Задача №1

Решение:

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.

При замыкании фазы на зануленный корпус ток короткого замыкания протекает по петле фаза – нуль.

Рисунок 2 – Схема зануления.

Где: A, B, C, – фазные провода;

N – нулевой рабочий проводник;

PE – нулевой защитный проводник;

ПП1, ПП2, ПП3 – плавкие предохранители;

ЭУ – электроустановка;

R₀ – сопротивление заземления нейтрали;

R_П – сопротивление повторного заземления.

1. Определить напряжение на корпусе оборудования при замыкании фазы на корпус:

а) при занулении оборудования:

, А,

где Z_П – сопротивление петли фаза – нуль, учитывающее величину сопротивления вторичных обмоток трансформатора, фазного провода, нулевого провода, Ом;

U_Ф – фазное напряжение, В.

U_з = I_к.з.∙Z_н = 91,6А ∙ 1,2Ом = 109,9В.

б) с повторным заземлением нулевого провода

В,

где: R₀, R_n – соответственно сопротивления заземления нейтрали и повторного заземления нулевого провода, причем R₀ = 4Ом.

2. Определить ток короткого замыкания и проверить, удовлетворяет ли он условию ПУЭ для перегорания плавкой вставки предохранителя:

I_к.з.≥ 3⸱I_Н,

где I_Н – ток плавкой вставки (номинальное значение тока, при котором происходит срабатывание элемента защиты), проверить для I_Н = 20; 30; 50; 100А.

I_H1 = 3 ⸱ 20A=60А;

91,6A > 60A - защитное устройство сработает.

I_H2 = 3 ⸱ 30А= 90А;

91,6A > 90A - защитное устройство сработает.

I_H3 = 3 ⸱ 50A=150А;

91,6A < 150A - защитное устройство не сработает.

I_H4 = 3 ⸱ 100A=300А;

91,6A < 300A - защитное устройство не сработает.

3. Определить потенциал корпусов при замыкании фазы на корпус и обрыве нулевого провода (до и после места обрыва).

а) без повторного заземления нулевого провода:

- за местом обрыва:

U₁ = U_Ф , следовательно U₁ = 220 В.

- перед местом обрыва:

U ₂ = 0.

б) с повторным заземлением нулевого провода:

- за местом обрыва:

- перед местом обрыва:

.

4. Определить ток, проходящий через тело человека, касающегося оборудования при замыкании фазы на корпус:

а) без повторного заземления нулевого провода:

- за местом обрыва:

- перед местом обрыва:

I₂ = 0А

б) с повторным заземлением нулевого провода:

- за местом обрыва:

- перед местом обрыва:

где: R_h – сопротивление тела человека, R_h = 1000Ом.

5. Определить напряжение прикосновения на корпусе зануленной установки при замыкании одной из фаз на землю (дать схему).

где: R₀ – сопротивление заземления нейтрали, R₀ = 4 Ом;

R_ЗМ – сопротивление в месте замыкания на землю фазного провода.

Рисунок 2 – Схема замыкания фазы на землю.

Где: A, B, C, – фазные провода;

N – нулевой рабочий проводник;

PE – нулевой защитный проводник;

ПП1, ПП2, ПП3 – плавкие предохранители;

ЭУ – электроустановка;

R₀ – сопротивление заземления нейтрали.

6. Рассчитать заземляющее устройство, состоящее из n индивидуальных заземлителей так, чтобы R₃ не превышало 4Ом.

Сопротивление одного заземлителя рассчитывается по формуле:

где ρ – удельное сопротивление грунта, Ом∙м (ссопротивление образца грунта объемом 1 м³);

ℓ - длина трубы, м;

d – диаметр трубы, м;

t – расстояние от поверхности земли до середины трубы, м.

Необходимое число заземлителей при коэффициенте экранирования η_э расчитывается по формуле:

где: R_З – требуемое сопротивление заземляющего устройства. R_З = 4 Ом.

7. Выводы:

Для надежного отключения аварийного участка необходимо, чтобы ток в короткозамкнутой цепи превосходил номинальный ток плавкой вставки, т. е. I_к.з. ≥ 3 I_H. Расчеты тока короткого замыкания показали, что I_к.з = 91,6 А. Следовательно номинальный ток плавкой вставки I_H должен быть ≤ 50А.

Повторное заземление нулевого провода снижает напряжение на корпусе в момент короткого замыкания, особенно при обрыве нулевого провода. U_З = 109,9В,U_З.п. = 54,9В.

Обрыв нулевого провода и замыкании на корпус при повторном его заземлении не обеспечивает надежной защиты от поражения электрическим током. Но при отсутствии повторного заземления обрыв нулевого провода представляет еще большую опасность.

Напряжение на корпусе зануленного оборудования при случайном замыкании фазы на землю, без повторного заземления нулевого провода составляет U_ПР = 13,75 В.

Для того, чтобы R_З не превышало 4Ом, зазамляющее устройство должно состоять из 17 индивидуальных заземлителей.