Что такое защитное зануление — схема и принцип работы
Зануление представляет собой специальное подключение открытых металлических частей электрооборудования (электроустановок) к нейтрали. Это относится к металлическим не токоведущим частям оборудования, которые в нормальном (рабочем) режиме не находятся (и не должны находиться) под напряжением. Нейтраль, с которой происходит соединение, должна быть глухо заземлена.
В трёхфазных электрических сетях – это нейтраль генератора или силового трансформатора, в однофазной сети – это глухозаземлённый вывод источника питания.
Нулевым защитным проводником (не путать с нулевым рабочим проводником) является такой проводник, который соединяет металлические занулённые части электрооборудования с глухозаземлённой нейтралью, идущей от генератора или питающего силового трансформатора.
Цель защитного зануления – обеспечить электрическую безопасность в случае короткого замыкания на металлический корпус электрооборудования или электроустановки.
Принцип зануления
Защитное зануление работает следующим образом. Если при поданном электрическом питании происходит попадание фазы (случайное попадание или пробой изоляции фазного проводника) на металлический корпус с занулением, то возникает короткое замыкание, резко увеличивается значение электрического тока и срабатывает аппарат защиты (автоматический выключатель) или перегорает плавкая вставка защитного предохранителя, тем самым обесточивая электрооборудование или электроустановку.
Сопротивление защитного нулевого проводника должно быть очень низким. Это необходимо для того, чтобы обеспечить уровень тока короткого замыкания, достаточный для действия защиты. Т.е. значение тока к.з. должно быть достаточным для того, чтобы сработал защитный аппарат.
Если электрооборудование просто заземлить, то, например, в случае пробоя фазы на корпус ток короткого замыкания может быть недостаточным для того, чтобы сработал автоматический выключатель или перегорела плавкая вставка предохранителя.
Ввиду того, что нейтраль заземлена на генераторе или трансформаторе, благодаря защитному занулению обеспечивается достаточно малое напряжение прикосновения на корпусе. Т.е. защитное зануление можно считать своего рода разновидностью заземления.
Видео — Зануление и заземление — в чем разница?
Схемы защитного зануления
Существует несколько схем, по которым выполняется защитное зануление.
Система TN-C
Достаточно простая система, по которой выполняется защитное зануление. В ней нулевой проводник N и защитный проводник PE по всей длине объединены в один общий проводник PEN. Для реализации защитного зануления по системе TN-C необходимо соблюдать очень высокие требования к системе уравнивания потенциалов, а также к размеру поперечного сечения совмещённого PEN-проводника.
Зануление по системе TN-C применяется в трёхфазных электрических сетях, а в однофазных сетях такое зануление категорически запрещено.
Система TN-C-S
Данная система представляет собой соединённые N и PE проводники в части сети, начиная от электрического источника питания. По данной системе допускается зануление электрооборудования в однофазных сетях.
Область применения защитного зануления
Защитное зануление применяется в однофазных и трёхфазных сетях переменного тока до 1кВ. Сеть должна быть с глухозаземлённой нейтралью.
Проверка эффективности защитного зануления
Суть защитного зануления заключается в том, чтобы в случае короткого замыкания фазы на корпус электрооборудования произошло автоматическое отключение повреждённого участка цепи. Для того чтобы проверить на сколько эффективно выполнено защитное зануление, необходимо измерить сопротивление петли фаза-ноль в самой удалённой от источника питания точке. Это позволит определить, сработает ли аппарат защиты в случае однофазного к.з. на корпус.
Сопротивление петли фаза-ноль измеряется при помощи специальных измерительных приборов. Приборы для измерения петли фаза-ноль имеют два щупа. При измерении один щуп подключается к действующей фазе, а второй – к занулённой части электрооборудования.
В результате замера выясняется значение сопротивления петли фаза-ноль. Зная величину измеренного сопротивления и значение питающего напряжения, по формуле закона Ома для участка цепи можно рассчитать ток однофазного короткого замыкания, расчётное значение которого должно быть больше (или равно) тока срабатывания защитного устройства.
Допустим, для защиты цепи от токовых перегрузок и от коротких замыканий установлен автоматический выключатель, ток мгновенного срабатывания которого равен 100А. Измеренное значение сопротивления петли фаза-ноль равно 2 Ом, фазное напряжение в сети равно стандартному значению 220В.
Рассчитываем значение тока однофазного короткого замыкания. По закону Ома I = U/R = 220В/2Ом = 110А.
Т.к. расчётный ток к.з. больше чем ток мгновенного срабатывания (отсечки) автоматического выключателя, то защитное зануление будет эффективным. Если бы расчетный ток к.з. получился меньше тока мгновенного срабатывания автомата, то для эффективности защитного зануления пришлось бы или менять автоматический выключатель на устройство с меньшим током срабатывания, или искать решение по уменьшению сопротивления петли фаза-ноль.
Очень часто в расчётах ток срабатывания автоматического выключателя умножается на так называемый коэффициент надёжности Кн или коэффициент запаса. Дело в том, что отсечка автомата не всегда соответствует указанному значению, т.е. может быть некоторая погрешность, для этого и вводится в расчёты указанный коэффициент. Для старых автоматов Кн может равняться, например, 1,25 или 1,4. Для новых современных автоматов он может быть равен 1,1. Это связано с тем, что новые аппараты защиты работают более точно.
38 Зануление, схема, устройство и принцип работы.
Задача зануления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус.
При занулении, если оно надежно выполнено всякое замыкание на корпус превращается в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазами и нулевым проводом). При этом возникает ток такой силы, достаточной для расплавления плавкой вставки ближайшего предохранителя или отключения ближайшего автомата и автоматическое отключение поврежденной установки от сети. Зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает максимально-токовая защита и отключает электроустановку. В качестве максимально-токовой защиты применяют предохранители, автоматы. Область применения зануления — трехфазные четырехпроводные сети с глухозаземленной нейтралью источника тока (рис. 1).
1 — корпус электрооборудования; 2 — максимально-токовая защита; Rо — сопротивление заземления нейтрали источника тока; Rn — сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника.
Кроме того, защитное заземление применяют в трехфазных сетях с изолированной нейтралью, а не в четырехпооводных сетях с глухозаземпенной нейтралью, как зануление.
39 Защитное отключение, схема, назначение и область его применения.
Защитное отключение — это быстродействующая щита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током.
Защитное отключение должно осуществлять защиту от глухих или неполных замыканий на землю или корпус; при появлении опасных токов утечки; при переходе высшего напряжения на низшее.
Устройства защитного отключения должны обладать высокой чувствительностью, малым временем отключения (ПУЭ требует, чтобы это время не превышало 0,2 с), самоконтроль и надежность.
Наиболее целесообразно применять защитное отключение в передвижных электроустановках и при использовании ручного инструмента.
Зануление обеспечивает отключение поврежденного участка сети или электроприемника лишь через период времени, измеряемый единицами или десятками секунд. Защитное отключение применяется в электроустановках с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000В в дополнение к занулению; взамен зануления, если его трудно выполнить.
Схемы защитного отключения подразделяются на несколько типов в зависимости от параметра, на который реагирует датчик: напряжение корпуса относительно земли, тока замыкания на землю, напряжения нулевой последовательности, напряжения фаз относительно земли и т.п.
На рис.1 представлена принципиальная схема защитного заземления, реагирующая на напряжение корпуса относительно земли.
Датчиком
является реле максимального напряжения
RЗ,
включенное между защитным корпусом и
вспомогательным заземлителем Rв.
Электроды вспомогательного заземлителя
размещаются в зоне нулевого потенциала
не ближе 15-20 м от заземлителя корпуса
R
Защитное отключение может применяться как основная мера защиты совместно с защитным заземлением или занулением.
6. Принцип действия защитного зануления.
Зануление — это преднамеренное соединение металлических нетоковедущих частей электроустановок (например, корпуса электродвигателя), которые неожиданно могут оказаться под напряжением, с нулевым защитным проводом. Зануление применяют в трехфазных четырехпроводных сетях напряжением до 1000 В (380/220 В) с глухозаземленным нейтральным (нулевым) проводом обмотки питающего трансформатора.
Принцип действия зануления заключается в превращении пробоя на корпус в однофазное короткое замыкание (замыкание между фазным и нулевым проводами) с целью создания большого тока J к.з., при котором сгорают плавкие предохранители (скорость 5-7 сек) или срабатывает автомат (1-2с). По цепи: фаза-корпус-нулевой провод течет большой ток короткого замыкания. До срабатывания защиты зануление понижает напряжение на корпусе. Для уменьшения опасности поражения в случае обрыва нулевого провода этот провод заземляют повторно (RП) так, чтобы расстояние от электроустановки до ближайшего повторного заземления было ≤ 100 м.
5. Принцип действия защитного заземления. Понятие о шаговом напряжении. Защитное заземление, понятие о шаговом напряжении.
Корпус любой электроустановки, в частности электродвигателя в нормальном состоянии не находится под напряжением благодаря изоляции от токоведущих частей. Однако в случае повреждения изоляции любая из частей корпуса может оказаться под напряжением, под которое неожиданно может попасть человек.
Для уменьшения опасности поражения электротоком все установок заземляют.
Сеть с изолированной нейтралью.
Заземление состоит из заземлителя (стержень из уголковой стали, вертикально забитый в землю) и проводов соединяющих заземлитель с электроустановкой. Сопротивление заземления не должно превышать 10 Ом.
Назначение заземления — максимально уменьшить напряжение, под которое может попасть человек.
При отсутствии заземления и пробое фазы на корпус двигателя последний будет находиться под напряжением 220 В. При сопротивлении Rчел = 1000 Ом через человека пойдет ток силой 220 мА — это смертельно. Если двигатель заземлить, то большая часть тока потечет с двигателя через заземлитель на землю, а ветвь «двигатель-человек-земля» будет значительно разгружена, по ней потечет не опасный для человека ток, так как сопротивление человека, примерно в 100 раз больше сопротивления заземления.
В ряде помещений (теплицы, фермы и др.) отмечаются повышенная влажность, запыленность, агрессивные пары и газы. В таких условиях изоляция электропроводов быстро выходит из строя, что сопровождается частым замыканием электропроводок на корпус. В итоге на нем появляется потенциал по отношению к земле или влажному полу помещений. С целью защиты человека и животных в названных условиях используют метод выравнивание электрического потенциала, заключающееся в снижении напряжений прикосновения и шага между точками электроцепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых могут одновременно стоять человек и животное. Для этого металлические детали транспортеров, стойла и трубопроводы соединяют со стальной полосой или проволокой диаметром не менее 8 мм, которые укладывают в полу фермы на слой песчаной или щебеночной подушки перед заливкой его бетоном. По торцам помещения проводники присоединяют к металлоконструкциям фермы на высоте 300 — 500 мм (при этом выводы выравнивающих проводников в местах их выхода из пола изолируют друг от друга). Целость каждой цепи выравнивающих проводников проверяют раз в шесть месяцев, при этом сопротивление в местах креплений не должно превышать 1 Ом.
Понятие о шаговом напряжении.
При прохождении электрического тока с заземлителя в землю, на поверхности земли возникают электрические потенциалы, величина которых уменьшается по мере удаления от заземлителя. Если в момент прохождения тока через заземлитель около него будет находиться человек или животное, то он может оказаться под действием разности электрических потенциалов, в результате чего по его телу пройдет электроток. Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками поверхности земли, отстоящими друг от друга на расстоянии шага (0,8 м) называется шаговым напряжением. Для животных оно выше, чем для человека. Чем больше величина шага и чем ближе человек находиться к заземлителю, тем больше опасность поражения шаговым напряжением.
Шаговое напряжение может возникнуть вследствие удара молнии в землю, в дерево, также около упавших на землю электропроводов, находящихся под напряжением. Это напряжение вызывает судороги ног, человек падает и попадает под еще большее напряжение «ноги-руки». В радиусе R = 20 м шаговое напряжение = 0.
Меры безопасности: не приближаться к местам падения не обесточенных проводов. Если попали под напряжение — нужно выйти из опасной зоны мелкими шагами или прыгать на одной ноге. Сориентироваться где источник.
ЗАНУЛЕНИЕ
§ 13.8. Зануление
Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Нулевым защитным проводником называется проводник, соединяющий зануленные части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом. Зануление применяется в сетях напряжением до 1000 В.
В сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В защитное заземление неэффективно, так как ток глухого замыкания на землю зависит от сопротивления заземления.
Уменьшить напряжение корпуса, находящегося в контакте с токоведущими частями, устройством заземления в сети с глухозаземленной нейтралью, невозможно. Можно обеспечить безопасность, уменьшив длительность режима замыкания на корпус. Для этого прокладывается нулевой провод, соединяющийся с глухозаземленной нейтралью источника и повторными заземлениями, к которому и присоединяют металлические корпуса электрооборудования (рис. ).
Зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита, которая селективно отключает поврежденный участок сети. Кроме того, зануление снижает потенциалы корпусов, появляющиеся в момент замыкания на землю.
При замыкании, например, фазы А на зануленный корпус ток короткого замыкания проходит через следующие участки цепи: обмотку трансформатора (генератора), фазный провод и нулевой провод. Величина тока определяется фазным напряжением и полным сопротивлением цепи однофазного короткого замыкания:
(1)
при этом сопротивления трансформатора ZT, проводов Zф.пр и Zн имеют активную и индуктивную составляющие.
Рис.1. Принципиальная схема зануления.
Если
принять 
, то
ток короткого замыкания
(2)
Например, если сопротивление Zф+Zh=0,2 Ом (в сетях напряжением 380/220 В обычно это сопротивление значительно меньше), то ток короткого замыкания
Iк = 220/0,2 = 1100 А. Очевидно, что при таком токе защита должна сработать.
При наличии повторного заземления нулевого провода напряжение корпуса относительно земли
(3)
где Rп — сопротивление повторного заземления нулевого провода.
Ток
замыкания на землю 
определяется из схемы, приведений
на рис.:
(4)
Здесь 
— падение напряжения в нулевом проводе,
приложенное к последовательно
соединенным сопротивлениям Rо и Rп.
Из закона Ома
или с учетом
(5)
Решая совместно уравнения, получаем при замыкании на корпус напряжение корпуса относительно земли:
(6)
Аналогично определяем напряжение нейтрали относительно земли:
(7)
Повторное заземление нулевого провода снижает напряжение на корпусе в момент короткого замыкания, особенно при обрыве нулевого провода. Если повторное заземление отсутствует (Rп→∞), выражения и принимают вид:
; 
.
При наличии повторного заземления второй множитель в выражении (6) меньше единицы, в выражении (7) — больше нуля, т. е. потенциал корпуса меньше, чем величина Uк, а потенциал нейтрали больше нуля. Если принять Zф=Zн и Rп=Ro, то потенциалы
,
при U=220 В, Uо=Uз=55 В, что допустимо в течение 1 с.
Рис. 2. Распределение потенциалов вдоль нулевого провода:
I — без повторного заземления; II — с повторным заземлением; 1—5 — корпусы
Без
повторного заземления нулевого провода
(Rп→∞)
в случае замыкания на корпус его потенциал 
при U=220
В, Uз=110
В, а потенциал нейтрали равен нулю.
Таким образом, повторное заземление при замыкании на корпус уменьшает его потенциал и тем самым повышает безопасность. На рис. 2 показано распределение потенциалов вдоль нулевого провода между повторным заземлением (а значит, и корпусом) и заземлением нейтрали. Эти потенциалы существуют в течение времени срабатывания защиты.
В случае обрыва нулевого провода при замыкании на корпус короткого замыкания не произойдет. При этом потенциалы определяются из (6) и (7), причем Zн→∞:
; 
.
При этих условиях все корпуса, соединенные с нулевым проводом за местом обрыва, оказываются под напряжением относительно земли, равным Uз. Те корпуса, которые занулены до места обрыва, находятся под напряжением, равным Uо. Такой режим принципиально не отличается от замыкания на заземленный корпус в сети с глухозаземленной нейтралью. Очевидно, этот режим опасен. Но при отсутствии повторного заземления нулевого провода опасность возрастает еще больше, так как замыкание происходит на корпус, не имеющий ни зануления, ни заземления. Корпуса электрооборудования, соединенные с корпусом с поврежденной изоляцией, оказываются под фазовым напряжением относительно земли (рис. 3).
Рис. 3. Замыкание на корпус при обрыве нулевого провода.
Потенциалы
зануленных корпусов при однофазном
коротком замыкании зависят от длины
участка нулевого провода между
нейтралью источника и местом
присоединения корпуса к нулевому
проводу. При замыкании на один из
корпусов по участку нулевого провода
между этим корпусом и нейтралью
трансформатора проходит ток короткого
затыкания. Падение напряжения на
этом участке определяется из закона
Ома: 
. Поскольку
сопротивление нулевого провода при
постоянном сечении пропорционально
его длине, падение напряжения также
пропорционально длине. Поэтому при
отсутствии повторного заземления
потенциал корпуса, на который происходит
короткое замыкание, равен падению
напряжения в нулевом проводе [см.
выражение (5)].
Потенциалы по длине нулевого провода пропорциональны расстоянию от нулевой точки источника (см. рис. 2, кривая I). Корпусы 1, 2 и 3 также находятся под напряжением относительно земли, равным потенциалам нулевого провода в точках присоединения каждого корпуса. Потенциал корпуса 5 равен потенциалу корпуса 4, на который произошло замыкание, так как за местом короткого замыкания в нулевом проводе тока нет, а значит, и падение напряжения отсутствует.
Если нулевой провод имеет повторное заземление (см. рис. 2, кривая II), то потенциал нейтрали не равен нулю; он равен падению напряжения на сопротивлении заземления нейтрали. Потенциал корпуса поврежденного потребителя равен падению напряжения на повторном заземлении. Разность этих потенциалов равна Uк. Потенциалы в нулевом проводе распределяются по прямолинейному закону. Потенциал корпуса 3 ниже потенциала корпусов 5 и 4. Корпус 2 находится в данном случае под нулевым потенциалом.
Устройство зануления и требования к нему. Основное назначение зануления — обеспечить срабатывание максимальной токовой защиты при замыкании на корпус. Для этого ток короткого замыкания должен значительно превышать уставку защиты или номинальный ток плавких вставок.
Согласно ПУЭ ток однофазного короткого замыкания должен превышать не менее чем в три раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или ток срабатывания расцепителя автоматического выключателя с обратно зависимой от тока характеристикой. При защите сети автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель (отсечку), нулевой защитный провод должен быть выбран таким образом, чтобы в цепи «фаза-нуль» обеспечивался ток короткого замыкания, равный величине тока уставки мгновенного срабатывания, умноженный на коэффициент, учитывающий разброс (по заводским данным), и на коэффициент запаса 1,1. При отсутствии заводских данных для автоматов с номинальным током до 1000 А кратность тока короткого замыкания относительно величины уставки следует принимать равной 1,4; для автоматов с номинальным током более 125 А она составляет 1,25. Полная проводимость нулевых защитных проводников во всех случаях должна быть не менее 50% проводимости фазного провода. В случаях когда эти требования не удовлетворяются, отключение при замыканиях на корпус должно обеспечиваться при помощи специальных защит (например, устройством защитного отключения).
Нулевой защитный провод должен иметь надежные соединения, и должна обеспечиваться непрерывность цепи от каждого корпуса до нейтрали источника. Поэтому соединения нулевого провода до защищаемого корпуса выполняются сварными. Нулевой защитный провод соединяется со всеми заземленными металлическими конструкциями, создающими параллельные цепи короткого замыкания: металлическими конструкциями зданий, подкрановыми путями, стальными трубами электропроводок, свинцовыми и алюминиевыми оболочками кабелей, металлическими трубопроводами, проложенными открыто, исключая трубопроводы для горючих и взрывоопасных смесей. Эти проводники могут служить единственным нулевым проводом, если по проводимости они удовлетворяют приведенным выше требованиям.
Чтобы обеспечить непрерывность цепи зануления, запрещается установка в нулевой провод предохранителей и выключателей. Это допускается только в том случае, если выключатель вместе с нулевым проводом размыкает и все фазные провода.
Зануление однофазных потребителей, например светильников, должно осуществляться специальным защитным проводником (или жилой кабеля), который не может одновременно служить проводом для рабочего тока (см. рис. 1, корпус 2). Повторные заземления нулевого провода должны выполняться на концах ответвлений воздушных линий или ответвлений длиной более 200 м, также на вводах в здания, электроустановки которых подлежат занулению.
Сопротивление заземляющих устройств, к которым присоединены нейтрали трансформаторов или генераторов, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока. Общее сопротивление растеканию заземлителей всех повторных заземлений нулевого рабочего провода каждой воздушной линии в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 600, 220, 127 В. При этом сопротивление растеканию заземлителя каждого из повторных заземлений нулевого рабочего провода должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях. Проводники для повторных заземлений нулевого провода должны иметь пропускную способность не менее 25 А.
Расчет зануления. Цель расчета зануления — определить сечение нулевого провода, удовлетворяющее условию срабатывания максимальной токовой защиты. Уставка защиты определяется мощностью подключенной электроустановки. Согласно требованиям ПУЭ, ток короткого замыкания должен превышать уставку защиты. Например, ток короткого замыкания, необходимый для перегорания плавкой вставки предохранителя, определяется как Iк ≥ 3·Iн , где Iн — номинальный ток плавкой вставки.
Расчетная величина тока короткого замыкания определяется из выражения (1) с учетом сопротивления петли «фаза — нуль»:
;
.
Таблица 1. Расчетные сопротивления сухих трансформаторов при вторичном напряжении 400/230 В
Мощность трансформатора, кВ·А | Схема соединения обмоток |
| Мощность трансформатора, кВ·А | Схема соединения обмоток |
| Мощность трансформатора, кВ·А | Схема соединения обмоток |
|
160 | Δ/Yн | 0,055 | 320 | Y/Yн | 0,0847 | 630 | Δ/Yн | 0,014 |
180 | Y/Yн | 0,151 | 400 | Δ/Yн | 0,022 | 750 | Y/Yн | 0,0364 |
250 | Δ/Yн | 0,0354 | 560 | Y/Yн | 0,0434 | 1000 | Δ/Yн | 0,009 |
,Ом
,Ом
,ОмСопротивления трансформаторов приведены в табл. 1. Эта таблица составлена с учетом данных заводов-изготовителей, ВЭИ и ВНИИтяжпромэлектропроекта. Приведенные в ней данные следует рассматривать как приближенные, пригодные для практических расчетов, не требующих высокой точности. Следует отметить, что у трансформаторов с соединением обмоток Δ/Yн сопротивление ниже, чем у трансформаторов с соединением обмоток Y/Yн. Это следует учитывать при выборе трансформаторов. Для трансформаторов со вторичным напряжением 230/133 В можно воспользоваться данными табл. 1 и ГОСТ 401—41, уменьшив их в три раза.
Сопротивления трансформаторов, выполненных в соответствии с отмененными ГОСТ 401—41, имеют значения, приведенные ниже:
Мощность трансформатора, кВ·А | 20 | 30 | 50 | 100 | 130 | 320 | 560 | 1000 |
| 1,44 | 1,11 | 0,722 | 0,358 | 0,203 | 0,117 | 0,071 | 0,042 |
,ОмСопротивление петли «фаза — нуль»
,
где Rф— активное сопротивление фазного провода; Rн — активное сопротивление нулевого провода; Хп— индуктивное сопротивление петли «фаза — нуль».
Для медных и алюминиевых проводов активное сопротивление определяется из формулы
.
Индуктивное сопротивление петли «фаза-нуль» равно сумме реактивных сопротивлений фазного Хф и нулевого Хн проводов и сопротивления взаимоиндукции Х’п между этими проводами (внешнее сопротивление):
.
Индуктивные сопротивления медных и алюминиевых проводов малы и ими можно пренебречь. Для стальных проводов активные и реактивные сопротивления принимаются по справочным таблицам при соответствующих плотностях тока. Сопротивление взаимоиндукции между проводами
,
где μо — магнитная проницаемость воздуха, равная 4·10-7 Гн/м; l — длина линии, м; d — расстояние между проводами, м; D — диаметр провода, мм.
Обычно
при отдельно проложенных нулевых
проводах принимают 
— 0,6l;
при прокладке кабелем или в стальных
трубах значением 
можно пренебречь.
В
практике проектирования принято величины 
и Zп складывать арифметически. Это дает
небольшую погрешность (до 5%) в сторону
уменьшения тока короткого замыкания,
т. е. в сторону запаса.
Заземление нейтрали и повторные заземления рассчитываются по методике, изложенной выше. Для определения напряжений относительно земли из выражений (6) и (7) принимают:
; 
Контроль зануления. Устройство зануления проверяется при вводе электроустановки в эксплуатацию, периодически в процессе работы и после ремонта. Внешний осмотр устройства зануления производится аналогично осмотру заземляющего устройства. Для измерения сопротивления петли «фаза-нуль» можно применить любой прибор; для измерения малых сопротивлений — измеритель заземлений МС-08, омметр М372 и др. Сопротивления заземлений нейтрали и повторных заземлений нулевого провода измеряются прибором МС-08.
Зануление: принцип действия
Зануление — преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей с заземленной нейтральной точкой источника электроэнергии с целью автоматического отключения участка при замыкании на корпус.
Схемы защитного заземления: а) и зануления б) в трехфазной установке.
Нулевой защитный проводник — проводник, соединяющий зануляемые части с заземленной нейтральной точкой обмотки источника электроэнергии или ее эквивалентом. Он используется для питания электроустановки.
Принцип действия зануления
При замыкании на корпус зануление создает цепь однофазного КЗ, что вызывает срабатывание максимальной токовой защиты (за счет протекания тока однофазного КЗ), и поврежденная электроустановка отключается от сети. При этом в промежуток времени от момента замыкания на корпус до отключения электроустановки происходит снижение напряжения корпуса поврежденной электроустановки относительно земли из-за перераспределения напряжения между фазным и нулевым защитным проводниками и наличия повторного заземления нулевого защитного проводника.
Зануление ограничивает время воздействия тока на человека и снижает напряжение прикосновения.
Область применения зануления: трехфазные четырехпроводные сети переменного тока с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ; однофазные двухпроводные сети переменного тока с заземленным выводом; трехпроводные сети постоянного тока с заземленной средней точкой источника.
Электрическая схема заземления и зануления.
В качестве максимальной токовой защиты могут применяться: плавкие предохранители или автоматы, устанавливаемые для защиты от токов КЗ, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой; контакторы в сочетании с тепловым реле, осуществляющие защиту от перегрузки; автоматы с комбинированными расцепителями.
Для обеспечения работоспособности зануления проводимость нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкого элемента ближайшего предохранителя; в 3 раза номинальный ток нерегулируемого расцепителя или уставку регулируемого расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику.
Схема зануления при наличии короткого замыкания.
При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель, проводимость указанных проводников должна обеспечивать ток не ниже уставки тока мгновенного срабатывания, умноженный на коэффициент, учитывающий разброс (по заводским данным) и на коэффициент запаса 1,1.
При отсутствии заводских данных для автоматических выключателей с номинальным током до 100 A кратность тока КЗ относительно уставки следует принимать не менее 1,4, а для автоматических выключателей с номинальным током более 100 А — не менее 1,25.
Полная проводимость нулевого защитного проводника во всех случаях должна быть не менее 50% проводимости фазного проводника. На воздушных линиях электропередачи зануление должно быть осуществлено нулевым рабочим проводом, проложенным на тех же опорах, что и фазные провода.
На концах воздушных линий (или ответвлений от них) длиной более 200 м, а также на вводах от воздушных линий к электроустановкам, которые подлежат занулению, должны быть выполнены повторные заземления нулевого рабочего провода. При этом в первую очередь следует использовать естественные заземлители, например подземные части опор, а также заземляющие устройства, выполненные для защиты от порогового перенапряжения.
Защитное зануление
Любое электрооборудование, которое находится в работе (под напряжением) может иметь проводящие металлические части. А уверены ли Вы в том, что по этим частям не пройдет электрический ток, в случае, если изоляция повредится и произойдет короткое замыкание на корпус двигателя. Но бояться не надо, ведь для безопасности в таких случаях и изобрели защитное зануление (ЗЗ).
Защитное зануление – это преднамеренное соединение проводящих частей электроустановки, не находящихся под напряжением в нормальном режиме, с глухозаземленной нейтралью трансформатора или с заземленной точкой источника питания в случае с сетями постоянного тока.
Зануление в разных системах заземления
Рассмотрим зануление в системе TN, систем TT и IT коснемся в другом материале.
Система TN, где T означает, что нейтраль источника питания заземлена, а N – что открытые проводящие части присоединены к нейтрали источника через нулевые проводники.
Существует два нулевых проводника – это PE и N. PE – нулевой защитный проводник (желто-зеленый провод), N – нулевой рабочий проводник (черный провод).
PE – это и есть шина, провод зануления.
У системы TN есть три подсистемы – ТN-С, TN-S, TN-S-C.
Где C означает, что PE+N=PEN, то есть функции нулевого защитного и нулевого рабочего совмещены в одном проводе под названием PEN.
S означает, что PE // N, то есть нулевой защитный и нулевой рабочий на протяжении линии идут по разным проводам. Это самая дорогая и надежная система. Применяется в Великобритании.
S-C – на протяжении линии в одной части функции нулевого защитного и нулевого рабочего совмещены в одном проводе PEN, в другой части они разделены.
Зануление применяется в электрических сетях с глухозаземленной нейтралью постоянного и переменного тока напряжением до 1000В.
Принцип действия защитного зануления
Рассмотрим схематически принцип действия зануления на примере четырехпроводной сети с подключенной однофазной нагрузкой.
Ситуация следующая, фаза, в нашем случае L1 замкнулась в случае пробоя изоляции на корпус. Ток пошел по корпусу через провод зануления. Образовался контур, состоящий из фазы источника питания (трансформатора), цепи фазного и нулевого проводов. Этот контур еще называют петля «фаза-ноль».
Сопротивление петли «фаза-ноль» достаточно мало, вследствие чего, ток возрастает до аварийной величины, что в свою очередь вызывает срабатывание устройства защиты (автомата). После срабатывания автомата, поврежденная линия отключается. Время срабатывания защиты для отключения линии при КЗ на корпус в сетях до 1кВ составляет:
| Номинальное фазное напряжение, В | Время отключения, с |
|---|---|
| 120 | 0,8 |
| 230 | 0,4 |
| 400 | 0,2 |
| Более 400 | 0,1 |
Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями
Последние статьи
Самое популярное
устройство, назначение, принцип действия, как сделать самому, Ремонт и Строительство
Защитное зануление – это объединение частей электроустановок, которые располагаются не под напряжением, с заземленным проводом источника питания или с заземленной нейтралью генератора или обмотки трехфазного трансформатора. То есть — это соединение металлической части электроприбора с нейтралью трансформатора. Так как в этом случае нейтраль заземляется, то зануление может считаться разновидностью заземления. Принцип действия отличается от заземления тем, что в этом случае возникает короткое замыкание. Применение такого метода позволяет снизить сопротивление на петле «фаза-ноль». Если напряжение одной из фаз поступает на корпус двигателя, то возникает короткое замыкание. А это, в свою очередь, приводит предохранитель или другой прибор защиты к срабатыванию. Если защитное зануление отсутствует, то силы тока, за счет того, что сопротивление большое, может быть мало для срабатывания устройства защиты. Таким образом, поврежденный бытовой электроприбор, может долгое время находиться под напряжением, опасным для человека. В этой статье мы рассмотрим устройство, назначение и принцип действия защитного зануления.
Принцип действия
В чем заключается принцип работы системы? При попадании фазы на корпус прибора, который выполнен из металла и соединен с нулевым проводником, происходит короткое замыкание. Сила тока при этом увеличивается и срабатывают аппараты защиты. Благодаря этому отключаются электрические линии, что питают электроприбор.
Согласно ПУЭ, поврежденная электролиния в автоматическом режиме должна отключаться за время 0,4 секунды и не более (в сети 380/220 В). Для этого действия, как правило, применяются специальные проводники, назначение которых заключается в защите. Например, если проводка однофазная, то это может быть третья жила провода или кабеля.
При этом петля «фаза-ноль» должна быть с небольшим сопротивлением. Это необходимо для того чтобы защитное устройство сработало за определенное время. Поэтому защитное зануление будет эффективным только в том случае, когда монтаж сети и соединения будут правильные и сделаны при высоком качестве.
Схема ниже показывает принцип действия и применение системы:
Назначение такого устройства дает возможность быстро отключить неисправную линию от электричества, и при этом обеспечить на корпусе электроприбора низкое напряжение. За счет этого поражения электрическим током организма человека невозможно.
Исходя из этого, вытекает, что принцип работы зануления имеет в основе срабатывание защитного автомата за счет короткого замыкания на корпус прибора и как результат, отключение пораженного электроприбора от электрической сети. Схема того как работает система, когда произошел пробой изоляции изображена ниже:
Узнать, в чем разница между занулением и заземлением, вы можете из нашей статьи!
Область применения
Применяется защитное зануление в электрических приборах и установках с четырехпроводными электрическими сетями и с напряжением до 1 кВ:
- в электросетях с переменным током и с одной фазой, у которых вывод заземлен;
- в электросетях с постоянным током, у которых средняя точка источника заземлена;
- в электросетях с переменным током и с тремя фазами, у которых заземлен ноль (TN – S), это сети, как правило, следующие: 220/127, 660/380, 380/220 В.
Применение электросети, у которой напряжение 380/220, возможно во всех сооружениях, у которых защитное зануление электрических приборов обязательное. Если это жилые помещения, у которых сухие полы, то такую защиту делать нет необходимости.
Электроустановки с напряжением 220/127 В и их защитное зануление получило применение в специальных помещениях, где возможно поражение электрическим током. В наружных электроустановках, которые находятся в опасных помещениях, зануляются металлические части к которым рабочий персонал может прикоснуться во время рабочего процесса.
Назначение
Такое устройство необходимо для того чтобы защититься от поражения электрическим током. Одним словом, в осуществление электробезопасности дома защитное зануление играет важную роль.
Но такое устройство может быть опасным в домашних условиях. Согласно ПУЭ его использовать в быту не безопасно. Например, если выполнить такую защиту в розетке, то это приведет к серьезным последствиям. Назначение розетки состоит в быстром подключении бытовых приборов к электричеству. Но если назначение для человека не играет роли и цепь, где есть коммутационное устройство, использовать, как защитный проводник, запрещено. А опасность заключается в том, что если целостность нуля в электрических приборах будет нарушена, то они будут находиться под высоким напряжением.
Если же в такой розетке произойдет обрыв нулевого провода, то при включении в него, например, бойлера, человека прошибет током. Если происходит обрыв нуля в многоэтажном доме, то на одну часть квартир пойдет пониженное напряжение, а на вторую – повышенное. Такое распределение чревато для бытовой техники в квартирах.
Также следует помнить, что зануление крайне опасно в двухпроводной системе. Например, при ремонтных работах, электрик может поменять нулевой провод на фазный. Ведь в электрических щитках такие жилы часто не имеют никакой отличительной окраски. Поэтому если поменять местами фазу и ноль, то электроприборы окажутся под напряжением.
Рекомендуем напоследок просмотреть полезное видео по теме:
Вот мы и рассмотрели устройство, принцип действия и назначение защитного зануления. Надеемся, теперь вам понятно как работает данная система и для чего она нужна.