Защитное отключение применяют в случаях, когда безопасность персонала не может быть обеспечена устройством зануления или заземления.
Во взрывоопасных зонах искрение, возникшее при появлении разности потенциалов между попавшими под напряжение частями электрооборудования и землей, может вызвать воспламенение окружающей взрывоопасной смеси. Наличие зануления, заземления или защитного отключения устраняет эту опасность.
Занулению (заземлению) подлежат корпуса электрических машин, аппаратов, светильников, кабельные конструкции, металлическая оболочка кабелей, стальные трубы электропроводки, лотки, короба, металлические конструкции щитов, панелей и т. п.
Заземляющие устройства. Устройство, состоящее из заземлителей (электродов заземления) и соединенных с ним зануляющих (заземляющих) проводников называется заземляющим устройством.
Заземляющие и зануляющие проводники. В качестве заземляющих и зануляющих проводников используют специально прокладываемые для этой цели провода, а также трубы электропроводки, алюминиевую оболочку кабелей, кожухи шинопроводов, лотки, короба, подкрановые пути, металлические фермы, колонны зданий.
В сетях с изолированной нейтралью проводимость заземляющих проводников должна быть не менее 1/3 проводимости фазных проводников. Не требуется применять для заземления медные проводники сечением более 25 мм2, алюминиевые проводники сечением более 35 мм2 и стальные проводники сечением более 120 мм2.
В сетях с глухозаземленной нейтралью проводимость зануляющих проводников должна быть не менее половины проводимости фазных проводников. При одинаковом материале фазных и зануляющих проводников это требование обеспечивается, если сечение зануляющего проводника будет не меньше половины фазного.
В осветительных сетях с глухозаземленной нейтралью невзрывоопасных установок для защитного зануления необходимо использовать нулевые рабочие провода. Во взрывоопасных установках для защитного зануления прокладывают специальный проводник, проходящий по одной трассе и в непосредственной близости от фазных проводов. В трехфазных силовых сетях для этой цели используют четвертую жилу кабеля или четвертый провод, проложенный в стальной трубе, вместе с фазными проводами. В двухпроводных осветительных сетях взрывоопасных установок всех классов (кроме класса B-I) в качестве нулевого защитного провода допускается использовать нулевой рабочий провод, а в помещениях класса B-I прокладывают третий провод.
В электроустановках с глухозаземленной нейтралью сечения (а значит и проводимость) зануляющих проводников должны быть такими, чтобы при замыкании фазы на корпус возникающий в петле фазовый провод - нулевой провод ток однофазного короткого замыкания обеспечивал срабатывание защиты - перегорание плавкой вставки предохранителя или отключение автомата. Для этого возникающий ток однофазного короткого замыкания в невзрывоопасных установках должен не менее чем в 3 раза превышать номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или ток уставки автомата с обратно зависимой от тока характеристикой (например, с тепловым расцепителем), а при автоматах с электромагнитным расцепителем - в 1,25 - 1,4 раза номинальный ток уставки мгновенного срабатывания автомата. Во взрывоопасных установках для ускорения действия защиты сечения зануляющих проводов выбирают такими, чтобы возникающий ток однофазного короткого замыкания превышал ток плавкой вставки ближайшего предохранителя не менее чем в 4 раза, а номинальный ток автомата с обратно зависимой от тока характеристикой не менее чем в 6 раз. Требования к защите автоматики с электромагнитными расщепителями для взрывоопасных установок те же, что и для невзрывоопасных. При применении автоматических выключателей с комбинированным расцепителем, состоящим из теплового и электромагнитного элементов, для отключения однофазного короткого замыкания достаточно обеспечить срабатывание только теплового элемента, требующего по сравнению с электромагнитным элементом меньшей величины тока замыкания.
Величину тока однофазного короткого замыкания в А, возникающего в петле фаза - нулевой провод при однофазном замыкании на корпус, определяют по формуле
| Iк = | Uф | , (XV.1) |
| Zп + Zт/3 |
где Uф - фазовое напряжение сети, В;
| Zп = | √ | (rф + rн)2 + x2 | - полное сопротивление петли фаза-нуль, Ом; |
rф и rн - активное сопротивление фазных и зануляющих проводников, Ом;
x - реактивное сопротивление, Ом (определяется только для электропроводок в стальных трубах);
Zт/3 - сопротивление трансформатора, Ом.
Значения активных сопротивлений жил проводов и кабелей и алюминиевой оболочки трехжильных кабелей, используемой в качестве зануляющего проводника, приведены в табл. XV.1 (реактивное сопротивление не учитывается в силу его незначительности). Сопротивления даны при температуре нагрева жил при полной токовой нагрузке, допускаемой по нормам (для проводов и кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией 70° C, для кабелей с бумажной изоляцией 80° C).
Величины активного и реактивного сопротивлений стальных труб электропроводки, используемых в качестве зануляющих проводников, приведены в табл. XV.2. Поскольку удельное сопротивление стальных труб зависит от величины проходящего по ним тока, приведенные в таблице значения активных и реактивных сопротивлений определены по величине тока однофазного короткого замыкания, который может пройти по петле фаза - нуль при указанных в таблице сечениях проводов и диаметров труб.
| Таблица XV.1. Активное сопротивление жил проводов и кабелей и алюминиевой оболочки трехжильных кабелей | ||||||
| Сечение жил, мм2 | Сопротивление, Ом/км | |||||
| проводов и кабелей с резиновой ипластмассовой изоляцией | кабелей с бумажной изоляцией | алюминиевой оболочки трехжильных кабелей | ||||
| алюминиевых | медных | алюминиевых | медных | алюминиевых | медных | |
| 1 | - | 22,2 | - | 23 | - | - |
| 1,5 | - | 14,7 | - | 15,3 | - | - |
| 2,5 | 15 | 8,88 | 15,5 | 9,18 | - | - |
| 4 | 9,36 | 5,56 | 9,6 | 5,75 | - | - |
| 6 | 6,25 | 3,7 | 6,46 | 3,83 | 1,045 | 0,985 |
| 10 | 3,74 | 2,21 | 3,87 | 2,28 | 1,038 | 0,876 |
| 16 | 2,34 | 1,39 | 2,42 | 1,44 | 0,775 | 0,748 |
| 25 | 1,5 | 0,888 | 1,55 | 0,918 | 0,691 | 0,679 |
| 35 | 1,07 | 0,636 | 1,11 | 0,657 | 0,616 | 0,61 |
| 50 | 0,75 | 0,444 | 0,775 | 0,458 | 0,498 | 0,492 |
| 70 | 0,536 | 0,318 | 0,555 | 0,329 | 0,41 | 0,405 |
| 95 | 0,395 | 0,234 | 0,408 | 0,242 | 0,361 | 0,367 |
| Таблица XV.2. Сопротивление стальных труб | |||||||
| Три одножильных провода сечением, мм2 | Условный проход трубы, мм | Сопротивление, Ом/км | Три одножильных провода сечением, мм2 | Условный проход трубы, мм | Сопротивление, Ом/км | ||
| активное r | реактивное x | активное r | реактивное x | ||||
| 2,5 | 15 | 4,04 | 2,42 | 10 | 20 | 2,30 | 1,38 |
| 2,5 | 20 | 3,10 | 1,86 | 16 | 25 | 1,50 | 0,90 |
| 4 | 15 | 3,10 | 1,86 | 25 | 25 | 1,15 | 0,69 |
| 4 | 20 | 2,68 | 1,6 | 35-50 | 40 | 1,05 | 0,63 |
| 6 | 15 | 2,60 | 1,56 | 70 | 50 | 0,85 | 0,57 |
| 6 | 20 | 2,30 | 1,38 | 95 | 70 | 0,54 | 0,32 |
Для выбора зануляющих проводников из полосовой стали в табл. XV.3 приведены размеры стальных полос, эквивалентных по проводимости алюминиевым и медным проводам указанных в таблице сечений.
Расчетные сопротивления трансформаторов Zт/3 при вторичном напряжении 400/230 В приведены в табл. XV.4.
| Таблица XV.3. Зануляющие проводники из полосовой стали | |||||||
| Сечение проводов, мм2 | Размеры стальной зануляющей полосы, мм, при фазном проводе | Сечение проводов, мм2 | Размеры стальной зануляющей полосы, мм, при фазном проводе | ||||
| фазных | нулевых | алюминиевом | медном | фазных | нулевых | алюминиевом | медном |
| 2,5 | 1,5 | 15¤3 | 15¤3 | 25 | 16 | 40¤3 | 50¤5 |
| 4 | 2,5 | 15¤3 | 15¤3 | 35 | 16 | 50¤3 | 60¤5 |
| 6 | 4 | 15¤3 | 15¤3 | 50 | 25 | 60¤5 | 80¤6 |
| 10 | 6 | 15¤3 | 20¤4 | 70 | 35 | 80¤6 | 80¤6 |
| 16 | 10 | 20¤4 | 40¤4 | 95 | 35 | 80¤8 | 100¤8 |
| Таблица XV.4. Расчетные сопротивления трансформаторов | ||
| Мощность трансформатора, кВ·А | Сопротивление Zт/3, Ом, при соединении обмоток | |
| звезда - звезда с выведенным нулем | треугольник - звезда с выведенным нулем | |
| 100 | 0,259 | 0,0754 |
| 160 | 0,162 | 0,047 |
| 250 | 0,104 | 0,030 |
| 400 | 0,065 | 0,019 |
| 630 | 0,043 | 0,014 |
| 1000 | 0,027 | 0,009 |
| 1600 | 0,018 | 0,0055 |
Пример. Во взрывоопасном помещении установлен электродвигатель мощностью 40 кВт, с номинальным током Iн = 77 А и пусковым током Iп = 577 А. Электродвигатель присоединен к распределительному щиту кабелем длиной 95 м. Питание щита осуществляется от трансформатора мощностью 630 кВ·А кабелем длиной 30 м, сечением 3¤95+1¤35 мм2 с алюминиевыми жилами. Трансформатор имеет соединение звезда - звезда с выведенным нулем.