Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника

Рис. 4. Замыкание на корпус в системе TN-S

При замыкании фазы на корпус в сети, не имеющей повторного заземления нулевого защитного проводника (рис.4), участок нулевого защитного проводника, находящийся за местом замыкания, и все присоединенные к нему корпуса окажутся под напряжением относительно земли U_к,равным:

где I_к– ток КЗ, проходящий по петле фаза-нуль, А; z_PEN– полное сопротивление участка нулевого защитного проводника, обтекаемого током I_к, Ом (т. е. участка АВ).

Напряжение U_к будет существовать в течение аварийного периода, т. е. с момента замыкания фазы на корпус до автоматического отключения поврежденной установки от сети.

Если для упрощения пренебречь сопротивлением обмоток источника тока и индуктивным сопротивлением петли фаза-нуль, а также считать, что фазный и нулевой защитный проводники обладают лишь активными сопротивлениями R_L1 и R_PE, то:

Если нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление с сопротивлением r_П (на рис. 4 это заземление показано пунктиром), то U_кснизится до значения, определяемого формулой:

где I_з – ток, стекающий в землю через сопротивление r_п, А; U_ав – падение напряжения в нулевом защитном проводнике на участке АВ; r₀– сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.

Итак, повторное заземление нулевого защитного проводника снижает напряжение на зануленных корпусах в период замыкания фазы на корпус.

При случайном обрыве нулевого защитного проводника и замыкании фазы на корпус за местом обрыва (при отсутствии повторного заземления) напряжение относительно земли участка нулевого защитного проводника за местом обрыва и всех присоединенных к нему корпусов, в том числе корпусов исправных установок, окажется близким по значению фазному напряжению сети (рис. 5, а). Это напряжение будет существовать длительно, поскольку поврежденная установка автоматически не отключится, и ее будет трудно обнаружить среди исправных установок, чтобы отключить вручную.

Рис. 5. Замыкание на корпус при обрыве нулевого защитного проводника

а - в сети без повторного заземления нулевого защитного проводника, б - в сети с повторным заземлением нулевого защитного проводника

Если же нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление, то при обрыве его сохранится цепь тока I_з, А, через землю (рис 5, б), благодаря чему напряжение зануленных корпусов, находящихся за местом обрыва, снизится до значений, определяемых формулой

При этом корпуса установок, присоединенных к нулевому защитному проводнику до места обрыва, приобретут напряжение относительно земли:

где r₀ – сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.

Итак, повторное заземление нулевого защитного проводника значительно уменьшает опасность поражения током, возникающую в результате обрыва нулевого защитного проводника и замыкания фазы на корпус за местом обрыва, но не может устранить ее полностью, т. е. не может обеспечить тех условий безопасности, которые существовали до обрыва.

Примеры решения задач по эффективности зануления

Задача 1

Человек прикоснулся к зануленному корпусу потребителя электроэнергии, питающегося от сети типа TN-S напряжением 380/220 В (рис. 5). При каком соотношении сечений фазного и PE проводников напряжение прикосновения будет равно длительно допустимому при времени срабатывания максимальной токовой защиты 1с?

При решении задачи считать, что материал фазного и защитного проводников одинаков, а повторное заземление PE – проводника отсутствует.

Решение:

Известно, что сопротивление участка фазного провода до места замыкания на корпус можно определить по формуле:

Аналогично, сопротивление участка PE – проводника до места замыкания на корпус можно определить по формуле:

При этом предполагается, что материал фазного и PE – проводника одинаков.

При замыкании фазного провода на зануленный корпус возникает ток короткого замыкания, который можно определить по упрощенной формуле:

При этом напряжение корпуса относительно земли, под действие которого попадает человек при прикосновении к корпусу, определяется как:

Учитывая, что при прочих одинаковых параметрах проводов

а допустимое напряжение прикосновения при заданном времени срабатывания 1с будет равно 50 В, можно определить требуемое соотношение сечений фазного и PE – проводов:

Ответ задачи: S_PE / S_L1= 3,4.

Задача 2

Два зануленных потребителя электроэнергии питаются от одной сети типа TN – S напряжением 380/220 В. Произошло замыкание фазного провода на корпус второго потребителя, а в это время человек касается корпуса первого потребителя электроэнергии (см. рис. 6).

Определить ток, протекающий через тело человека, прикоснувшегося к корпусу первого потребителя электроэнергии, при условии , что R_L₁ = R_PE₍₂₎ = 0,2 Ом, R₀ = R_П = 3 Ом, l_К1 = 0,3l_К2 .

Решение:

Сопротивления участков PE проводника до первого и до второго корпусов можно определить по формулам:

Если учесть, что l_К1 = 0,3l_К2 , то , то , то , то , то , то , то R_PE(1) = 0,3R_PE(2).

При замыкании фазного провода на корпус второго потребителя электроэнергии возникает ток короткого замыкания, который можно рассчитать следующим образом:

Ток замыкания на землю, стекающий через повторное заземление, определяется как:

При этом значение напряжения нулевой точки относительно земли составит:

Значение напряжения прикосновения для человека, прикоснувшегося к первому корпусу, будет равно значению напряжения на этом корпусе относительно земли, которое можно определить из выражения:

В итоге искомое значение тока через тело человека, прикоснувшегося к первому корпусу, составит:

Ответ задачи: I_h = 22 мА

Задание на самостоятельную работу

Задача №1

Сеть типа T-N-C (трехфазная четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью) напряжением 220/380 В питает три электроустановки, каждая из которых занулена. Между точками подсоединения корпусов 2-го и 3-го электропотребителей к нулевому защитному проводнику (НЗП) подсоединено повторное заземление НЗП. На корпус второй электроустановки произошел пробой одной из фаз сети. Каково распределение потенциала по длине НЗП.

Дано: Сопротивление заземления нейтральной точки источника R₀=4 Ом. Сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника R_П=7 Ом. Сопротивление фазного провода сети R_Ф=0,1 Ом. Сопротивление нулевого защитного проводника на участке от нейтральной точки источника тока до места подключения поврежденной установки R_НЗП=0,2 Ом.

Задача №2

Сеть типа T-N-C (трехфазная четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью) напряжением 220/380 В питает три электроустановки, каждая из которых занулена. За местом подключения корпуса 3-го электропотребителя к нулевому защитному проводнику (НЗП) подсоединено повторное заземление НЗП. На корпус 2-ой электроустановки произошел пробой одной из фаз сети. Между точками подключения корпусов 2-ой и 3-ей электроустановок к НЗП произошел обрыв НЗП. Каково распределение потенциала по длине НЗП.

Задача №3

Сеть типа T-N-C (трехфазная четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью) напряжением 220/380 В питает три электроустановки, каждая из которых занулена. За местом подключения корпуса 3-го электропотребителя к нулевому защитному проводнику (НЗП) подсоединено повторное заземление НЗП. На корпус 3-ей электроустановки произошел пробой одной из фаз сети. Каково распределение потенциала по длине НЗП, если между точками подключения корпусов 2-ой и 3-ей электроустановок произошел обрыв НЗП.

Задача №4

Сеть типа T-N-C (трехфазная четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью) напряжением 220/380 В питает две электроустановки. Корпус 1-ой электроустановки занулен, а 2-ой электроустановки заземлен через одиночный заземлитель (сопротивление заземления r_З2=7 Ом). На корпус 2-ой электроустановки произошел пробой одного из фазных проводов. Оценить опасность прикосновения человека к каждому из этих корпусов.

Дано: Сеть короткая и симметричная. Сопротивления фазных проводов относительно земли R_L₁=R_L₂=R_L₃=R=63 кОм. Сопротивление тела человека R_h=1000 Ом. Сопротивление заземления нейтральной точки источника тока R₀=4 Ом. Коэффициенты напряжения прикосновения: a₁=1 и a₂=1.

Задача №5

Сеть типа T-N-C (трехфазная четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью) напряжением 220/380 В питает четыре электроустановки, каждая из которых занулена. Между точками подключения корпусов 1-го и 2-го электропотребителей к нулевому защитному проводнику (НЗП) подсоединено повторное заземление НЗП. На корпус 4-ой электроустановки произошел пробой одной из фаз сети. Каково распределение потенциала по длине НЗП, если между точками подключения корпусов 2-ой и 3-ей электроустановок произошел обрыв НЗП.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: