Мінімальні перерізи неізольованих РЕ(РЕN)-провідників

Найменування	Мідь	Алюміній
Поперечний переріз при наявності механічного захисту	³ 2,5 мм2	³ 16 мм2
Поперечний переріз при відсутності механічного захисту	³ 4 мм2	³ 16 мм2

Система заземлення TN, яка розрахована тільки на вимикальну здатність, не гарантує необхідну безпеку. Тому визначають величину максимальної напруги корпусу електрообладнання відносно землі при замиканні фази на корпус в проміжок часу спрацювання захисту:

U_к.max = І_к.з. × z_p, (57)

де z_p – повний опір РЕ(РЕN)-провідника, який для ПЛ з використанням мідного або алюмінієвого провідника складається з активного та зовнішнього індуктивного опорів:

z_p = . (58)

Значення x_p, подібно значенню r_p, визначається за погоним опором , знаючи площу перерізу РЕ(РЕN)-проводу та його довжину (див. табл. 10):

x_p = × L. (59)

За формулою (56) знаходять значення U_н.max, яке не повинно перевищувати допустиму напругу дотику при аварійному режимі U_д = 20 В при тривалості дії струму Dt більше 1 с. У супротивному випадку необхідно зменшити опір РЕ(РЕN)-проводу, збільшуючи його переріз або застосувати повторне заземлення захисного провідника. Другий випадок припускає застосування одного повторного заземлення, тоді напруга на корпусі електрообладнання визначається виразом

U_к.max = І_к.з. × z_p × R_п /(R_р + R_п), (60)

або у випадку декількох повторних заземлень з еквівалентним опором R_е.п. – виразом

U_к.max = І_к.з. × z_p × R_е.п. /(R_р + R_е.п. ). (61)

Система заземлення TN електроустановки може живитися від кабельної лінії. Кабелем називають виріб, який складається з однієї чи більше ізольованих жил, замкнених у герметичну (металеву або неметалеву) оболонку, зверх якої може бути броня та захисний покрив (ГОСТ 15845-80). Звично використовують силові кабелі, що призначені для каналізації електроенергії, які мають три фазні жили і одну захисну (відносно меншого поперечного перерізу). Мінімальний переріз РЕ-провідників, які виконують захисну функцію, визначається за табл. 3.

Нехай електродвигун (Д) з’єднаний з силовим трансформатором (Тр) трьома відрізками провідників – трьома дільницями кабельної лінії (рис. 20). Тоді еквівалентний опір фазного провідника та захисного РЕ-провідника, який входить в склад кабелю, можна, в першому наближенні, вважати арифметичною сумою активних (r_p.) і зовнішніх індуктивних (x_p) опорів окремих дільниць:

r_{ф.е. =} r_ф.1 + r_ф.2 + r_ф.3 = (62)

r_{p.е. =} r_p.1 + r_p.2 + r_p.3 = (63)

x_{ф.е. =} x_ф.1 + x_ф.2 + x_ф.3 = (64)

x_{p.е. =} x_p.1 + x_p.2 + x_p.3 = (65)

Результати розрахунків за формулами (61-64) показує, що значення зовнішніх індуктивних опорів x_ф.i, x_p.i, РЕ-провідників на порядок менше, ніж відповідні значення активних опорів r_ф.i, r_p.i, . Цей факт можна підтвердити, аналізуючи формулу зовнішнього індуктивного опору петлі фаза-нуль (опору взаємоіндукції) [34]:

x_в = wm₀L/p×ln 2D/d, (66)

де w – кругова частота струму; m₀ = 4p× Гн/м – магнітна постійна; L – довжина петлі “фаза-нуль”; D – відстань між проводами; d – діаметр проводу. Як видно з формули (66), враховуючи монотонно зростаючу логарифмічну функцію y = ln x маємо, що зі зменшенням відстані D між проводами опір взаємоіндукції також зменшується і стає незначним (x_в < 0,1 Ом/км) при значеннях D, які сумірні з діаметром проводу d, тобто коли фазний і захисний РЕ-провідник розташовані в безпосередній близькості один від другого. Останнє реалізується, коли проводка виконана в стальних трубах або у випадку кабельних ліній.

Як правило, при прокладанні кабелем значенням зовнішнього індуктивного опору x_в нехтують. Внутрішні індуктивні опори фазного провідника x_ф і захисного РЕ(РЕN)-провідника x_p мідних і алюмінієвих проводів малі, тому ними також нехтують. Отже, для кабельних ліній формула (50), яка виражає струм КЗ, з врахуванням того, що r_ф = r_ф.е. , r_p = r_p.е. , буде мати вигляд:

(67)

де Z_т / 3 – розрахунковий опір обмотки силового трансформатора, значення якого знаходиться за табл. 6 або за табл. 7.

Розрахунок системи заземлення TN електроустановки на вимикальну здатність дає можливість дізнатися, достатня чи недостатня провідність петлі “фаза-нуль”. Для цього визначають розрахункову кратність струму КЗ по відношенню до номінального струму ПМСЗ (плавкої вставки або автомату): І_к.з. / І_ном. ³ k, де k ³ 3 або k ³ 1,5.

Відзначимо, що виконання системи заземлення TN, розрахованої тільки на вимикальну здатність, не гарантує необхідної безпеки. Це пов’язано з двома причинами:

а) на протязі часу Dt спрацьовування захисту на РЕ(РЕN)-провіднику та на TN-заземленому (зануленому) корпусі електродвигуна буде максимальна напруга, яка відповідає струму КЗ:

U_к.max = І_к.з. × z_p; (68)

б) якщо за якоїсь причини струм замикання на корпус І_з. стане менше струму відключення, то захист не спрацює і в колі фазний провід – РЕ(РЕN)-провід тривалий час буде протікати значний струм, який викличе появу на корпусі електродвигуна небезпечну напругу відносно землі:

U_к. = І_з. × z_p. (69)

Значення напруг U_к. і U_к.max суттєво залежать від матеріалу лінії передачі струму. Тому повний (загальний) опір захисного РЕ(РЕN)-провідника z_p має такі вирази:

– для стальних проводів z_p = де x_з і x_вн – зовнішній і внутрішній реактивний опір РЕ(РЕN)-проводу, а r_p – його активний опір;

– для проводів із кольорових металів (мідних чи алюмінієвих) z_p = де x_в – опір взаємоіндукції (зовнішній індуктивний опір петлі “фаза-нуль”);

– для кабельних ліній z_p = r_p = r_p.e., де r_p – активний опір РЕ(РЕN)-провідника, який дорівнює його еквівалентному опору.

Якщо значення U_к.max > 20 В при Dt > 1 с, то для зниження напруги на корпусі електродвигуна необхідно застосовувати повторне заземлення захисного проводу.

Потрібний опір одного повторного заземлення R_п визначається за формулою (59), звідси шляхом нескладних перетворень, враховуючи, що максимальна напруга на корпусі електродвигуна (і на захисному провіднику) не перевищує допустимої напруги дотику, тобто U_к.max £ U_гр.доп, маємо:

R_п £ , (70)

де R_р – активний опір робочого заземлення.

Якщо одного повторного заземлення недостатньо, то використовуються m однакових за величиною повторних заземлень. Еквівалентний опір повторних заземлень R_е.п., які включені паралельно, визначається як

R_е.п. = R_п / m. (71)

Еквівалентний опір повинен задовольняти нерівність (70).