Защитное отключение электроустановок

Сопротивления изоляции фаз В и С для цепи равно (включены параллельно):

                                                                                                                (10)

Общее сопротивление цепи для тока состоит из последовательного прохождения через RЭ и RBC:

                                    (11) Определяется общий ток в  цепи:

                                                                            (12)

Определение напряжения прикосновения (оно определяется наименьшим сопротивлением, которым является RЗ):

                                                                                                             (13)

Определение тока проходящего через тело человека:

                                                                                                                         (14)

Если сопротивление изоляции проводов будет высоким, то ток через тело человека будет незначителен, т.е. не опасен.

Сеть с заземленной нейтралью :

 

 

Обычно R0=4 Ом и RЗ=4 Ом , Rh=1000 Ом . В данной цепи к корпусу оборудования будет приложено фазное напряжение , например , UФ=220В.

Определяем Rэ ( при условии человек стоит на земле и с токопроводящей обувью):

                                                                                                 (15)

Ток в общей цепи :

                                                                                                               (16)

Напряжение прикосновения , определяется по наименьшему сопротивлению , которым является RУ :

                              UПР=IОБ*RЗ                                     (17)

 

Для нашего случая ( UФ=220 В , RЗ=4 Ом , R0=4Ом , Rh=1000 Ом ) , имеем :

 

           

 

                                          

 

                 UПР=IОБ*RЗ =27,18*4=108,72 В      

 

Ток, проходящий через тело человека:

 

                              

 

Ток очень опасный, в большинстве случаев он смертелен для человека. Поэтому защитное заземление не обеспечивает защиту человека от поражения электрическим током.

 

Зануление.

 

Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетокопроводящих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по ряду других причин:

 

 

  Рисунок 9 . Принципиальная схема зануления.

 

Задача зануления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетокопроводящим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением вследствии замыкания на корпус и решается быстрого отключения поврежденной электроустановки от сети.

 

Типовая схема электрической сети с нулевым рабочим (ОР) и нулевым зануленным (ОЗ) проводами.

 

Рисунок.10

 

1.Трехфазный  приемник тока.

2.Однофазный  приемник тока.

3.ОР – нулевой рабочий провод.

4.ОЗ – нулевой заземленный провод.

5. RО – сопротивление заземления

6. RП – сопротивление повторного заземления нулевого защитного провода.

7. ПР – плавкие вставки предохранителей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основной принцип действия зануления – это превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание, т.е. замыкание между фазным и нулевым проводами, с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную установку от питающей сети. И такой защитой являются плавкие предохранители или максимальные автоматы, устанавливаемые перед потребителями энергии для защиты их от токов короткого замыкания (КЗ); магнитные пускатели, контакторы и автоматы с комбинированными разделителями. Из перечисленных средств защиты наиболее надежными, простыми, безотказными и быстрыми являются плавкие предохранители.

Рассмотрим процесс плавления вставок предохранителей при протекании по ним тока КЗ.

Рис 11.

1 – Первичное  нагревание; 2 – Плавление; 3 – Вторичное  нагревание; 4 – Испарение.

Рост температуры Т во времени описывается уравнением:

где I – ток вставки предохранителя;

r – сопротивление вставки предохранителя;

C – удельная теплоемкость металла;

V – объем материала вставки;

t – текущее время.

Если объем и сопротивление вставки выразим через ее длину l, площадь поперечного сечения S и удельное сопротивление r, получим:

Если отношение I/S выразим через плотность тока, то уравнение (19) будет выглядеть так:

Получим уравнение, в левой части которого содержится два основных параметра материала вставки, а в правой части – только квадрат заданной плотности тока.

Определим в системе зануления при замыкании фазы на корпус в цепи, образованной фазным и нулевым проводами ( петля "фаза – корпус – нуль – фаза") ток короткого замыкания (КЗ), который должен быть достаточным для быстрого срабатывания токовой защиты, отключающей установку от сети, т.е.

где Iкз – ток КЗ между фазой и нулевым проводом.

К – кратность тока КЗ (это есть отношение тока КЗ к нормальному току одной цепи, а в цепи трехфазного тока, как известно, протекает по каждой фазе лишь 1/3 нормального тока высоковольтных шин, то кратность тока должна быть равна трем) устанавливается: К = 1,25…1,4 при защите автоматическим выключателем; при защите плавкими вставками или автоматическим выключателем с обратно зависимой от тока характеристикой.

Iн – номинальный ток плавкой вставки

Величина тока КЗ определяется:

где Uф – фазное напряжение сети,В;

Zтр – сопротивление трансформатора, Ом;

Zn – полное сопротивление петли "фаза – нуль", Ом

Сопротивление трансформатора Zтр определяется в зависимости от мощности трансформатора и схем соединяющих обмоток.

Сопротивление петли "фаза – нуль" определяется:

где rф и rn – активное сопротивление фазного и нулевого проводов, Ом;

- полное индуктивное  сопротивление петли "фаза –  нуль";

- реактивные  сопротивления фазного и нулевого  проводов (при использовании медных  или алюминиевых проводов ими  можно пренебречь).

- внешнее индуктивное сопротивление петли "фаза-нуль" (сопротивление взаимоиндукции), принимаемое согласно ПУЭ равным 0,6 Ом/км, т.е.

Сопротивление фазного проводника

 

r - - удельное сопротивление материала, Ом мм2 /м (сталь=0,199; медь=0,016; алюминий=0,032);

l – длина фазного проводника, м;

S – толщина поперечного сечения фазного провода, мм2;

Сопротивление нулевого провода , для медных и алюминиевых проводов, а лучше должно быть одинаковым, причем оба провода должны быть из одного материала.

Если нулевой провод выполнен из стальной шины, то активное и реактивное сопротивление определяется в зависимости от сечения проводов, длины проводов и плотности тока в них.

Определение плотности тока:

где S – поперечное сечение нулевого провода мм 2

I н –номинальный ток , А.

Значения активных (rш) и внутренних индуктивных (Хm) сопротивлений (Ом/км) стальных проводников при переменном токе 50 Гц, Ом/км

Номинальный ток установки в трехфазной сети:

где P – мощность установки, Вт;

Uф – фазное напряжение, В;

По найденным значениям полного сопротивления петли "фаза-нуль" проверяется величина тока КЗ, которая должна удовлетворять требованиям: . Если это соотношение не выполняется, то нужно изменить исходные данные.

Для обеспечения электробезопасности в период замыкания фазы на корпус или на случай обрыва нулевого защитного проводника его нужно повторно заземлить. Величина повторного заземления, т.е. его сопротивление, рассчитываются так же, как и сопротивление защитного заземления. Так же важно знать и то, что повторное заземление создает более благоприятные условия для быстрого отключения установки.

Интеграл квадрата плотности тока по времени для вставок предохранителей (А/см2)2  сек:

Таблица 5

стадия нагревания                       металл	Медь	Серебро
1. Нагревание  от начальной температуры до  температуры плавления	8,63*108	5,91*108
2. Период плавления	1,33*108	1,02*108
3. Вторая стадия  нагревания от плавления до  испарения	1,76*108	1,07*108
Суммарная величина интеграла квадрата плотности тока по времени, с	11,72*108	8,00*108

Время сгорания вставки предохранителя

где C – суммарная величина интеграла квадрата плотности тока по времени; (А/см2)2 сек:

для меди и =8*108 для серебра

Т – постоянная времени цепи, сек

Т = 0,01 с

 

Пример: Если Т = 0,01 с r = 108 А/см2    Iкз = 3*104  А, вставка из серебряной проволоки диаметром 0,2 мм, то время сгорания составит по уравнению:

Для повышения устойчивости вставок и уменьшения времени их сгорания можно провести следующие мероприятия:

1. Вставку делать  из нескольких проводников, что  увеличивает охлаждение их.

2. Предохранитель  делать трубчатым и располагать  его вертикально, создавая естественные условия охлаждения.

3. Предохранитель  делать с инертным наполнением (когда металл начинает испарятся, то он конденсируется на порошке  и охлаждается и не происходит  повторного возникновения дуги).

4. Предохранитель  горит в трубке из фибры, под воздействием тепла из стенок трубки выделяются газы, которые охлаждают дугу.

Требование к нулевому проводу состоит в следующем :

Соединение с корпусом аппаратуры проводится следующим образом: концы провода зачищаются, облуживаются, соединяются с наконечником, тоже облуженным, и плотно соединяются с корпусом и шиной, не допуская никогда простое соединение скруткой.

 

Литература:

1. Демин П.А. Действие электрического тока  на человека и первая помощь  пострадавшему. М. 1976.

2. Рюденберг  Р. Переходные процессы в в  электроэнергетических системах . М. 1955.

3. Краткий физико-технический  справочник. М. 1959.

4. Чертов А.Г. Единицы физических величин М.1977.

5. Спивак Г.И. Электробезопасность на предприятиях  связи. М. 1971.

6. Гордон Г.Ю. Электротравматизм и его предупреждение. М. 1976.

 

 

Оглавление

1. Введение

2. Действие  электрического тока на организм  человека

2.1. Виды поражений  электрическим током

2.2. Электрическое  сопротивление человека

2.3. Факторы  влияющие на исход поражения

2.4. Условия  и основные причины поражения  током

3. Меры защиты  от поражения электрическим током

3.1. Защитное  заземление

3.2. Зануление

4. Литература

5. Оглавление