Начертить схему трехфазной четырехпроводной трехфазной четырех проводной питающей сети системы ТN с подключенной электроустановкой (выбрать вариант типа системы заземления TN-C или TN-C-S).
Требуется:
1. Согласно выбранному варианту питающей сети определить напряжение на корпусе электроустановки относительно земли в момент замыкания фазы на корпус:
а) без повторного заземления нулевого защитного проводника;
б) с повторным заземлением нулевого защитного проводника (PEN в системе TN-C или PE в системе TN-C-S).
2. Определить ток короткого замыкания и проверить, удовлетворяет ли он условию для перегорания плавкой вставки предохранителя:
IКЗ ≥ 3IН,
где IН ток плавкой вставки, проверить для IН = 20, 30, 50, 100 А.
3. Определить напряжение на корпусе электроустановки относительно земли при замыкании фазы на корпус и неисправности нулевого рабочего PEN проводника (до и после места обрыва).
4. Определить ток, проходящий через тело человека по п.3:
а) без повторного заземления нулевого защитного проводника;
б) с повторным заземлением нулевого защитного проводника (PEN в системе TN-C или PE в системе TN-C-S).
5. Определить напряжение прикосновения на корпусе электроустановки при замыкании одной из фаз на землю и без применения повторного заземления нулевого защитного проводника (начертить схему).
6. Рассчитать заземляющее устройство, состоящее из n индивидуальных заземлителей, так, чтобы Rз не превышало 4 Ом.
7. Сформулировать выводы.
Исходные данные:
Вариант 55
RП = 10 Ом
ZП = 2,4 Ом
ZН = 1,2 Ом
RЗМ = 50 Ом
l = 2,0 Ом
d =0,05 м
t = 2,0 м
ηЗ = 0,73
UФ = 220 В
ρ = 50 Ом∙м (вид грунта)
Решение
Рисунок 1 Случай замыкания фазы на землю в трехфазной четырехпроводной сети до 1000 В с изолированной (а) и заземленной (б) нейтралями
Назначение заземления нейтрали — снижение до безопасного значения напряжения относительно земли нулевого провода (и всех присоединенных к нему корпусов) при случайном замыкании фазы на землю.
Построенная с использованием глухозаземленной нейтрали, система заземления TN характеризуется подключением функционального «ноля» — проводника N (нейтрали) к контуру заземления, оборудованному рядом с трансформаторной подстанцией. Очевидно, что в данной системе заземление нейтрали посредством специального компенсаторного устройства — дугогасящего реактора не используется. На практике применяются три подвида системы TN: TN-C, TN-S, TN-C-S, которые отличаются друг от друга различными способами подключения нулевых проводников «N» и «PE».
Рисунок 2 Система заземления TN-C
Для системы TN-C характерно объединение функционального и защитного нулевых проводников. Классической TN-C системой является традиционная четырехпроводная схема электроснабжения с тремя фазными и одним нулевым проводом. Основная шина заземления в данном случае – глухо заземленная нейтраль, с которой дополнительными нулевыми проводами необходимо соединить все открытые детали, корпуса и металлические части приборов, способные проводить электрический ток.
Данная система имеет несколько существенных недостатков, главный из которых – утеря защитных функций в случае обрыва или отгорания нулевого провода. При этом на неизолированных поверхностях корпусов приборов и оборудования появится опасное для жизни напряжение. Так как отдельный защитный заземляющий проводник PE в данной системе не используется, все подключенные розетки земли не имеют. Поэтому используемое электрооборудование приходится занулять – соединять корпусные детали с нулевым проводом.
Рисунок 3 Принципиальная схема TN-C-S (содержит электроустановку, плавкие предохранители, зануление, повторное заземление нулевого защитного проводника)
При занулении корпуса электрооборудования соединяются с нулевым проводом. Зануление превращает замыкание на корпус, в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита и селективно отключается поврежденный участок сети
. Зануление снижает потенциалы корпусов, появляющиеся в момент замыкания на корпус или землю.
Рисунок 4 Схема, несодержащая повторного заземления нулевого защитного проводника, а одна из фаз замыкается на землю через сопротивление растеканию тока Rзм
1). Ток короткого замыкания:
IКЗ = UФZП
где ZП сопротивление петли фаза-нуль, учитывающее величину сопротивления вторичных обмоток трансформатора, фазного провода, нулевого провода, Ом;
UФ фазное напряжение, В.
IКЗ = 2202,4 = 91,7 А
IКЗ ≥ 3IН,
где IН ток плавкой вставки, проверим для IН = 20, 30, 50, 100 А
Условие IКЗ ≥ 3IН будет выполняться для IН = 30,5 А и менее, соответственно ток короткого замыкания удовлетворяет условию ПУЭ для перегорания плавкой вставки предохранителя, пpи IН = 20 или 30 А.
2). Напряжение корпуса относительно земли без повторного заземления:
UЗ = Iкз · ZН
где ZН сопротивление нулевого провода, Ом
UЗ = 91,7·1,2=110 В
3). Напряжение корпуса относительно земли с повторным заземлением нулевого провода:
UЗП = UзRП+R0·RП
где R0 , RП соответственно сопротивления заземления нейтрали и повторного заземления нулевого провода, причем R0 = 4 Ом.
UЗП = 11010+4 ·10 = 78,6 В
Повторное заземление нулевого провода снижает напряжение на корпусе в момент короткого замыкания, особенно при обрыве нулевого провода.
4). При обрыве нулевого провода и замыкании на корпус за местом обрыва напряжения корпусов относительно земли:
без повторного заземления нулевого провода для
а) корпусов, подключенных к нулевому проводу за местом обрыва,
U1= UФ=220В, I1 = UфRh = 2201000=0,22А,
где Rh= 1000 Ом сопротивление тела человека;
б) корпусов, подключенных к нулевому проводу перед местом обрыва, U2 = 0, I2 =0А;
с повторным заземлением нулевого провода для
в) корпусов, подключенных к нулевому проводу за местом обрыва
U1=Uф∙RПR0+RП
U1= 220·104+10 = 157,1 В
I1 = U1Rh = 157,11000 = 0,157 А
г) корпусов, подключенных к нулевому проводу перед местом обрыва
U2=Uф∙R0R0+RП
U2= 220·44+10 = 62,9 В
I2 = U2Rh = 62,91000 = 0,063 А
5. Напряжение на корпусе зануленного оборудования при случайном замыкании фазы на землю (без повторного заземления нулевого провода)
UПP = Uф∙R0R0+RЗМ
где R0 сопротивление заземления нейтрали, R0 = 4 Ом;
RЗМ сопротивление в месте замыкания на землю фазного провода
UПP = 220·44+50 = 16,29 В
6
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
