Заземляющие и нулевые защитные проводники

В качестве заземляющих или нулевых защитных проводников должны быть использованы в первую очередь нулевые рабочие проводники, а затем специально предусмотренные для этой цели проводники (стальная полоса, круглая сталь), а также естественные проводники (трубы, оболочки кабелей и т. д.).
Выбор вида заземляющих и нулевых защитных проводников при обеспечении равных условий безопасности обслуживания электроустановок и технологического оборудования следует производить по минимуму затрат с учетом требований эстетики, а также в соответствии с табл. 1 — 4.
По проводимости, термической стойкости и сопротивлению цепи фаза  —  нуль заземляющие и нулевые защитные проводники должны соответствовать требованиям, приведенным в табл. 3.
Выбор защитных проводников при условии нагрева при коротком замыкании. Температура нагрева защитных проводников при КЗ должна быть
не выше следующих предельно допустимых значений, °С: Шины:
медные...................................................................................................................................... 300
алюминиевые.......................................................................................................................... 200
стальные, не имеющие непосредственного соединения с аппаратами.............      400
стальные с непосредственным присоединением к аппаратам.............................      300
Кабели с бумажной пропитанной изоляцией на напряжение, кВ:
до 10........................................................................................................................................... 200
20 — 220................................................................................................................................... 125
Кабели и изолированные провода с медными и алюминиевыми жилами и изоляцией:
поливинилхлоридной и резиновой.................................................................................... 150
полиэтиленовой...................................................................................................................... 120
Медные неизолированные провода при тяжении, Н/мм":
менее 20................................................................................................................................... 250
20 и более................................................................................................................................ 200
Алюминиевые неизолированные провода при тяжении, Н/мм :
менее 10..............................................................................................................................      200
10 и более................................................................................................................................ 160
Алюминиевая часть сталеалюминиевых проводов...........................................................      200
Условия безопасности обслуживания нулевых рабочих и нулевых защитных проводников изложены в табл. 5.
В случае, когда сечение стальных заземляющих проводников в производственных помещениях не определяется термической стойкостью или проводимостью по сравнению с фазными, а только требованиями механической прочности, выбор стальных проводников производится по табл. 6.
Использование металлических оболочек трубчатых проводов, несущих тросов при тросовой электропроводке, металлических оболочек изоляционных труб, металлорукавов, а также брони и свинцовых оболочек проводов и кабелей в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников запрещается.
В помещениях и наружных установках, в которых требуется применение заземления или зануления, эти элементы должны быть заземлены или занулены и иметь надежные соединения на всем протяжении. Металлические соединительные муфты и коробки должны быть присоединены к броне и к металлическим оболочкам пайкой или болтовым соединением.

1. Магистрали заземления или зануления и ответвления от них в закрытых помещениях и в наружных установках должны быть доступны для осмотра и иметь сечения не .менее приведенных в табл. 2. Требование о доступности для осмотра не распространяется на нулевые жилы и оболочки кабелей, на арматуру железобетонных конструкций, а также на заземляющие и нулевые защитные проводники, проложенные в трубах и коробах, а также непосредственно в теле строительных конструкций (замоноличенные).

Ответвления от магистралей к электроприемникам напряжением до 1 кВ допускается прокладывать скрыто (непосредственно в стене, под чистым полом и т. п.) с защитой их от воздействия агрессивных сред. Такие ответвления не должны иметь соединений.

1. В наружных установках заземляющие и нулевые защитные проводники допускается прокладывать в земле, в полу или по краю площадок, фундаментов технологических установок и т. п.
2. Использование неизолированных алюминиевых проводников для прокладки в земле в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников не допускается.
3. Приведенные в пп. 1 — 6 проводники, конструкции и другие элементы могут служить единственными заземляющими или нулевыми защитными проводниками, если они по проводимости удовлетворяют требованиям и если обеспечена непрерывность электрической цепи на всей ее длине. Заземляющие и нулевые проводники должны быть защищены от коррозии.

Таблица 2. Наименьшие размеры заземляющих и нулевых защитных проводников

* При прокладке проводов в трубах сечение нулевых защитных проводников допускается применять равным 1 мм², если фазные проводники имеют то же сечение.
Таблица 3. Выбор сечения заземляющего и нулевого защитного проводника в зависимости от напряжения электроустановки и режима нейтрали

Примечания: 1. В целях 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 возникал ток КЗ, превышающий (не менее) в 3 раза номинальный ток плавкого элемента ближайшего предохранителя, в 3 раза номинальный ток нерегулируемого расцепителя или уставку тока регулируемого расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику.

1. При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расщепитель (отсечку), проводимость указанных проводников должна обеспечивать ток не ниже уставки тока мгновенного срабатывания, умноженный на коэффициент, учитывающий разброс (по заводским данным), и на коэффициент запаса, равный 1,1. При отсутствии заводских данных для автоматических выключателей с номинальным током до 100 А кратность тока КЗ относительно уставки следует принимать не менее 1 ,4, а для автоматических выключателей с номинальным током более 100 А —  не менее 1,25.
2. Если указанные требования не удовлетворяют значениям тока замыкания на корпус или на нулевой защитный проводник, то отключение при этих замыканиях должно обеспечиваться при помощи специальных защит.
3. В электроустановках напряжением до 1 кВ с заземленной нейтралью в целях удовлетворения указанных требований нулевые защитные проводники рекомендуется укладывать совместно или в непосредственной близости с фазными.

В табл. 7 приводятся стальные проводники, эквивалентные по проводимости алюминиевому проводнику круглой формы.
Значения сопротивлений нулевых защитных проводников приводятся в табл. 8 — 11.
В качестве заземляющих и нулевых защитных проводников используются медные и алюминиевые провода, жилы кабелей и нулевые шины шинопроводов. Активное сопротивление медных проводов и кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией при t = 70°С при изменении сечения жилы от 1 до 240 мм² изменяется от 22,2 до 0,092 Ом/км. Активное сопротивление алюминиевых проводов и кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией при изменении сечения жилы от 2,5 до 240 мм² изменяется от 15 до 0,156 Ом/км.
Внутреннее индуктивное сопротивление медных и алюминиевых проводов имеет незначительную величину — примерно 0,0156 Ом/км. Внешнее

Таблица 4. Условия использования нулевых рабочих проводников для зануления

Примечания: 1. Однополюсные выключатели следует устанавливать в фазных проводниках, а не в нулевом рабочем проводнике.

1. В помещениях сухих без агрессивной среды заземляющие и нулевые защитные проводники допускается прокладывать непосредственно по стенам.

Во влажных, сырых и особо сырых помещениях с агрессивной средой заземляющие и нулевые защитные проводники следует прокладывать на расстоянии от стен не менее 10 мм.

1. Заземляющие и нулевые защитные проводники должны предохраняться от химических воздействий. В местах перекрещивания этих проводников с кабелями, трубопроводами, железнодорожными путями, в местах их ввода в здания и в других местах, где возможны механические повреждения заземляющих и нулевых защитных проводников, эти проводники должны быть защищены.
2. Прокладка заземляющих и нулевых проводников в местах прохода через стены и перекрытия должна выполняться, как правило, с их непосредственной заделкой. В этих местах проводники не должны иметь соединений и ответвлений.
3. У мест ввода заземляющих проводников в здания должны быть предусмотрены опознавательные знаки.
4. Использование специально проложенных заземляющих или нулевых защитных проводников для иных целей не допускается.

Таблица 5. Требования к изоляции нулевых рабочих и нулевых защитных проводников

*Нулевые рабочие проводники должны быть рассчитаны на длительное протекание тока.
Таблица 6. Заземляющие и нулевые защитные проводники, рекомендуемые для производственных помещений

*Рекомендуются соответствующие среде защитные покрытия.
Таблица 7. Проводники равной активной проводимости при плотности тока до 2 А/мм²

индуктивное сопротивление медных и алюминиевых проводов зависит от сечения и взаимного расположения. При изменении расстояния между фазовым и нулевым проводами от 0,4 до 20 м сопротивление изменяется от 0,7 до 1,25 Ом/км.
Активное сопротивление медных шин при t = 70°С и переменном токе с изменением сечеиия от 25x3 до 120x10 мм² изменяется от 0,305 до 0,025 Ом/км. Активное сопротивление алюминиевых шин на переменном токе и при t = 70°С с изменением сечения от 25x3 до 120x10 мм² изменяется от 0,485 до 0,038 Ом/км.
Внутреннее индуктивное сопротивление шин из алюминия и меди мало и составляет примерно 0,015 Ом/км.
Металлоконструкции зданий. В качестве нулевых защитных проводников используется фермы, колонны и т. п. Стальные проводники имеют высокое удельное сопротивление при постоянном токе (0,14 Ом • мм²/м), а при переменном токе  —  значительное индуктивное сопротивление. Их активное и индуктивное сопротивления изменяются нелинейно в зависимости от плотности тока и соотношения периметра к сечению.
Большое значение имеет то, что стальные проводники прокладываются на некотором (в большинстве случаев значительном) расстоянии от фазных; вследствие этого значительно увеличивается внешнее индуктивное сопротивление цепи фаза — нуль. Электрическое сопротивление стальной полосы при изменении размеров от 20 х 4 до 100 х 8 и при плотности тока J = 0,5 А/мм² изменяется от 6,1 до 1,05 Ом/км. Активное и внутреннее реактивное сопротивления круглых стальных проводников при изменении диаметра от 5 до 20 мм и при плотности тока J = 0,5 А/мм² изменяются от 19,8 до 3,12 Ом/км. Сопротивление угловой стали при изменении размеров от 40x40 до 63x5 и при плотности токов J = 0,5 А/мм² изменяется от 1,76 до 1,07 Ом/км. Двутавровая балка 12 при такой же плотности тока имеет сопротивление 0,43 Ом/км. Двутавровая балка 18 при плотности тока J=0,3 А/мм² имеет сопротивление 0,37 Ом/км. Сведений по проводимости каркасов распределительных щитов, протяжных ящиков, протяжных и ответвительных коробок нет.

Стальные трубы электропроводок.

Стальные трубы всех диаметров могут быть использованы в качестве нулевых защитных проводников при относительно небольших расстояниях от подстанций до электроприемников и алюминиевых проводников. При медных проводниках, проложенных в трубах, водогазопроводные трубы диаметром мнее 2" и электросварные диаметром до 47 мм могут быть использованы в качестве зануляющих. При больших диаметрах труб и при медных проводниках не соблюдается условие 50%-ной проводимости. При изменении диаметра водогазопроводных труб по ГОСТ 3262 — 75* от V2" до 2 7:" сопротивление уменьшается с 2,2 до 0,7 Ом/км. При изменении диаметра электросварных труб по ГОСТ 10704 — 76 * от 20 до 59 мм сопротивление уменьшается с 2.8 до 0,9 Ом/км.
Алюминиевые оболочки кабелей. В качестве нулевого защитного проводника часто используют алюминиевые оболочки кабелей. Активное сопротивление алюминиевой оболочки кабелей при изменении сечений жилы трехжильного кабеля от 6 до 240 мм" уменьшается от 1,045 до 0,215 Ом/км в кабелях с алюминиевыми жилами и от 0,985 до 0,212 Ом/км в кабелях с медными жилами. При использовании четырехжильного кабеля активное сопротивление нулевой жилы и оболочки при изменении сечения жил кабеля от 6 до 185 мм" уменьшается от 0,867 до ОД8 Ом/км в алюминиевых кабелях и от 0,762 до ОД55 Ом/км в медных кабелях.
Лотки. Лотки типов К420 и К422 исследованы на возможность использования их в качестве нулевых защитных проводников. Было экспериментально установлено, что сопротивление 1 м секции Z = 0,77 • КГ3 Ом (/иен - 200 А) с учетом сопротивления контакта. Электрическое сопротивление контактного соединения оцинкованной пластины Z = 0,39 • КГ3 Ом (/исп - 200 А), окрашенной пластины Z = 0.65 * 10 Ом (Уисп = 200 А), целой конструкции лотка на той же длине Z- 0,32 10 3 Ом.
Исходя из проводимости лотка, равной 50%-ной проводимости фазного проводника, лотки К420 и К422 могут применяться в качестве нулевого защитного проводника, если на лотках проложены в сети с глухозаземленной нейтралью алюминиевые провода сечением не более 70 мм", а в сети с изолированной нейтралью  —  для всех сечений кабелей. При этом окрашенные лотки не могут быть использованы в качестве нулевых зашитных проводников.
Возможность использования лотков в качестве нулевых защитных проводников зависит от длины лотковой линии (числа соединяемых секций) и должна решаться путем расчета цепи фаза  —  нуль. Однако соединение лотков К420 и К422 не удовлетворяет требованиям ГОСТ 10434 — 82*. так как электрическое сопротивление контактного соединения в 2,9 раза больше сопротивления целого участка. Поэтому соединение таких лотков должно выполняться двумя болтами вместо одного или одна стороиа соединителя должна привариваться в заводских условиях.
Соединения лотков НЛ20-П2 и НЛ40-П2 (рис. 1) полностью удовлетворяют ГОСТ 10434 — 82* и могут быть рекомендованы в качестве нулевого защитного проводника в цепи фаза  —  нуль.
Короба прямые (рис. 2). Экспериментально было установлено, что активное сопротивление 1 м короба с учетом сопротивления электрического контакта равно:

Рис. 1. Соединение лотков типа HЛ (а) и типов НЛ20-П2 и НЛ40-П2 {б)

Рис. 2. Прямые короба
При использовании коробов в качестве нулевых защитных проводников по условиям 50%-ной проводимости могут быть проложены алюминиевые провода следующих сечений: до 95 мм²  —  в коробах типа KЛ, до 240 мм²  —  типа У1050; в сети с изолированной нейтралью  —  при сечениях до 240 мм². Контактное соединение оцинкованных коробов типа У1050 удовлетворяет ГОСТ 10434 — 82* и ГОСТ 17441 — 84 для контактов, отнесенных ко второму классу, и имеет электрическое сопротивление Z = 44 • 10~б Ом. Контактное соединение окрашенных коробов типа У1080 имеет электрическое сопротивление Z = 82,8 * 10~6 Ом, что больше сопротивления целого участка, поэтому эти соединения могут быть рекомендованы в том случае, если они защищены и смазаны.