КОЛЛЕКТИВНЫЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ Книга 2
.pdf6.3. Защитное заземление
Защитное заземление применяется в сетях переменного тока с изолированной нейтралью с напряжением до 1000 В. Оно заключается в соединении нетоковедущих металлических частей электроустановок с землей. Заземление подключают к электроприемнику посредством заземляющего проводника, поэтому при конструировании оборудования и приборов, питающихся от сетей переменного тока, должны предусматриваться болты, клеммы или винты для заземления. Основным элементом защитного заземления является заземляющее устройство. С необходимостью знания расчета заземляющих устройств сталкиваются работники различных специальностей, например, установка различного типа ЭВМ требует индивидуального заземляющего устройства и т. д.
6.3.1. Расчет заземляющих устройств
Для расчета заземляющего устройства необходимы следующие данные:
сопротивление заземляющего устройства Rз, требуемое по правилам устройства электроустановок (ПУЭ);
удельное сопротивление грунта;
длина, диаметр и глубина расположения в грунте искусственных заземлителей;
повышающий коэффициент kп.
В соответствии с ПУЭ сопротивление заземляющего устройства Rз должно быть не более 4 Ом. Для мощности источников электроэнергии до 100 кВА Rз 10 Ом, а при токах замыкания на землю более 500 А Rз 0,5 Ом.
Удельное сопротивление грунта зависит от характера грунта и его влажности. Данные об удельном сопротивлении для некоторых видов грунта и их влажности приведены в табл. 6.2.
|
|
Т а б л и ц а 6.2 |
|
|
|
Вид грунта |
Удельное сопротивление грунта |
Удельное сопротивление грунта при |
|
, см 104 |
влажности |
|
|
10…20% к массе грунта |
|
|
, см 104 |
Песок |
4 …7 |
7 |
Каменистый грунт |
1,5 … 4 |
3 |
Суглинок |
0,4 … 1,5 |
1,0 |
Садовая земля |
0,2 … 0,6 |
0,4 |
Глина |
0,08 … 0,7 |
0,4 |
Чернозем |
0,09 … 5,3 |
2,0 |
Торф |
0,1 … 0,3 |
0,2 |
На практике опытным путем замеряют сопротивление одиночного заземлителя, а по нему рассчитывают удельное сопротивление грунта.
В постоянных заземляющих устройствах искусственными заземлителями служат стальные (газопроводные) трубы диаметром 40…60 мм или стержни из уголковой стали, забиваемые вертикально в грунт. Если вместо труб используют заземлители из уголковой стали, то для расчетов применяют так называемый эквивалентный диаметр dэ=0,95b, где b – ширина стороны уголка.
Наиболее часто при устройстве искусственного заземления применяют вертикальные заземлители, которые забивают на расстоянии h =0,5 – 0,8 м от поверхности земли (рис.6.1). При таком расположении заземлителей удается в течение всего года иметь наиболее устойчивое значение сопротивления заземляющего устройства, чем, например, при расположении в горизонтальном направлении.
31
R, Ом
|
h |
|
60 |
t |
50 |
|
40
l30
20
d
10
|
|
1 |
1,5 2,0 |
2,5 |
L, м |
|
|||||
Рис. 6.1 |
Рис.6.2 |
|
|||
Диаметр трубы и глубину ее забивки выбирают в зависимости от характера грунта, руководствуясь экономическими соображениями. Влияние длины и глубины цилиндрического заземлителя показано на рис. 6.2 (грунт песчаный 50%-ной влажности).
Влияние диаметра заземлителя на сопротивление растеканию тока меньше, чем влияние, оказываемое глубиной забивки.
Повышающий коэффициент kп – это коэффициент, учитывающий глубину забивки одиночных заземлителей и влажность грунта, в среднем он может быть принят как kп =1,5.
По удельному сопротивлению грунта и повышающему коэффициенту kп находят расчетное удельное сопротивление грунта расч = kп , Ом см.
Сопротивление растеканию одиночного заземлителя можно вычислить по формуле
|
|
0,366 расч |
2l |
|
1 |
|
4t l |
||
R1 |
|
lg |
|
|
lg |
|
, |
||
l |
d |
2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
4t l |
||||
где расч – расчетное удельное сопротивление грунта, Ом см; l, d – длина и диаметр трубы одиночного заземлителя, см; t = l/2+h (см. рис. 6.1); h – глубина заложения трубы.
Приближенное число заземлителей n = R1/Rдоп, где Rдоп – нормируемое значение заземляющего устройства.
При определении фактического сопротивления растеканию тока для соединительной полосы между одиночными заземлителями необходимо учитывать коэффициент использования полосып.с, так как между соединительной полосой и трубами происходит взаимное экранирование.
Одиночные заземлители в групповом заземлителе могут быть расположены в ряд (рис. 6.3,а) или по контуру (рис. 6.3,б).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 6.3 |
||
|
a) |
|
|
|
|
|
|
б) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициенты |
использо- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вания |
тр |
вертикальных |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стержневых |
заземлителей, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
расположенных в ряд или по |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
контуру, можно |
определить |
||||
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
из табл. 6.3. |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 6.3 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число |
|
|
|
|
Отношение расстояний между заземлителями к их длине (a/l) |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
заземли- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Размещение заземлителей |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
телей, |
|
|
|
|
|
в ряд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
по контуру |
|
||||||||
шт. |
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
3 |
||||||||||||||
2 |
|
0,85 |
|
0,91 |
|
|
0,94 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
4 |
|
0,73 |
|
0,83 |
|
|
0,89 |
|
|
|
|
0,69 |
|
|
0,78 |
|
|
0,85 |
|||||||||||||||
6 |
|
0,65 |
|
0,77 |
|
|
0,85 |
|
|
|
|
0,61 |
|
|
0,73 |
|
|
0,80 |
|||||||||||||||
10 |
|
0,59 |
|
0,74 |
|
|
0,81 |
|
|
|
|
0,55 |
|
|
0,68 |
|
|
0,76 |
|||||||||||||||
20 |
|
0,48 |
|
0,67 |
|
|
0,76 |
|
|
|
|
0,42 |
|
|
0,63 |
|
|
0,71 |
|||||||||||||||
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,41 |
|
|
0,58 |
|
|
0,66 |
|||||||
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,35 |
|
|
0,55 |
|
|
0,64 |
|||||||
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,30 |
|
|
0,52 |
|
|
0,62 |
|||||||
32
В табл. 6.4 приведены значения коэффициентов использования п полос связи горизонтального полосового заземлителя, соединяющего вертикальные стержневые заземлители.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 6.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отношение расстояний |
|
|
Число стержневых заземлителей n, шт. |
|
|
|
|
|||||
между заземлителями к |
2 |
4 |
6 |
|
10 |
20 |
40 |
60 |
100 |
|||
их длине |
|
|
|
Заземлители размещены в ряд |
|
|
|
|
||||
1 |
0,85 |
0,77 |
0,72 |
|
0,62 |
0,42 |
|
- |
|
- |
- |
|
2 |
0,94 |
0,89 |
0,84 |
|
0,75 |
0,56 |
|
- |
|
- |
- |
|
3 |
0,96 |
0,92 |
0,88 |
|
0,82 |
0,68 |
|
- |
|
- |
- |
|
|
|
|
Заземлители размещены по контуру |
|
|
|
|
|||||
1 |
- |
0,45 |
0,40 |
|
0,34 |
0,27 |
|
0,22 |
|
0,20 |
0,19 |
|
2 |
- |
0,55 |
0,48 |
|
0,40 |
0,32 |
|
0,29 |
|
0,27 |
0,23 |
|
3 |
- |
0,70 |
0,64 |
|
0,56 |
0,45 |
|
0,39 |
|
0,36 |
0,33 |
|
Для нахождения коэффициентов использования труб предварительно задаются расположением труб в групповом заземлителе (в ряд или по контуру), а далее принимают расстояние между трубами. При небольшом количестве (менее пяти) трубы располагаются в ряд, при большом – по контуру. Расстояние между трубами выбирают из соотношения 1 a 3.
По приближенному числу заземлителей n по табл. 6.3 определяют коэффициент использования труб, после этого число труб n = =n / тр с учетом найденного коэффициента использования. Затем уточняют коэффициент использования труб с учетом найденного количества труб n и определяют сопротивление растеканию тока труб группового заземлителя: Rтр = R1/n тр , где a – расстояние между заземлителями.
Сопротивление растеканию тока одиночной полосы связи (рис. 6.4) Rоп (в омах) определяют по формуле
|
|
0,366 расч |
|
2l 2 |
|
R |
|
lg |
п |
, |
|
|
|
||||
о.п |
|
lп |
|
bh |
|
|
|
|
|||
где lп – длина полосы связи, см; lп =1,05an; h – расстояние от поверхности земли до полосы связи, см; b – ширина полосы связи, см.
Сечение полосы связи должно быть не менее 100...120 мм2, из этих соображений выбирают ее толщину и ширину.
h
b
lп |
Рис. 6.4 |
Рис. 6.4 |
По табл. 6.4 определяют коэффициент использования полосы связи п и вычисляют сопротивление растеканию тока полосы связи Rп с учетом найденного коэффициента использования Rп =
=Rоп/ п , Ом.
Общее сопротивление растеканию тока заземляющего устройства Rз =1/(1/Rтр+1/Rп) должно быть не более установленной нормы, в противном случае увеличивается число заземлителей и расчет повторяется.
6.3.2. Пример расчета
Исходные данные: заземлители размещены по контуру в три ряда; сопротивление заземляющего устройства Rз 4 Ом; размеры одиночного заземлителя (трубы) l=2,5 м; dнар = 5 см; расстояние между трубами а=2,5 м; глубина заложения труб h=0,8 м; размер соединительной полосы связи 25 4 мм; грунт – чернозем; повышающий коэффициент kп =1,5
Расчет. 1. Определяют расчетное сопротивление грунта: для чернозема расч = 2 104 Ом см,
расч = kп = 1,5 2 104 Ом см.
33
2. Определяют сопротивление растеканию тока одиночного трубчатого вертикального заземлителя:
|
R1 |
0,366 расч |
|
2l |
|
1 |
|
4t l |
|
||||||
|
|
|
|
|
lg |
|
|
lg |
|
|
= |
||||
|
|
l |
|
|
d |
2 |
4t l |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
0,366 3 104 |
|
2 250 |
|
1 |
|
4 205 250 |
93,846 Ом. |
|||||||
= |
|
lg |
|
|
|
lg |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
250 |
|
5 |
|
2 |
|
4 205 250 |
|
|||||||
3. Ориентировочное число заземлителей (труб) без учета коэффициента использования
n' R1 93.846 23.46 24.
R3 4
4.По табл. 6.3 определяют коэффициент использования для трубы тр = 0,42.
5.Число труб в грунтовом заземлителе с учетом коэффициента использования
n n' 24 57,12 58.тр 0,42
6.Уточняют коэффициент использования тр (см. табл. 6.3) для 58 труб: тр = 0,35.
7.Сопротивление растеканию всех труб
R |
R1 |
|
93.846 |
4.62 Ом. |
|
|
|||
тр |
n тр |
|
58 0.35 |
|
|
|
|||
8. Длина полосы связи, объединяющей трубы в один групповой заземлитель, lп 1,05 a n 1,05 250 58 15225 см, где a=l= 250 см (по условию).
9. Определяют сопротивление растеканию тока одиночной полосы связи:
|
|
0,366 рас |
|
2l 2 |
|
R |
|
lg |
п |
, Ом, |
|
|
|
||||
о.п |
|
lп |
|
bh |
|
|
|
|
|||
где b= 2,5 см h=80 см – расстояние от поверхности земли до полосы связи;
Rо.п 0,366 3 104 lg 2 152252 4,588 Ом. 15225 2,5 80
10.По табл. 6.4 находят коэффициент использования полосы связи (заземлители расположены по контуру, a/l=1 и n 60): тр =0,2.
11.Сопротивление растеканию тока полосы связи, объединяющей все трубы, с учетом коэффициента использования полосы связи
Rп Rо.п 4,588 22,94 Ом.п 0,22
12. Общее сопротивление заземляющего устройства
Rз |
1 |
|
1 |
3,84 Ом, |
|
|
|
||||
1 Rтр 1 Rп |
1 4,62 1 22,94 |
||||
|
|
|
что удовлетворяет поставленному условию: 3,84<4 Ом.
6.4. Расчет зануления
Схема зануления приведена на рис. 6.5.
Uф |
Iк |
A
B
C
Iк
Oр(N)
Oз(PE)
2
Iк
3
Iк
Область применения зануления – это трехфазная сеть с заземленной нейтралью с напряжением до 1000 В.
Принцип действия зануления – это превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание, ток которого вызывает срабатывание защиты и тем самым отключает поврежденную электроустановку от сети.
Целью расчета зануления является проверка обеспечения срабатывания защиты током короткого замыкания при замыкании фазной обмотки на нулевой защитный провод электрической сети, а также подбор сечения этого провода для обеспечения надежной защиты.
Для обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость фазных и нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой защитный проводник срабатывала защита отключения. Такое отключение обеспечивается при выполнении соотношения kIз Iк.з, где k – минимально допустимая кратность тока короткого замыкания по отношению к номинальному току аппаратуры защиты; Iз – номинальный ток аппарата защиты; Iк.з – номинальный ток однофазного короткого замыкания.
В соответствии с ПУЭ: k = 3 для номинального тока плавкого элемента предохранителя или расцепителя; k = 1,4 и k = 1,25 для автоматических выключателей с номинальным током до 100 А и свыше 100 А соответственно.
Расчет тока однофазного короткого замыкания ведется по упрощенной формуле [2]
n
Iк.з. = Uф / (Zт + R пер + Zпуl ),
1
где Uф – фазное напряжение сети, В; Zт – полное сопротивление трансформатора, Ом; R пер суммарное переходное сопротивление контактов, Ом; Zпу – удельное сопротивление линии, состоящей из n участков с разными сечениями проводов, Ом/км; l – длина каждого участка, км.
6.4.1. Сопротивление проводников
При расчете электрических сетей необходимо учитывать активное и индуктивное сопротивление проводов сети, существенно зависящее от свойств материала, из которого они изготовлены.
Для проводов, выполненных из цветных металлов, активное сопротивление (в омах) для нор-
мальных условий (t = 20оС) определяется по формуле |
|
r l S l S , |
(6.1) |
где – удельное сопротивление материала провода, |
Ом мм2/м; = 1/ – удельная проводимость |
материала провода, м/(Ом мм2); l – длина провода, м; S – поперечное сечение провода, мм2. Удельная проводимость медных и алюминиевых проводов при t = 20оС 0= 55,56 м/(Ом·мм2)
для меди и 0= 33,9 м/(Ом мм2) для алюминия.
При прочих равных условиях зависимость проводимости проводников от температуры: t =0/[1+ (t 20)], где t – удельная проводимость при температуре t; – температурный коэффициент; для меди и алюминия = 0,004.
Индуктивное сопротивление одной фазы на 1 км трехфазных линий (Ом/км) для любого распо-
ложения проводов определяем по формуле |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Д |
ср |
|
|
4 |
|
|
x |
|
4,6 |
lg |
|
0.5 |
10 |
, |
(6.2) |
||
|
|
|
||||||||
0 |
|
|
|
r |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где = 2 f – угловая частота, рад; f – частота напряжения сети, Гц; Дср – среднегеометрическое
35
расстояние между осями проводов; r – внешний радиус провода; – относительная магнитная проницаемость материала провода.
Среднегеометрическое расстояние между осями проводов трехфазной линии Дср = 
Д1 Д 2 Д3 .
Для проводов из цветных металлов, для которых 1, и для f = =50 Гц индуктивное сопротивление одной фазы трехфазной линии
x 0,1445 lg |
Дср |
0,0157, Ом/км. |
(6.3) |
|
|||
0 |
r |
|
|
|
|
||
Активные сопротивления проводников, а также среднее значение индуктивных сопротивлений при различных сечениях и способах прокладки приведены в табл. 6.5.
|
|
|
|
Т а б л и ц а 6.5 |
|
|
|
|
|
Сечение провод- |
Активное сопротивление проводников |
Индуктивное сопротивление проводников (среднее зна- |
||
ника, мм2 |
при температуре 35оС r, Ом/км |
|
чение) x, Ом/км |
|
|
медных |
алюминиевых |
кабелей, проводни- |
проводников при расстоянии между |
|
|
|
ков в трубах и т. п. |
ними 15-40 см (провода на изолято- |
|
|
|
|
рах, на клинцах и т.п.) |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1,2 |
16,7 |
- |
0,150 |
0,410 |
1,5 |
13,3 |
- |
0,150 |
0,410 |
2 |
10,0 |
16,5 |
0,150 |
0,410 |
2,5 |
8,0 |
13,2 |
0,100 |
0,410 |
3 |
6,7 |
11,0 |
0,100 |
0,380 |
4 |
5,0 |
8,3 |
0,100 |
0,37 |
5 |
4,0 |
6,6 |
0,095 |
0,365 |
6 |
3,3 |
5,5 |
0,09 |
0,36 |
|
|
|
|
Окончание табл. 6.5 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
8 |
2,5 |
4,1 |
0,085 |
0,350 |
10 |
2,0 |
3,3 |
0,08 |
0,34 |
16 |
1,25 |
2,06 |
0,08 |
0,33 |
25 |
0,8 |
1,32 |
0,08 |
0,31 |
35 |
0,57 |
0,95 |
0,075 |
0,3 |
50 |
0,40 |
0,66 |
0,075 |
0,29 |
70 |
0,28 |
0,47 |
0,07 |
0,28 |
95 |
0,21 |
0,35 |
0,07 |
0,27 |
120 |
0,167 |
0,276 |
0,07 |
0,26 |
150 |
0,133 |
0,220 |
0,07 |
0,25 |
185 |
0,108 |
0,179 |
0,07 |
0,25 |
240 |
0,084 |
0,137 |
0,07 |
0,25 |
Полное сопротивление участка сети при наличии активных и реактивных (емкостных и индук-
тивных) сопротивлений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
R2 (x |
x |
L |
)2 |
, |
(6.4) |
|
C |
|
|
|
|
где R – активное сопротивление; xС =1/2 fС – емкостное сопротивление; xL =2 fL – индуктивное сопротивление; C, L – погонные емкость и индуктивность участка сети; f – частота электрической сети.
В табл. 6.6 приведены полные сопротивления цепи “фазный – нулевой провод”, необходимые при расчете токов короткого замыкания.
|
|
|
Т а б л и ц а 6.6 |
|
|
|
|
Мощность трансформа- |
Первичное напряже- |
Полное сопротивление трансформатора Zт |
|
тора, кВА |
ние, кВ |
в режиме однофазного КЗ при схеме соединения обмоток |
|
|
|
|
|
|
|
/ Y / Yн |
/ Yн / Y |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
25 |
6-10 |
3,11 |
0,906 |
40 |
6-10 |
1,95 |
0,562 |
63 |
6-10 |
1,24 |
0,360 |
63 |
20 |
1,14 |
0,407 |
36
100 |
6-10 |
0,78 |
0,226 |
100 |
20-35 |
0,76 |
0,327 |
160 |
6-10 |
0,49 |
0,141 |
160 |
20-35 |
0,48 |
0,203 |
|
|
|
Окончание табл. 6.6 |
1 |
2 |
3 |
4 |
250 |
6-10 |
0,31 |
0,090 |
250 |
20-35 |
0,30 |
0,130 |
400 |
6-10 |
0,20 |
0,066 |
400 |
20-35 |
0,19 |
- |
630 |
6-10 |
0,13 |
0,042 |
630 |
20-35 |
0,12 |
- |
1000 |
6-10 |
0,081 |
0,026 |
1000 |
20-35 |
0,077 |
0,031 |
1600 |
6-10 |
0,055 |
0,017 |
1600 |
20-35 |
- |
0,020 |
6.4.2. Внутреннее сопротивление источников тока
Напряжение для питания электрических сетей обычно получают путем трансформирования высоких напряжений линий электропередач или кабельных линий с помощью силовых понижающих трансформаторов. Внутреннее сопротивление трансформа-торов зависит от его мощности и схемы включения (звезда или треугольник). Расчетные сопротивления силовых масляных трансформаторов при вторичном напряжении 400/230 В приведены в табл. 6.6.
6.4.3. Выбор сечения проводов сети
Выбор сечения проводов электрической сети для питания электроприемников производится по допустимому нагреву, вызываемому рабочим током и по току срабатывания защиты.
Рабочий ток в зависимости от схемы электрической сети рассчитывают по формулам:в трехфазной сети с нулевым проводом или без него, при равномерной нагрузке фаз,
Iраб |
|
|
P3 |
; |
(6.5) |
|
|
|
|
||||
3Uлcos |
||||||
|
|
|
|
|||
в двухфазной сети с нулем, при равномерной нагрузке фаз, Iраб = Р2/2Uфcos ;
в двухпроводной сети Iраб = Р1/Uнcos , где Р – активная мощность нагрузки (включая потери в пускорегулирующем аппарате (ПРА) газоразрядных ламп) одной, двух или трех фаз; cos – коэф-
фициент мощности нагрузки; Uл, Uф, Uн – линейное, фазное, номинальное напряжение сети, В. Основные требования, предъявляемые к выбору сечения проводов по нагреву, изложены в ра-
ботах [1,2].
Некоторые данные о длительно допустимых токах (Iдоп) для медных и алюминиевых проводов различных сечений и условиях прокладки приведены в табл. 6.7 и 6.8. При выборе сечения прово-
дов сети необходимо соблюдать правило: Iдоп Iраб.
Т а б л и ц а 6.7
Допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами
Сечение токопрово- |
|
|
Ток, А, для проводов, проложенных |
|
|||
дящей жилы, мм2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
открыто |
|
|
|
в одной трубе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
двух одно- |
|
трех одно- |
четырех од- |
одного двух- |
одного трех- |
|
|
жильных |
|
жильных |
ножильных |
жильного |
жильного |
0,5 |
11 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
0,75 |
15 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
1 |
17 |
16 |
|
15 |
14 |
15 |
14 |
1,2 |
20 |
18 |
|
16 |
15 |
16 |
14,5 |
1,5 |
23 |
19 |
|
17 |
16 |
18 |
15 |
2 |
26 |
24 |
|
22 |
20 |
23 |
19 |
2,5 |
30 |
27 |
|
2528 |
25 |
25 |
21 |
3 |
34 |
32 |
|
35 |
26 |
28 |
24 |
4 |
41 |
38 |
|
39 |
30 |
32 |
27 |
5 |
46 |
42 |
|
42 |
34 |
37 |
31 |
6 |
50 |
46 |
|
51 |
40 |
40 |
34 |
37
8 |
62 |
54 |
60 |
46 |
48 |
43 |
10 |
80 |
70 |
80 |
50 |
55 |
50 |
16 |
100 |
85 |
100 |
75 |
80 |
70 |
25 |
140 |
115 |
125 |
90 |
100 |
85 |
35 |
170 |
135 |
170 |
115 |
125 |
100 |
50 |
215 |
185 |
210 |
150 |
160 |
135 |
70 |
270 |
225 |
255 |
185 |
195 |
175 |
95 |
330 |
275 |
290 |
225 |
245 |
215 |
120 |
385 |
315 |
330 |
260 |
295 |
250 |
150 |
440 |
360 |
- |
- |
- |
- |
185 |
510 |
- |
- |
- |
- |
- |
240 |
605 |
- |
- |
- |
- |
- |
300 |
695 |
- |
- |
- |
- |
- |
400 |
830 |
- |
- |
- |
- |
- |
Т а б л и ц а 6.8
Допустимый длительный ток для проводов с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами
Сечение токопрово- |
|
|
Ток, А, для проводов, проложенных |
|
|||
дящей жилы, мм2 |
|
|
|
|
|
|
|
открыто |
|
|
|
в одной трубе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
двух одно- |
|
трех одно- |
четырех од- |
одного двух- |
одного трех- |
|
|
жильных |
|
жиль-ных |
ножильных |
жильного |
жильного |
2 |
21 |
19 |
|
18 |
15 |
17 |
14 |
2,5 |
24 |
20 |
|
19 |
19 |
19 |
16 |
3 |
27 |
24 |
|
22 |
21 |
22 |
18 |
4 |
32 |
28 |
|
28 |
23 |
25 |
21 |
5 |
36 |
32 |
|
30 |
27 |
28 |
24 |
6 |
39 |
36 |
|
32 |
30 |
31 |
36 |
8 |
46 |
43 |
|
40 |
37 |
38 |
32 |
10 |
60 |
50 |
|
47 |
39 |
42 |
38 |
16 |
75 |
60 |
|
60 |
55 |
60 |
55 |
25 |
105 |
85 |
|
80 |
70 |
75 |
65 |
35 |
130 |
100 |
|
95 |
85 |
95 |
75 |
50 |
165 |
160 |
|
130 |
120 |
125 |
105 |
70 |
210 |
175 |
|
165 |
140 |
150 |
135 |
95 |
255 |
215 |
|
200 |
175 |
190 |
165 |
120 |
295 |
245 |
|
220 |
200 |
230 |
190 |
150 |
340 |
275 |
|
255 |
- |
- |
- |
185 |
390 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
240 |
465 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
300 |
535 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
400 |
645 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
6.4.4. Порядок расчета зануления
Порядок расчета зануления можно рассмотреть на следующем примере.
Пример. Обеспечить электробезопасность электроприемников занулением со следующими параметрами электрической сети и электроприемников: сеть трехфазная с заземленной нейтралью напряжением 380/220 В питается от силового трансформатора мощностью 400 кВА; электроприемники трехфазные мощностью 22 кВА подключены к одной линии: первый на расстоянии 200 м,
авторой на расстоянии 350 м от трансформатора. Коэффициент мощности cos =1.
1.В соответствии с заданием составляют электрическую схему, приведенную на рис. 6.6.
2.Определяют ток нагрузки. В данном случае наибольший рабочий ток будет протекать на участке 1. По формуле (6.5):
Iсет |
|
(P P ) |
|
44 103 |
|
67А; |
Iраб1 33,5А . |
|||
|
1 |
2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
1.73 380 |
|
|||||
3U л cos |
||||||||||
|
|
|
1 |
|
||||||
3. Определяют сечение рабочих проводов. По табл. 6.7 для четырех медных проводов с резиновой изоляцией, проложенных в одной трубе, и ближайшему к рабочему току 75 А находят сечение провода Sраб = 16 мм2.
4.Выбор сечения нулевого проводника. Сечение нулевого проводника по ПУЭ должно равняться половине сечения рабочего проводника, т. е. S0=Sраб/2=8мм2.
5.Расчет сопротивления петли короткого замыкания фаза – ноль. Схема цепи фаза – ноль
38
представлена на рис. 6.7.
Рис. 6.6 |
Рис. 6.7 |
Сопротивление медных проводов сечением 16 мм2 и 8 мм2 может быть рассчитано по формулам (6.1), (6.2) и (6.4) либо найдено из табл. 6.9. Активные сопротивления фазного провода для I и II участков (ф-ла (6.1)):
r |
l |
l1 |
|
|
200 |
|
|
0,225 Ом; |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
фI |
|
S S |
|
|
55,56 16 |
||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
r |
|
|
l2 |
|
|
|
350 |
|
|
0,394 Ом. |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
фII |
|
|
S |
|
|
|
55,56 16 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Активные сопротивления нулевого провода для I и II участков |
|||||||||||||||||||
|
r |
|
|
l1 |
|
|
200 |
|
0,45 Ом; |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
0I |
|
|
|
S |
|
55,56 8 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
r |
|
|
l2 |
|
350 |
|
0,787 Ом. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
0II |
|
|
S |
|
|
|
|
55,56 8 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Активное сопротивление фаза – ноль:
на первом участке rI = 0,225 + 0,45 = 0,675 Ом; на втором участке rII = 0,394 + 0,787 = 1,81 Ом.
Индуктивное сопротивление одной фазы на 1 км (ф-ла (6.3)):
xo = 0,1445 lg |
Дср |
+ 0,0157 = 0,1445 lg |
8 |
+ 0,0157 = 0,1024 Ом/км; |
|
r |
2 |
||||
|
|
|
на I участке xo1 = 1000200 0.1024 = 0,02 Ом;
на II участке xo1 = 1000350 0,1024 = 0,0358 Ом. Полное сопротивление участков сети:
|
ZI = |
(0,675)2 (0,02)2 0,675 |
Ом; |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ZII = |
|
(1,81)2 (0,0358)2 1,81 Ом. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 6.9 |
|
|
|
|
|
|
||
Сечение одножильного провода S, мм2 |
|
|
Удельное сопротивление Zпу, Ом/км, для провода |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
фазного |
нулевого |
|
|
медного |
|
алюминиевого |
|
1 |
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
1,2 |
1,2 |
|
|
33,4 |
|
- |
|
2 |
1,2 |
|
26,7 |
|
- |
||
2 |
2 |
|
20,0 |
|
33,0 |
||
3 |
2 |
|
16,7 |
|
27,5 |
||
3 |
2,5 |
|
14,7 |
|
24,2 |
||
3 |
3 |
|
13,4 |
|
22,0 |
||
5 |
2 |
|
14,0 |
|
23,1 |
||
39
5 |
2,5 |
12,0 |
19,8 |
5 |
3 |
10,7 |
17,6 |
5 |
4 |
9,0 |
14,9 |
5 |
5 |
8,0 |
13,2 |
8 |
3 |
9,2 |
15,1 |
|
|
|
Окончание табл. 6.9 |
1 |
2 |
3 |
4 |
8 |
4 |
7,5 |
12,4 |
8 |
5 |
6,5 |
10,7 |
8 |
6 |
5,8 |
9,6 |
8 |
8 |
5,0 |
8,2 |
10 |
5 |
6,0 |
9,9 |
10 |
8 |
4,5 |
7,4 |
16 |
8 |
3,8 |
6,2 |
|
|
|
|
П р и м е ч а н и е . Данные приведены для цепи фазный – нулевой провод сетей, выполненных проводами с пластмассовой изоляцией, проложенными пучком (в трубах, каналах строительных конструкций и т. п.), без учета проводимости металлических оболочек.
6.Внутреннее сопротивление трансформатора определяется по табл. 6.6: для Р = 400 кВА и включения трансформатора звезда-звезда Zтр = 0,13 Ом.
7.Полное сопротивление петли фазовый – нулевой провод:
на первом участке: Zп1 |
= |
Z 2 |
Z 2 |
0,687 Ом; |
|
|
тр |
1 |
|
|
|
|
|
|
на втором участке: Zп2 |
= |
Zтр2 |
Z22 |
1,94 Ом. |
8. Ток короткого замыкания при пробое на корпус:
электродвигателя 1 |
I |
|
|
220 |
320 А; |
|||
к1 |
0,687 |
|||||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
электродвигателя 2 |
I |
|
|
|
220 |
113,4 А. |
||
к2 |
1,94 |
|||||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||
9. Необходимый для отключения ток короткого замыкания при пробое на корпус:
электродвигателя 1 |
кIраб1 |
= 3 33,5 А = 100,5 А; |
кIраб1 < Iк1; |
|
|
электродвигателя 2 |
кIраб2 |
= 3 33,5 А = 100,5 А; |
кIраб2 < Iк2. |
|
|
|
|
Библиографический список |
1.Правила устройства электроустановок. Главгосэнергонадзор России. М.: 2011.
2.Кнорринг, Г. М. Справочная книга для проектирования электрического освещения / Г.М.Кнорринг, И.М.Фадин, В.М.Сидоров. СПб.: Энергоатомиздат, 1992. 448 с.
7.ЗАЩИТА ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
7.1. Естественные и искусственные источники электромагнитных полей
Все источники электромагнитных полей (ЭМП) принято разделять на естественные и искусственные (техногенные).
Основными естественными источниками ЭМП являются: электрическое и магнитное квази-
статические поля Земли; атмосферное электричество (молнии, полярные сияния); излучения Солнца, планет, звезд и других небесных тел.
Искусственные источники ЭМП представляют собой технические устройства, принцип работы которых связан с использованием электромагнитной энергии.
Основными искусственными источниками ЭМП являются:
промышленное оборудование (линии электропередач, трансформаторные подстанции, силовые агрегаты, установки для индукционного и диэлектрического нагрева и т.д.);
радиопередающие устройства;
оборудование, используемое в научных и медицинских целях;
бытовое оборудование (персональные компьютеры, радиотелефоны, СВЧ-печи, и т.д.). Воздействие электрического, магнитного, электромагнитного поля на человека может быть
40