Нульового захисного проводу

Рисунок 14.5 – Принципова схема занулення

На рисунку 14.5 видно, що схема занулення потребує наявності нульового захисного провідника, заземлення нейтралі джерела струму і повторного заземлення нульового захисного провідника. Розрізняють нульовий захисний та нульовий робочий провідники. Схема електричної мережі із нульовим робочим і нульовим захисним провідниками наведена на рисунку 14.6.

Рисунок 14.6 – Електрична мережа з нульовим робочим і нульовим захисним провідниками

Нульовим захисним провідником називається провідник, який з'єднує занулені частини з глухозаземленою нейтральною точкою обмотки джерела струму. Нульовий захисний провідник призначений для створення кола з малим опором для струму короткого замикання, достатнього для спрацювання захисту та швидкого відключення пошкодженої установки від мережі живлення.

Нульовим робочим провідником називається провідник, який служить для живлення струмом електроприймачів та з'єднаний із глухозаземленою нейтральною точкою джерела струму. Нульовий робочий провід повинен мати ізоляцію, рівноцінну ізоляції фази проводів. Переріз повинен бути розрахований на довгочасне протікання робочого струму.

Використовувати металоконструкції споруд, трубопроводів та обладнання як нульовий захисний провід забороняється.

Нульовий захисний провідник призначений для створення кола з малим опором для струму короткого замикання, достатнього для спрацювання захисту та швидкого відключення пошкодженої установки від мережі живлення.

Як захисні проводи застосовуються голі або ізольовані провідники, які рекомендується прокладати сумісно з фазними проводами або безпосередньо біля них. Для цього можуть використовуватися також різні металеві конструкції будівель, підкранові колії, стальні труби електропроводок, трубопроводи тощо.

Заземлення нейтралі виконується з метою зниження напруги відносно землі нульового захисного проводу, відповідно і всіх приєднаних до нього корпусів, у разі випадкового замикання фази на землю.

У випадку, коли нейтраль не заземлена, при замиканні фази на землю між нульовим захисним проводом і землею виникає напруга, близька за значенням до фазної напруги (а, значить, і між кожним зануленим корпусом і землею), яка існуватиме до відключення всієї мережі вручну або до зникнення замикання фази на землю (рис. 14.7).

а – з ізольованою нейтраллю; б – із заземленою нейтраллю

Рисунок 14.7 – Замикання фази на землю в трифазній мережі

У мережі із заземленою нейтраллю у випадку замикання фази на землю фазна напруга розділиться пропорційно опорам замикання фази на землю і нейтралі. Напруга між заземленим обладнанням і землею суттєво знизиться і дорівнюватиме:

. (14.8)

Оскільки опір, який чинить струму грунт, значно вищий опору спеціально виконаного заземлення нейтралі, напруга занулених корпусів відносно землі буде незначною.

Зі сказаного вище можна зробити висновок: трифазна чотирипровідна мережа з ізольованою нейтраллю приховує в собі небезпеку ураження струмом, і тому таку мережу застосовувати не можна.

Повторне заземлення захисного нульового проводу виконується з метою зменшення небезпеки ураження людей струмом, який виникає у разі обриву нульового захисного проводу і замикання фази на корпус за місцем обриву.

Під час експлуатації такої мережі обрив фазного проводу дасть про себе знати неповнофазним режимом роботи трифазних електроприймачів, а обрив нульового проводу можна визначити тільки за допомогою спеціальних приладів. У разі обриву нульового захисного проводу і замикання фази на землю за місцем обриву відсутність повторного захисного проводу призведе до того, що напруга обірваного нульового проводу, а відповідно і всіх приєднаних до нього корпусів, дорівнюватиме фазній напрузі мережі. Ця напруга небезпечна для людини й існуватиме до відключення мережі вручну, оскільки автоматично установка не відключиться (рис. 14.8).

Рисунок 14.8 – Замикання фази на корпус у разі обриву нульового захисного провідника: а – в мережі без повторного заземлення нульового захисного проводу; б – в мережі з повторним заземленням нульового захисного проводу.

У випадку, коли нульовий захисний провід матиме повторне заземлення, то при його обриві зберігається коло через землю, внаслідок напруга занулених корпусів, що перебувають за місцем обриву, відносно землі знизиться до значення:

, (14.9)

де І_з – струм, що проходить крізь землю;

R_п.з – опір заземлення нульового захисного проводу.

Однак корпуси, що приєднані до нульового захисного проводу до місця обриву, також опиняться під напругою відносно землі:

. (14.10)

В сумі ці напруги дорівнюють фазній:

U_к0 + U_к = U_ф. (14.11)

У разі, коли опори, приєднані до нульового захисного проводу, рівні, корпуси як до, так і після обриву матимуть однакову напругу відносно землі, тобто половину фазної напруги мережі. За інших співвідношень указаних опорів частина корпусів опиниться під меншою напругою, інші корпуси – під більшою, ніж половина фазної, напругою залежно від величини відношення опорів.

Звідси можна зробити висновок: повторне заземлення зменшує небезпеку ураження струмом, що виникає в разі обриву нульового захисного проводу, але не може усунути її повністю.

Прокладати нульовий захисний провід необхідно так, щоб виключити можливість його обриву за будь-яких причин. Саме тому забороняється ставити в нульовому захисному проводі прилади, які можуть порушити його цілісність (запобіжники, рубильники тощо).

Зануленню підлягають ті самі металеві неструмовідні частини електрообладнання, які підлягають захисному заземленню.

В однофазних електроприймачах, що вмикаються в мережу між фазним і нульовим проводами, занулення корпусів необхідно виконувати за допомогою окремого проводу, який повинен з'єднувати корпус електроприймача з нульовим захисним проводом мережі.

Приєднання корпусів до нульового робочого проводу неприпустиме, оскільки у випадку його обриву всі приєднані корпуси опиняться під фазною напругою відносно землі. Сказане стосується і випадку, коли нульовий робочий провід одночасно є захисним.

В мережах із глухозаземленою нейтраллю не можна заземлювати корпус електроприймача, не виконавши його занулення (не приєднавши корпус до нульового захисного проводу).

У разі замикання фази на заземлений, але не приєднаний до нульового захисного проводу корпус, утворюється коло струму через опір заземлення цього корпусу і опір заземлення нейтралі джерела струму (рис. 14.9).

В результаті між корпусом і землею виникне напруга:

U_к = I_з ∙ R_з. (14.12)

У той же час виникає напруга між нульовим захисним проводом і землею, а відповідно і між усіма корпусами, які приєднані до цього нульового захисного проводу, і землею:

U_к0= I_з ∙ R₀. (14.13)

Рисунок 14.9 – Схема мереж із заземленим і зануленим корпусами електроустаткування

Рисунок 14.10 – Схема заземлення і занулення корпусу електроприймача

У випадку, коли опори заземлень будуть рівні, напруги також будуть однакові та дорівнюватимуть половині фазної напруги цієї мережі. При цьому таке положення може залишатися до вимкнення пошкодженої установки з мережі, оскільки захист через мале значення струму короткого замикання в більшості випадків не зможе відключити пошкоджену ділянку мережі автоматично.

Заземлення зануленого корпусу, тобто одночасне занулення і заземлення одного і того ж корпусу, не є небезпечним, а навпаки, значно покращує умови безпеки, тому що заземлення в цьому випадку є додатковим повторним заземленням нульового захисного проводу (рис. 14.10).