Теоретическая часть. Зануление представляет собой преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником нетоковедущих частей электроустановки

Зануление представляет собой преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением. Принцип действия зануления в следующем: превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т. е. замыкание между фазным и нулевым защитным проводниками с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты, которая селективно отключит поврежденную электроустановку от сети). Чем больше ток однофазного короткого замыкания I_к, тем быстрее и надежнее произойдет отключение поврежденного потребителя. 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.

Для схемы зануления необходимы нулевой защитный проводник (НЗ), глухое заземление нейтрали (R_o), повторное заземление нулевого защитного проводника (R_n).

Назначение нулевого защитного проводника в схеме зануления – обеспечить необходимое для отключения установки значение тока однофазного короткого замыкания (I_к) путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.

Назначение заземления нейтрали обмоток источника тока, питающего сеть до 1000 В – снижение напряжения зануленных корпусов (а, следовательно, нулевого защитного проводника) относительно земли до безопасного значения при замыкании фазы на землю.

Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника – снижение напряжения относительно земли зануленных корпусов в период замыкания фазы на корпус как при исправной схеме зануления, так и в случае обрыва нулевого защитного проводника.

Полный расчет зануления имеет целью – определить условия, при которых оно 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 также, на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю (расчет заземления нейтрали) и на корпус (расчет повторного заземления нулевого защитного проводника).

Порядок расчета защитного зануления на отключающую способность.

1. По таблице 11.1 находим основные технические характеристики электродвигателя.

2. Зная мощность электродвигателя (P, кВт), рассчитываем номинальный ток электродвигателя (J_{ном. эл. дв} ):

(11.1)

где U_н – фазное напряжение, В;

cos α – коэффициент мощности, показывающий, какая часть тока используется на получение активной мощности и какая на намагничивание (таблица 11.1).

Таблица 11.1 – Характеристика закрытых обдуваемых двигателей единой серии 4А (основное исполнение)

Тип	Мощность Р, кВт	cos α	J_пуск /J_{ном.эл. дв}
4А71В2	1,1	0,87	5,5
4А80А2	1,5	0,85	6,5
4А80В2	2,2	0,87	6,5
4А90L2	3,0	0,88	6,5
4А1002	4,0	0,89	6,5
4А100 L2	5,5	0,89	7,5
4А112М2	7,5	0,88	7,5
4А132М2	10,0	0,90	7,5
4А1602	15,0	0,91	7,5
4А160М2	18,5	0,92	7,5
4А1802	22,0	0,91	7,5
4А200М2	30,0	0,90	7,5
4А220 L2	37,0	0,89	7,5
4А225М2	45,0	0,90	7,5

3. Зная номинальный ток электродвигателя, определяем пусковой ток. Из отношения (таблица 11.1) определяем I_пуск.

4. Определяем номинальный ток плавкой вставки

(11.2)

где I_пуск – пусковой ток электродвигателя, А;

γ – коэффициент режима работ (для асинхронных двигателей 1,6 – 2,5).

5. По величине номинального тока плавкой вставки I_{ном.пл.вст}, А, подбираем ближайший стандартный предохранитель или автоматический выключатель для сетей напряжением 380/220 В, пользуясь данными таблиц 11.2, 11.3.

Таблица 11.2 – Технические параметры предохранителей

Тип	Номиналь-ное напря-жение, В	Номинальный ток, А	Предельный отключающий ток, кА, при напряжении переменного тока, В
Предохранителя	плавкой вставки

ПН2-100 ПН2-250 ПН2-400 ПН2-600	380…220		30, 40, 50, 60, 80, 100 80, 100, 120,150, 200, 250 200, 250, 300, 400 300,400, 500, 600	- - - -			- - - -
ПП17-39	380…440		500,630, 800, 1000	-			-
ПП18-33 ПП18-34 ПП18-39 ПП18-41 ПП18-37	660…440		50, 63, 80, 100, 125, 160 125, 160, 200, 250 400, 500, 630 630, 800, 1000 250, 320, 400	- - - - -	- - - - -	- - - - -	- - - - -

6. Рассчитываем наименьшее значение тока короткого замыкания, при котором выполняется условие срабатывания защиты

(11.3)

где I_{ном.пл.вст} – номинальный ток плавкой вставки, А;

k – коэффициент кратности тока КЗ по отношению к номинальному току аппарата защиты:

k=3 – при защите предохранителями или автоматическими выключателями с тепловым расцепителем;

k=1,4 – при защите автоматическими выключателями с электромагнитными расцепителями с номинальным током I_н <100А;

k=1,25 – при защите автоматическими выключателями с электромагнитными расцепителями и номинальным током I_н >100А.

Таблица 11.3 – Технические данные автоматических выключателей серии А 3700

Тип	Число полюсов	I_НОМ, А	Пределы регул номинального тока, А	Пределы регул времени срабатывания, с	Расцепитель, уставка трогания, А

Исполнение токоограничивающее с полупроводниковыми и электромагнитными расцепителями максимального тока
А 3713Б			20, 25, 32, 40 40, 50, 63, 80	4, 8, 16
А 3714Б			80, 100, 125, 160
А 3723Б			160, 200, 250
А 3724Б			160, 200, 250
А 3733Б			160, 200, 250
А 3734Б	2, 3		250, 320, 400
А 3744Б			400, 500, 630
Исполнение селективное с полупроводниковыми расцепителями максимального тока
А 3733С			160, 200, 250	4, 8, 16	Электромаг.
А 3734С			160, 200, 250 250, 320, 400	Защиты в зоне перегрузки нет	расцепителя нет
А 3743С			250, 320, 400 400, 500, 630	4, 8, 16	То же
А 3744С			250, 320, 400 400, 500, 630	Защиты в зоне перегрузки нет	То же
Исполнение с термобиметаллическими и электромагнитными расцепителями

А 3716Б			40, 50, 63, 80 100, 125, 160	Регулировки уставок по току и времени нет
А 3725Б			160, 200, 250
А 3726Б
А 3735Б			250, 320, 400
А 3736Б
А 3745Б			400, 500, 630
А 3746Б

7. Определяем активное и индуктивное сопротивления фазного провода. Значения активных сопротивлений проводников из цветных металлов R_ф, Ом, определяют по формуле:

(11.4)

где ρ_ф – удельное сопротивление проводника, Ом*мм²/м, равное для меди 0,018, для алюминия 0,028;

l_ф – длина проводника, м;

S_ф – сечение проводника, мм².

Значения индуктивных сопротивлений медных и алюминиевых проводников сравнительно малы (около 0,0156 Ом/км), поэтому ими можно пренебречь.

8. Определяем активное и индуктивное сопротивления нулевого защитного провода.

Если нулевой защитный провод выполнен из стали, то находим ожидаемую плотность тока в нем δ, А/мм², по формуле:

(11.5)

где S_н – сечение нулевого защитного проводника, мм².

Затем по таблице 11.4 находят активное и индуктивное сопротивления 1 м стального провода.

Таблица 11.4 – Активные R и индуктивные X сопротивления стальных проводников при переменном токе (50 Гц)

Длина, м	Площадь сечения, мм²	Активные/индуктивные сопротивления, Ом/км при плотности тока, А/мм²
Полоса прямоугольного сечения
	0,5	1,0	1,5	2,0
20x4		5,24/3,14	4,20/2,52	3,48/2,09	2,97/1,78
30x4		3,66/2,20	2,91/2,75	2,38/1,43	2,04/1,22
40x4		2,80/1,68	2,24/1,34	1,81/1,08	1,54/0,92
50x4		1,77/1,06	1,34/0,80	1,08/0,65	-
60x4		3,88/2,03	2,55/1,54	2,08/1,25	-
30x5		2,10/1,26	1,60/0,96	1,28/0,77	-
50x5		2,02/1,33	1,51/1,89	1,15/0,70	-
Проводник круглого сечения
	19,63	17,0/10,2	14,4/8,65	12,4/7,45	10,7/6,4
	28,27	13,7/8,2	11,2/6,7	9,4/5,65	8,4/8,0
	50,27	9,6/5,75	7,5/4,5	6,4/3,84	5,3/3,2
	78,54	7,2/4,32	5,4/3,24	4,2/2,52	-

Активное сопротивление, R_h _., и индуктивное сопротивление, Х_н, нулевого защитного проводника длиной l_н, выполненного из стали, определяют по формулам

,	(11.6)
,	(11.7)

где R_w и X_w – активные и индуктивные сопротивления стальных проводников при переменном токе 50 Гц, Ом/км (таблица 11.4).

Если нулевой защитный провод выполнен из цветных металлов (алюминий, медь), то для определения значений активного и индуктивного сопротивлений пользоваться рекомендациями п. 7.

9. Определяем полное сопротивление петли «фаза – нуль»:

(11.8)

где R_ф, R_h – активное сопротивление фазного и нулевого защитного проводника, соответственно, Ом;

Х_ф, Х_н – индуктивное сопротивление фазного и нулевого защитного проводника, соответственно, Ом;

Х_и – внешнее индуктивное сопротивление петли «фаза – нуль».

Значение Х_и определяют по формуле:

(11.9)

где Х_и.уд — удельное сопротивление петли «фаза — нуль». Для внутренней проводки обычно принимают 0,3 Ом/км;

1_п – длина петли «фаза – нуль», м

(11.10)

где 1_ф – длина фазного провода, м;

1_н – длина нулевого защитного провода, м.

Нулевые защитные проводники в целях уменьшения Х_и прокладывают совместно с фазными или в непосредственной близости о них.

10. Действительные значения (модули) токов однофазного короткого замыкания, проходящих по петле «фаза — нуль» определяют по формуле:

(11.11)

где Z_т – сопротивление питающего трансформатора, Ом (таблица 11.5);

Z_п – сопротивление электрической цепи, по которой течет ток J_кз (петля «фаза – ноль»), Ом.

Таблица 11.5 – Расчетные полные сопротивления Z_т масляных трансформаторов

Мощность трансформатора, кВА	Номинальное напряжение обмоток высшего напряжения, кВ	Z_т при схеме обмоток, Ом
«звездой»	«треугольником»
	6 – 10	1,949	0,562
	6 – 10	1,237	0,360
	6 – 10	0,799	0,226
	6 – 10	0,487	0,141
	6 – 10	0,312	0,090
	6 – 10	0,195	0,056
	6 – 10	0,129	0,042
	6 – 10	0,081	0,027
	6 – 10	0,034	0,017