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.
- 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.
- В наружных установках заземляющие и нулевые защитные проводники допускается прокладывать в земле, в полу или по краю площадок, фундаментов технологических установок и т. п.
- Использование неизолированных алюминиевых проводников для прокладки в земле в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников не допускается.
- 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
|
|
| Сталь | ||
Наименование | Медь | Алюминий | в зданиях | в наружных установках | в земле |
Неизолированный проводник: | 4 | 6 | 5 | 6 | 10 |
|
|
| Сталь | ||
Наименование | Медь | Алюминий | в зданиях | в наружных установках | в земле |
Сечение изолированного провода, мм2 | 1,5* | 2,5 | — | — | — |
Сечение заземляющей и нулевой жил кабелей и многожильного провода в общей защитной оболочке с фазными жилами, мм | 1.5* | 2,5 |
|
|
|
Толщина полки из угловой стали, мм | ------------- | ------------- | 2 | 2,5 | 4 |
Полосовая сталь: |
|
|
|
|
|
2 | ------------- | ------------- | 24 | 48 | 48 |
толщина, мм | ------------- | ------------- | 3 | 4 | 4 |
Толщина стенки водо- газопроводной трубы (стальной), мм |
|
| 2,5 | 2,5 | 3,5 |
Толщина стенки тонкостенной трубы (стальной), мм |
|
| 1,5 | 2,5 | Не допускается |
* 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
Режим нейтрали | Требования к сечению заземляющего и нулевого защитного проводников |
Электроустановки напряжением выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью | Сечение заземляющего проводника должно быть выбрано таким, чтобы при протекании по нему наибольшего тока однофазного КЗ температура заземляющего проводника не превысила 400°С (кратковременный нагрев, соответствующий времени действия основной защиты и полного времени отключения выключателя) |
Электроустановки напряжением до 1 кВ и выше с изолированной нейтралью | Проводимость заземляющего проводника должна составлять не менее 1/3 проводимости фазных проводников, а сечение — не менее приведенных в таблице. Не требуется применения проводников сечением медных более 25 мм2, алюминиевых — 35 мм2, |
Режим нейтрали | Требования к сечению заземляющего и нулевого защитного проводников |
| стальных — 120 мм2. В производственных помещениях с такими электрическими магистралями заземления из стальной полосы должны иметь сечение не менее 100 мм2. Допускается применение круглой стали того же сечения. |
Электроустановки напряжением до 1 кВ с заземленной нейтралью | Полная проводимость нулевого защитного проводника во всех случаях должна быть не менее 50% проводимости фазного проводника |
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.
- 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.
- 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.
- 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
Рекомендации по использованию | Условия использования | Дополнительные требования по применению |
Допускается использование нулевых рабочих проводников осветительных линий для зануления электрооборудования, питающегося по другим линиям | Если все линии питаются от одного трансформатора, проводимость их удовлетворяет требованиям разд. 5 и исключена возможность отсоединения нулевых рабочих проводников во время работы других линий. В таких случаях не должны применяться автоматические выключатели, отключающие нулевые рабочие проводники вместе с фазными | В цепи заземляющих и нулевых защитных проводников не должно быть разъединяющих приспособлений и предохранителей. |
Не допускается использовать в качестве нулевых защитных проводников нулевые рабочие проводники, идущие к переносным электроприемникам однофазного и постоянного тока | Для зануления таких электроприемников должен быть применен отдельный третий проводник, присоединяемый во втычном соединителе ответви- тельной коробки, в щите, щитке, сборке к нулевому рабочему или нулевому защитному проводнику | Нулевые защитные проводники линий не допускается использовать для зануления электрооборудования, питающегося по другим линиям |
Примечания: 1. Однополюсные выключатели следует устанавливать в фазных проводниках, а не в нулевом рабочем проводнике.
- 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.
- 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.
- 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.
- У мест ввода заземляющих проводников в здания должны быть предусмотрены опознавательные знаки.
- Использование специально проложенных заземляющих или нулевых защитных проводников для иных целей не допускается.
Таблица 5. Требования к изоляции нулевых рабочих и нулевых защитных проводников
Требования к изоляции | Условия применения проводников |
Изоляция, равноценная изоляции фазных проводников* | Такая изоляция обязательна для нулевых рабочих и нулевых защитных проводников в тех местах, где применение неизолированных проводников может привести к образованию электрических пар или к повреждению изоляции фазных проводников в результате искрения между неизолированным нулевым проводником и оболочкой или конструкцией (например, при прокладке проводов в трубах, коробах, лотках) |
Изоляция не требуется | В качестве нулевых рабочих и нулевых защитных проводников применяются кожухи и опорные конструкции комплектных шинопроводов и шины комплектных РУ (щитов, распределительных пунктов, сборок и т. п.), а также алюминиевые или свинцовые оболочки кабелей. |
*Нулевые рабочие проводники должны быть рассчитаны на длительное протекание тока.
Таблица 6. Заземляющие и нулевые защитные проводники, рекомендуемые для производственных помещений
Вид заземляющего и нулевого защитного проводников | Характеристика среды | Рекомендуемые стальные проводники | Допустимые к применению стальные проводники |
Магистрали заземления и зануления | Нормальная или влажная | Стальная полоса 40x3, 30x4 мм | Стальная полоса 40x4 мм, сталь круглая 0 14 мм |
*Рекомендуются соответствующие среде защитные покрытия.
Таблица 7. Проводники равной активной проводимости при плотности тока до 2 А/мм2
Алюминиевые проводники сечением, мм2 | Стальные проводники | |||
круглые диамет- | полоса размером, мм | труба внутренним диаметром, мм (дюйм) | уголок размером, мм | |
2,5 4 6 10 16 | 6 10 14 22 32 | 20x3 25x3 40x3 70x4 60x4 | 6,3(1/4) 9,4 (3/8) 19(3/4) 32 (5/4) | 25x25x3 30x30x4 |
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.