Proračun uzemljenja — metoda i formule za proračun zaštitnog uzemljenja električne opreme
Izračun nule ima za cilj utvrditi uvjete pod kojima pouzdano obavlja svoje dodijeljene zadatke - brzo isključuje oštećenu instalaciju iz mreže i istovremeno osigurava sigurnost osobe koja dodiruje nulto kućište tijekom hitnog razdoblja. Prema tome zaštitno uzemljenje oslanjaju se na prekidnu sposobnost kao i na sigurnost od dodira kućišta kada je faza kratko povezana s uzemljenjem (proračun neutralnog uzemljenja) i kućišta (proračun ponovnog uzemljenja neutralnog zaštitnog vodiča).
a) Proračun prekida
Kada je jedna faza zatvorena s neutralnim kućištem, električna instalacija će se automatski isključiti ako vrijednost jednofazne struje kratkog spoja (tj. između faze i neutralnog zaštitnog vodiča) I K, A, zadovoljava uvjet
gdje je k — faktor umnoška nazivne struje Azn A, osigurača ili trenutne postavke prekidača, A. (Nazivna struja osigurača je struja čija je vrijednost naznačena (utisnuta) izravno na umetku s proizvođač.zagrijavanje iznad temperature koju je odredio proizvođač)
Koeficijent vrijednosti k prihvaća se ovisno o vrsti zaštite električne instalacije. Ako se zaštita provodi pomoću prekidača koji ima samo elektromagnetski okidač (prekid), odnosno aktivira se bez vremenskog kašnjenja, tada se k prihvaća u rasponu 1,25-1,4.
Ako je instalacija zaštićena osiguračima, čije vrijeme gorenja ovisi, kao što je poznato, o struji (opada s povećanjem struje), tada da biste ubrzali gašenje, uzmite
Ako je instalacija zaštićena prekidačem s inverznom karakteristikom ovisnom o struji sličnoj onoj osigurača, tada također
Značenje I K ovisi o faznom naponu mreže Uf i otporima kruga, uključujući impedancije transformatora zt, faznu žicu zf, neutralni zaštitni vodičzns, vanjski induktivni otpor faznog vodiča petlje (petlje) - nulti zaštitni vodič (faza - nula petlje) hn, kao i od aktivnih otpora neutralnog uzemljenja namota izvora struje (transformatora) ro i ponovno uzemljenje neutralnog zaštitnog vodiča rn (slika 1, a).
Budući da su ro i rn u pravilu veliki u usporedbi s drugim otporima kruga, moguće je zanemariti paralelnu granu koju oni tvore. Tada će proračunska shema biti pojednostavljena (slika 1, b), a izraz za struju kratkog spoja I K, A, u složenom obliku bit će
ili
gdje je Uf fazni napon mreže, V;
zt — kompleks impedancije namota izvora trofazne struje (transformatora), Ohm;
zf — kompleks impedancije faznog vodiča, Ohm;
znz — kompleks impedancije nultog zaštitnog vodiča, Ohm;
Rf i Rns aktivni otpor faznog i neutralnog zaštitnog vodiča, Ohm;
Xf i Xnz - unutarnji induktivni otpori faznih i neutralnih zaštitnih vodiča, Ohm;
— složena faza impedancije petlje — nula, Ohm.
Riža. 1. Proračunska shema neutralizacije u mreži izmjenične struje za prekid kapaciteta: a — puna, b, c — pojednostavljena
Pri izračunavanju resetiranja dopušteno je koristiti približnu formulu za izračunavanje stvarne vrijednosti (modula) struje kratkog spoja A, u kojoj su moduli otpora transformatora i faze petlje nula zt i zn Ohm, zbroji aritmetički:
Neke netočnosti (oko 5%) ove formule pojačavaju sigurnosne zahtjeve i stoga se smatraju prihvatljivima.
Faza impedancije petlje — nula u stvarnom obliku (modul) je, Ohm,
Formula za izračun izgleda ovako:
Ovdje su nepoznati samo otpori neutralnog zaštitnog vodiča i , koji se mogu odrediti odgovarajućim izračunima pomoću iste formule. Međutim, ti se proračuni obično ne provode, jer se presjek neutralnog zaštitnog vodiča i njegov materijal unaprijed uzimaju iz uvjeta da je propusnost neutralnog zaštitnog vodiča najmanje 50% permitivnosti faznog vodiča. , tj.
ili
Ovaj uvjet utvrđuje PUE pod pretpostavkom da će za takvu vodljivost Azk imati traženu vrijednost
Preporuča se koristiti neizolirane ili izolirane žice kao što su nulte PUE zaštitne žice, kao i razne metalne konstrukcije zgrada, kranske staze, čelične cijevi za električne instalacije, cjevovode itd.Preporuča se istovremeno koristiti neutralne radne vodiče i kao zaštitne neutralne vodiče. U tom slučaju neutralne radne žice moraju imati dovoljnu vodljivost (najmanje 50% vodljivosti fazne žice) i ne smiju imati osigurače i sklopke.
Stoga je proračun resetiranja prekidne sposobnosti provjera proračuna ispravnosti odabira vodljivosti neutralnog zaštitnog vodiča, odnosno dostatnosti vodljivosti petlje, faza je nula.
Značenje zT, Ohm, ovisi o snazi transformatora, naponu i shemi spajanja njegovih namota, kao io dizajnu transformatora. Prilikom izračunavanja resetiranja, zm vrijednost se uzima iz tablica (na primjer, tablica 1).
Vrijednosti Rf i Rnz, Ohm, za vodiče od obojenih metala (bakar, aluminij) određuju se prema poznatim podacima: presjek c, mm2, duljina l, m i materijal vodiča ρ.. U ovom slučaju, potreban otpor
gdje je ρ- specifični otpor vodiča, jednak 0,018 za bakar i 0,028 Ohmm2 / m za aluminij.
Tablica 1. Približne vrijednosti izračunatih impedancija zt, Ohm, namota trofaznih transformatora napunjenih uljem
Snaga transformatora, kV A Nazivni napon visokonaponskih namota, kV zt, Ohm, sa shemom spajanja namota Y / Yn D / Un U / ZN 25 6-10 3,110 0,906 40 6-10 1,949 0,562 63 6-10 1,237 0,360
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
Bilješka. Ove se tablice odnose na transformatore s namotima niskog napona 400/230 V. Pri nižem naponu 230/127 V, vrijednosti otpora navedene u tablici moraju se smanjiti za 3 puta.
Ako je neutralni zaštitni vodič čelik, tada se njegov aktivni otpor određuje pomoću tablica, na primjer, tablice. 2, koji prikazuje vrijednosti otpora od 1 km (rω, Ohm / km) različitih čeličnih žica pri različitim gustoćama struje s frekvencijom od 50 Hz.
Da biste to učinili, morate postaviti profil i presjek žice, kao i znati njegovu duljinu i očekivanu vrijednost struje kratkog spoja I K koja će proći kroz ovu žicu tijekom hitnog razdoblja. Presjek žice je podešen tako da gustoća struje kratkog spoja u njemu bude približno 0,5-2,0 A / mm2.
Tablica 2. Aktivni rω i unutarnji induktivni xω otpori čeličnih žica pri izmjeničnoj struji (50 Hz), Ohm / km
Dimenzije ili promjer presjeka, mm Presjek, mm2 rω hω rω hω rω hω rω hω pri očekivanoj gustoći struje u vodiču, A / mm2 0,5 1,0 1,5 2,0 Pravokutna traka 20 x 4 80 5,24 3,14 4,20 2,52 3,48 2,09 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 4 160 2,80 1,68 2,24 1,34 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 — — Okrugla žica 5 19,63 17,0 10,2 14,4 8,65 12,4 7, 45 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 3,36 4,0 2,40 — — — — 14 150. 9 4,55 2,73 3,2 1,92 — — — — 16 201,1 3,72 2,23 2,7 1,60 — — — —
Vrijednosti Xph i Khnz za bakrene i aluminijske vodiče su relativno male (oko 0,0156 Ohm / km), pa se mogu zanemariti. Za čelične vodiče, unutarnje induktivne reakcije su dovoljno velike i određuju se pomoću tablica, na primjer tablice. 2. U ovom slučaju također je potrebno znati profil i presjek žice, njezinu duljinu i očekivanu vrijednost struje.
Vrijednost Xn, Ohm, može se odrediti prema formuli poznatoj iz teorijskih osnova elektrotehnike za induktivni otpor dvožičnog voda s okruglim žicama istog promjera d, m,
gdje je ω — kutna brzina, rad/s; L — linearni induktivitet, H; μr — relativna magnetska propusnost medija; μo = 4π x 10 -7 — magnetska konstanta, H / m; l - duljina linije, m; e - udaljenost između vodiča linije, m.
Za 1 km voda postavljenog u zrak (μr = 1) pri trenutnoj frekvenciji f = 50 Hz (ω=314 glad / i), formula ima oblik, Ohm / km,
Iz ove se jednadžbe može vidjeti da vanjski induktivni otpor ovisi o udaljenosti između žica d i njihovom promjeru d... Međutim, budući da d varira unutar beznačajnih granica, njegov utjecaj je također beznačajan i stoga Xn, ovisi uglavnom o d ( otpor raste s udaljenošću). Stoga, kako bi se smanjio vanjski induktivni otpor petlje, faza je nula, neutralni zaštitni vodiči moraju biti položeni zajedno s faznim vodičima ili u neposrednoj blizini njih.
Za male vrijednosti e, razmjerne promjeru vodiča e, to jest, kada su fazni i neutralni vodiči smješteni u neposrednoj blizini jedan drugome, otpor Xn je beznačajan (ne veći od 0,1 Ohm / km) i može se zanemariti.
U praktičnim proračunima obično se uzima Xn = 0,6 Ohm / km, što odgovara udaljenosti između vodiča od 70 - 100 cm (približno takve udaljenosti su na nadzemnim dalekovodima od neutralnog vodiča do najudaljenijeg faznog vodiča).