Защитные меры в электроустановках, страница 3

Обозначим напряжение на фазах в аварийном режиме (1и, Уз„(1зь В сети с изолированной нейтралью, поскольку гь а соответственно и Ви малы, напряжения на исправных фазах возрастает до линейного, т. е. (1зз= Уз, = сЗ УФ и ток через человека 1„= ГЗ вЂ” ' В сети с заземленной нейтралью абсолютные величины напряжения на исправных фазах определим из векторной диаграммы (рис.2.8).

Напряжение на нейтральной точке (Ус) н нулевом проводнике, равно (1о =1зго. Поскольку (1, У 1з = —, то (1е = ге. гз+го гз+ге 3 2 Из треугольника ОО'2 найдем Вм = Ум = т1Б'о+У ' — 2У,У ша120' или, поскольку соз 120 = -1/2 и„=и„= (1'е+(1,'+и,(1е, Рассмотрим два крайних случая: 1) г,=О,тогда ??я= Уяи Уг,= Ц,= ?3(?е, 2) ш = О, тогда Уо = 0 и ??зз= Уз, = (?ы Таким образом, при любых соотношениях между гя и г, напряжение на исправных фазах будет определяться неравенством: Ыр й(Щ; — ??з,)йч'3 Ур.

В то же время, если часть корпусов электроустановок соединены с нулевым проводником, т. е. занулены, а замыкание произошло на заземленный корпус, неподсоединенный к нулевому проводу, то зануленные корпуса могут оказаться под опасным напряжением. Например, при ге= гз напряжение нейтрали ??а=Уь?2, под таким же напряжением окажутся и соединенные с нулевым проводником корпуса электроустановок. Поэтому, если в сети с изолированной нейтралью для обеспечения безопасности часто достаточно заземлить корпуса электроустановок и обеспечить высокое сопротивление изоляции, то в сети с заземленной нейтралью следует обеспечить быстрое отключение поврежденной электроустановки от сети. Для системы этакое отключение достигается применением зануления и устройств защитного отключения, для систем?Т вЂ” применением только устронств защитного отключения.

З.ЗАИУЛЕНИЕ 3.1. Принцип действия Основной мерой защиты от поражения электрическим током а сетях с глухозаземленной нейтралью и системами заземления Тй — С, ТМ вЂ” С вЂ” Б и ТФ вЂ” 5 напряжением до 1000 В является зануление. Занулением называется преднамеренное соединение нетоковедущих металлических частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания фазы, например, на металлический корпус электроустановки, с глухо- заземленной нейтралью генератора или трансформатора. Это соединение осуществляется с помощью нулевого защитного проводника. В системе Т?я' — С для этой цели служит нулевой проводник (РЕг?), выполняющий функции защитного (РЕ~ и нулевого рабочего (М) проводников; в системе ТМ вЂ” Б — нулевой защитный проводник (РЕ), подключенный непосредственно к нейтрали источника питания; в системе ТУ вЂ” С вЂ” 5 — нулевой проводник, разветвляющийся за распределительным устройством на нулевой защитный (РЕ) и нулевой рабочий (Ф) проводники (рис.2.3).

Нулевой рабочий проводник отличается от нулевого защитного проводника, который также соединен с глухозаземленной нейтральной точкой, тем что он предназначен для питания током электроприемников, т.е. является частью цепи рабочего тока и по нему проходит рабочий ток. Нулевой рабочий проводник должен, как правило, иметь изоляцию, равноценную изоляции фазных проводников, сечение его должно быть рассчитано на длительное прохождение рабочего тока. Например, для электропитания осветительных установок сеть должна быть трехпроводной. По фазному и нулевому рабочему проводнику подается ток к электрическим лампам, а нулевой защитный проводник соединяется с корпусом светильника. Принцип действия зануления — 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 и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Такой защитой являются; плавкие предохранители или автоматические выключатели. Кроме того, в аварийный период, т.е. с момента возникновения замыкания на корпус и до автоматического отключения поврежденной электроустановки от сети, напряжение корпусов относительно земли снижается. Это происходит за счет перераспределения фазного напряжения между сопротивлениями фазного и нулевого защитного проводников, а при наличии повторного заземления и за счет его защитных свойств.

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. Для анализа защитных свойств зануления при замыкании фазы на корпус электроустановки будем рассматривать сеть с трехфазными электроустановками без нулевого рабочего проводника, корпуса которых соединены с нулевым защитным проводником (РЕ), например сети ТМ У, ТХ вЂ” С вЂ” Б.

Для удобства индексации нулевой проводник будем обозначать цифрой "0". Принцип действия зануления ясен из рис.3.!кк При замыкании фазы на корпус электроустановки ток короткого замыкания (?„) проходит по обмотке трансформатора, далее через плавкий предохранитель, место замыкания и попадает в нулевой защитный проводник, 15 Е, ы ы ашкэ Рнс.

3.!. Короткое замыкание фаям 1 на эануленный корпус электроустановки а — принципиальная схема элсктрнчсской сстн с эанулсннем; б- эканаалентная схема 3 1 аэ па х,яз Г х, за с» Рнс. 3.3. Ампер-секундная характери- стика плавкой вставки Рнс. Збк Зависимость предельно до. пустнмых значений тока от продолжнтсльностн воздействия 50 7ь„„= —.

рзьа (3.1) !б Там он разветвляется на токи 7„и !п которые через нулевую точку попадают в обмотку трансформатора, при этом образуются два контура. Первый из них (показан штрихом) включает фазный и нулевой проводники (так называемая «петля фаза-нуль»). Протекание тока короткого замыкания по этому контуру приводит к срабатыванию автоматического выключателя или перегоранию плавкого предохранителя и отключению поврежденной электроустановки. До момента срабатывания максимальной токовой защиты корпуса электроустановок будут находиться под напряжением.

Поскольку человек при меньших периодах воздействия может выдержать больший ток, то ГОСТ 12.1.038-82 (с изменениями от 01.07.88) определены допустимые напряжения прикосновения и токи протекающие через человека в зависимости от времени действия. Как видно из рис.3.2 допустимое напряжение ((7ь,) и ток (7ь „,„) снижаются с увеличением времени действия на человека, т. е. при снижении быстродействия токовой защиты. Зависимость!ь „, от времени срабатывания защиты (г „„, ) можно аппроксимировать функцией Поскольку время срабатывания аппаратов максимальной токовой защиты уменьшаетсл с увеличением тока короткого замыкания (рис. 3.3), то для достижения заданного условиями безопасности допустимого времени действия тока на человека, ток короткого замыкания должен превышать номинальный ток (7„,„) устройства зашиты.

Для плавких вставок предохранителей и тепловых расцепителей автоматических выключателей 7„ > 3 У„,„. (3.2) Под номинальным током понимают ток, который может длительно протекать через предохранитель не вызывая перегорания плавкой вставки. Второй контур (рис. 3.1 ) образован заземлителем нейтрали («а) н повторным заземлителем (г„). Благодаря наличию повторного заземлителя снижается напряжение относительно земли нулевого провода, а следовательно, и подключенных к нему корпусов.

Рне. 3.4. Упрощенная эквивалентная схема гя Гн (3.3) (зд О) 19 3.2. Анализ эквивалентной схемы занулении и распределение напряжении вдоль нулевого проводника Эквивалентная схема электрической сети для случаев замыкания фазы на корпус электроустановки представлена на рис.3.16. В контур 1 входят следующие схемные элементы: ят — полное сопротивление обмотки трансформатора; го, гн — активные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников; хо, хн — внутренние, индуктивные сопротивления фазного и нулевого за- щитных проводников; х, — внешнее индуктивное сопротивление «петли фаза-нуль». Для дальнейшего анализа воспользуемся упрощенной эквивалентной схемой без индуктивных элементов (рис.

3.4). Определим напряжение на корпусе электроустановки до момента срабатывания максимальной токовой защиты. "е ге Как видно из рис. 3.4. напряжение на корпусе равно напряжению относительно земли т. Б, в которой корпус подключен к нулевому проводнику: ими,= ив=),г„. Используя ряд формул 1з = ь' и, (3 4) (Уяя = 1нг н (3.5) 1н = Ый, (3.6) г" г. г,'г. полученных из рассмотрения контуров! и 2 эквивалентной схемы (рис. 3.4), при условии 1,«1„и 1н м у„найдем: н 1п и„.,„ми. н+ Е 1п +1О В качестве сомножителей в выражение (3.7) входят относительные характеристики сопротивлений 1 и 2 контуров. При отсутствии повторного заземления (рис. 3.5, а), т. е. при г „= оо, выражение (3.7) имеет вид: Гн нняп О Гн + Ге (3.8) Считая сопротивление нулевого провода распределенным, т.е.

зависящим от длины провода, х„=)(1), можно получить зависимость напряжения нулевого провода относительно земли (рис. 3.5, б). Напряжения на корпусах будут иметь значения, соответствующие напряжению на нулевом проводе в точке подключения к нему корпуса электроустановки (рис.