Розрахунок занулення

Захисне занулення в електроустановках полягає в приєднанні до багаторазового заземленого нульового проводу електричної мережі корпусів та інших конструктивних металевих частин електрообладнання, які не знаходяться під напругою, але внаслідок пошкодження ізоляції можуть опинитися під нею (рисунок 1).

R0 – заземлення нульової точки  трансформатора; Zт – опір  обмотки трансформатора; RН – опір нульового проводу; 1 – плавкі  вставки; 2 – електродвигун; Ік.з. – струм  короткого замикання; RФ – опір фазового проводу; RП – повторне  заземлення  нульового проводу

Рисунок 15 – Принципова  схема занулення:

Призначення занулення – усунення небезпеки ураження електричним струмом у випадку порушення ізоляції i появі на корпусах обладнання небезпечної напруги.

Принцип дії занулення – перетворення пробивання на корпус в одноразове коротке замикання, тобто замикання мiж фазовим та нульовим  проводами з метою створення струму, здатного забезпечити спрацювання захисту i завдяки цьому автоматично від’єднати пошкоджену установку від живлячої електромережі.

У разі пробиванні на корпус у колi короткого замикання  виникає великий струм короткого замикання Ік.з, який забезпечує швидке перегорання плавких вставок протягам 5...7 с або відключення пошкоджених фаз автоматичними пристроями, які реагують на струм короткого замикання за 1...2 с. Протягом часу, котрий залежить від швидкості спрацювання захисту, людина, що торкається пошкодженого обладнання, опиняється під фазовою напругою. Якщо захисне занулення не спрацьовує протягам визначеного часу, то людина може бути уражена електричним струмом.

Захисне занулення застосовують у трифазних чотирипроводових мережах напругою до 1000 В з глухозаземленою нейтраллю. Схема занулення вимагає наявностi в мережi нульового провода, заземлення нейтралi джерела струму та повторного заземлення нульового проводу.

Призначения нульовго проводу – створення для струму короткого замикання ланки з малим опором з метою швидкого вимкнення пошкодженої установки вiд мережi.

Для надійного спрацювання захисту повинна виконуватись умова за використання плавких вставок:

                                                                                                 (51)

де  –  номiнальний струм плавко'i вставки.

У випадку використання автоматичного пристрою, котрий реагує на струм короткого замикання

                                                                                                 (52)

де  – номінальний струм спрацювання автомата

Плавкi вставки вибираються за величиною пускового струму електродвигуна з врахуванням режиму йога роботи:

                                                                                                 (53)

де  – пусковий струм електродвигуна; α – коефіцієнт режиму роботи. Для асинхронних двигунів α = 1 ,6 – 2,5.

                                         (54)

де ІН – номінальний робочий струм електродвигуна; β – коефіцієнт перевантаження, що приймається за каталогом для електродвигунів, β = 5 – 7.

Завдання 4. Розрахувати систему захисного заземлення за потужності трансформатора 700 кВА. З’єднання обмоток трансформатора – зіркою. Електродвигун асинхронний серії 4А. U = 380 В, n = 3000 хв.-1 , тип 4A132M2.

Перевіряємо умови забезпечення вимикальної·i спроможності занулення:

                                                                                                 (55)

де   – фазова напруга, В;  – опір трансформатора, Ом; ZП – опір петлі фаза-нуль, який визначається за залежністю

                                                               (56)

де RН, RФ- активнi опори фазового та нульового провідників, Ом; ХН, ХФ – внутрішні індуктивні опори фазового та нульового провідників, Ом; Х1 – зовнiшнiй iндуктивний опiр петлi фаза-нуль,  Ом.

Значення опору трансформатора Zт вибирається з таблиці 22.

Визначаємо номінальний струм електродвигуна

                                                                               (57)

де Р- номінальна потужність двигуна, кВт; UН- номінальна напруга, В; cos α  – коефіцієнт потужності.

Для розрахунку активних  опорів RФ та RН вибираємо перетин, довжину, матеріал нульового та фазового провідників. Опір провідників, виготовлених з кольорових металiв, можна визначити за формулою

                                                                                        (58)

де ρ – питомий опір провідника; для міді ρ =  0,018, для алюмінію ρ = 0,028 0м∙мм2/м; l – довжина провідника, м; S – площа поперечного перетину провідника, мм2

Таблиця 22 – Розрахункові повні опори Zт, Ом, масляних  трансформаторів

Примiтка: Номiнальна напруга обмоток – 6...10 кВ.

Значеннями ХФ та ХН можна знехтувати з огляду на їхню незначну величину. Активний та індуктивний опори провідників визначаються за таблицею 23.

Таблиця 23 – Активнi (r) та iндуктивнi (Xω) опори сталевих провідників за змінного струму (50 Гц)

Перш за все необхідно задатися довжиною провідника та профілем перетину i визначити очікуване значення струму короткого замикання. Значення зовнішнього індуктивного опору петлі фаза-нуль для практичних розрахунків береться рівним 0,6 Ом/ км.

Основні технічні характеристики електродвигуна (N = 10 кВт, cos а= 0,9; ) вибираються за таблицею 24.

Таблиця 24 Закритi обдувнi електродвигуни єдиної cepії – А4 (основне виконання)

Примiтка. Частота обертання двигунів – 3000 хв-1.

Пусковий струм двигуна

 = 7,5·17,1 = 128,2 А

Розраховуємо  номінальний  струм плавкої вставки

де α – коефіцієнт режиму роботи електродвигуна. Для двигунів з частим ввімкненням α = 1,6...1,8; для двигунів з нечастими  пусками  а= 2...2,5.

Визначаємо очікуване значення струму короткого замикання

Вибираємо стандартне значення перетину нульового проводу 4×10 мм розраховуємо густину струму δ:

За таблицею 23 знаходимо активні та індуктивні опори сталевих провідників. Для цього задаємось перетинам i довжиною нульового ІН i фазового ІФ сталевих провідників: ІН = 50 м, перетин 4×40 мм; S = 160 мм2; ІФ = 100 м; перетин Ф = 8 мм; S = 50,27 мм2.

Перетин нульового провідника та йога матеріал вибираються за умови, щоб повна провідність нульового провідника була не меншою, ніж 50% повної провідності фазового проводу:

                                                                                         (59)

Активний опір фазового повода береться з таблицею 2 в залежності від площі перетину та густини струму:

RФ  = r×lФ = 6,4×0,1 = 0,64 Ом

Аналогічно визначаємо активний опір нульового проводу:

RН  = r×lН = 1,81×0,05 = 0,09 Ом

Визначаємо внутрішні індуктивні опори фазового та нульового провідників ХФ та ХН:

ХФ = Хω,× lФ = 3,84 × 0,1 = 0,38 Ом;

XН = Хω × lН = 1,08 × 0,05 = 0,054 Ом;

де Хω – індуктивний опір провідників, Ом (таблиця 23); l – довжина провідника, км.

Зовнішній індуктивний опір петлі фаза-нуль Хl = 0,6 Ом/ км.

Загальна довжина петлі фаза-нуль – 1,5×100 = 150 м = 0,15 км.

Тоді Хl = 0,6×0,15 = 0,09 Ом

На пiдставi отриманих даних розраховуємо ZП i визначаємо значення струму короткого замикання

Виконуємо перевірку умови надійного спрацювання захисту

Струм більш ніж у три рази перевищує величину струму плавкої вставки, тому у випадку замиканні на корпус плавка вставка перегорить протягам 5...7 сек. Завдяки цьому відбудеться вимикання пошкодженої фази.

За значенням номінального струму за таблицею 25 вибираємо плавку вставку серії ПН2-100 з номінальним струмом 80 А за напруги мережі 380 В.

Таблиця 25 – Значення  стандартних запобiжникiв для мереж напругою 220 В та 380 В