Výpočet uzemnenia — metóda a vzorce na výpočet ochranného uzemnenia elektrického zariadenia

Výpočet nuly je určený na určenie podmienok, za ktorých spoľahlivo plní svoje pridelené úlohy - rýchlo odpojí poškodenú inštaláciu od siete a zároveň zaistí bezpečnosť osoby, ktorá sa dotkne vynulovaného puzdra v období núdze. Na základe tohto ochranné uzemnenie spoliehať sa na vypínaciu schopnosť, ako aj na dotykovú bezpečnosť puzdra, keď je fáza skratovaná k zemi (výpočet nulového uzemnenia) a puzdra (výpočet opätovného uzemnenia nulového ochranného vodiča).

a) Výpočet prerušenia

Pri uzavretí jednej fázy k nulovému púzdru sa elektroinštalácia automaticky odpojí, ak hodnota jednofázového skratového prúdu (teda medzi fázovým a nulovým ochranným vodičom) A K, A, spĺňa podmienku

kde k — súčiniteľ násobenia menovitého prúdu Azn A, poistka alebo prúdové nastavenie ističa, A. (Menovitý prúd poistky je prúd, ktorého hodnota je priamo na vložke vyznačená (vyrazená) výrobca.ohrev nad teplotu nastavenú výrobcom)

Akceptuje sa koeficient hodnoty k v závislosti od typu ochrany elektrickej inštalácie. Ak je ochrana vykonaná ističom, ktorý má iba elektromagnetické uvoľnenie (prerušenie), to znamená, že sa spustí bez časového oneskorenia, potom sa akceptuje k v rozsahu 1,25-1,4.

Ak je inštalácia chránená poistkami, ktorých doba horenia závisí, ako je známe, od prúdu (s rastúcim prúdom klesá), potom na urýchlenie vypnutia

Ak je inštalácia chránená ističom s charakteristikou závislou od inverzného prúdu podobnou charakteristike poistiek, potom tiež

Význam AND K závisí od fázového napätia siete Uf a odporov obvodu vrátane impedancií transformátora zt, fázového vodiča zf, neutrálny ochranný vodičzns, vonkajší indukčný odpor fázového vodiča slučky (slučky) — nulový ochranný vodič (fáza -nulové slučky) хn, ako aj z aktívnych odporov neutrálneho uzemnenia vinutí zdroja prúdu (transformátora) ro a opätovné uzemnenie neutrálneho ochranného vodiča rn (obr. 1, a).

Pretože ro a rn sú spravidla veľké v porovnaní s odpormi iných obvodov, je možné ignorovať paralelnú vetvu, ktorú tvoria. Potom sa schéma výpočtu zjednoduší (obr. 1, b) a výraz pre skratový prúd AND K, A v komplexnej forme bude

alebo

kde Uf je fázové napätie siete, V;

zt — komplex impedancie vinutí zdroja trojfázového prúdu (transformátor), Ohm;

zf — impedančný komplex fázového vodiča, Ohm;

znz — komplex impedancie nulového ochranného vodiča, Ohm;

Rf a Rns aktívny odpor fázových a neutrálnych ochranných vodičov, Ohm;

Xf a Xnz — vnútorné indukčné odpory fázových a neutrálnych ochranných vodičov, Ohm;

— komplexná fáza impedancie slučky — nula, Ohm.

Ryža. 1. Vypočítaná schéma neutralizácie v sieti striedavého prúdu pre prerušenie kapacity: a — plná, b, c — zjednodušená

Pri výpočte resetu je prípustné použiť približný vzorec na výpočet skutočnej hodnoty (modulu) skratového prúdu A, v ktorom sú moduly odporu transformátora a fázy slučky nulové zt a zn. Oh, pridajte aritmeticky:

Niektoré nepresnosti (asi 5 %) tohto vzorca posilňujú bezpečnostné požiadavky, a preto sa považujú za prijateľné.

Fáza impedancie slučky – nula v reálnej forme (modul) je Ohm,

Vzorec na výpočet vyzerá takto:

Tu sú neznáme iba odpory neutrálneho ochranného vodiča a, ktoré možno určiť vhodnými výpočtami pomocou rovnakého vzorca. Tieto výpočty sa však zvyčajne nevykonávajú, pretože prierez nulového ochranného vodiča a jeho materiál sa vopred preberajú z podmienky, že priepustnosť nulového ochranného vodiča je najmenej 50 % permitivity fázového vodiča. , t.j.

alebo

Táto podmienka je stanovená PUE za predpokladu, že pre takúto vodivosť bude mať Azk požadovanú hodnotu

Odporúča sa používať neizolované alebo izolované drôty, ako sú ochranné drôty s nulovým PUE, ako aj rôzne kovové konštrukcie budov, žeriavové dráhy, oceľové rúry na elektrické vedenie, potrubia atď.Odporúča sa súčasne používať neutrálne pracovné vodiče a ako ochranné neutrálne vodiče. V tomto prípade musia mať neutrálne pracovné vodiče dostatočnú vodivosť (najmenej 50% vodivosti fázového vodiča) a nesmú mať poistky a spínače.

Preto je výpočet nulovania vypínacej schopnosti kontrolou výpočtu správnosti výberu vodivosti neutrálneho ochranného vodiča, alebo skôr dostatočnosti vodivosti slučky, fáza je nulová.

Význam zT, Ohm, závisí od výkonu transformátora, napätia a schémy zapojenia jeho vinutí, ako aj od konštrukcie transformátora. Pri výpočte resetovania sa hodnota zm berie z tabuliek (napríklad tabuľka 1).

Hodnoty Rf a Rnz, Ohm pre vodiče z neželezných kovov (meď, hliník) sa určujú podľa známych údajov: prierez c, mm2, dĺžka l, m a materiál vodičov ρ.. V tomto prípade požadovaný odpor

kde ρ- špecifický odpor vodiča rovný 0,018 pre meď a 0,028 Ohmm2 / m pre hliník.

Tabuľka 1. Približné hodnoty vypočítaných impedancií zt, Ohm, vinutia olejom plnených trojfázových transformátorov

Výkon transformátora, kV A Menovité napätie vysokonapäťových vinutí, kV zt, Ohm, so schémou zapojenia vinutia 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
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

Poznámka. Tieto tabuľky sa vzťahujú na transformátory s vinutím nízkeho napätia 400/230 V. Pri nižšom napätí 230/127 V je potrebné hodnoty odporu uvedené v tabuľke znížiť 3-krát.

Ak je nulový ochranný vodič oceľový, potom sa jeho aktívny odpor určuje pomocou tabuliek, napríklad tabuľky. 2, ktorý ukazuje hodnoty odporu 1 km (rω, Ohm / km) rôznych oceľových drôtov pri rôznych prúdových hustotách s frekvenciou 50 Hz.

K tomu je potrebné nastaviť profil a prierez vodiča, poznať jeho dĺžku a predpokladanú hodnotu skratového prúdu I K, ktorý prejde týmto vodičom počas obdobia núdze. Prierez drôtu je nastavený tak, aby hustota skratového prúdu v ňom bola približne 0,5-2,0 A / mm2.

Tabuľka 2. Aktívne rω a vnútorné indukčné xω odpory oceľových drôtov pri striedavom prúde (50 Hz), Ohm / km

Rozmery alebo priemer prierezu, mm Prierez, mm2 rω хω rω хω rω хω rω хω pri očakávanej prúdovej hustote vo vodiči, A / mm2 0,5 1,0 1,5 2,0 Obdĺžnikový pásik 20 x 4 80 2149 5,24 . 2,97 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 21 4 1. 83 21 4 1.1 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 — — Kruhový drôt 5 19,61 542 17,04 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 — 5,4 113,1 — 3,61 — 12 113,1 — 3,61 0. 9 4,55 2,73 3,2 1,92 — — — — 16 201,1 3,72 2,23 2,7 1,60 — — — —

Hodnoty Xph ​​a Khnz pre medené a hliníkové vodiče sú relatívne malé (asi 0,0156 Ohm / km), takže ich možno zanedbať.Pri oceľových vodičoch sú vnútorné indukčné reakcie dostatočne veľké a určujú sa pomocou tabuliek, napríklad tabuľky. 2. V tomto prípade je potrebné poznať aj profil a prierez drôtu, jeho dĺžku a predpokladanú hodnotu prúdu.

Hodnotu Xn, Ohm, možno určiť podľa vzorca známeho z teoretických základov elektrotechniky pre indukčný odpor dvojvodičového vedenia s kruhovými vodičmi rovnakého priemeru d, m,

kde ω — uhlová rýchlosť, rad/s; L - lineárna indukčnosť, H; μr — relatívna magnetická permeabilita média; μo = 4π x 10 -7 — magnetická konštanta, H / m; l — dĺžka čiary, m; e — vzdialenosť medzi vodičmi vedenia, m.

Pre 1 km vedenia umiestneného vo vzduchu (μr = 1) pri aktuálnej frekvencii f = 50 Hz (ω=314 rád / a) má vzorec tvar Ohm / km,

Z tejto rovnice je vidieť, že vonkajší indukčný odpor závisí od vzdialenosti medzi drôtmi d a ich priemeru d... Keďže sa však d mení v nevýznamných medziach, jeho vplyv je tiež nevýznamný a preto Xn závisí hlavne od d ( odpor sa zvyšuje so vzdialenosťou). Preto, aby sa znížil vonkajší indukčný odpor slučky, fáza je nulová, nulové ochranné vodiče musia byť položené spolu s fázovými vodičmi alebo v ich tesnej blízkosti.

Pre malé hodnoty e, úmerné priemeru vodičov e, to znamená, že keď sú fázové a nulové vodiče umiestnené v tesnej blízkosti seba, odpor Xn je zanedbateľný (nie viac ako 0,1 Ohm / km) a možno zanedbať.

V praktických výpočtoch zvyčajne predpokladajú Xn = 0,6 Ohm / km, čo zodpovedá vzdialenosti medzi vodičmi 70 - 100 cm (približne takéto vzdialenosti sú na nadzemných elektrických vedeniach od nulového vodiča po najvzdialenejší fázový vodič).