Основной мерой защиты от поражения электрическим током в сетях напряжением до 1000 В является зануление, для того чтобы обеспечить безопасность прикосновения человека к зануленному корпусу в аварийный период. Цель зануления – быстро отключить электроустановку от сети при замыкании одной (или двух) фазы на корпус.
Значение тока короткого замыкания Iк зависит от фазного напряжения сети U и сопротивлений цепи, в том числе от полных сопротивлений трансформатора zт, фазного проводника zL1, нулевого защитного проводника zPE, 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) r0 и повторного заземления нулевого защитного проводника rП.
Расчет зануления.
Принципиальная схема зануления приведена на рисунке 9.1. На схеме видно что ток короткого замыкания Iкз в фазном проводе зависит от фазного напряжения сети Uф и полное сопротивление цепи, складывающегося из полных сопротивлений обмотки трансформатора Zт/3, фазного проводника Zф, нулевого защитного проводника Zн, внешнего индуктивного сопротивления петли фаза – ноль Xп, и заземления нейтрали трансформатора R0 (рис. 4.3).
Рисунок-4.3 - Принципиальная схема сети переменного тока с занулением.
А– аппарат защиты (предохранитель или автоматический выключатель);
R0– заземление нейтрали.
Поскольку R0 и Rп, как правило, велики по сравнению с другими элементами цепи, параллельная ветвь, образованная ими создает незначительное увеличение тока короткого замыкания, что позволяет пренебречь им. В то же время такое допущение ужесточает требования к занулению и значительно упрощает расчетную схему, представленную на рисунке 4.4.
|
Рисунок-4.4 упрощенная схема зануления
В этом случае выражение короткого замыкания Iкз (А) в комплексной форме будет:
Iкз=Uф/(Zм/3+Zф + Zн+jXn) (4.21)
Uф– фазное напряжение сети, В.
Zм – комплекс полного сопротивления обмоток трехфазного источника тока (трансформатора), Ом;
Zф=Rф+jXn– комплекс полного сопротивления фазного провода, Ом;
Zн=Rн+jXn– комплекс полного сопротивления нулевого защитного проводника, Ом;
Rф және Rн– активные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников, Ом
Zф және Zн- внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников, Ом;
Xn– внешнего индуктивного сопротивления петли (контура) фазный проводник — нулевой защитный проводник (петли фаза — нуль)
Zп =Zф+Zн+jXn– комплекс полного сопротивления петли фаза — нуль, Ом.
в комплексной форме будет
Iкз=Uф/(Zм/3+Zn);
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, 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
Значение коэффициента К принимается равным К ³ 3 в случае если электроустановка защищается предохранителями и автоматическими выключателями имеющими обратнозависимую характеристику от тока. В случае если электроустановка защищается автоматическим выключателем имеющим только электромагнитный расцепитель (отсечку), то для автоматов с Iн до 100 А, К = 1,4, а для автоматов с Iн > 100 А, К = 1,25.
Значение полного сопротивления масляного трансформатора во многом определяется его мощностью, напряжением первичной обмотки, конструкцией трансформатора.
Расчет зануления электрооборудования цеха электропечей
Исходные данные:
Напряжение сети-0,38кВ;
Мощность трансформатора–1000кВА;
мощность наиболее удаленного ЭП Р=55кВт;
длина кабеля от ТП до ШР, L1=150м;
длина провода от ШР-1 до станка, L2=10м;
\
1. Схема замещения приведена на рисунке 4.5.
Рисунок 4.5. – Схема замещения
Определение токов нагрузки и выбор аппаратов защиты:
(4.22)
(4.23)
IНПВ=250А IНА=160 А
4. Определение полных сопротивлений элементов цепи.
а) сопротивление трансформатора для группы соединения Д/У0 – 11 ZT=0.0027 Ом (таблица 3,1 /5/)
б) сопротивление кабеля, при сечении фазной жилы 95 мм2 и нулевой 50мм2 Zпфо=1,13Ом/км/5/
Zп= Zпфо*L1=1,13*0,150=0,17Ом (4.24)
В) сопротивление провода при сечении фазной жилы 70мм2 и нулевой 50мм2 Zпфо=1,27Ом/км/5/
Zп=Zпфо*L2=1,27*0,01=0,0127Ом (4.25)
5. Определение тока КЗ:
(4.26)
(4.27)
6. Определение кратности тока
(4.28)
(4.29)
Условие Iкз>Iн*K, Ка=1,25; Кпв=3,тогда 1290А>1,25*160=200A
7. Определение времени срабатывания аппарата защиты: плавкой вставки определяется по защитной характеристике плавкой вставки, а для
автомата принимается из справочника. В данном случае при токе КЗ и номинальном токе плавкой вставки время отключения аппарата защиты 0,15 секунд. Время отключения автоматического выключателя – 0,2 секунды.
Потенциал корпуса поврежденного оборудования:
Uк1=Iкз*Zн1=1,29*0,084=108,36В (4.30)
где Zн1 – сопротивление нулевой жилы кабеля, Zн1 = Rн1, так как величина внутреннего индуктивного сопротивления Хн1 алюминиевого проводника сравнительно мала (около 0,0156 Ом/км).
(4.31)
где r - удельное сопротивление алюминиевой жилы принимается равной 0,028 Ом´мм2/м;
S – сечение жилы, мм2;
L – длина проводника, м.
Uк1=Iкз*Zн2=1,2*0,0056=6,7В (4.59)
где Zн3 – сопротивление нулевого провода, Zн3 = Rн3
(4.32)
ток протекающий через тело человека, равен
(4.33)
(4.34)
Такие величины тока являются допустимыми при времени воздействия соответственно 0,5 и 1,2 секунды, т.е. время срабатывания автоматического выключателя и предохранителя не превышает допустимых величин.
При расчете электробезопасности было рассчитано зануление, которое показало эффективность защиты от поражения электрическим током человека.