Calcul de împământare — metodă și formule de calcul pentru împământarea de protecție a echipamentelor electrice

Calculul zero are scopul de a determina condițiile în care își îndeplinește în mod fiabil sarcinile atribuite - deconectează rapid instalația deteriorată de la rețea și, în același timp, asigură siguranța unei persoane care atinge carcasa pusă la zero în timpul unei perioade de urgență. Conform cu aceasta împământare de protecție bazați-vă pe capacitatea de întrerupere precum și pe siguranța la atingere a carcasei atunci când faza este scurtcircuitată la masă (calculul împământării neutrului) și a carcasei (calculul reîmpământării conductorului de protecție neutru).

a) Calculul întreruperii

Când o fază este închisă de carcasa neutră, instalația electrică se va deconecta automat dacă valoarea curentului de scurtcircuit monofazat (adică între conductorul de protecție fază și neutru) și K, A, satisface condiția

unde k — factorul de multiplicare a curentului nominal Azn A, siguranța sau reglarea curentului întreruptorului, A. (Curentul nominal al siguranței este curentul, a cărui valoare este indicată (ștampilată) direct pe inserție prin producatorul.încălzire peste temperatura setată de producător)

Se accepta un coeficient de valoare k in functie de tipul de protectie al instalatiei electrice. Dacă protecția este efectuată de un întrerupător care are doar o declanșare (întrerupere) electromagnetică, adică declanșat fără întârziere, atunci k acceptat în intervalul 1,25-1,4.

Dacă instalația este protejată de siguranțe, a căror durată de ardere depinde, după cum se știe, de curent (scade cu creșterea curentului), atunci pentru a accelera oprirea, luați

Dacă instalația este protejată de un întrerupător cu o caracteristică dependentă de curent invers similară cu cea a siguranțelor, atunci și

Semnificația AND K depinde de tensiunea de fază a rețelei Uf și de rezistențele circuitului, inclusiv de impedanțele transformatorului zt, firul de fază zf, conductor de protecție neutruzns, rezistența inductivă externă a conductorului de fază al buclei (bucla) - conductor de protecție zero (bucle fază -zero) хn, precum și din rezistențele active ale împământului neutru al înfășurărilor sursei de curent (transformator) ro și reîmpământarea conductorului de protecție neutru rn (Fig. 1, a).

În măsura în care ro și rn sunt, de regulă, mari în comparație cu alte rezistențe de circuit, este posibil să se ignore ramura paralelă formată de ele. Apoi schema de calcul va fi simplificată (Fig. 1, b), iar expresia pentru curentul de scurtcircuit ȘI K, A, în formă complexă va fi

sau

unde Uf este tensiunea de fază a rețelei, V;

zt — complex de impedanță a înfășurărilor unei surse de curent trifazat (transformator), Ohm;

zf — complexul de impedanță al conductorului de fază, Ohm;

znz — complex de impedanță a conductorului de protecție zero, Ohm;

Rezistența activă Rf și Rns a conductoarelor de protecție de fază și neutru, Ohm;

Xf și Xnz — rezistențe inductive interne ale conductorilor de protecție de fază și neutru, Ohm;

— faza complexă a impedanței buclei — zero, Ohm.

Orez. 1. Schema calculată de neutralizare în rețeaua de curent alternativ pentru întreruperea capacității: a — complet, b, c — simplificat

Când se calculează resetarea, este permisă utilizarea unei formule aproximative pentru calcularea valorii reale (modulului) a curentului de scurtcircuit A, în care modulele rezistenței transformatorului și faza buclei sunt zero zt și zn Ohm, adaugă aritmetic:

Unele inexactități (aproximativ 5%) ale acestei formule întăresc cerințele de siguranță și, prin urmare, sunt considerate acceptabile.

Faza impedanței buclei - zero în formă reală (modul) este, Ohm,

Formula de calcul arată astfel:

Aici, sunt necunoscute doar rezistențele conductorului de protecție neutru și, care pot fi determinate prin calcule adecvate folosind aceeași formulă. Cu toate acestea, aceste calcule de obicei nu sunt efectuate, deoarece secțiunea transversală a conductorului de protecție neutru și materialul acestuia sunt luate în avans din condiția ca permeabilitatea conductorului de protecție neutru să fie de cel puțin 50% din permisivitatea conductorului de fază. , adică

sau

Această condiție este stabilită de PUE în ipoteza că pentru o astfel de conductivitate Azk va avea valoarea necesară

Se recomandă utilizarea firelor neizolate sau izolate precum firele de protecție zero PUE, precum și a diferitelor structuri metalice ale clădirilor, șenile macaralei, țevile de oțel pentru cablaje electrice, conducte etc.Se recomandă utilizarea simultană a conductoarelor neutre de lucru și ca conductoare neutre de protecție. În acest caz, firele de lucru neutre trebuie să aibă o conductivitate suficientă (cel puțin 50% din conductivitatea firului de fază) și să nu aibă siguranțe și întrerupătoare.

Prin urmare, calculul resetarii capacității de rupere este o verificare a calculului corectitudinii selecției conductivității conductorului de protecție neutru, sau mai degrabă a suficienței conductivității buclei, faza este zero.

Înțelesul zT, Ohm, depinde de puterea transformatorului, de tensiunea și schema de conectare a înfășurărilor sale, precum și de proiectarea transformatorului. Când se calculează resetarea, valoarea zm este luată din tabele (de exemplu, tabelul 1).

Valorile Rf și Rnz, Ohm, pentru conductoarele de metale neferoase (cupru, aluminiu) sunt determinate conform datelor cunoscute: secțiune transversală c, mm2, lungime l, m și materialul conductorilor ρ.. În acest caz, rezistența necesară

unde ρ- rezistența specifică a conductorului, egală cu 0,018 pentru cupru și 0,028 Ohmm2/m pentru aluminiu.

Tabelul 1. Valori aproximative ale impedanțelor calculate zt, Ohm, înfășurări ale transformatoarelor trifazate umplute cu ulei

Puterea transformatorului, kV A Tensiunea nominală a înfășurărilor de înaltă tensiune, kV zt, Ohm, cu schema de conectare a înfășurării Y / Yн D / Un U / ZN 25 6-10 3.110 0.906 40 6-10 1.949 0.562 63 6-10 1.3637 1.3637
20-35 1,136 0,407 100 6-10 0,799 0,226
20-35 0,764 0,327 160 6-10 0,487 0,141
20-35 0,478 0,203 250 6-10 0,312 0,090
20-35 0,305 0,130 400 6-10 0,195 0,056
20-35 0,191 — 630 6-10 0,129 0,042
20-35 0,121 — 1000 6-10 0,081 0.027
20-35 0,077 0,032 1600 6-10 0,054 0,017
20-35 0,051 0,020

Notă. Aceste tabele se referă la transformatoare cu înfășurări de joasă tensiune 400/230 V. La o tensiune mai mică de 230/127 V, valorile rezistenței date în tabel trebuie reduse de 3 ori.

Dacă conductorul de protecție neutru este oțel, atunci rezistența sa activă este determinată folosind tabele, de exemplu, un tabel. 2, care arată valorile rezistenței de 1 km (rω, Ohm / km) ale diferitelor fire de oțel la diferite densități de curent cu o frecvență de 50 Hz.

Pentru a face acest lucru, trebuie să setați profilul și secțiunea transversală a firului, precum și să cunoașteți lungimea acestuia și valoarea așteptată a curentului de scurtcircuit I K care va trece prin acest fir în perioada de urgență. Secțiunea transversală a firului este reglată astfel încât densitatea curentului de scurtcircuit în acesta să fie de aproximativ 0,5-2,0 A / mm2.

Tabelul 2. Rezistențe active rω și xω inductive interne ale firelor de oțel la curent alternativ (50 Hz), Ohm / km

Dimensiunile sau diametrul secțiunii, mm Secțiunea, mm2 rω хω rω хω rω хω rω хω la densitatea de curent preconizată în conductor, A / mm2 0,5 1,0 1,5 2,0 Fâșie dreptunghiulară 20 x 4 80 5,24 3,29 4 4 3,2 9 2,0 4,0 7 1,78 30 x 4 120 3,66 2,20 2,91 1,75 2,38 1,43 2,04 1,22 30 x 5 150 3,38 2,03 2,56 1,54 2,08 1,25 — — 40 x 4.814 60 x 4.814 81 1,09 1,54 0, 92 50 x 4 200 2,28 1,37 1,79 1,07 1,45 0,87 1,24 0,74 50 x 5 250 2,10 1,26 1,60 0,96 1,28 0, 77 — — 60 x 5 300 1,77 1,06 1,34 0,8 1,08 0,65 — — Sârmă rotundă 5 19,63 17,4 41,0,28,06 5 10,7 6,4 6 28,27 13,7 8,20 11,2 6,70 9,4 5,65 8,0 4,8 8 50,27 9,60 5,75 7,5 4, 50 6,4 3,84 5,3 3,2 10 78,54 7,20 4,32 5,4 3,24 4,2 2,52 — — 12 113,1 5,60 — 113,1 5,60 — 4,32 — 3,2 4,3 9 4,55 2,73 3,2 1,92 — — — — 16 201,1 3,72 2,23 2,7 1,60 — — — —

Valorile Xph și Khnz pentru conductoarele de cupru și aluminiu sunt relativ mici (aproximativ 0,0156 Ohm/km), deci pot fi neglijate.Pentru conductorii din oțel, reacțiile inductive interne sunt suficient de mari și sunt determinate cu ajutorul tabelelor, de exemplu tabel. 2. În acest caz, este necesar să se cunoască și profilul și secțiunea transversală a firului, lungimea acestuia și valoarea așteptată a curentului.

Valoarea lui Xn, Ohm, poate fi determinată conform formulei cunoscute din bazele teoretice ale ingineriei electrice pentru rezistența inductivă a unei linii cu două fire cu fire rotunde de același diametru d, m,

unde ω — viteza unghiulară, rad/s; L — inductanță liniară, H; μr — permeabilitatea magnetică relativă a mediului; μo = 4π x 10 -7 — constantă magnetică, H / m; l — lungimea liniei, m; e — distanța dintre conductoarele liniei, m.

Pentru 1 km de linie plasat în aer (μr = 1) la frecvența curentă f = 50 Hz (ω=314 glad / și), formula ia forma, Ohm / km,

Din această ecuație se poate observa că rezistența inductivă externă depinde de distanța dintre firele d și diametrul lor d... Totuși, întrucât d variază în limite nesemnificative, influența sa este și ea nesemnificativă și deci Xn, depinde în principal de d ( rezistenta creste cu distanta). Prin urmare, pentru a reduce rezistența inductivă externă a buclei, faza este zero, conductorii de protecție neutru trebuie așezați împreună cu conductorii de fază sau în imediata apropiere a acestora.

Pentru valori mici ale lui e, proporționale cu diametrul conductorilor e, adică atunci când conductoarele de fază și neutru sunt amplasate în imediata apropiere unul de celălalt, rezistența Xn este nesemnificativă (nu mai mult de 0,1 Ohm / km) și poate fi neglijat.

În calculele practice, ei presupun de obicei Xn = 0,6 Ohm / km, ceea ce corespunde distanței dintre conductori de 70 — 100 cm (aproximativ astfel de distanțe sunt pe liniile electrice aeriene de la conductorul neutru la cel mai îndepărtat conductor de fază).