Контрольные работы. РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

211

В качестве нулевых защитных проводников ПУЭ [6] рекомендуют

применять неизолированные или изолированные проводники, а также раз-

личные металлические конструкции зданий, подкрановые пути, стальные

трубы электропроводок, трубопроводы и т. п. Рекомендуется использовать

нулевые рабочие провода одновременно и как нулевые защитные. При

этом нулевые рабочие провода должны обладать достаточной проводимо-

стью и не должны иметь предохранителей и выключателей.

Таким образом, расчет зануления на отключающую способность являет-

ся поверочным расчетом правильности выбора проводимости нулевого за-

щитного проводника, а точнее, достаточности проводимости петли «фаза-

нуль». Так как фазные провода бывают в основном или медные или алюми-

ниевые, индуктивные сопротивления их сравнительно малы (около 0,0156

Ом/км), поэтому ими в расчетах допускается пренебрегать, т. е. принять

0=фХ [7].

Для упрощения расчета в данной работе примем, что и фазный и нуле-

вой проводники выполнены из одного материала (медь или алюминий),

что позволяет пренебречь внутренними индуктивными сопротивлениями

фазного и нулевого защитного проводников ( 0== НЗф ХХ ).

Тогда внутреннее индуктивное сопротивление петли «фаза-нуль» ( ПХ )

будет равно полному сопротивлению петли «фаза-нуль» ( ПХ ), что в свою

очередь равно сумме активных сопротивлений фазного и нулевого защитно-

го проводников, согласно формуле (12.6) при 0== НЗф ХХ получим

нзфПП RRZХ +== . (12.8)

Значения фR и НЗR Ом, для проводников из цветных металлов (медь,

алюминий) определяют по известным данным: сечению S , мм², длине L , м, и

материалу проводников. При этом искомое сопротивление определяется

S

Lρ

R ⋅

= , (12.9)

где

ρ – удельное сопротивление материала, Ом·мм 2/м (для меди

018,0=

ρ , для алюминия 028,0=

ρ ); L – длина провода; S – сечение про-

вода, мм2.

Если нулевой защитный проводник стальной, то его активное сопро-

тивление НЗR определяется по таблицам ПУЭ [6] или [5], в которых приве-

дены значения сопротивлений различных стальных проводников при раз-

ной плотности тока частотой 50 Гц. Для этого необходимо знать профиль и

сечение проводника, а также знать его длину и ожидаемое значение тока

зкI , который будет приходить по этому проводнику в аварийный период.

Сечением проводника задаются из расчета, чтобы плотность тока коротко-

го замыкания в нем была в пределах примерно (0,5÷2,0) А/мм2.

Надежность зануления определяется в основном надежностью нулево-

го защитного проводника. В связи с этим требуется тщательная прокладка

212

нулевого защитного проводника, чтобы исключить возможность его обрыва.

Кроме того, в нулевом защитном проводнике запрещается ставить выключа-

тели и другие приборы, способные нарушить его целостность.

При соединении нулевых защитных проводников между собой дол-

жен обеспечиваться надежный контакт. При соединении нулевых защит-

ных проводников к частям электрооборудования, подлежащих занулению,

осуществляется сваркой или болтовым соединением, причем, значение со-

противления между зануляющим болтом и каждой доступной прикоснове-

нию металлической нетоковедущей частью электроустановки, которая

может оказаться под напряжением, не должно превышать 0,1 Ом. Присо-

единение должно быть доступно для осмотра. Нулевые защитные провода

и открыто проложенные нулевые защитные проводники должны иметь от-

личительную окраску: по зеленому фону желтые полосы [8].

Порядок выполнения работы

1. Познакомиться с теоретическими положениями, выписать данные

по своему варианту (табл. 12.1).

2. Определить номинальный ток двигателя ( ном двI , А) по формуле

3cos

1000

⋅⋅⋅

⋅

=

двл

дв

двном

ηU

P

I

ϕ , (12.10)

где двP – мощность двигателя, Вт·А; лU – линейное напряжение сети, В;

двη – КПД двигателя;

ϕсоs – коэффициент мощности нагрузки. Значения

данных факторов приведены в табл. 12.2.

3. При выборе плавких вставок в цепях электродвигателей учитыва-

ются их пусковые токи (токи короткого замыкания). Определить пусковой

ток ( пускI , А) по формуле

пускадвном.пуск kII ⋅= , (12.11)

где пускаk – коэффициент пуска, приведенный в характеристике электро-

двигателя (см. табл. 12.2); двномI – номинальный ток двигателя, А.

4. Определить номинальный ток защитного аппарата ( встномI , А) (ток

плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания расцепителя авто-

матического выключателя) по формуле

52,

I

I пуск

встном = , (12.12)

где пускI – пусковой ток двигателя, рассчитанный по формуле (12.11).

5. Выбрать аппарат защиты в цепи электродвигателя по табл. 12.3

или 12.4, исходя из условия

maxII встном ≥ , (12.13)

где встномI – номинальный ток защитного аппарата, А; maxI – максимальный

рабочий ток в цепи, А, который определятся по формуле

213

3cos

max

⋅⋅

=

ϕном

ном

U

P

I , (12.14)

где номР – номинальная мощность нагрузки, присоединенной к линии

(мощность всех потребителе присоединены к данной линии), кВт; номU –

номинальное напряжение (220÷380 В), В;

ϕсоs – коэффициент мощности

нагрузки в табл. 12.2.

Если к сети присоединен один потребитель, то двном.мах II = .

6. Определить номинальный ток в фазе питающего трансформатора

(токовую нагрузку) по формуле

3

1000

⋅

⋅

==

л

тр

трном.фном.

U

P

IL , (12.15)

где трP – мощность трансформатора, кВ·А (в варианте задания табл. 12.1).

7. Определить сечение фазного провода Sф по токовой нагрузке фном.I

по табл. 12.6, учитывая вид материала проводника и характер расположения

(вне помещения или внутри помещения).

8. Определить активное сопротивление фазного проводника по форму-

ле (12.9):

ф

ф S

Lρ

R ⋅

= ,

где

ρ – удельное сопротивление материала, Ом·мм 2/м (для меди

ρ = 0,018;

для алюминия

ρ = 0,028); L – длина фазного провода, м (расстояние от си-

лового трансформатора до электродвигателя) берется по варианту зада-

ния табл. 12.1; Sф – сечение фазного провода, мм2.

9. Рассчитать по формуле (12.5) полное сопротивление петли «фаза –

нуль (ZП, Ом)

3

Т

к.з

ф

П

Z

I

U

Z −= ,

где Uф – фазное напряжение, В (см. табл. 12.1); Iкз – ток короткого замыкания,

А, определяется по формуле (12.1), в которой значение коэффициента, ПК

принимаемое в зависимости от типа защиты электроустановки, задано по ва-

рианту (см. табл. 12.1); ZТ – полное сопротивление трансформатора опреде-

ляется по технической характеристика трансформатора табл. 12.5.

10. Выразить из формулы (12.8) и определить сопротивления нулево-

го защитного провода (Rнз, Ом).

11. Определить расчетное сечение нулевого защитного провода, (мм2)

нз

н.з R

Lρ

S ⋅

= . (12.16)

12. Подобрать по табл. 12.6 нулевой провод стандартного сечения.

13. Сделать вывод.

14. Показать отчет преподавателю.

214

Таблица 12.1

Исходные данные для расчета зануления

Вариант Тип двигателя ПК фл UU Способ подключения

обмотки

Мощность трансформато-

ра (Ртр, кВ·А)

Длина

проводников, м

Удельное сопротивле-

ние (ρ, Ом·мм2/м)

1 4А132S6 У3 3,0 380/220 Y/Yн 100 500 0,028

2 4А132М6 У3 3,2 380/220 Y/Yн 100 400 0,028

3 4А112МВ8 У3 3,0 380/220 Y/Yн 160 800 0,018

4 4А160S2 У3 3,3 380/220 Y/Yн 180 800 0,018

5 4А80В6 У3 3,0 380/220 Y/Yн 130 1000 0,018

6 4А160S8 У3 3,5 380/220 Y/Yн 100 200 0,028

7 4А80В4 У3 3,2 380/220 Y/Yн 160 500 0,028

8 4А100S4 У3 3,5 380/220 Y/Yн 100 200 0,018

9 4А160S6 У3 3,3 380/220 Y/Zн 160 1000 0,028

10 4А112МВ6 У3 3,9 380/220 Y/Zн 80 500 0,018

11 4А132М2 У3 3,7 380/220 Y/Zн 63 300 0,018

12 4А90LА8 У3 3,8 380/220 Y/Zн 63 300 0,028

13 4А100L6 У3 3,0 380/220 Y/Zн 100 500 0,028

14 4А100L8 У3 3,6 380/220 Y/Zн 160 2000 0,018

15 4А132М8 У3 3,3 380/220 Y/Zн 63 500 0,018

16 4А100S2 У3 3,7 380/220 Y/Zн 70 500 0,018

17 4А80В2 У3 3,9 380/220 Y/Zн 100 500 0,018

18 4А112МА8 У3 3,5 380/220 Y/Zн 70 200 0,028

19 4А100L2 У3 3,0 380/220 Y/Zн 63 300 0,028

20 4А100L4 У3 3,8 380/220 Y/Zн 160 800 0,028

21 4А112М4 У3 3,0 380/220 Y/Zн 70 200 0,028

22 4А132S8 У3 3,5 380/220 Y/Zн 100 700 0,018

23 4А132М4 У3 3,2 380/220 Y/Zн 63 300 0,018

24 4А90L4 У3 3,9 380/220 Y/Zн 180 1500 0,018

25 4А90L6 У3 3,7 380/220 Y/Zн 80 200 0,028

26 4АА56А2 У3 3,0 380/220 Y/Zн 170 2000 0,018

27 4А112МА6 У3 3,5 380/220 Y/Zн 110 500 0,018

28 4А80А4 У3 3,2 380/220 Y/Zн 80 500 0,028

29 4АА56В2 У3 3,9 380/220 Y/Zн 63 200 0,028

30 4А80А6 У3 3,7 380/220 Y/Zн 180 300 0,028

215

Таблица 12.2

Технические данные трехфазных асинхронных электродвигателей серии 4А

с короткозамкнутым ротором, рассчитанных на частоту 50 Гц

Тип двигателя N ,

об/мин

При номинальной нагрузке

ном

п

пуска I

I

k =

двР , кВт η , %

ϕcos

4АА56А2 У3 3000 0,18 68 0,77 5

4АА56В2 У3 3000 0,25 70 0,86 5

4А71А2 У3 3000 1,1 77,5 0,87 6,5

4А80В2 У3 3000 2,2 83 0,87 6,5

4А100S2 У3 3000 4 86,5 0,89 7,5

4А100L2 У3 3000 5,5 87,5 0,91 7,5

4А112М2 У3 3000 7,5 87,5 0,88 7,5

4А132М2 У3 3000 11 88 0,9 7,5

4А160S2 У3 3000 15 88 0,9 7

4А80А4 У3 1500 1,1 75 81 5

4А80В4 У3 1500 1,5 77 0,83 5

4А90L4 У3 1500 2,2 80 83 6

4А100S4 У3 1500 3 82 0,83 6,5

4А100L4 У3 1500 4 84 0,84 6

4А112М4 У3 1500 5,5 85,5 0,86 7

4А1З2S4 У3 1500 7,5 87,5 0,86 7,5

4А132М4 У3 1500 11 87,5 0,86 7,5

4А160S4 У3 1500 15 89 0,88 7

4А80А6 У3 1000 0,75 69 0,74 4

4А80В6 У3 1000 1,1 74 0,74 4

4А90L6 У3 1000 1,5 75 0,74 5,5

4А100L6 У3 1000 2,2 81 0,73 5,5

4А112МА6 У3 1000 3 81 0,76 6

4А112МВ6 У3 1000 4 82 0,81 6

4А132S6 У3 1000 5,5 85 0,8 7

4А132М6 У3 1000 7,5 85,5 0,81 7

4А160S6 У3 1000 11 86 0,86 6

4А90LА8 У3 750 1,1 70 0,68 3,5

4А90LВ8 У3 750 1,5 74 0,66 5,5

4А100L8 У3 750 2,2 76,5 0,71 6

4А112МА8 У3 750 3 79 0,74 6

4А112МВ8 У3 750 4 83 0,7 6

4А132S8 У3 750 5,5 83 0,74 6

4А132М8 У3 750 7,5 86 0,75 6

4А160S8 У3 750 11 87 0,75 6

4А160М8 У3 750 15 87 0,82 6

Примечание: N – частота вращения, об/мин; η – КПД двигателя, %;

ϕcos – коэф-

фициент мощности; пускаk – кратность пускового тока; nI – пусковой ток, А; номI – но-

минальный ток, А.

216

Таблица 12.3

Технические параметры предохранителей

Тип

предохра-

нителя

Номиналь-

ное

напряже-

ние ( nU , В)

Номинальный ток ( номI , А)

предохранителя плавкой вставки

ПН 2-100

220380 ÷

100 30, 40, 50, 60, 80,100

ПН 2-250 250 80, 100, 120, 150, 200, 250

ПН 2-400 400 200, 250, 300, 400

ПН 2-600 600 300, 400, 500, 600

ПН 2-1000 600 500, 600, 750, 800, 1000

ПП 17-39 440380 ÷ 1000 500, 630, 800, 1000

ПП 18-33

440660 ÷

160 50, 63, 80, 100, 125, 160

ПП 18-34 250 125, 160, 200, 250

ПП 18-37 400 250, 320, 400

ПП 18-39 630 400, 500, 630

ПП 18-41 1000 630, 800, 1000

НПИ 15 440660 ÷ 15 6, 10, 15

НПН 60М 440660 ÷ 60 20, 25, 35, 45, 60

Таблица 12.4

Технические параметры автоматических выключателей серии А 3700

Тип

предохрани-

теля

Число

полю-

сов

номI ,

А

Пределы регулиро-

вания номинально-

го тока

Пределы регули-

рования времени

срабатывания, с

Расцепитель,

А

Исполнение токоограничивающее с полупроводниковыми и электромагнитными

расцепителями максимального тока

А 3713Б 2 40 20, 25, 32, 40

4, 8, 16

160080 40, 50, 63, 80

А 3714Б 3 160 80, 100, 125, 160

А 3723Б 2 250 160, 200, 250 2500

А 3724Б 3 250 160, 200, 250

А 3733Б 2 250 160, 200, 250 4000

А 3734Б 2, 3 400 250, 320, 400 6300

А 3744Б 3 630 400, 500, 630

Исполнение токоограничивающее с электромагнитными расцепителями

максимального тока

А 3711Б 2

160 Полупроводникового расцепителя

и регулировок установок по току

и времени нет

400, 630, 1000,

1600

А 3712Б 3 1600, 2000, 2500

А 3722Б 2 250

А 3731Б 2 400 2500, 3200, 4000

А 3732Б 3 630

217

Окончание табл. 12.4

Тип

предохранителя

Число

полюсов номI ,

А

Пределы регулирова-

ния номинального то-

ка

Пределы регулиро-

вания времени сра-

батывания, с

Расцепитель,

А

А 3741Б 2 4000, 5000, 6300

А 3742Б

А 3712Б 2 250 1600, 2000, 2500

Исполнение селективное с полупроводниковыми расцепителями максимального тока

А 3733С 2 250 160, 200, 250 4, 8, 16

электромагнитного

расцепителя нет

А 3734С 3 250 160, 200, 250 Защиты в зоне

перегрузки нет400 250, 320, 400

А 3743С 2 400 250, 320, 400 4, 8, 16

630 400, 500, 630

А 3744С 3 400 250, 320, 400 Защиты в зоне

перегрузки нет630 400, 500, 630

А 3715Б 2

160

16, 20, 25, 32

Регулировок

установок по току

и времени нет

630, 1600

А 3716Б 3 40, 50, 63, 80, 100, 125,

160

А 3725Б 2 250 160, 200, 250

А 3726Б 3

А 3735Б 2 400 250, 320, 400 4000

А 3736Б 3

А 3745Б 2 630 400, 500, 630 6300

А 3746Б 3

Таблица 12.5

Приближенные расчетные полные сопротивления обмоток масляных

трансформаторов

Мощность

трансформатора,

кВ·А

Номинальное напряжение

обмоток высшего напряжения, кВ

трZ (Ом), при схеме соединения обмоток

нYY нY/∆ и нY Z

25 106 ÷ 3,110 0,906

40 106 ÷ 1,949 0,562

63 106 ÷ 1,237 0,360

3520 ÷ 1,136 0,407

100 106 ÷ 0,799 0,226

3520 ÷ 0,764 0,327

160 106 ÷ 0,487 0,141

3520 ÷ 0,478 0,203

250 106 ÷ 0,312 0,090

3520 ÷ 0,305 0,130

400 106 ÷ 0,195 0,056

3520 ÷ 0,191 0,056

630 106 ÷ 0,129 0,042

3520 ÷ 0,121 0,042

1000 106 ÷ 0,081 0,027

3520 ÷ 0,077 0,032

1600 106 ÷ 0,054 0,017

3520 ÷ 0,051 0,020

218

Таблица 12.6

Провода неизолированные медные и алюминиевые для воздушных линий электропередачи

Марка провода

Сечение,

мм2

МЕДНЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ

Расчетный

диаметр прово-

да, мм*

Активное

сопротивление

при 20 °С,

Ом/км

(не более)**

Токовая нагрузка, А Расчетный

диаметр

провода,

мм*

Активное

сопротивление

при 20 °С,

Ом/км

(не более)**

Токовая нагрузка, А

вне

помеще-

ний***

внутри

помеще-

ний***

вне

помеще-

ний***

внутри

помеще-

ний***

4 2,2/2200 4,65/35 50 25 - - - -

6 2,7/1500 3,06/52 70 35 - - - -

10 3,5/900 1,84/87 95 60 - - - -

16 5,0/4000 1,20/140 130 100 5,1/4500 1,98/44 105 75

25 6,3/3000 0,74/221 180 135 6,4/4000 1,28/68 135 105

35 7,5/2500 0,54/323 220 170 7,5/4000 0,92/95 170 130

50 8,9/2000 0,39/440 270 215 9,0/3500 0,64/136 215 165

70 10,7/1500 0,28/618 340 270 10,7/2500 0,46/191 265 210

95 12,5/1200 0,20/838 415 335 12,4/2000 0,34/257 320 255

120 14,0/1000 0,16/1060 485 395 14,0/1500 0,27/322 375 300

150 15,8/800 0,12/1338 570 465 15,8/1250 0,21/408 440 355

185 17,4/800 0,10/1630 640 530 17,5/1000 0,17/503 500 410

240 19,9/800 0,08/2120 760 685 20,0/1000 0,13/656 590 490

300 22,1/600 0,06/2608 880 740 22,4/1000 0,10/816 680 570

400 25,6/600 0,06/3522 1050 895 25,8/800 0,08/1088 815 690

Примечание: * – в знаменателе – строительная длина провода, м;

** – в знаменателе – удельная масса провода, кг/мм;

*** – при длине проводников ≤ 400 м расположение внутри помещения, при длине проводников > 400 м – вне

помещения.