Рис. 4.9. Замыкание на корпус в системе TN-S
При замыкании фазы на корпус в сети, не имеющей повторного заземления нулевого защитного проводника (рис.4.9), участок нулевого защитного проводника, находящийся за местом замыкания, и все присоединенные к нему корпуса окажутся под напряжением относительно земли U к,равным:
(4.3)
где I к– ток КЗ, проходящий по петле фаза-нуль, А; z PEN– полное сопротивление участка нулевого защитного проводника, обтекаемого током I к, Ом (т. е. участка АВ).
Напряжение U к будет существовать в течение аварийного периода, т. е. с момента замыкания фазы на корпус до автоматического отключения поврежденной установки от сети.
Если для упрощения пренебречь сопротивлением обмоток источника тока и индуктивным сопротивлением петли фаза-нуль, а также считать, что фазный и нулевой защитный проводники обладают лишь активными сопротивлениями R L1 и R PE, то (4.3) примет вид:
. (4.4)
Если нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление с сопротивлением r П (на рис. 4.9 это заземление показано пунктиром), то U кснизится до значения, определяемого формулой:
, (4.5)
где I з – ток, стекающий в землю через сопротивление r п, А; Uав – падение напряжения в нулевом защитном проводнике на участке АВ; r 0 – сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.
Итак, повторное заземление нулевого защитного проводника снижает напряжение на зануленных корпусах в период замыкания фазы на корпус.
При случайном обрыве нулевого защитного проводника и замыкании фазы на корпус за местом обрыва (при отсутствии повторного заземления) напряжение относительно земли участка нулевого защитного проводника за местом обрыва и всех присоединенных к нему корпусов, в том числе корпусов исправных установок, окажется близким по значению фазному напряжению сети (рис. 4.10, а). Это напряжение будет существовать длительно, поскольку поврежденная установка автоматически не отключится, и ее будет трудно обнаружить среди исправных установок, чтобы отключить вручную.
Рис. 4.10. Замыкание на корпус при обрыве нулевого защитного проводника
а - в сети без повторного заземления нулевого защитного проводника, б - в сети с повторным заземлением нулевого защитного проводника
Если же нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление, то при обрыве его сохранится цепь тока Iз, А, через землю (рис 4.10, б), благодаря чему напряжение зануленных корпусов, находящихся за местом обрыва, снизится до значений, определяемых формулой
(4.6)
При этом корпуса установок, присоединенных к нулевому защитному проводнику до места обрыва, приобретут напряжение относительно земли:
(4.7)
где r 0 – сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.
Итак, повторное заземление нулевого защитного проводника значительно уменьшает опасность поражения током, возникающую в результате обрыва нулевого защитного проводника и замыкания фазы на корпус за местом обрыва, но не может устранить ее полностью, т. е. не может обеспечить тех условий безопасности, которые существовали до обрыва.
Назначение и расчет заземления нейтрали обмоток источника тока в системе защитного зануления.
Рассмотрим четырехпроводную сеть, изолированную от земли, т. е. с изолированной нейтралью обмоток источника тока и без повторного заземления нулевого защитного проводника (рис. 4.8, а). Будет ли работать система зануления в такой сети?
а)
б)
Рис. 4.8. Случай замыкания фазы на землю в трехфазной четырехпроводной сети с изолированной (а) и заземленной (б) нейтралью обмоток источника тока
Нетрудно видеть что в этой сети зануление обеспечит отключение пoвpeждeннoй установки так же надежно, как и в сети с заземленной нейтралью. С этой точки зрения режим нейтрали как бы не имеет значения. Однако при замыкании фазы на землю (рис. 4.8, а), что может быть в результате обрыва и падения на землю провода, а также при замыкании фазного провода на неизолированный от земли корпус и т. п., земля приобретает потенциал фазы и между зануленным оборудованием, имеющим нулевой потенциал, и землей возникает напряжение U к, близкое по значению к фазному напряжению сети U. Оно будет существовать до отключения всей сети вручную или до ликвидации замыкания на землю, так как максимальная токовая защита при этом повреждении не сработает. Указанная ситуация очень опасна.
В сети с заземленной нейтралью при таком повреждении будет практически безопасная ситуация. В этом случае фазное напряжение U разделится пропорционально сопротивлениям замыкания фазы на землю r зм и заземления нейтрали r 0(рис. 4.8, б), благодаря чему U к уменьшится и будет равно падению напряжения на сопротивлении заземления нейтрали:
где I зм – ток замыкания на землю, А.
Как правило, сопротивление растеканию тока в месте замыкания на землю r зм, которое оказывает грунт току при случайном замыкании фазы на землю, во много раз больше сопротивления специально выполненного заземления нейтрали r зм. Поэтому U к оказывается незначительным.
Например, при U = 220 В, r 0 = 4 Ом и r зм = 100 Ом:
Таким образом, заземление нейтрали обмоток источника тока, питающего сеть напряжением до 1 кВ, предназначено для снижения напряжения зануленных корпусов (а, следовательно, нулевого защитного проводника) относительно земли до безопасного значения при замыкании фазы на землю.
