В схемах электроснабжения промышленных предприятий электрические проводки изолированными проводами в стальных трубах получили довольно широкое распространение. Стальные трубы в таких проводках выполняют двойную роль: защищают изоляцию проводов от механических повреждений и служат магистралями зануления. Для выполнения функций магистралей зануления необходимо выбирать размеры стальных труб. в соответствии с требованиями к их проводимости, вытекающими из условий расчета зануления. Приближенный метод оценки пригодности зануления основан на положении ПУЭ о том, что сопротивление зануляющих проводников не должно превосходить сопротивление фазных более чем в 2 раза. Полное сопротивление стальных (водопроводных и газовых) труб можно рассчитать по графикам на рис. 4-7. На основании таких расчетов построены табл. 4-4 и 4-5, позволяющие выбирать размеры стальных труб для электропроводок [Л. 28].
Таблица 4-4
Оценка пригодности стальных водогазопроводных труб для зануления
* Могут прокладываться провода двух сечений.
Максимальное сечение фазных проводов, приведенное в таблицах, принято на основании норм для электропроводок в трубах. Как видно из таблиц, лишь трубы большого диаметра удовлетворяют требованиям к проводникам зануления по проводимости, если длина магистралей не превышает 100 м. С увеличением длины магистралей и при использовании в качестве фазных алюминиевых проводов сопротивление петли еще больше возрастет, поэтому для таких магистралей необходимо дополнительно прокладывать зануляющий проводник. Дополнительный заземляющий проводник необходимо прокладывать внутри трубы и связывать на обеих концах с трубой. При внешней прокладке дополнительных проводников 97% тока замыкания проходит по трубе и только 3%—по дополнительному проводнику. По этой же причине связь стальных труб электропроводок с металлоконструкциями производственных зданий не позволяет повысить проводимость магистралей зануления, так как значительное внешнее индуктивное сопротивление между фазным проводом и металлоконструкциями обусловлено экранирующим влиянием стальной трубы.
Для более полной оценки условий безопасности при использовании электропроводок в стальных трубах проведем анализ токораспределеиия и напряжений в системе стальная труба—провод в трубе. При этом значение приобретает оценка величины напряжений прикосновения, под которые попадает человек, касаясь поверхности стальных труб в момент однофазного замыкания и прохождения по трубе значительных по величине токов короткого замыкания. Решение этого вопроса имеет еще и другое практическое значение — величиной напряжений прикосновения определяется безопасность эксплуатации коаксиальных термоэлектрических нагревателей.
Распределение плотности тока и напряженности магнитного поля по сечению стальной трубы. Для получения электрических характеристик системы провод в трубе необходимо найти математические уравнения, характеризующие распределение плотности электрического тока и напряженности поля по сечению трубы с учетом неравномерности, обусловленной влиянием поверхностного эффекта и эффекта близости. Рассмотрим распространение электромагнитной волны в проводящей среде, решая уравнения Максвелла в цилиндрической системе координат [Л. 29]:
для наружной поверхности трубы (r=rв=0,03 м):
Очевидно, в условиях промышленного предприятия нет протяженных участков труб электропроводок, не связанных с землей, поэтому не приходится ожидать опасных величин напряжений прикосновения. Например, при расстоянии от места прикосновения до места заземления трубы lпр=10 м напряжение прикосновения составит 0,26 В.
Проведенный анализ позволяет рассчитывать с достаточной точностью сопротивление коаксиальной схемы провод в трубе.— стальная труба. Такие расчеты можно проводить для проверки соответствия выбранных труб требованиям зануления. Кроме того, можно сделать вывод о безопасности напряжений прикосновения в коаксиальных однофазных цепях переменного тока со стальными оболочками.