РАСЧЕТ защитного ЗАНУЛЕНИЯ

РАСЧЕТ защитного ЗАНУЛЕНИЯ

 

Методическое пособие по курсу

“Безопасность жизнедеятельности”

для студентов, обучающихся

по всем направлениям МЭИ(ТУ)

 

Москва                      Издательство МЭИ                 2005

 

УДК

Утверждено учебным управлением МЭИ

Рецензенты:    кандидат технических наук, доцент А.В. Каралюнец

 

Подготовлено на кафедре инженерной экологии и охраны труда

Маслова Т.Н., Новиков С.Г., Королев И.В., Пахарь А.Г.

Расчет защитного зануления. Методическое пособие по курсу «Безопасность жизнедеятельности». –М.:МЭИ, 2005 -46с.

 

 

В пособии приведены виды и классификация электрических сетей. Рассмотрен принцип действия защитного зануления. Изложен метод расчета защитного зануления на отключающую способность. Приведены варианты заданий и справочный материал для практических занятий по курсу «Безопасность жизнедеятельности».

Для студентов всех направлений.

 

________________________________________________________

                                                    Учебное издание

 

Татьяна Николаевна Маслова, Сергей Георгиевич Новиков, Илья Викторович Королев, Алексей Георгиевич Пахарь

 

Расчет защитного зануления

 

Методическое пособие по курсу

«Безопасность жизнедеятельности»

для студентов всех направлений

 

Редактор издательства

ЛР № 020528 от 05.06.97 г.

Темплан издания МЭИ 2005 , метод. Подписано в печать

Формат 60х90/16.     Печать офсетная.  Усл. печ. л.

Тираж 300 экз.                                               Заказ

 Отпечатано в типографии ВИМИ 123584, Москва, Волоколамское шоссе, 77

Ó Московский энергетический институт, 2005

 

Оглавление

 

 

Введение	4
1. Виды электрических сетей	5
1.1  Классификация электрических сетей	5
2. ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ	10
2.1. Назначение, принцип действия, область применения	10
2.2. Назначение нулевого защитного проводника	12
2.3. Назначение заземления нейтрали обмоток источника тока	14
2.4. Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника	16
3. Расчет защитного зануления	21
3.1. К расчету зануления на отключающую способность	22
3.2. Оценка эффективности системы автоматического отключения питания (защитного зануления) в сети типа TN	26
3.2.1. Характеристики аппаратов МТЗ	27
4.Контрольные вопросы	30
5. Пример расчета	31
6. Задание Для проведения практического занятия	36
Приложение 1	39
Приложение 2	43
Библиографический список	46

ВВЕДЕНИЕ

    В настоящее время невозможно представить современное производство и быт без большого количества электроустановок. Тесное повседневное общение с большим количеством разнообразных электроприборов, машин и аппаратов, влечет за собой увеличение риска поражения человека электрическим током, в том числе и в случае возникновения аварийных режимов (повреждение изоляции, замыкание на корпус токоведущих частей установки и т.д.). Таким образом, современный специалист должен хорошо ориентироваться в вопросах обеспечения электробезопасности.

    Одним из основных нормативно-технических документов, регламентирующих вопросы электробезопасности, являются Правила устройства электроустановок (ПУЭ). В 2002 году вышла новая редакция раздела 1 «Общие правила» (главы 1.1, 1.2, 1.7, 1.9). Изменения коснулись классификации типов питающих электрических сетей (классификация приведена в соответствие с требованиями Международной Электротехнической Комиссии (МЭК)). Кроме того, были введены новые понятия и изменены критерии расчета защитного зануления. Таким образом, большинство существующей учебно-методической литературы, посвященной вопросам защитного зануления, использует устаревшую терминологию и критерии расчета защитного зануления. Настоящее пособие составлено с учетом современных требований ПУЭ. При составлении пособия особое внимание было уделено вопросам, вызывающим затруднение у студентов при их изучении.

    Пособие содержит основные сведения теоретического характера, расчетные формулы, справочные данные и задания для проведения практических занятий. Наряду с этим, пособие можно использовать при выполнения практических расчетов защитного зануления, необходимых при выполнении соответствующих разделов дипломных работ.

Виды электрических сетей.

Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) определено понятие “Электроустановка”.

Электроустановкой принято называть совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и по­мещениями), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, распределения электрической энергии и преобразования ее в другие виде энергии.

Все электроустановки по условиям электробезопасности подразделя­ются на:

• электроустановки напряжением до 1 кВ с заземленной нейтра­лью;
• электроустановки напряжением 1кВ с изолированной нейтра­лью;
• электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с эффек­тивно заземленной нейтралью (с большими токами замыка­ния на землю);
• электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолиро­ванной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю).

Рис. 1.1. Система TN-C

Система TN-S – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой ра­бочий проводники разделены на всем ее протяжении (см. рис.1.2).

Рис. 1.2. Система TN-S

Система TN-C-S – система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в ка­кой-то ее части, начиная от источника электроэнергии (см. рис. 1.3).

Рис.1.3. Система TN-C-S

Система IT – система, в которой нейтраль источника электроэнергии изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющее большое сопротивление, а открытые проводящие части элек­троустановки заземлены (см. рис.1.4). В этом случае защитный зазем­ляющий проводник обозначается так же, как и нулевой защитный про­водник, т.е. PE – проводник.

Рис. 1.4. Система IT

Система TT – система, в которой нейтраль источника электро­энергии глухо заземлена, а открытые проводящие части электроуста­новки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника.

 

 

Защитное Зануление

 

Расчет защитного зануления

Расчет зануления имеет целью определить условия, при кото­рых оно надежно выполняет возложенные на него задачи - быстро от­ключает поврежденную установку от сети и в то же время обеспечивает безопасность прикосновения человека к зануленному корпусу в аварий­ный период. В соответствии с этим зануление рассчитывают на отклю­чающую способность. При этом в соответствии с ПУЭ должны выпол­няться следующие требования.

В системе TN время автоматического отключения питания не должно превышать значений, указанных в таблице 3.1

Таблица 3.1.

Таблица 3.2

Таблица 3.3

Пример расчета

Исходные данные:

Мощность потребителя P = 12 кВт

Количество потребителей n=6

Длина питающего кабеля от распределительного щита до потребителя (кабель Б) L=150 м (все кабели проложены в одном коробе)

Длина питающего кабеля от трансформатора до распределительного щита (кабель А) Lтр=200 м (кабель проложен открыто в воздухе)

Материал провода – медь (r=0,018 Ом*мм²/м)

Трансформатор S=100 кВА

Коэффициент использования К_И=0,5

Категория автоматического выключателя – D

 

1. Определяем ток нагрузки

 

1.1. Рабочий ток одного потребителя

 

I _н = P /3* U _ф * cos j * h = 23,77 А ,  (5.1)

 

где P- мощность, Вт

U _ф- фазное напряжение 220 В

I _н – рабочий ток одного потребителя

cos j - 0,85 (для асинхронных двигателей)

h - КПД 0,9 (для асинхронных двигателей)

1.2. Рабочий ток группы потребителей (ток, протекающий по ка­белю от трансформатора к распределительному щиту)

 

I _S = I _н * n *К_И=71,3 А ,                (5.2)

 

где I _н – рабочий ток одного потребителя;

n – количество потребителей;

К_И – коэффициент использования;

I _S - рабочий ток группы потребителей

 

2. Определяем сечение провода.

 

В соответствии с требованиями ПУЭ на допустимый длительный ток для трехжильных проводов и кабелей, проложенных в воздухе (см. приложение 1, табл. П.2.) определяем сечение фазных жил кабеля А:

 

Сечение кабеля А: S _А=16 мм²

 

В соответствии с требованиями ПУЭ на допустимый длительный ток для трехжильных проводов и кабелей, проложенных в коробе (см. приложение 1, табл. П.3., П.4.) определяем сечение фазных жил кабеля Б (провода могут быть проложены многослойно и пучками (см. примечание к табл. П.3., П.4., приложение 1) :

 

Сечение фазной жилы кабеля Б: S_Б=4 мм²

 

Сечение нулевых защитных (PE) проводников будет равно сечению фаз­ных жил, как для кабеля А, так и для кабеля Б (см. табл. 3.2)

 

3. Определяем номинальные токи автоматических выключателей

 

Выбираем из существующего ряда номиналов: 5; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 40 (А)

 

Номинальный ток автоматического выключателя : 25 А

 

4. Расчет активного и индуктивного сопротивления проводников.

 

    4.1. Расчет диаметра жил

    По формуле 3.8 получим:

Для кабеля А: d _{А L} = d _{А PE}=4,5 мм

Для кабеля Б : d _{Б L} = d _{Б PE}=2,3 мм

 

    4.2. Расчет расстояния между жилами

    По формуле 3.9 получим:

Для кабеля А: D _А= 7,9 мм

Для кабеля Б: D _Б= 5,7 мм

 

4.3. Расчет активного сопротивления жилы

По формуле 3.5 для медного кабеля с учетом увеличения сопро­тивления при нагреве, получим:

Для кабеля А : r _{А L} = r _{А PE}=0,27 Ом

Для кабеля Б : r _{Б L} = r _{Б PE}=0,81 Ом

Так как сечение фазных и нулевых защитных проводников равны, то и их сопротивления, то же будут равны.

 

4.4. Расчет индуктивного сопротивления жилы

По формуле 3.6 рассчитаем внутреннее индуктивное сопротивле­ние кабеля, по формуле 3.10 – внутреннее индуктивное сопротив­ление кабеля, а суммарное индуктивное сопротивление по формуле 3.11:

Для кабеля А: X _А=0,020 Ом

Для кабеля Б: X _Б=0,022 Ом

 

    4.5. Расчет полного сопротивления петли «фаза-нуль»

    По формуле 3.4 получим:

 

z _П=2,16 Ом.

 

5. Расчет тока короткого замыкания

    По формуле 3.3 получим (z_т – сопротивление обмоток трансформа­тора (определяется по мощности трансформатора и схеме соединения обмоток в данном случае z_т=0,226 Ом (см. приложение 1, табл. П.1.))):

 

I к=98,4 А.

 

6. Определение времени отключения

Находим кратность тока короткого замыкания к номинальному току автоматического выключателя: I к/ I ном=4,14.

Время срабатывания автоматического выключателя типа «D» при такой кратности тока короткого замыкания к номинальному составит от 3 до 8 с (сработает только тепловой расцепитель) (см. приложение 2, рис П.3.). Время отключения, обеспечивающее безопасность человека, составляет 0,4 с (см. табл. 3.1). Можно сделать вывод о неэффективности, в данном случае, системы защитного зануления.

 

7. Расчет ожидаемого напряжения прикосновения.

 

    Ожидаемое напряжение прикосновения – это напряжение между одновременно доступными прикосновению проводящими частями, когда человек их не касается.

    В случае зануленного корпуса в сети типа TN и отсутствия повтор­ного заземления НЗП ожидаемое напряжение прикосновения будет равно напряжению на зануленном корпусе, относительно земли. Это напряже­ние можно рассчитать по формуле 2.3

 

    7.1. Расчет полного сопротивления участка нулевого защитного про­водника, обтекаемого током I к

 

=1,08 Ом.

 

    7.2. Расчет ожидаемого напряжения прикосновения

 

=106,3 В

 

    Время, в течение которого человек может находиться под воздейст­вием такого напряжения, составляет менее 0,5 с (см. приложе­ние 1, табл. П.5.). Отключение же поврежденной электроустановки про­изойдет за время от 3 до 8 с (см. п. 6).

Вывод: безопасность человека в рассматриваемой сети не обеспечена.

 

8. Расчет значения сопротивления повторного заземления нулевого за­щитного проводника

 

    На основании формул 2.5 – 2.7

. (4.3)

 

    Для U пр.доп_.= 50 В и r ₀=4 Ом получим r _п£ 3,55 Ом

 

    Одной из возможных мер, позволяющих обеспечить безопасность человека, является повторное заземление нулевого защитного провод­ника.

 

 

6. Задание Для проведения практического занятия

 

Электрическая сеть (см. рис 6.1.), состоящая из силового трансформа­тора (Тр-р), распределительного щита (РЩ) и 10 потребителей (№1-№10). Длина ка­беля от трансформатора до распределительного щита – Lт (см. табл. 6.1.) (кабель проложен открыто в воздухе), длина кабеля от распределительного щита до первого потребителя (см. табл. 6.1.) – L, до второго – 0,9L, и т.д. Кабели от распределительного щита до потребителей проложены совместно в одном коробе. Известно так же, что потребители представляют со­бой асинхронные электродвигатели одинаковые по мощности. Заданы сле­дующие характеристики двигате­лей: мощность (см. табл. 6.1.) (P), КПД h=0,9, cosj = 0,85. Кроме того за­дана мощность силового трансформатора (Sтр) и ко­эффициент использования. Защита потребителей выполнена автоматическими выключа­телями типа «D».

Для своего варианта задания:

1. Выбрать сечение кабелей, исходя из рабочих токов;

2. Оценить эффективность системы зануления для потребителей 1-10;

3. Рассчитать ожидаемое напряжение прикосновения для потребите­лей 1-10;

Если система зануления не обеспечивает безопасность человека при кос­венном прикосновении, то:

1. Рассчитать значение сопротивления повторного заземления нуле­вого за­щитного проводника, обеспечивающего значение напряже­ния при­косновения ниже допустимого;

2. Предложить меры для рассмат­риваемой сети, обеспечивающие безо­пасность человека при косвенном прикосновении.

рис. 6.1. Схема электрической сети

Таблица 6.1.

Варианты задания

№ п/п	P, Вт	L,м	Lт, м	Sтр, кВА	коэффициент использования
1	2000	90	200	100	0,7
2	2500	90	200	100	0,7
3	3000	90	200	100	0,7
4	3500	90	200	100	0,7
5	4000	90	200	100	0,7
6	2000	110	190	63	0,8
7	2500	110	190	63	0,8
8	3000	110	190	63	0,8
9	3500	110	190	63	0,8
10	4000	110	190	63	0,8
11	4500	110	190	63	0,8
12	2000	120	150	40	0,6
№ п/п	P, Вт	L,м	Lт, м	Sтр, кВА	коэффициент использования
13	2500	120	150	40	0,6
14	3000	120	150	40	0,6
15	3500	120	150	40	0,6
16	4000	120	150	40	0,6
17	2000	130	180	160	0,7
18	2500	130	180	160	0,7
19	3000	130	180	160	0,7
20	3500	130	180	160	0,7
21	4000	130	180	160	0,7
22	4500	130	180	160	0,7
23	5000	130	180	160	0,7
24	2000	100	250	100	0,9
25	2500	100	250	100	0,9
26	3000	100	250	100	0,9
27	3500	100	250	100	0,9
28	4000	100	250	100	0,9
29	2000	170	190	63	1
30	3000	170	190	63	1

 

 

Приложение 1

 

Таблица П.1.

Приближенные значения расчетных полных сопротивлений (Zт) обмоток масляных трехфазных трансформаторов с обмотками низшего напряже­ния 400/230 В, Ом

Мощность трансформатора,	Номинальное напря­жение обмоток выс­шего напряжения,	Zт при схеме соединения об­моток
кВ*А	кВ	Y/Yн	r/Yн
25	10(6)	3,110	0.906
40	10(6)	1,949	0,562
63	10(6)	1,237	0,360
	35(20)	1,136	0,407
100	10(6)	0,799	0,226
	35(20)	0,764	0,327
160	10(6)	0,487	0,141
	35(20)	0,478	0,203
250	10(6)	0,312	0,090
	35(20)	0,305	0,130
400	10(6)	0,195	0,056
	35(20)	0,191	-
630	10(6)	0,129	0,042
	35(20)	0,121	-
1000	10(6)	0,081	0,027
	35(20)	0,077	0,032
1600	10(6)	0,054	0,017
	35(20)	0,051	0,020

 

Таблица П.2.

Длительно допустимые токи для трехжильных проводов и кабелей,

про­ложенных открыто

Сечение проводя­щей	Ток, А
жилы, мм2	алюминиевая жила	медная жила
1,5	-	19
2,5	19	25
4	27	35
6	32	42
10	42	55
16	60	75
25	75	95
35	90	120
50	110	145
70	140	180

 

Таблица П.3.

Длительно допустимые токи для многожильных проводов и кабелей с алюминиевой жилой, про­ложенных в коробе

Сечение	Ток, А
проводя­щей	Количество кабелей проложенных в коробе
жилы,	Многослойно и пучками1						Однослойно2
мм2	До 4	5-6	7-9	10-11	12-14	15-18	2-4	5
1,5	-	-	-	-	-	-	-	-
2,5	19	16	14	13	12	11	13	11
4	27	23	20	19	18	16	18	16
6	32	27	24	22	21	19	21	19
Таблица П.3. (продолжение)
Сечение	Ток, А
проводя­щей	Количество кабелей проложенных в коробе
жилы,	Многослойно и пучками1						Однослойно2
мм2	До 4	5-6	7-9	10-11	12-14	15-18	2-4	5
10	42	36	32	29	27	25	28	25
16	60	51	45	42	39	36	40	36
25	75	64	56	53	49	45	50	45
35	90	77	68	63	59	54	60	54
50	110	94	83	77	72	66	74	66
70	140	119	105	98	91	84	94	84

 

 

Таблица П.4.

Длительно допустимые токи для многожильных проводов и кабелей с медной жилой, про­ложенных в коробе

Сечение	Ток, А
проводя­щей	Количество кабелей проложенных в коробе
жилы,	Многослойно и пучками						Однослойно
мм2	До 4	5-6	7-9	10-11	12-14	15-18	2-4	5
1,5	19	16	14	13	12	11	13	11
2,5	25	21	19	18	16	15	17	15
4	35	30	26	25	23	21	23	21
6	42	36	32	29	27	25	28	25
10	55	47	41	39	36	33	37	33
16	75	64	56	53	49	45	50	45
25	95	81	71	67	62	57	64	57
35	120	102	90	84	78	72	80	72
Таблица П.4. (продолжение)
Сечение	Ток, А
проводя­щей	Количество кабелей проложенных в коробе
жилы,	Многослойно и пучками						Однослойно
мм2	До 4	5-6	7-9	10-11	12-14	15-18	2-4	5
50	145	123	109	102	94	87	97	87
70	180	153	135	126	117	108	121	108

Примечание: 1. Допустимо прокладывать провода и кабели в коробе многослойно и пучками только для питания отдельных электроприемников с коэффициентом использования до 0,7.

2. Для питания групп электроприемников и отдельных приемников с коэффициентом использования более 0,7 следует применять однослойную прокладку кабелей и проводов в коробе.

 

Таблица П.5.

Допустимые значения напряжения прикосновения и токов, проходящих через тело человека

	Время воздействия, с
	0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	свыше 1
U, В	550	340	180	135	120	105	95	85	75	65	60	20
I, мА	550	400	190	150	140	125	105	90	75	65	50	6

 

Приложение 2.

РАСЧЕТ защитного ЗАНУЛЕНИЯ

 

1234567Следующая ⇒

Поделиться: