Расчет защитного зануления

Схем зануления:

Рис.18

1 - корпус однофазного приемника тока; 2 - корпус трехфазного приемника тока;
3 - предохранители; 4 - заземлители; Iк - ток однофазного короткого замыкания;
Ф - фазный провод; U_ф - фазное напряжение; HР - нулевой рабочий проводник;
HЗ - нулевой защитный проводник; КЗ - короткое замыкание

Следует отметить, что при случайном пробое изоляции и замыкании фазы на корпус, в цепи развивается ток короткого замыкания Iк. При этом предохранитель перегорает, и установка отключается от сети.

Цель расчета зануления – определить сечение нулевого провода, удовлетворяющее условию срабатывания максимальной токовой защиты и плавких вставок в зависимости от параметров сети и нагрузки.

Ток короткого замыкания должен превышать ставку защиты. Расчетная величина тока короткого замыкания определяется из выражения:

(1)

Y_ном – номинальный ток плавкой вставки, А;

- ток короткого замыкания, А;

U - фазное напряжение, В; Z т– сопротивление трансформатора, Ом;

Z_n – сопротивление петли « Фаза-нуль»

Сопротивление петли «Фаза-нуль» определяется по формуле

(2)

R_ф – активное сопротивление фазного провода, Ом;

R_н – активное сопротивление нулевого провода, Ом;

Х_n – индуктивное сопротивление петли «Фаза-нуль»

Для медных и алюминиевых проводов активное сопротивление определяется по формуле: (3)

R_ф – сопротивление провода, Ом; - удельное сопротивление провода, Ом*м;

S – площадь поперечного сечения провода, м²

Активное сопротивление стальных проводников определяется по формуле: (4)

R_н – активное сопротивление нулевого провода выполненного из стали, Ом;

- активное сопротивление стальных проводов, Ом/м;

– длина проводника, м.

Индуктивное сопротивление петли «Фаза-нуль» определяется по формуле:

(5)

X_n - индуктивное сопротивление петли «Фаза-нуль», Ом;

Х_ф – реактивное сопротивление фазного провода, Ом;

Х_н – реактивное сопротивление нулевого провода, Ом;

– сопротивление взаимоиндукции между фазным и нулевым проводами, Ом.

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 определяется по формуле: (6)

– сопротивление взаимоиндукции, Ом; - угловая частота, рад/с; - магнитная проницаемость воздуха, равная 4*10^-7 Гн/м;

– длина линии, м; d – расстояние между проводами, м; D – диаметр провода, м.

Необходимо рассчитать площадь сечения стального провода зануления. Для этого необходимо рассчитать активное сопротивление нулевого провода, выполненного из стали - Rн. Из формулы №2 получаем :

Rн=

Длина медных проводов – 70 м., площадь сечения медных проводов – 19,63м².

Суммарное сопротивление всех приборов установленных в доме Zт=0,18

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя: Yн=100

Длина стального провода зануления – 10м.

Определяем сопротивление фазного провода :

R_ф=0,018*10^-6*(100/3,14*10^-6)= 0,57 Ом.

Из формулы №1, принимая наименьшее допустимое для срабатывания защиты Yк=3*Yн, находим: Zn= = =0.673

При нахождении Xn принимаем =0.6*10^-3* =6*10^-3Ом. Поскольку фазный провод медный, принимаем Х_ф=0. Значение плотности тока, для данного проекта δ=1*10⁶А/м.

Введём дополнительную переменную d_пр – приведенное значение диаметра стального проводника, примем d_пр=5мм, S_пр=19,63 мм² ,причем расчетное значение S должно быть больше либо равно S_пр.

Из таблицы находим х_ωпр=8,65*10^-3 Ом/м, тогда искомое внутреннее сопротивление равно Хн= х_ωпр* = =8,65*10^-3*10=86,5*10^-3 Ом.

Xn=86,5*10^-3+6*10^-3=92,5*10^-3 Ом.

Находим Rн= =0,09 Ом.

r_ω= Rн/ =0,009

Выбираем проводник с диаметром сечения 6мм и площадью 28, 27мм².

Вывод: для зануления необходимо использовать стальной провод сечением 6мм, и длиной 10 м.