Зануление электрооборудования, защитное отключение – устройство, принцип защиты

В электроустановках с глухозаземленной нейтралью сечения (а значит и проводимость) зануляющих проводников должны быть такими, чтобы при замыкании фазы на корпус возникающий в петле фазовый провод - нулевой провод ток однофазного короткого замыкания обеспечивал срабатывание защиты - перегорание плавкой вставки предохранителя или отключение автомата. Для этого возникающий ток однофазного короткого замыкания в невзрывоопасных установках должен не менее чем в 3 раза превышать номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или ток уставки автомата с обратно зависимой от тока характеристикой (например, с тепловым расцепителем), а при автоматах с электромагнитным расцепителем - в 1,25 - 1,4 раза номинальный ток уставки мгновенного срабатывания автомата. Во взрывоопасных установках для ускорения действия защиты сечения зануляющих проводов выбирают такими, чтобы возникающий ток однофазного короткого замыкания превышал ток плавкой вставки ближайшего предохранителя не менее чем в 4 раза, а номинальный ток автомата с обратно зависимой от тока характеристикой не менее чем в 6 раз. Требования к защите автоматики с электромагнитными расщепителями для взрывоопасных установок те же, что и для невзрывоопасных. При применении автоматических выключателей с комбинированным расцепителем, состоящим из теплового и электромагнитного элементов, для отключения однофазного короткого замыкания достаточно обеспечить срабатывание только теплового элемента, требующего по сравнению с электромагнитным элементом меньшей величины тока замыкания.

Величину тока однофазного короткого замыкания в А, возникающего в петле фаза - нулевой провод при однофазном замыкании на корпус, определяют по формуле

 

где   Uф - фазовое напряжение сети, В;

r_ф и r_н - активное сопротивление фазных и зануляющих проводников, Ом;

x - реактивное  сопротивление, Ом (определяется  только для электропроводок в  стальных трубах);

Zт/3 - сопротивление  трансформатора, Ом.

Значения активных сопротивлений жил проводов и  кабелей и алюминиевой оболочки трехжильных кабелей, используемой в качестве зануляющего проводника, приведены в табл. XV.1 (реактивное сопротивление не учитывается в  силу его незначительности). Сопротивления даны при температуре нагрева жил при полной токовой нагрузке, допускаемой по нормам (для проводов и кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией 70° C, для кабелей с бумажной изоляцией 80° C).

Величины активного  и реактивного сопротивлений  стальных труб электропроводки, используемых в качестве зануляющих проводников, приведены в табл. XV.2. Поскольку удельное сопротивление стальных труб зависит от величины проходящего по ним тока, приведенные в таблице значения активных и реактивных сопротивлений определены по величине тока однофазного короткого замыкания, который может пройти по петле фаза - нуль при указанных в таблице сечениях проводов и диаметров труб.

 

 

 

 

Для выбора зануляющих проводников из полосовой стали в табл. XV.3 приведены размеры стальных полос, эквивалентных по проводимости алюминиевым и медным проводам указанных в таблице сечений.

Расчетные сопротивления  трансформаторов Zт/3 при вторичном  напряжении 400/230 В приведены в  табл. XV.4.

 

 

 

 

     Пример. Во взрывоопасном помещении установлен электродвигатель мощностью 40 кВт, с номинальным током Iн = 77 А и пусковым током Iп = 577 А. Электродвигатель присоединен к распределительному щиту кабелем длиной 95 м. Питание щита осуществляется от трансформатора мощностью 630 кВ·А кабелем длиной 30 м, сечением 3¤95+1¤35 мм² с алюминиевыми жилами. Трансформатор имеет соединение звезда - звезда с выведенным нулем.

Требуется выбрать  марку кабеля, сечение жил и  защитный аппарат к электродвигателю; проверить действие защиты при замыкании фазы на корпус электродвигателя.

Решение. Выбираем к электродвигателю кабель ВБВ с медными жилами сечением 3¤25+11¤16 мм², с допускаемой нагрузкой 105 А, что составляет 138% номинального тока электродвигателя (по ПУЭ требуется не менее 125%). В качестве защитного аппарата устанавливается автоматический выключатель А3124 на номинальный ток 100 А, с комбинированным расцепителем — тепловым на 100 А для защиты от перегрузки и электромагнитным для защиты от токов короткого замыкания с установкой мгновенного срабатывания на 800 А. При пуске электродвигателя автомат не отключится, так как пусковой ток электродвигателя 577 А, а электромагнитный расцепитель срабатывает при 800 А.

Для проверки действия защиты при однофазном коротком замыкании на корпус электродвигателя определим суммарное сопротивление петли фаза - нуль.

1. Сопротивление  трансформатора 630 кВ·А 0,043 Ом;

2. Активное сопротивление  фазных шин алюминиевого кабеля 95 мм² = 0,408 Ом/км; сопротивление нулевой жилы 35 мм2 = 1,11 Ом/км (табл. XV.1). Сопротивление на участке длиной 30 м (0,030 км): фазной жилы 95 мм² ... 0,408·0,03 = 0,01224 Ом; нулевой жилы 35 мм² ... 1,110·0,03=0,03330 Ом.

3. Активное сопротивление  фазных жил медного кабеля 25 мм² = 0,888 Ом/км; сопротивление нулевой жилы 16 мм² = 1,39 Ом/км. Сопротивление на участке 95 м (0,095 км):

фазной жилы   25 мм², ..... 0,888·0,095 = 0,08436 Ом,

нулевой жилы 16 мм² ..... 1,390·0,095 = 0,13205 Ом.

4. Полное сопротивление  петли фаза—нуль:

Rп = 0,043 + 0,01224 + 0,03330 + 0,08436 + 0,13205 = 0,30495 Ом.

Ток однофазного  короткого замыкания определится  по формуле (IV.1):

 

что превышает  номинальный ток теплового элемента расщепителя автоматического выключателя  в