Andrzej Kuszell KB1, rok IV

Wrocław, dn. 2.11.2000

Referat z przedmiotu

Instalacje Elektryczne

Zerowanie Ochronne

sprawdzający: prof. dr hab. inż. M. Zielichowski

Ocena:

Następujący rysunek przedstawia przepływ prądu przy uszkodzeniu izolacji silnika uziemionego zasilanego z sieci czteroprzewodowej z uziemionym punktem zerowym. I_Z - prąd zwarciowy, R₀, R_Z - rezystancje uziemienia odpowiednio: punktu zerowego sieci i silnika, U_f - napięcie fazowe sieci.

Spełnienie warunku:
jest niekiedy bardzo kłopotliwe, ponieważ stosowania uziomów o bardzo małej rezystancji uziemienia. Uziemienia powinny być bowiem tak wykonane, aby prąd doziemny w razie uszkodzenia jednej fazy spowodował dostatecznie szybkie przepalenie się bezpiecznika lub zadziałanie wyzwalacza elektromagnetycznego samoczynnego wyłącznika. Wartości prądu zwarciowego I_W, powodującego szybkie wyłączenie uszkodzonego urządzenia zależą od rodzaju przyrządu wyłączającego. Skuteczność uziemienia jest więc spełniona wtedy, gdy prąd zwarciowy I_Z jest większy lub równy prądowi I_W.

I_Z ≥ I_W = k⋅I_bn ,

gdzie: I_bn - prąd znamionowy urządzenia wyłączającego,

k - współczynnik zależny od rodzaju urządzenia odłączającego.

Przy stosunkowo niewielkiej mocy silnika wymagana jest mała wartość rezystancji R_Z. Wynika to bowiem z prądu znamionowego silnika i zastosowanej w związku z tym wkładki bezpiecznikowej na dość dużą wartość prądu znamionowego I_bn. Przykładowo dla silnika o mocy 12,5 kW, sprawności  = 0.87 i współczynniku mocy cos  = 0.86 zasilanego napięciem 380/220 V prąd znamionowy

Stąd wkładka bezpiecznikowa, jaką należy zastosować przy uwzględnieniu prądu rozruchowego silnika, ma prąd znamionowy I_bn = 35 A.

Wartość R_Z w sieci prądu przemiennego w warunkach środowiskowych 2 (p. tabela 1) powinna wynosić:

.

Wykonanie takiego uziemienia byłoby bardzo kosztowne, dlatego chętnie korzysta się z zerowania jako dodatkowego źródła ochrony przeciwporażeniowej. Zerowanie ochronne jako środek dodatkowej ochrony przeciwporażeniowej polega na połączeniu części przewodzących dostępnych z uziemionym przewodem ochronnym lub przewodem ochronno-neutralnym i powoduje w warunkach zakłóceniowych samoczynne odłączenie zasilania. Zerowanie ochronne może być stosowane w urządzeniach prądu przemiennego o napięciu nie przekraczającym 500 V i o układzie sieciowym mającym punkt neutralny bezpośrednio uziemiony.

Zasada zerowania jest przedstawiona na rysunku:

W wyniku przebicia izolacji dowolnej fazy do obudowy zerowanego silnika, obwód prądu zamyka się przez przewód fazowy, przewód ochronno-neutralny (zerowy) i uzwojenie transformatora powodując przepalenie się bezpiecznika w uszkodzonej fazie i w rezultacie odłączenie przez łącznik samoczynny silnika od sieci.

Aby zerowanie było skuteczne, muszą być spełnione następujące warunki:

• charakterystyka urządzenia odłączającego napięcie i przekroje przewodów: fazowych, ochronno-neutralnego (zerowego) i zerującego (łączącego części metalowe nie będące pod napięciem z przewodem ochronnym lub przewodem ochronno-neutralnym) powinny być tak dobrane, aby prąd zwarciowy I_Z spowodował dostatecznie szybkie (p. tabela 1) zadziałanie zabezpieczenia uszkodzonego odbiornika, czyli spełnienie warunku:

I_Z ≥ I_W = k⋅I_bn

• przewód ochronno-neutralny (zerowy) powinien być wielokrotnie uziemiony zgodnie z przepisami

• przewody: ochronny (zerujący) i ochronno-neutralny (zerowy) powinny być dostatecznie wytrzymałe mechanicznie i cieplnie oraz prowadzone tak samo starannie, jak przewody fazowe

• w przewodzie zerowym, neutralnym oraz neutralno-ochronnym (zerowym) nie wolno umieszczać bezpiecznika lub jednobiegunowego łącznika. Ciągłość tych przewodów (brak przerwy) jest podstawowym warunkiem skuteczności zerowania.

Dopuszcza się czas odłączenia napięcia dłuższy od podanego w tabeli 1, ale nie przekraczający 5s. Wymagania dotyczące czasów samoczynnego odłączania zasilania uważa się za spełnione, gdy

Z_S⋅I_W ≤ U₀,

gdzie: Z_S - impedancja pętli zwarciowej, Ω

I_W - wartość prądu w amperach, zapewniająca samoczynne zadziałanie urządzenia odłączającego zasilanie w wymaganym czasie,

U₀ - napięcie pomiędzy przewodem skrajnym a ziemią, V.

Impedancja pętli zwarciowej powinna być określona za pomocą pomiarów lub obliczona. Przy obliczaniu impedancji należy przyjąć, że rzeczywista impedancja jest o 25% większa od obliczonej przy założeniu pełnego metalicznego zwarcia, z pominięciem impedancji zestyków, przekaźników i innych elementów.

• W urządzeniach, w których dopuszczono samoczynne odłączenie zasilania w czasie nie przekraczającym 5s wartość prądu I_Z mającego spowodować to odłączenie powinna być większa od wartości obliczonej ze wzoru: I_Z ≥ I_W = k⋅I_bn. Wartości prądu znamionowego urządzenia wyłączającego I_bn oraz współczynnika k należy przyjmować zgodnie z tabelą 1 lub wyznaczyć indywidualnie z charakterystyk prądowo-czasowych urządzeń wyłączających prąd zwarciowy.

Tabela 1 Maksymalny czas odłączenia napięcia

Napięcie między przewodem skrajnym a ziemią	Maksymalny czas odłączenia napięcia TS
	Warunki środowiskowe 1	Warunki środowiskowe 2
120 V 235 V 400 V 580 V	0.8 s 0.4 s 0.2 s 0.1 s	0.4 s 0.2 s s 0.1 s

, gdzie: warunki środowiskowe 1 - rezystancja ciała ≥ 1000 Ω

warunki środowiskowe 2 - rezystancja ciała < 1000 Ω

Tabela 2: Wartości współczynnika k w zależności od rodzaju urządzenia odłączającego

Urządzenia samoczynnie odłączające zasilanie	Wartość współczyn- nika k	Wartość prądu Ibn
Bezpiecznik instalacyjny z wkładką topikową szybką na prąd znamionowy do 35 A na prąd znamionowy od 40 A do 100 A na prąd znamionowy od 125 do 200 A instalacyjny z wkładką topikową zwłoczną na prąd znamionowy do 16 A na prąd znamionowy od 20 A do 25 A na prąd znamionowy od 32 A do 63 A na prąd znamionowy od 80 do 100 A instalacyjny z wkładką topikową o działaniu szybkozwłocznym na prąd znamionowy do 50 A na prąd znamionowy od 63 A do 100 A wielkiej mocy z wkładką topikową szybką na prąd znamionowy 25 A na prąd znamionowy od 32 A do 200 A wielkiej mocy z wkładką topikową zwłoczną na prąd znamionowy do 10 A na prąd znamionowy od 16 A do 50 A na prąd znamionowy od 63 A do 100 A na prąd znamionowy od 125 A do 250 A na prąd znamionowy od 400 A do 500 A	2.5 3.0 3.5 3.5 4.0 4.5 5.0 4.5 6.0 3.2 4.0 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0	prąd znamionowy wkładki bezpiecznikowej
Wyłącznik zgodnie z normą PN/E-06150 wyposażony w wyzwalacze lub przekaźniki bezzwłoczne	1.2	prąd nastawczy wyzwalacza lub przekaźnika zwarciowego
Wyłącznik instalacyjny nadmiarowy zgodnie z normą PN/E-93002 typ L na prąd znamionowy do 10 A na prąd znamionowy od 16 A do 25 A na prąd znamionowy od 32 A do 63 A typ U na prąd znamionowy do 10 A na prąd znamionowy od 16 A do 25 A na prąd znamionowy od 32 A do 63 A typ K typ D	5.2 4.9 4.5 12.0 11.2 10.4 10.0 50.0	prąd znamionowy wyłącznika
Wyłącznik przeciwporażeniowy różnicowoprądowy	1.2	wyzwalający prąd różnicowy

---