Принцип действия, область применения и устройство защитного зануления.

13. Принцип действия, область применения и устройство защитного зануления.

Защитное зануление—преднамеренное соединение открытых токопроводящих частей с глухозаземленной нейтралью в сетях трехфазного тока или с глухозаземленным выводом источника в сетях однофазного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

Зануление — это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (рис.).

Рис. Принципиальная схема зануления(система TN-C)

1 – корпус (открытая проводящая часть); 2 – аппараты защиты от токов короткого замыкания (предохранители, автоматические выключатели); R_о – сопротивление заземления нейтрали источника тока; R_п – сопротивление повторного заземления нулевого провода; I_к – ток короткого замыкания; I_{н –}часть тока короткого замыкания, протекающая через нулевой проводник; I_з – часть тока короткого замыкания, протекающая через землю; PE – нулевой защитный проводник; PEN – проводник, совмещающий функции защитного и нулевого рабочего проводников.

Для зануления в первую очередь используют РЕN-проводники. К ним с помощью РЕ-проводников подключают корпуса электроустановок (система TN- C-S). Если корпус зануленной электроустановки попадает под фазное напряжение U_ф, то происходит однофазное короткое замыкание между нулевым и фазным проводами. При этом перегорает плавкийпредохранитель или срабатывает автоматический выключатель и происходит отключение поврежденного участка цепи. До того как сработает токовая защита, через человека, не вызывая поражения, проходит незначительный ток.

На опорах воздушных линий (ВЛ) ввода в здания, где используется система зануления, а также в начале и в конце ВЛ 400/230 В и их ответвлениях и т. д. с целью обеспечения в первую очередь эффективности зануления применяются повторные заземления нулевого провода. Эти заземленияобъединяют с грозозащитным заземлением (крюки фазных проводов).

Принцип действия зануления — превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (между фазным и нулевым проводником) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и автоматически отключить поврежденное электрооборудование от питающей сети. В качестве отключающих аппаратов используются: плавкие предохранители, автоматические выключатели, магнитные пускатели.

Чем больше ток однофазного короткого замыкания I_кз, тем быстрее и надежнее произойдет отключение поврежденного потребителя. Исходя из надежности отключения, ток однофазного короткого замыкания I_кз должен значительно превышать уставку защиты, т.е. должно выполняться условие:

			(1)

где	– номинальный ток защитного аппарата (номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания расцепителя автоматического выключателя);
	– коэффициент кратности тока КЗ по отношению к номинальному току аппарата защиты:
		– при защите предохранителями или автоматическими выключателями с тепловым расцепителем;
		– при защите автоматическими выключателями с электромагнитными расцепителями с номинальным током I_н<100А;
		– при защите автоматическими выключателями с электромагнитными расцепителями и номинальным током I_н>100А.

Кроме того, заземление корпусов через нулевой защитный проводник снижает в аварийный период их напряжение относительно земли.

Таким образом, зануление осуществляет два защитных действия – быстрое автоматическое отключение поврежденной установки от питающей сети и снижение напряжения зануленных металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжением, относительно земли.

Область применения зануления – трехфазные, четырехпроводные сети до 1000 В с глухозаземленной нейтралью источника тока, в том числе, наиболее распространенные сети 380/220 В, а также, сети 220/127 В и 660/380 В.

Из рисунка 1 видно, что для схемы зануления необходимы нулевой защитный проводник (РЕ), глухое заземление нейтрали (R_o), повторное заземление нулевого защитного проводника (R_n).

Область применения зануления:

электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных сетях переменного тока с заземленной нейтралью (система TN – S; обычно это сети 230/127, 400/230, 660/400 В);

электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных сетях переменного тока с заземленным выводом;

электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях постоянного тока с заземленной средней точкой источника.

Защитный эффект зануления состоит в уменьшении длительности замыкания на корпус и, следовательно, в снижении времени воздействия электрического тока на человека. Если корпус зануленной электроустановки попадает под фазное напряжение, то происходит однофазное короткое замыкание между нулевым и фазным проводами. При этом перегорает плавкийпредохранитель или срабатывает автоматический выключатель и происходит отключение поврежденного участка цепи. До того как сработает токовая защита, через человека, не вызывая поражения, проходит незначительный ток.

Для эффективного срабатывания зануления необходимо, во-первых чтобы

I_к.з. ≥ К · I_н

Во-вторых, нулевой провод должен иметь повторное заземление. Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника — уменьшение опасности поражения людей электрическим током, возникающей при обрыве этого проводника и замыкании фазы на корпус за местом обрыва. В таком аварийном режиме напряжение относительно земли оборванного участка нулевого проводника и всех присоединенных к нему корпусов окажется равным фазному напряжению сети U_ф. Это напряжение будет существовать в течение длительного времени, пока не будет обнаружено. Если же нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление R_n, то при его обрыве сохранится цепь, ток через землю I_к.з., в результате чего напряжение зануленных корпусов за местом обрыва значительно снизится.

В-третьих, требуется тщательная прокладка нулевого защитного проводника, чтобы исключить возможность его обрыва по любой причине. Поэтому в нулевом защитном проводнике в отличие от нулевого рабочего проводника запрещается ставить предохранители, рубильники и другие приборы, которые могут нарушить его целостность.

Сопротивление заземления нейтрали R₀ должно быть таким, чтобы в случае замыкания какой-либо фазы на землю напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к зануленному корпусу, не превышало допустимого напряжения прикосновения. Для снижения напряжения на корпусе необходимо уменьшать сопротивление нулевого провода (увеличив его сечение, или проложив параллельно несколько проводников, или применять повторное заземление нулевого провода).

Общее сопротивление заземления нейтрали и всех повторных заземлений нулевого провода должно быть не более 8, 4 и 2 Ом соответственно при линейных напряжениях 220, 380 и 660 В источника трехфазного тока или 127, 220 и 380 В источника однофазного тока.

Применение заземления корпуса без зануления электроустановки в сетях с глухозаземленной нейтралью недопустимо, так как при пробое изоляции и замыкании фазы на корпус в цепь будут включены два сопротивления R₃ и R₀, значительно снижающие ток замыкания I_к.з. и его может оказаться не достаточно для перегорания плавкой вставки или срабатывания автоматического защитного устройства. В этом случае корпус электроустановки окажется под напряжением U_np = I_к.з.∙R₃, величина которого может превысить предельно допустимые значения для прикосновения человека.

Также является недопустимым использованием в сети с глухозаземленной нейтралью соединение части корпусов электроустановок с нулевым проводом с частями, заземленными на отдельные заземлители, так как при замыкании на одном из корпусов электроустановок, подсоединенных к отдельному заземлителю R₃, напряжение на нем достигает опасной величины. В этом случае корпуса электроустановок, правильно подсоединенных к нулевому проводу, также окажутся под опасным напряжением относительно земли.

Зануление должно быстро отключать поврежденную электроустановку от сети и обеспечивать безопасность прикосновения человека к зануленному корпусу в аварийный период. В соответствии с этим зануление должно быть рассчитано на отключающую способность, а также на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю (расчет заземления нейтрали) и на корпус (расчет повторного заземления).

Экспериментально проверять эффективность зануления необходимо перед приемкой в эксплуатацию нового или после капитального ремонта зануленного электрооборудования, но не реже 1 раза в 5 лет. Для этого в сетях 380/220 В используются приборы «Измеритель тока короткого замыкания Щ-41160», ЭКО-200, и др. Полученное значение тока I_к проверяют по вышеприведенному условию.

Принцип действия, область применения и устройство защит­ного зануления.

Принцип действия, область применения и устройство защитного зануления.