Защитное зануление

Устройство зануления совместно с защитным заземлением в электрических сетях системы заземления TNнеобходимо потому, что часто защитное заземление не выполняет свою защитную роль. При пробое изоляции и замыкании на корпус заземленного электрооборудования протекает ток замыкания, величина которого не всегда достаточна для срабатывания защиты (релейная защита, плавкие вставки предохранителей и т.д.) и отключения аварийного оборудования.

Ток замыкания протекает через рабочее и защитное заземления и создает на корпусе заземленного оборудования потенциал, который может существовать длительно:

.

При равенстве величин = величина опасного потенциала на корпусе ЭУ достигает половины фазного напряжения сети. С увеличением величины сопротивления защитного заземления величина опасного потенциала на корпусах заземленных ЭУ возрастает. Снизить этот потенциал можно уменьшением величины , что приводит к резкому увеличению напряжений относительно земли на двух других неповрежденных фазах.

Добиться быстрого отключения аварийного участка можно путем увеличения тока замыкания ; величина его должна быть такой, чтобы за доли секунды отключился коммутационный аппарат или перегорела плавкая вставка предохранителя. С этой целью сопротивления и шунтируют бесконечно малым сопротивлением нулевого защитного проводника.

Защитное зануление (далее зануление) в электроустановках напряжением до 1 кВ - преднамеренное соединение открытых проводящих частей (металлических НТВЧ ЭУ) с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

Нулевой защитный проводник (НЗП - РЕ) - защитный проводник в ЭУ до 1 кВ, предназначенный для присоединения открытых проводящих частей ЭУ с глухозаземленной нейтралью источника питания.

Нулевой рабочий (нейтральный) проводник (НРП - N) - проводник в ЭУ до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников и соединенный с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофаз-ного тока, с глухозаземленной точкой источника в сетях постоянного тока.

Назначение зануления - устранение опасности поражения электрическим током при прикосновении к корпусу (ОПЧ) и другим металлическим НТВЧ (СПЧ) ЭУ, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус.

Принцип действия зануления основан на превращении замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание между фазным и нулевым защитным проводником (РЕ), при котором протекает большой ток короткого замыкания, обеспечивающий срабатывание защиты (автоматов, предохранителей и т.п.), автоматически отключающей поврежденную установку от питающей сети.

Поскольку корпус или другие нетоковедущие части ЭУ, оказавшиеся под напряжением, заземлены через нулевой защитный проводник и рабочее заземление сети , то в аварийный период (т.е. с момента возникновения замыкания на корпус и до автоматического отключения поврежденной электроустановки от сети) проявляется защитное свойство зануления как заземления с заземляющим устройством . Иначе говоря, заземление корпусов через нулевой защитный проводник снижает в аварийный период напряжение корпусов относительно земли.

На рис. 53 представлена схема защитного зануления, которая длительно применялась в России.

Однако при такой схеме зануления на PEN-проводнике относительно «земли» всегда присутствовал потенциал, так как PEN-проводник использовался как нулевой рабочий, так и нулевой защитный.

Рис. 53. Схема зануления в трехфазной четырехпроходной сети с глухозаземленной

нейтралью и совмещенными нулевыми защитным и рабочим проводниками

Для обеспечения надежного и быстрого отключения к системе зануления предъявляются два основных требования:

1. Для обеспечения надежного отключения необходимо, чтобы ток замыкания отвечал условию:

,

где - номинальный ток плавкой ставки (ток установки расцепителя автомата);

- коэффициент кратности тока (коэффициент надежности отключения).

В зависимости от типа автоматического выключателя (время-токовой характеристики) должен быть:

- для выключателей типа B - (5-10) I_Н;

- для выключателей типа C - (10-20) I_Н;

- для выключателей типа D - (20-40) I_Н; где I_Н - номинальный рабочий ток автоматического выключателя.

Для предохранителей с плавкими вставками в зависимости от типа может принимать значения от 3 до 10.

2. Время отключения поврежденной электроустановки автоматическими выключателями должно быть не более 0, 4 с.

3. Сопротивление нулевого защитного проводника не должно превышать более чем в два раза сопротивление фазного провода. В целях уменьшения индуктивного сопротивления петли «фаза-нуль» НЗП следует прокладывать непосредственно вблизи с фазными проводами.

Все вновь вводимые в эксплуатацию здания и сооружения должны иметь сети: трехфазные пятипроводные, а однофазные трехпроводные должны быть выполнены с отдельными нулевыми защитными проводниками (рис. 54, 55).

Приведенные схемы соответствуют ГОСТ 30331.2-95. Все приведенные выше рассуждения остаются в силе, более того, при таком выполнении зануления повышается надежность цепи зануления, т.к. проводник РЕ не используется для создания рабочей цепи ЭУ.

Рис. 54. Схема зануления в сети TNS (трехфазной пятипроводной)

В электрической сети системы заземления IT (изолированной от земли) защитное зануление обеспечивает отключение поврежденной ЭУ от сети так же надежно, как и в заземленной сети (рис. 56).

Тем не менее, ПУЭ запрещает применять зануление в сетях, изолированных от земли. Рассмотрим случай, когда корпус заземленной электроустановки не находится под напряжением замыкания, а произошло замыкание одной из фаз на землю (рис. 57), например, в результате обрыва и падения на землю провода.

В сети, изолированной от земли (рис. 57, а), между зануленным оборудованием и землей возникает напряжение замыкания , близкое по значению к фазному напряжению сети , и прикосновение человека к корпусу зануленной электроустановки становится опасным.

При возникновении аналогичной ситуации в заземленной сети (рис. 57, б) фазное напряжение сети разделится пропорционально сопротивлениям замыкания фазы на землю и заземления нейтрали ; корпуса зануленных электроустановок окажутся под напряжением, равным падению напряжения на сопротивлении заземления нейтрали

,

где - ток замыкания на землю.

Пример: если , , а , то

.

Рис. 55. Схема зануления в однофазной трехпроводной сети

с заземленным выводом источника тока и отдельным нулевым защитным проводником PE