Расчет зануления электрического оборудования МНУ

Основной мерой защиты персонала ГЭС от поражения электрическим током при аварии электрооборудования является зануление – преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением с землей. Назначение зануления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением относительно земли вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (ГОСТ 12.1.030-35. ССБТ).

Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание с целью вызвать ток, способный обеспечить срабатывание защиты и, тем самым, автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Кроме того, поскольку зануленные корпуса заземлены через нулевой защитный проводник, то в аварийный период проявляется защитное свойство этого заземления - снижение напряжения корпусов относительно земли. Схема зануления многодвигательной установки (МНУ) представлена на рис. 7.1.

Для того, чтобы снизить опасные потенциалы при замыкании на корпус, используются повторные заземлители с сопротивлением заземлителя не более 10 Ом.

Питание подводится алюминиевым проводом сечением 25 мм, а роль нулевого проводника выполняет стальная полоса сечением 50 мм.

Приведем типовой расчет зануления для электроустановок.

При использовании зануления оборудования МНУ должны быть выполнены следующие условия:

Iкз = k*Iном , (7.1)

где - коэффициент кратности номинального тока Iном (А) плавкой вставки предохранителя, k=3.

Номинальным током плавкой вставки Iном называется ток, значение которого указано непосредственно на вставке заводом-изготовителем. Номинальный ток Iном в помещении 40 А. Значение Iкз зависит от фазного напряжения сети и сопротивления цепи, в том числе от полного сопротивления трансформатора Zт, фазного проводника Zф, нулевого защитного проводника Zнз, внешнего индуктивного сопротивления петли "фазный провод - нулевой защитный провод" (петли "фаза-нуль") Xп, активного сопротивления заземлений нейтрали обмоток трансформатора Rо и повторного заземления нулевого защитного проводника Rп. Поскольку Rо и Rп, как правило, велики по сравнению с другими сопротивлениями, ими можно пренебречь.

Выражение для Iкз будет иметь вид:

Iкз = Uф/(Zт/3 + Zп), (7.2)

где Zп = Zф + Zнз + Xп - комплексное полное сопротивление петли "фаза-нуль".

Удельное сопротивление фазного провода:

p = 0,028 (Ом*мм )/м , Sсеч = 25 мм ,

отсюда сопротивление фазного провода :

r ф = р * ( L ф / S ф) = 0,028 * 300 / 25 = 0,336 Ом.

Удельное сопротивление нулевого провода:

p = 0,058 (Ом*мм )/м , Sсеч = 50 (мм ),

отсюда сопротивление нулевого провода:

R нз = p * ( L / S ) = 0,058 * 300 / 50 = 0,348(Ом).

Значения Xф и Xнз малы, ими можно пренебречь.

Значение Xп можно определить по формуле:

Xп = 0,145*lg(dср/ k * dф) (7.3)

где k = 0,3894,

dср - расстояние между проводниками,

dф - геометрический диаметр.

Расчеты дают значение Xп = 0,556 Ом.

Сопротивление электрической дуги берем равной

rд = 0,02 (Ом), Xд = 0.

В соответствии с мощностью трансформатора

rт = 0,0044 (Ом), Xт = 0,0127 (Ом)

Полное сопротивление петли "фаза-нуль":

 (7.4)

Z п = 0,716 (Ом).

При использовании зануления по требованиям ПУЭ (правила устройства электроустановок):

Rнз/ R ф = 0,348/0,336 < 2 , следовательно ПУЭ выполняется.

Iкз = Uф/(Zт/3+Zп) = 220/(0,013+0,716) = 301,6 А.

При попадании фазы на зануленный корпус электроустановки должно произойти автоматическое отключение.

Iкз > k*Iном

301,6 > 3*40 = 120

Защитное зануление выполнено правильно, следовательно, отключающая способность системы обеспечена.

Определим напряжение прикосновения и ток через человека до срабатывания защиты:

U пр = I кз h * Rh

 (7.5)

R пз = 0,348 (Ом), Rнп = 10 (Ом), Rо = 4 (Ом)

Rh = 1 (кОм)

Uпр = 29,9 (В)

Такое напряжение безопасно для человека при времени воздействия:

t доп<=50/ Ih расч (7.6)

I расч = U пр/ Rh = 29.9/1000=29.9 (мА)

Предельно допустимое время пребывания человека под действием электрического тока:

tдоп <= 50/29,9 = 1,67 (с)

В качестве прибора защитного отключения можно выбрать автоматический выключат ель, расчитанный на Iном = 40 А и tср = 0,3 (с) при Iкз = 301 (А).

Tср = tср* I ном/ I кз = 0,11 (с).

Это должно обеспечить надежную защиту, при этом должно выполняться:

K = I кз/ I ном >= 1,4

K = 301/40 = 7,5 >> 1,4