающего рабочую величину, срабатывает отключающее устройство, разъединяющее электрическую цепь «фазный провод электросети – аварийный участок электрооборудования».

При реализации системы защитного зануления не допускается установка отключающего устройства на нулевом проводе.

       При этом открытые проводящие части электрооборудования в течение времени размыкания указанной выше электрической цепи будут находиться под напряжением относительно земли и человек, касаясь их в этот момент, может быть поражён.

Если же при этом уменьшать время, затрачиваемое на размыкание электрической цепи (время отключения), то доза электроэнергии, полученная человеком при прикосновении его к корпусу электрооборудования в момент срабатывания отключающего устройства, будет также уменьшаться и, как следствие, будет уменьшаться опасность поражения электрическим током. При достижении дозы электроэнергии, равной или меньшей допустимой величины, обеспечивается защита человека от поражения электрическим током.

        Принцип действия защитного зануления заключается в превращении замыкания на корпус электрооборудования его токоведущих частей в однофазное короткое замыкание с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание отключающего устройства защиты, и тем самым отключить аварийное электрооборудование от питающей электросети.

       Иначе принцип защитного действия защитного зануления заключается в отключении электропитания от аварийного участка электрооборудования за такой малый промежуток времени, при котором доза электроэнергии, полученная человеком при прикосновении его к корпусу электрооборудования в момент срабатывания отключающего устройства, не превысит допустимых значений.

       Защитное зануление является частным случаем автоматического отключения электропитания.

       Допустимое время срабатывания отключающих устройств указано в табл. 1.

              Таблица 1.

Наибольшее допустимое время отключения электроснабжения аварийного

Электрооборудования при защитном занулении

Номинальное фазное напряжение в электросети uФ, В Время отключения, с
127 0,8
220 0,4
380 0,2
Более 380 0,1


В качестве отключающих устройств, как правило, применяются плавкие вставки предохранителей, которые расплавляясь под действием электрического тока «короткого замыкания» (далее – КЗ), разрывают цепь электропитания аварийного участка электроустановки, и автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем в зоне токов короткого замыкания.

       Рис. 1. Принципиальная схема защитного зануления в системе TN - S

1 – корпус электрооборудования (электродвигатель, трансформатор и т. п.); 2 – предохранители (аппараты защиты от токов КЗ): R0сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока; Rп – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника;Iк – ток КЗ; Iн – часть тока КЗ, протекающего через нулевой защитный проводник; Iз – часть тока КЗ, протекающего через землю (повторное заземление нулевого защитного проводника, заземление нейтрали электросети).

       Область применения защитного зануления – трёхфазные четырёхпроводные (пятипроводные) электросети переменного тока напряжением до 1000 В с заземлённой нейтралью.

       2. Расчёт защитного зануления на отключающую способность.

       При замыкании фазного провода на занулённый корпус электрооборудование автоматически отключается, если значение силы тока однофазного короткого замыкания удовлетворяет условию:

 

IКЗ ³ k·IНП                         (1)

 

где IНП – номинальный ток плавкой вставки предохранителя или автоматического выключателя, А; k – коэффициент кратности тока, определяемый по табл. 2.

       Номинальным током плавкой вставки предохранителя или автоматического выключателя называется сила тока, значение которой указано (выбито) непосредственно на предохранителе с плавкой вставкой заводом-изго­товителем или установлено на автоматическом выключателе («уставка» автоматического выключателя). При такой силе тока отключающие устройства могут работать сколь угодно долго, не разрывая электрической цепи.

Таблица 2.

Значение коэффициента кратности тока(k)

№ пп Тип защиты электроустановки k
1. Автоматический выключатель, срабатывающий без выдержки времени. 1,25 – 1,4
2. Предохранитель с плавкой вставкой. > 3
3.  Плавкий предохранитель (во взрывоопасных помещениях). > 4
4.  Автоматический выключатель с обратнозависимой от тока характеристикой (как предохранитель). > 3
5. Автоматический выключатель с обратнозависимой от тока характеристикой (во взрывоопасных помещениях). > 6  

       Для определения силы тока короткого замыкания, протекающего по петле «фаза – нуль», необходимо знать значения всех сопротивлений, встречающихся на его пути. Этими сопротивлениями обладают аварийный фазный и нулевой защитный проводники, а также обмотки источника питания (чаще всего это вторичные обмотки трёхфазного трансформатора). Рассматриваемые сопротивления могут быть как активными (омическими), так и реактивными (индуктивными). На рис. 2 приведена полная расчётная схема защитного зануления.

UФ
ZТ/3
ZФ
IКЗ
XП  
RП
IКЗ кз
ZН
R0
IЗ

 


Рис. 2. Полная расчётная схема защитного зануления (схема замещения).

Iкз – сила тока короткого замыкания в фазном проводе; Iз – сила тока, протекающего через сопротивление заземления нейтрали трансформатора и сопротивления повторного заземления нулевого проводника; UФ – фазное напряжение, В; ZТ/3 – полные сопротивления фазных обмоток трансформатора; ZФ – полное сопротивление фазного проводника; ZН – полное сопротивление нулевого защитного проводника; XП – внешнее индуктивное сопротивление петли «фазный проводник – нулевой защитный проводник» (петля «фаза – нуль»); R0 – активное сопротивление заземления нейтрали трансформатора; RП – активное сопротивление повторного заземления нулевого проводника.

 

Из схемы видно, что сила тока короткого замыкания зависит от величин фазного напряжения и полного сопротивления цепи, складывающегося из полных сопротивлений обмотки трансформатора ZТ/3, фазного проводника ZФ, нулевого защитного проводника ZН, внешнего индуктивного сопротивления петли «фазный проводник – нулевой защитный проводник» (далее − петля «фаза – нуль») XП, активных сопротивлений повторного заземления нулевого проводника RП и заземления нейтрали трансформатора R0.

Поскольку R0 и RП, как правило, велики по сравнению с другими элементами цепи, параллельная ветвь, образованная ими, создаёт незначительное увеличение тока КЗ, что позволяет пренебречь им. В то же время, такое допущение ужесточает требование к защитному занулению и значительно упрощает расчётную схему (рис.3)

UФ
ZТ/3 Z т/3
RФФФФФФФФфФФфффФФФ
XФ
ХП
XН
RН

 


Рис.3. Упрощённая расчётная схема защитного зануления (схема замещения).

RН – активное сопротивление нулевого защитного проводника; RФ – активное сопротивление фазного проводника; ХФ – внутреннее индуктивное сопротивление фазного проводника; ХН – внутреннее индуктивное сопротивление нулевого защитного проводника.

 

В этом случае сила тока КЗ (IКЗ, А) определяется по формуле (в комплексной форме)

 

           (2)

            

где Zт/3 – комплекс полного сопротивления обмоток трёхфазного источника тока (трансформатора), Ом;

ZФ = RФ + jХФ – комплекс полного сопротивления фазного провода, Ом

ZН = RН + jXН – комплекс полного сопротивления нулевого защитного проводника, Ом;

RФ и RН – активные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников, Ом;

ХФ и XН – внутренние индуктивные сопротивления соответственно фазного и нулевого защитного проводников, Ом

ХП – внешнее индуктивное сопротивление контура с током КЗ, т.е. петли «фаза – нуль», Ом. Комплекс полного сопротивления петли «фаза – нуль» (ZП, Ом) определяется выражением  ZП = ZФ + ZН + jXП.

С учётом последнего

 

                           (3)      

                                   

       При расчёте защитного зануления принято применять допущение, при котором для вычисления действительного значения (модуля) силы тока короткого замыкания IКЗ модули сопротивлений обмотки трансформатора ZТ/3 и петли «фаза – нуль» ZП складывается арифметически.

       Это допущение также ужесточает требования безопасности и поэтому возможно, хотя и вносит некоторую погрешность (около 5 %).

Полное сопротивление петли «фаза – нуль» в действительной форме (модуль) определяется из выражения

 

                 (4)

 

       Окончательно формула для вычисления действительного значения (модуля) тока короткого замыкания (IКЗ, Ом) принимает вид

                      

  (5),

 

Формула для проверочного расчёта определяется из выражений (2) и (3) с учётом коэффициента кратности силытока короткого замыкания (k), определяемого требованиями к защитному занулению

 

                   (6)

 

Если отключающим устройством является предохранитель с плавкой вставкой, то номинальная сила тока плавкой вставки предохранителя (IНП, А), которой защищён электроприёмник, принимается по табл. 3.

Таблица 3

Номинальная сила тока плавких вставок предохранителей

Тип

предохранителя

Стандартный номинальный ток плавкой вставки IНП, 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

 

 

Для предохранителей, предназначенных для защиты в электроприёмниках, имеющих небольшие пусковые токи (электронагревательные приборы, электроосветительные установки и т.п.), номинальная сила тока плавких вставок должна быть больше или равна номинальной силе тока этих электроприёмников (IНЭП, А)

 

IНП ³ IНЭП                                                   (7)

 

Для предохранителей, предназначенных для защиты в системах с асинхронными электродвигателями, номинальная сила тока плавких вставок должна удовлетворять условию

 

IНП ³ ki·IНЭП /a              (8)                                       

 

где ki – кратность пускового тока электродвигателя; IНЭП – номинальная сила тока электродвигателя (определяется по формуле 9), А; a – коэффициент, учитывающий условия пуска электродвигателя (для электродвигателей с лёгким условием пуска (нечастые пуски, продолжительность пуска не > 10 с) a = 2,5, а для электродвигателей с тяжёлыми условиями пуска (продолжительность пуска > 10 с, частые пуски) a = 2,0 – 1,6).

Кратность пускового тока для электродвигателей малой мощности (до 1 кВт) и без нагрузки на валу ki = 4 – 5.

Для электродвигателя бóльшей мощности (от нескольких кВт и выше) с тяжёлыми условииями пуска ki = 5 – 7.

 

IНЭП = PНОМ /(√3·UЛ·η·cosφ)                (9)

 

где PНОМ – номинальная мощность электродвигателя, Вт; UЛ – линейное напряжение электросети, В; η– коэффициент полезного действия электродвигателя, доли единицы; cosφ– коэффициент мощности электродвигателя, доли единицы.

Значение полного сопротивления фазных обмоток трёхфазного источника электроэнергии, например, масляных трансформаторов определяется их мощностью, напряжением первичной обмотки, схемой соединения фазных обмоток, конструкцией трансформатора (толщиной стенок, объёмом бака, наличием и конструкцией охлаждающих труб, ферромагнитными свойствами стали сердечника).

Значения полного сопротивления фазных обмоток масляных трёхфазных трансформаторов приведены в табл. 4, из которой следует, что соединение обмоток по схеме «треугольник – звезда» (Δ/Y) предпочтительнее из-за значительно меньшего сопротивления, что обеспечивает лучшие условия безопасности при системе защитного зануления.

Таблица 4


Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 435; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!