Выполнить расчёт зануления в электрической сети с линейным напряжением 380 В

Зануление — это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок, не находящихся в нормальном состоянии под напряжением, с глухозаземлённой нейтральной точкой генератора или трансформатора в сетях трёхфазного тока; с глухозаземлённым выводом источника однофазного тока; с заземлённой точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.
Защитное зануление является основной мерой защиты от поражения электрическим током при возможном прикосновении человека в электроустановках до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью.
Рис. 3. Принципиальная схема зануления в трехфазной сети до 1000 В
Рис. 4. Схемы замещения для расчета зануления:
а – полная; б,в - упрощенные
Принцип работы зануления: если напряжение (фазный провод) попадает на соединённый с нулём металлический корпус прибора, происходит короткое замыкание. Сила тока в цепи при этом увеличивается до очень больших величин, что вызывает быстрое срабатывание аппаратов защиты (автоматические выключатели, плавкие предохранители), которые отключают линию, питающую неисправный прибор. В любом случае, ПУЭ регламентируют время автоматического отключения повреждённой линии. Для номинального фазного напряжения сети 400/230 оно не должно превышать 0,4 с.
Зануление осуществляется специально предназначенными для этого проводниками . При однофазной проводке — это, например, третья жила провода или кабеля.
Для того, чтобы отключение аппарата защиты произошло в предусмотренное правилами время, сопротивление петли «фаза-ноль» должно быть небольшим, что, в свою очередь, накладывает на все соединения и монтаж сети жёсткие требования качества, иначе зануление может оказаться неэффективным.
Помимо быстрого отключения неисправной линии от электроснабжения, благодаря тому, что нейтраль заземлена, зануление обеспечивает низкое напряжение прикосновения на корпусе электроприбора. Это исключает вероятность электротравм человека. Поскольку нейтраль заземлена, зануление можно рассматривать как специфическую разновидность заземления.
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, а так же на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю и на корпус.
Для расчета необходимых параметров вычислим номинальный ток трехфазной сети, питающей двигатель по его мощности и питающему напряжению:
Iномдв = Рдвг/(3 ∙ U) = 22000/(1,73 ∙ 380) ≈ 34 А.
Условие надежного срабатывания защиты:
Iкз ≥ k∙Iном
где Iкз –ток короткого замыкания, А;
Iном – номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автомата, А;
k – коэффициент защиты (k = 3 – для плавких предохранителей; k = 4 – для взрывоопасных помещений, k = 1,25...1,4 – для автоматов защиты).
Таким образом для защиты по току двигателя из справочника выбираем плавкие предохранители ПН2-100 имеющие следующие параметры:
U = 380 В; Ток патрона Iпат = 200 А; Ток плавкой вставки Iном = 60 А.
Таким образом необходимо обеспечить:
Iкз ≥ 3 ∙ 60 = 180 А.
Активное сопротивление фазного и нулевого проводов определим по формуле, задавшись сечением, длиной, материалом проводников:
Rф = ρ lS
где l – длина провода, м;
S – сечение провода, мм2;
ρ – удельное сопротивление проводника, (для медных проводников 0,018 Ом∙мм2м).
Для фазного и нулевого проводов по номинальному току двигателя выбираем медные провода сечением S = 10 мм2 рассчитанные на ток 50 А и мощность 33 кВт.
Тогда получаем:
Rф = 0,018 ∙ 40010 = 0,72 Ом.
Определим сопротивления фазного и нулевого проводников по формуле:
Zф- н = UIкз - Zтр3 = 220180 - 0,4873 ≈ 1 Ом.
где Uф – фазное напряжение, В;
Iкз – ток короткого замыкания, А;
Zтр – сопротивление питающего трансформатора, (по справочным данным [8] для трёхфазного масляного трансформатора с высшим линейным напряжением 10 кВ, схемой соединения обмоток Y/Yн и мощностью 160 кВА Zтр = 0,487 Ом).
Для упрощения расчета фазный и нулевой проводники принимаются выполненными из меди или алюминия