Защитное зануление

Занулениемназывается преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки с глухозаземлённой нейтралью обмотки источника тока в 3-х фазных сетях с глухозаземлённой нейтралью, которые могут оказаться под напряжением в результате пробоя изоляции фазного провода на корпус.

Проводник, обеспечивающий указанные соединения зануляемых частей с глухозаземлённой нейтралью источника называется нулевым защитным проводником.

Нулевой защитный проводник отличается от нулевого рабочего проводника, который также соединён с глухозаземлённой нейцтральной точкой источника. Он предназначен для питания рабочим током электроприёмника.

Нулевой рабочий проводник, как правило, имеет изоляцию, равноценную изоляции фазных проводников, а сечение его рассчитывается на длительное прохождение рабочего тока.

Защитное зануление применяют в 3^х фазных сетях до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью.

Принципиальная схема зануления представлена на рис. 4.5.

Рис.4.5. Принципиальная схема защитного зануления в сети с глухозаземлённой нейтралью.

1 – корпус потребителя электроэнергии;

R_о – сопротивление заземления нейтрали источника тока;

R

т – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника;

ВА – автоматический выключатель с защитой.

Основное назначение защитного зануления – устранение опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшейся под напряжением вследствие замыкания на корпус за счёт быстрого отключения электроустановки от сети действием защиты.

Однако, поскольку корпус оказывается заземленным через нулевой защитный проводник, в аварийный период (с момента возникновения замыкания на корпус до отключения электроустановки от сети защитой) будет проявляться защитное свойство заземления.

Принцип действия защитного зануления основан на превращении замыкания на корпус в однофазное к.з. с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым отключить поврежденную электроустановку от сети.

Нулевой защитный проводник в схеме защитного заземления предназначен для создания тока однофазного к.з. цепи с малым сопротивлением, чтобы этот ток был достаточным для быстрого срабатывания защиты (т.е. быстрого отключения поврежденной электроустановки от питающей сети).

Учитывая, что занулённые корпуса заземлены через нулевой защитный проводник, в аварийный период проявляются защитные свойства этого заземления — снижается напряжение на корпусе относительно земли.

Таким образом, зануление осуществляет два защитных действия: быстрое автоматическое отключение повреждённой электроустановки от питающей сети и снижение напряжения занулённых металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжением, относительно земли.

Рассмотрим на рис. 4.6 схему без нулевого защитного провода, роль которого выполняет земля (т.е. схема защитного заземления в сети с глухозаземленной нейтралью).

Рис. 4.6. К вопросу о необходимости нулевого защитного проводника в 3-х фазной сети до 1 кВ с заземлённой нейтралью.

При замыкании фазы на корпус в цепи, образовавшейся через землю будет проходить ток:

(4.3)

благодаря которому на корпусе относительно земли возникает напряжение:

(4.4)

где:	Uф
	R0, Rз

Сопротивление обмотки трансформатора источника питания и проводов сети малы по сравнению с R₀ и R_зи их в расчёт можно не принимать.

Ток I_з может оказаться недостаточным, чтобы вызвать срабатывание защиты и электроустановка может не отключиться.

Например, при U_ф=220 В и R₀ = R_з=4 Ом, ток, проходящий через землю, будет равен:

,

а напряжение корпуса относительно земли:

Если ток срабатывания защиты больше 27,5А, то отключения не произойдет и корпус будет находиться под напряжением 110В до тех пор, пока установку не отключат вручную.

Безусловно, при этом возникает угроза поражения людей электрическим током в случае прикосновения к повреждённому оборудованию. Ток через тело человека в этом случае будет равен:

Чтобы устранить эту опасность необходимо обеспечить автоматическое отключение электроустановки, т.е. увеличить ток до величины I_з>I_c.з., что достигается уменьшением сопротивления цепи за счёт введения в схему защитного нулевого провода с малым сопротивлением.

Согласно ПУЭ нулевой защитный проводник должен иметь проводимость не меньше половины проводимости фазного провода. В этом случае ток однофазного к.з. будет достаточным для быстрого отключения поврежденной электроустановки.

Таким образом, в 3^х

фазной сети до 1 кВ с заземленной нейтралью без нулевого защитного проводника невозможно обеспечить безопасность при замыкании на корпус, поэтому такую сеть применять запрещается.

Заземление нейтрали предназначено для снижения до безопасного значения напряжения относительно земли нулевого защитного проводника (и всех присоединенных к нему корпусов электрооборудования) при случайном замыкании фазы на землю.

В 4^х проводной сети с изолированной нейтралью при случайном замыкании фазы на землю между нулевым защитным проводом и землёй (рис. 4.7), а следовательно, между каждым зануленным корпусом и землей, возникает напряжение U_к

, близкое к значению U_ф. Например, при U_ф=220В, U_к220В. Что является весьма опасным.

Рис. 4.7. Замыкание фазы на землю в 3-х фазной четырёхпроводной сети до1 кВ с изолированной нейтралью.

В сети с заземленной нейтралью (рис. 4.8) при таком повреждении будет обеспечиваться безопасность, так как при замыкании фазы на землю фазное напряжение U_фразделится пропорционально сопротивлениямR_зм(сопротивления замыкания фазы на землю) и

R_о(сопротивление заземления нейтрали), благодаря чему напряжение между зануленным оборудованием и землейU_кснизится и будет равно:

(4.5)

где:

Iз

Рис. 4.8. Замыкание фазы на землю в 3-х фазной четырёхпроводной сети до 1 кВ с заземлённой нейтралью.

Как правило, сопротивление, которое оказывает грунт току замыкания фазы на землю R_зм, во много раз больше сопротивления заземления нейтралиR₀. ПоэтомуU_коказывается незначительным.

Например, при U_ф=220В, R₀ =4 Ом, R_зм=100 Ом

При таком напряжении прикосновение к корпусу неопасно.

Очевидно

3^х фазная четырехпроводная сеть с изолированной нетралью имеет опасность поражения электрическим током и применяться не должна.

Для уменьшения опасности поражения людей электрическим током в случаях обрыва нулевого защитного проводника и замыкания фазного проводника на корпус применяют повторное заземление нулевого защитного проводника.

При случайном обрыве нулевого защитного провода и замыкании фазы на корпус (за местом обрыва) отсутствие повторного заземления приведёт к тому, что напряжение относительно земли оборванного участка нулевого защитного провода и всех присоединенных к нему корпусов окажется равным фазному напряжению сети (U_ф) (рис. 4.9, а).

Рис. 4.9. Замыкание фазы 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.

Это напряжение опасное для человека будет существовать длительно, поскольку поврежденная электроустановка не будет отключаться от защиты, а обрыв нулевого проводника трудно обнаружить, чтобы отключить вручную.

Если же нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление, то при его обрыве сохранится цепь тока I_зчерез землю (рис. 4.9, б), а напряжение прикосновения на корпусе относительно земли за местом обрыва снизится до назначения:

(4.6)

где:	Iз
	Rn

Корпуса электрооборудования, присоединенные к нулевому защитному проводнику до места обрыва также окажутся под напряжением относительно земли:

Сумма U_к и U₀равны фазному напряжению:

U_к + U₀= U_ф

Если R_о= R_n, то корпуса, присоединенные к нулевому защитному проводу, как до, так и после обрыва, будут иметь одинаковый потенциал:

U_к = U₀=0,5U_ф

Этот случай является наименее опасным, так как при других соотношениях R₀ и R_nчасть корпусов будет находиться под напряжением большим 0,5U_ф, а другая часть корпусов под напряжением меньшим 0,5U_ф.

Поэтому повторное заземление значительно уменьшает опасность поражения электрическим током, возникающую при обрыве нулевого защитного проводника, но не может обеспечить условий безопасности, которые существовали до обрыва.

В сети, где применяется защитное зануление, запрещается заземлять корпус электроприемника, не присоединив его к нулевому защитному проводу.

Объясняется это тем, что в случае замыкания фазы на заземленный, но не присоединенный к нулевому защитному проводнику корпус электрооборудования (рис. 4.14), образуется цепь тока I_з через сопротивление заземления этого корпуса R_з и сопротивление нейтрали источника тока R₀.

Рис. 4.10. Схема, поясняющая недопустимость заземления и зануления разных корпусов электрооборудования в одной сети.

В результате между этим корпусом и землей возникает напряжение:

U_к = I_зR_з

Одновременно возникает напряжение между нулевым защитным проводником и землей (между всеми корпусами присоединенными к нулевому защитному проводнику и землей):

U₀= I_зR₀

При R_з= R_о, U_к и U₀ будут одинаковыми и равными половине фазного напряжения.

Например, в сети с U_ф=220В напряжение между каждым корпусом и землёй будет равно 110В.

Указанные напряжения могут существовать длительно, пока электроустановка не будет отключена от сети вручную, т.к. защита из‑за малого значения тока I_з может не сработать.

Следует отметить, что одновременное заземление и зануление одного и того же корпуса наоборот улучшает условия безопасности, т.к. создаёт дополнительное заземление нулевого проводника.

При замыканиях на корпус зануление создает цепь однофазного короткого замыкания. В результате срабатывает максимально-токовая защита (МТЗ) и аварийный участок цепи отключается от сети. Кроме того, до срабатывания ток к.з. вызывает перераспределение напряжений в сети и, как следствие, снижение напряжения аварийного корпуса относительно цепи (снижается напряжение прикосновения). Быстродействием МТЗ определяется время воздействия поражающего фактора опасности. (Чем меньше время срабатывания защиты, тем меньше опасность поражения человека при прикосновении к зануленному аварийному корпусу).

При замыкании на зануленный корпус в цепи одного из фазных проводов возникает ток короткого замыкания (I_к). Этот ток определяется фазным напряжением источника питания (U), сопротивлением цепи фазного (Z_ф) и нулеваго (Z_н) проводов:

Сопротивление цепи «фаза-нуль» Z_ф+Z_н выражается комплексными величинами. Это объясняется тем, что при протекании больших токов при надлежащем выполнении зануления I_к должен превышать I_ср и тем самым обеспечить срабатывание максимальной токовой защиты и, следовательно, безопасность людей имеющих контакт с зануленным электрооборудованием.

Зануление как и защитное заземление, необходимо выполнять в следующих случаях:

• в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных в отношении поражения электрическим током, а также вне помещений при напряжении электроустановок выше 42 В переменного и 110 В постоянного тока;

• в помещениях без повышенной опасности при напряжении электроустановок 380 В и выше переменного и 440 В и выше постоянного тока;

• во взрывоопасных зонах независимо от напряжения электроустановок (в том числе до 42 В переменного и до 110 В постоянного тока).

Зануление корпусов переносных электроприёмников осуществляется специальной жилой, находящейся в одной оболочке с фазными жилами питающего кабеля и соединяющей корпус электроприёмника с нулевым защитным проводником питающей линии.

Присоединять корпуса переносных электроприёмников к нулевому рабочему проводу линии недопустимо, так как в случае его обрыва все корпуса, присоединённые окажутся под фазным напряжением относительно земли.

Рис. 4.11. Зануление переносного однофазного электроприёмника, включенного между фазами и нулевым рабочим проводами.

а – правильно; б — неправильно

Если нулевой рабочий провод линии является одновременно нулевым защитным, то присоединение к нему корпусов электрооборудования должно выполняться отдельным проводником. Запрещается использовать для жтой цели нулевой рабочий проводник, идущий в электроприёмник, т.к. при случайном его обрыве корпус окажется под фазным напряжением.

Рис. 4.12. Зануление переносного однофазного электроприёмника, включенного между фазами проводом и нулевым рабочим, являющимся одновременно нулевым защитным проводником:

а – правильно; б — неправильно

ПУЭ нормируют максимальные значения сопротивлений заземляющих устройств:

• в электроустановках напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройствав любое время года должно быть не более 0,5 Ом.

• в электроустановках напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью должно быть R 250/I, Ом, но не более 10 Ом, где I –расчетный ток замыкания на землю, А.

• в электроустановках напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства, к которым присоединены нейтрали генератора или трансформатора в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника 3-х фазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

• В электроустановках напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства используемого для защитного заземления открытых проводящих частей в системе IT должно быть

R  U_пр /I, Ом

где:	Uпр
	I

8.2. Максимальная токовая защита нулевой последовательности

Схема и принцип действия защиты. Ненаправленная МТЗ НП применяется в сети с односторонним питанием места КЗ током I₀, т. е. при расположении трансформаторов с заземленной нейтралью с одной стороны защищаемого участка. Функциональная схема этой РЗ состоит из одного ИО – пускового токового релеКАО (рис. 8.4,а, б), реле времениКУ и исполнительного релеКL. Реле тока КАО включено на фильтр тока НП, в качестве которого используется нулевой провод ТТ, соединенных по схеме полной звезды. Ток вКАО равен геометрической сумме вторичных токов трех фаз:

I_P = I_a + I_b + I_c = 3 I₀ / К_I. (8.2)

При появлении тока 3 I₀, реле КАО срабатывает и приводит в действие реле времениКТ; последнее через времяtподает сигнал на промежуточное релеКL, которое дает команду на отключение выключателя.

Согласно (8.2) ток в пусковом реле РЗ появляется только в том случае, когда имеется ток I₀ поэтому МТЗ НП, показанная на рис. 8.4, может работать только при одно- и двухфазных КЗ на землю. При междуфазных КЗ (без «земли»), а также при нагрузке и качаниях МТЗ НП не действует, поскольку в этих режимах сумма токовI_A+I_B +I_C= 0 и ток 3 I₀ отсутствует. Важным преимуществом МТЗ НП является то, что она не реагирует на нагрузку. Благодаря этому ее не требуется отстраивать от токов нормального режима и перегрузок, что позволяет обеспечить более высокую чувствительность этой РЗ по сравнению с МТЗ, реагирующими на фазные токи.

Однако в действительности работа МТЗ НП осложняется погрешностью ТТ, обусловленной их током намагничивания (см. § 3.1).

Поэтому в режимах, когда имеет место баланс первичных токов (I_A+I_B +I_C= 0), сумма вторичных токовI_a+I_b +I_c0. В нулевом проводе и пусковом реле МТЗ НП появляется оста- точный ток, называемый током небаланса (I_нб), который может вызвать нежелательное действие РЗ при отсутствии первичного токаI₀ .

Ток небаланса. Значение I_нбможно найти, если в (8.2) учесть токи намагничивания ТТ:

I_P= .(8.3)

Очевидно, что второй член в (8.3) является током небаланса. Обозначив егоI_нби выразив первый член (8.6) черезI₀ получим

I_P=—I_нб. (8.4)

Выражение (8.4) показывает, что ток в пусковом реле МТЗ НП состоит из двух слагающих: одно обусловлено первичным током I₀, и второе – погрешностью ТТ. Последнее искажает значение тока 3 I₀ ,на которое реагирует МТЗ НП. Как следует из (8.3), ток небаланса равен геометрической сумме намагничивающих токов ТТ:

I_нб =. (8.5)

Сумма намагничивающих токов обычно не равна нулю. Это объясняется тем, что токи намагничивания имеют несинусоидальную форму и, кроме того, различаются по значению и фазе вследствие нелинейности и неидентичности характеристик намагничивания и неравенства в величине вторичных нагрузок ТТ разных фаз. Значение тока I_нбmax в нулевом проводе звезды ТТ обычно определяется при токе трехфазного КЗ в расчетной точке.

Для ограничения тока небаланса ТТ должны работать в ненасыщенной части характеристики намагничивания и иметь по возможности одинаковые токи намагничивания во всех фазах. Чтобы обеспечить эти условия, ТТ, питающие МТЗ НП, должны: удовлетворять условию 10%-ной погрешности при максимальном значении тока трехфазного КЗ в начале следующего участка; иметь идентичные характеристики намагничивания и одинаковые нагрузки вторичных цепей во всех фазах.

25. Токовая защита нулевой последовательности.

Длительный режим однофазного замыкания недопустим:

1. Однофазное замыкание может перерасти в многофазное из-за нарушения изоляции.

2. Из-за повышения напряжения других фаз относительно земли возможно возникновение двойного замыкания.

Всетях сложной конфигурации трудно определить место однофазного замыкания. В них устанавливается селективная токовая защита от замыканий на землю.

Пример. От подстанции отходят три линии.

Через точку КЗ проходит ток, значение которого зависит от емкостей всех трех линий.

При условном направлении тока к месту повреждения токи нулевой последовательности неповрежденных линий и через емкости С02 и С0з , протекают к шинам подстанции и далее по поврежденной линии от шин к месту замыкания .

По поврежденной линии протекает ток нулевой последовательности определяемый емкостью всех неповрежденных линий В каждой фазе протекает ток

Если 3>3, то на линии Л1 в качестве защиты от замыкания на землю можно использовать токовую защиту нулевой последовательности.

Защита не должна срабатывать при повреждениях на других присоединениях сети, когда по защищаемой линии проходит ток 3, обусловленный емкостью линии. Для обеспечения этого ток срабатывания выбирают по условию

Коэффициент отстройки учитывает бросок емкостного тока в момент замыкания.

= 4…5 — для защит без выдержки времени; =2,0…2,5 — для защит с выдержкой времени.

Без выдержки времени выполняются:

1. Защиты, действующие на сигнал.

2. Защиты линий торфоразработок и других сетей, где при замыкании на землю линии для обеспечения безопасности персонала должны отключаться без замедления.

Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом ,

Ток определяется по режиму с минимально возможным числом включенных линий. Коэффициент чувствительности должен быть: — для воздушных линий >=1,5; — для кабельных >=1,25.

В качестве фильтра тока нулевой последовательности обычно используется трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП) ΤAΖ.

Трансформатор тока нулевой последовательности имеет тороидальный сердечник, на который намотана обмотка. Кабель пропускается сквозь сердечник.

Ко вторичной обмотке подключается реле. Реле срабатывает, когда по обмотке проходит ток нулевой последовательности.

Ток по обмотке реле проходит и тогда, когда нет КЗ, так как кабель по отношению к сердечнику располагается несимметрично. Этот ток называется током небаланса.

Iнб=8-10 mA.

Вторичная обмотка может иметь любое число витков. Чем больше число витков, тем чувствительнее защита.

При замыкании в сети на землю токи повреждения могут за­мыкаться как через землю, так и по проводящей оболочке кабеля, в том числе и неповрежденного, что может вызвать неправильное действие защиты. Поэтому воронку и кабель на участке от ТНП до воронки изолируют от земли, а заземляющий провод присоединяют к воронке кабеля и пропускают через отверстие магнитопровода ТНП в направлении кабеля. При таком исполнении цепей защиты токи, проходящие по броне и проводящей оболочке кабеля, компенсируются токами, возвращающимися по заземляющему проводу.

В качестве фильтра тока нулевой последовательности используется так же схема на сумму токов трех фаз.

14. Технические средства защиты, применяемые в электроустановках.

Обеспечение защиты персонала от поражения электрическим током достигается проведением технических и организационных мероприятий, которые регламентированы следующими основными документами:

1. Правила эксплуатации электроустановок потребителей (ПЭЭ).

2. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей (ПТБ).

3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ).

Технические мероприятия, предусматриваемые Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), включают следующие меры защиты от поражения электрическим током:

— Изоляцию токоведущих частей, сопротивление которой на любом участке цепи не должно быть менее 0,5 МОм.

— Защитное заземление или зануление корпусов электрооборудования, позволяющие снизить до безопасного потенциал на электроустановках при пробое изоляции или замыкании на корпус или отключение поврежденной электроустановки от сети.

— Выравнивание электрических потенциалов, позволяющее снизить до безопасного напряжение прикосновения или шаговое напряжение в зоне расположения электроустановки.

— Применение пониженного напряжения (до 42 В и менее).

— Защитное разделение сетей с помощью разделительных трансформаторов.

— Применение устройств защитного отключения (УЗО) и блокировок, позволяющих автоматически отключать поврежденные электроустановки или при несанкционированном их вскрытии и др.

Наиболее эффективными техническими средствами защиты в электроустановках являются:

1. Защитное заземление электрооборудования.

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т. п.).

Назначение защитного заземления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Принцип действия защитного заземления — снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

Заземление является эффективным в сетях с изолированной нейтралью (типа IT) напряжением до 1 кВ.

Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом. Это достигается надежным контактом во всех соединениях контура заземления и периодическим контролем сопротивления.

2. Зануление — преднамеренное соединение с нулевым защитным проводником металлических нетокопроводящих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Зануление необходимо для обеспечения защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении за счет снижения напряжения корпуса относительно земли и быстрого отключения электроустановки от сети.

Область применения зануления – электроустановки напряжением до 1 кВ в 3трехфазных сетях с заземленной нейтралью.

Рисунок — Схема работы зануления:

1 — нулевой защитный проводник; 2 — срабатываемый элемент защиты; 3 — повторное заземление нулевого провода

Проводник (1), который соединяет зануляемые части электроустановки с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки трансформатора, называют нулевым защитным; его назначение заключается в создании для тока короткого замыкания электрической цепи с малым электросопротивлением (цепь обозначена на рисунке цифрами I — II — III — IV — V), чтобы данный ток был достаточен для быстрого отключения повреждения от сети. Это достигается срабатыванием элемента защиты сети от тока короткого замыкания (на рисунке данный элемент обозначен цифрой 2).

Цепь зануления I — II — III — IV — V имеет очень малое электрическое сопротивление (доли Ом). Ток короткого замыкания, возникающий при замыкании на корпус и проходящий по цепи зануления, достигает большого значения (нескольких сотен ампер), что обеспечивает быстрое и надежное срабатывание элементов защиты.

Для устранения опасности обрыва нулевого провода устраивают его повторное многократное рабочее заземление через каждые 250 м.

Надежность зануления определяется в основном надежностью нулевого защитного проводника. В связи с этим требуется тщательная прокладка нулевого защитного проводника, чтобы исключить возможность его обрыва. Кроме того, в нулевом защитном проводнике запрещается ставить выключатели, предохранители и другие приборы, способные нарушить его целостность.

При соединении нулевых защитных проводников между собой должен обеспечиваться надежный контакт. Присоединение нулевых защитных проводников к частям электроустановок, подлежащих занулению, осуществляется сваркой или болтовым соединением, причем, значение сопротивления между зануляющим болтом и каждой доступной прикосновению металлической нетоковедущей частью электроустановки, которая может оказаться под напряжением, не должно превышать 0,1 Ом. Присоединение должно быть доступно для осмотра.

Нулевые защитные провода и открыто проложенные нулевые защитные проводники должны иметь отличительную окраску: по зеленому фону желтые полосы.

23. Токовые защиты нулевой последовательности в сетях с глухозаземленной нейтралью.

Защита выполняется трехступенчатой. Измерительными реле тока подключаются к фильтру тока нулевой последовательности. Реле тока срабатывают при возрастании тока нулевой последовательности. Схемы защиты выполняется аналогично схе­мам токовой защиты от междуфазных КЗ.

Защита нулевой последовательности имеет преимущества:

1. Имеет более высокую чувствительность.

2. Имеет меньшую выдержку времени последней ступени.

В радиальной сети с односторонним питанием короткие замыкания на землю возникают на участках, ограниченных об­мотками трансформаторов — Т1- Т3, соединенных в звезду. Путь прохождения тока нулевой последовательности определяется заземленными нейтралями. В данной схеме ток нулевой последовательности проходит по поврежденному участку через за­земленную нейтраль трансформатора Т1 и точку короткого замы­кания.

На линиях АБ и БВ и трансформаторах Т1—Т3 установлены токовые защиты А2—А5 от междуфазных повреждений и токовые защиты нулевой последовательности А₀2—А₀5 от КЗ на землю.

Первая ступень защиты – токовая отсечка без выдержки времени

Ток срабатывания выбирается по условю

где = 1,3 при использовании реле РТ-40 для линий 110—220 кВ.

— начальный ток нулевой последовательности, при замыкании на землю на шинах приемной подстанции в точке .

Рассматривают два вида КЗ — однофазное КЗ и — двойное КЗ.

Токовая отсечка не должна срабатывать

1. От токов нулевой последовательности, кратковременно появляющихся при неодновременном включении фаз выключателя. Для этого в схему защиты ставят промежуточное реле, создающее замедление около трех-четы-рех периодов.

2. В неполнофазном режиме, возникающем в цикле офнофазного АПВ на защищаемой линии.

Преимущество токовой отсечки нулевой последовательности.

1. Имеет большую защищаемую зону чем ТО, включенная на полные токи фаз. Это объясняется сильным наклоном кривой тока КЗ.

Вторая ступень защиты — токовая отсечка нулевой по­следовательности с выдержкой времени.

Параметров защиты и необходимо отстроить от первых ступеней защит нулевой последовательности А03, А04. Это защиты линии БВ и трансформатора Т2. Тока срабатывания выбирается по условиям

где =1,1.

Из двух значений принимается большее.

Выдержка времени определяется как и выдержка времени второй ступени токовой защиты на полные токи фаз. Обычно не превышает 0,5 с.

Третья ступень защиты — максимальная токовая за­щита нулевой последовательности.

При повреждениях на землю в точках и ток нулевой последовательности с высшей стороны трансформаторов Т2 и ТЗ отсутствует, поэтому защиту А04 и А05 выполняют без выдержки времени

Выдержки времени ; и защит А₀1—А₀3 выбирают по ступенчатому принципу. Так как , то токовую защиту нулевой последовательности на головных участках можно выполнить более быстродействующей, чем токовую защиту с включением реле на полные токи фаз.

В нормальном режиме и при многофазных КЗ в реле проходит только ток небаланса

Ток срабатывания реле можно по условию

Максимальный ток небаланса протекает по реле при КЗ.

Ток небаланса определяется по формуле.

где ε = 10 % — максимальная погрешность трансформаторов тока,

=0,5 … 1,0 — учетом коэффициента их однотипности

—установившийся ток внешнего трехфазного короткого замыкания при повреждении в начале следующего участка. (для защиты A₀2 в точке ).

Когда выдержка времени защиты менее =0,3 с, при определении тока небаланса следует учитывать апериодическую составляющую

где =2 при времени действия защиты до =0,1 с и =l,5 при 0,1<=<=0,3.

где =1,25 — коэффициент отстройки, учитывающий погрешность и необходимый запас.

Если чувствительность защиты недостаточно, то ее можно повысить если принять .

При этом внешние многофазные КЗ отключаются со временем, меньшим времени действия токовой защиты нулевой последовательности. Ток небаланса от токов КЗ в реле нулевой защиты можно не учитывать. В этом случае достаточно ее ток срабатывания выбирают по расчетному току небаланса в нормальном режиме

=

Ток значительно меньше тока , поэтому при внешних многофазных КЗ измерительный орган защиты срабатывает. Для обеспечения возврата реле после отключения внешних коротких замыканий при выборе тока срабатывания учитывается коэффициент возврата k_B:

коэффициенты , — такие же как и у МТЗ на полные токи фаз.

=1,1-1,2;

Защита нулевой последовательности по сравнению с защитой на полные токи фаз имеет меньшую выдержку времени и большую чувствительность.

Бесконтактная аппаратура | Электрооборудование и электроснабжение горных предприятий

Страница 18 из 91

Самым ненадежным элементом пускозащитной аппаратуры является контактная система, которая вследствие воздействия электрической дуги сравнительно быстро выходит из строя, хотя остальные элементы и узлы аппаратов способны продолжать нормальную работу.
В настоящее время начинают получать применение бесконтактные системы аппаратов, не требующие установки контакторных катушек, силовых контактов и дугогасительных устройств. Основу такой системы составляют управляемые диоды — тиристоры. Включение тиристоров осуществляется путем подачи в цепь управления импульсатока. Длительность импульса управления должна быть достаточной для того, чтобы рабочий ток, начинающий протекать через управляемый вентиль, смог бы дорасти до. величины, превышающей значение тока удержания.

Рис. 26. Схема внешних соединений тиристорного пускателя ПТ-16-380Р-У5
Примером бесконтактной аппаратуры может служить тиристорный пускатель ПТ-16-380Р-У5, предназначенный для управления трехфазными двигателями в условиях шахт горной промышленности. Пускатель рассчитан на напряжение сети 380 В, номинальный ток 16 А, ток включения в течение 0,4 с не должен превышать 130 А. Ток цепи управления составляет не более 0,3 А при напряжении цепи управления 24 В. Режим работы пускателя продолжительный и повторно-кратковременный с ПВ —60% при частоте до 600 включений в час. Пускатель имеет тепловую защиту и максимально- токовую защиту с регулируемым порогом срабатывания.

Схема внешних соединений пускателя приведена на рис. 26. На левой части рисунка показана схема кнопочного управления пускателем без фиксации команды (КУ1 —пуск «Вперед», КУ2— пуск «Назад»), а на правой части — элемент схемы с фиксацией команды (КУЗ — «Стоп»).
Основу силовой части составляют тиристоры Т50-7, которые включены встречно-параллельно по два в каждой фазе. Управление тиристорами — широтно-импульсное. Пускатель имеет ресурс работы не менее 10 000 ч, отличается высокой надежностью, простотой конструкции, обеспечивает работу электропривода в тяжелых условиях эксплуатации.
К бесконтактным аппаратам относят также пусковые агрегаты АБК, описание которых, дано в § 2 главы VII.

13. Защита электрических сетей напряжением до 1000 В.

Защита автоматическими выключателями

Автоматические выключатели (АВ) обычно выбираются по номинальному току электроустановки и подразделяются на классы

В (IC,О =(3…5)IН) С (IC,О =(5…10)IН), D (IC,О =(10…20)IН)

Основная область применения автоматов — защита от перегрузки и КЗ внутренней проводки и электродвигателей.

Чувствительность автоматов для защиты сетей с заземленным нулем от однофазных КЗ с зависимой от тока характеристикой должна быть не менее 3. Чувствительность автоматов, имеющих только мгновенные расцепители, при однофазных КЗ должна быть не менее 1,1 с учетом максимального разброса по току срабатывания. Если заводских данных по разбросу тока срабатывания нет, то чувствительность, определенная по номинальным параметрам, должна быть не менее 1,4 для автоматов с номинальным током до 100 А и не менее 1,25 для прочих. Для защиты сетей с изолированной нейтралью по ПУЭ чувствительность автоматов должна быть не ниже 1,25 при двухфазном КЗ.

Защита предохранителями

Суть выбора предохранителя заключается в согласовании характеристики предохранителя по селективности с другими защитами.

Для проверки селективности заводские характеристики перестраиваются в расчетные, как показано на рис. По заводской характеристике при произвольном значении тока I1, определяют среднее время отключения t1. Если требуется особо надежная селективность, то значение t1, увеличивают и уменьшают на 50% и полученные значения времени откладывают на перпендикуляре, восстановленном из точки I1. Задаваясь другими значениями токов, строят область, ограниченную двумя кривыми. В пределах этой области лежат возможные значения полного времени отключения.

Для обычных случаев, когда за основу принимается разброс ±25%, построение производят аналогично, используя для этого значения 1,25t и 0,75t.

Для проверки селективности вставок предохранителей на напряжение ниже 1 кВ можно пользоваться следующими неравенствами:

1,5tм<0,5tб или tб>3tм;	(1)
1,25tм < 0,75 tб или tб > 1,7tм,	(2)

где tм и tб — время отключения тока КЗ вставкой с меньшим и большим номинальными токами при токе трехфазного КЗ в месте установки вставки с меньшим номинальным током. Выражение (1) применимо при разбросе в 50%, выражение (2) — при разбросе 25 %. Необходимо подчеркнуть, что приведенные рассуждения и выражения (1) и (2) действительны только для однотипных предохранителей

Устройство защитного отключения

УЗО предназначено для защиты людей от поражения электрическим током. При прикосновении к поврежденным проводам или неизолированным частям оборудования УЗО моментально отключит питание в сети. Некоторые УЗО применяют для защиты электропроводки от возгорания. Этот аппарат может совмещаться с автоматическим выключателем, тогда он называется дифференциальным автоматом. В однокомнатной квартире скорее всего будет достаточно одного УЗО, рассчитанного на ток утечки в 30 мА. В 4-хкомнатной квартире, где установлено пятнадцать групп розеток, лучше использовать 5 УЗО, а также по одному УЗО на всю группу освещения, электроплиту и водонагреватель. Для контроля всей электропроводки на входе в коттедж можно установить дополнительно к расчетным одно общее УЗО с номинальным отключающим током 300 мА.