Зануление электрооборудования, защитное отключение устройство, принцип защиты (стр. 3 из 6)
Требуется выбрать марку кабеля, сечение жил и защитный аппарат к электродвигателю; проверить действие защиты при замыкании фазы на корпус электродвигателя.
Решение. Выбираем к электродвигателю кабель ВБВ с медными жилами сечением 3¤25+11¤16 мм2, с допускаемой нагрузкой 105 А, что составляет 138% номинального тока электродвигателя (по ПУЭ требуется не менее 125%). В качестве защитного аппарата устанавливается автоматический выключатель А3124 на номинальный ток 100 А, с комбинированным расцепителем — тепловым на 100 А для защиты от перегрузки и электромагнитным для защиты от токов короткого замыкания с установкой мгновенного срабатывания на 800 А. При пуске электродвигателя автомат не отключится, так как пусковой ток электродвигателя 577 А, а электромагнитный расцепитель срабатывает при 800 А.
Для проверки действия защиты при однофазном коротком замыкании на корпус электродвигателя определим суммарное сопротивление петли фаза - нуль.
1. Сопротивление трансформатора 630 кВ·А 0,043 Ом;
2. Активное сопротивление фазных шин алюминиевого кабеля 95 мм2 = 0,408 Ом/км; сопротивление нулевой жилы 35 мм2 = 1,11 Ом/км (табл. XV.1). Сопротивление на участке длиной 30 м (0,030 км): фазной жилы 95 мм2 ... 0,408·0,03 = 0,01224 Ом; нулевой жилы 35 мм2 ... 1,110·0,03=0,03330 Ом.
3. Активное сопротивление фазных жил медного кабеля 25 мм2 = 0,888 Ом/км; сопротивление нулевой жилы 16 мм2 = 1,39 Ом/км. Сопротивление на участке 95 м (0,095 км):
фазной жилы 25 мм2, ..... 0,888·0,095 = 0,08436 Ом,
нулевой жилы 16 мм2 ..... 1,390·0,095 = 0,13205 Ом.
4. Полное сопротивление петли фаза—нуль:
Rп = 0,043 + 0,01224 + 0,03330 + 0,08436 + 0,13205 = 0,30495 Ом.
Ток однофазного короткого замыкания определится по формуле (IV.1):
| Iк = | 220 | = 721 А |
| 0, 30495 |
что превышает номинальный ток теплового элемента расщепителя автоматического выключателя в
721 / 100 = 7,21 раз
(для взрывоопасных установок требуется не менее чем в 6 раз). Таким образом, выбранный автомат надежно отключает поврежденный участок.
Аналогичным образом ведется расчет при использовании в качестве зануляющих проводников алюминиевой оболочки кабеля, стальных труб электропроводки и стальных полос.
Зануляющие (заземляющие) проводники из стальных полос крепятся в сухих помещениях непосредственно к опорной поверхности (рис. XV.3, a), в помещениях сырых и с химически агрессивными средами - на опорах, на расстоянии 10 - 20 мм от поверхности основания (рис. XV.3, б). Непрерывность электрической цепи стальных труб электропроводки обеспечивается муфтами на резьбе, а тонкостенных труб приваркой в двух точках соединительной манжеты к трубе (рис. XV.3, в). Отдельные элементы используемых строительных металлоконструкций (ферм, балок, колонну соединяют между собой перемычкой на сварке (рис. ХV.3, г), а в местах пересечения температурных швов гибкой перемычкой из стального троса с соединительной гильзой (рис. XV.3, д).
| Рис. XV.3. Крепление и соединение заземляющих проводников |
 |
Заземлители. Для непосредственного соединения с землей зануляемых и заземляемых частей электроустановок служат заземлители, которые могут быть естественными и искусственными.
В качестве естественных заземлителей используют металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей, свинцовые оболочки кабелей и проложенные в земле трубопроводы (кроме труб с горючими газами и жидкостями). Алюминиевые оболочки кабелей и голые алюминиевые провода использовать в качестве заземлителей нельзя, так как они покрываются оксидной пленкой, плохо проводящей ток.
Искусственные заземлители применяют горизонтальные и вертикальные. Вертикальные заземлители изготовляют из стальных круглых стержней диаметром 12 - 16 мм, длиной 4,5 - 5 м, а также из стальных уголков 50¤50 мм и отбракованных стальных водопроводных труб диаметром 40 - 50 мм, длиной 2,5 - 3 м. Приближенное значение сопротивления растеканию тока одного вертикального заземлителя в Ом можно определить по формуле
R = ρ / l , (XV.2)
где ρ - удельное сопротивление грунта, Ом·м (табл. XV.5); l - длина вертикального заземлителя, м.
| Таблица XV.5. Удельное сопротивление грунта ρ | ||
| Грунт | Удельное сопротивление, Ом·м | Рекомендуемое для предварительных расчетов, Ом·м |
| Мергель, известняк, крупнозернистый песок | 1000-2000 | 1500 |
| Песок | 400-1000 | 700 |
| Супесок | 150-400 | 300 |
| Суглинок | 40-150 | 100 |
| Глина | 70 | 70 |
| Смешанный грунт (глина, известняк, щебень) | 60 | 60 |
| Садовая земля | 40 | 40 |
| Чернозем | 10-50 | 2 |
| Торф | 20 | 20 |
Обычно заземляющее устройство выполняют из нескольких заземлителей (стержней, уголков, труб), закладываемых в землю в ряд или по контуру. Общее сопротивление группы вертикальных заземлителей определяют по формуле
Rв.о = Rв / nη , (XV.3)
где
Rв - сопротивление растеканию одного вертикального заземлителя, Ом;
п - количество заземлителей;
η - коэффициент, зависящий от количества заземлителей.
При количестве заземлителей до 10, расположенных в один ряд через 3 м, η = 0,95—0,93; расположенных по контуру, η = 0,86—0,74.
Горизонтальные заземлители применяют для соединения между собой вертикальных заземлителей, реже - в качестве самостоятельных заземлителей. Их изготовляют из стальных полос толщиной 4 - 5 мм или из стальных прутков диаметром 12 - 16 мм и закладывают в землю на глубину 500 - 700 мм. Сопротивление растеканию горизонтального заземлителя определяют по формуле
| Rг = | 2ρ |
| l |
Полное сопротивление растеканию вертикальных и горизонтальных заземлителей определится по формуле
| Rп = | Rв.о Rг |
| Rв.о + Rг |
В электроустановках напряжением выше 1000 В с токами замыкания на землю более 500 А, сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 0,5 Ом. В электроустановках напряжением выше 1000 В с токами замыкания, равными или меньше 500 А, без компенсации емкостных токов сопротивление заземляющего устройства определяется по формуле
| R ≤ | 250 |
| I |
Если это же заземляющее устройство используется одновременно и для электроустановок напряжением до 1000 В, то сопротивление земляющего устройста определяется по формуле
| R ≤ | 125 |
| I |
где
R - сопротивление заземляющего устройства (не более 10 Ом);
I - расчетный ток замыкания на землю, А.
В сетях с компенсацией емкостных токов сопротивление заземляющего устройства также рассчитывается по приведенным выше формулам. При этом за расчетный ток принимают: для заземляющих устройств, к которым присоединяют компенсирующие аппараты - ток, равный 125% номинального тока этих аппаратов; для заземляющих устройств, к которым не присоединены аппараты, компенсирующие емкостный ток, - остаточный ток замыкания на землю, который может иметь место в данной сети при отключении наиболее мощного из компенсирующих аппаратов, но не менее 30 А.
Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединяют нейтраль трансформатора в электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, и заземляющее устройство, используемое для заземления электрооборудования в электроустановках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, должно быть не более 4 Ом. При мощности трансформатора 100 кВ·А и меньше сопротивление заземляющего устройства может быть повышено до 10 Ом.
Пример. Определяем количество вертикальных заземлителей для заземления нейтрали трансформатора. Общее сопротивление растеканию заземлителей Rв.о = 4 Ом. Удельное сопротивление грунта ρ = 60 Ом·м
Решение. В качестве заземлителей принимаем круглые стальные стержни диаметром 16 мм, длиной 5 м. Сопротивление растеканию тока одного вертикального заземлителя по формуле (XV.3):
| Rв = | ρ | = | 60 | = 12 Ом |
| l | 5 |
При расположении заземлителей в один ряд η = 0,9. Из формулы (XV.5): определим необходимое количество заземлителей
| n = | Rв | = | 12 | ≈ 4 шт. |
| Rв.о η | 4·0,9 |
Вертикальные заземлители из стальных круглых стержней заглубляют в землю ввертыванием электродрелью (рис. XV.4), а при отсутствии источника питания - ямобуром, для чего на конец стержня приваривают направляющие, изогнутые по винтовой линии (рис. XV.5, a). Заземлители из угловой стали и труб забивают в землю передвижным механическим копром или вибромолотом. Глубина заложения вертикального заземлителя должна быть такой, чтобы верхний конец его был на глубине 500 - 700 мм от поверхности спланированной земли. В местах с плохопроводящим грунтом для улучшения проводимости применяют увлажнение грунта или подсыпку поваренной соли (рис. XV.5, б). Заземляющие проводники и горизонтальные заземлители соединяют с вертикальными заземлителями сваркой (рис. XV.5, в).