Obliczenia uziemień — metoda i wzory obliczania uziemień ochronnych urządzeń elektrycznych

Obliczenie zera ma na celu określenie warunków, w jakich niezawodnie wykonuje powierzone mu zadania - szybko odłącza uszkodzoną instalację od sieci i jednocześnie zapewnia bezpieczeństwo osoby dotykającej wyzerowanej obudowy w okresie awaryjnym. Według tego uziemienie ochronne polegać na zdolności wyłączania, jak również na bezpieczeństwie dotykowym obudowy, gdy faza jest zwarta do ziemi (obliczanie uziemienia neutralnego) oraz obudowy (obliczanie ponownego uziemienia neutralnego przewodu ochronnego).

a) Obliczanie przerwania

W przypadku zwarcia jednej fazy do przewodu neutralnego instalacja elektryczna zostanie automatycznie rozłączona, jeżeli wartość jednofazowego prądu zwarciowego (tj. między fazą a przewodem neutralnym) AND K, A, spełni warunek

gdzie k — iloczyn prądu znamionowego Azn A, bezpiecznika lub nastawy prądu wyłącznika, A. (Prąd znamionowy bezpiecznika to prąd, którego wartość jest wskazana (wybita) bezpośrednio na wkładce przez wytwórca.ogrzewanie powyżej temperatury ustawionej przez producenta)

Przyjmuje się współczynnik o wartości k w zależności od rodzaju zabezpieczenia instalacji elektrycznej. Jeżeli zabezpieczenie jest realizowane przez wyłącznik, który ma tylko wyzwalanie (przerwanie) elektromagnetyczne, czyli wyzwalane bez zwłoki czasowej, to k przyjmuje się w przedziale 1,25-1,4.

Jeżeli instalacja jest zabezpieczona bezpiecznikami, których czas palenia zależy jak wiadomo od prądu (maleje wraz ze wzrostem prądu), to w celu przyspieszenia wyłączenia należy

Jeżeli instalacja jest chroniona wyłącznikiem automatycznym o charakterystyce zależnej od prądu wstecznego, podobnej do charakterystyki bezpieczników, to również

Znaczenie AND K zależy od napięcia fazowego sieci Uf oraz rezystancji obwodów, w tym impedancji transformatora zt, przewodu fazowego zf, neutralny przewód ochronnyzns, zewnętrzna rezystancja indukcyjna przewodu fazowego pętli (pętli) — zerowy przewód ochronny (pętle faza-zero) хn, a także rezystancje czynne uziemienia zerowego uzwojeń źródła prądu (transformatora) ro i ponowne uziemienie neutralnego przewodu ochronnego rn (ryc. 1, a).

Ponieważ ro i rn są z reguły duże w porównaniu z innymi rezystancjami obwodów, można zignorować utworzoną przez nie gałąź równoległą. Wtedy schemat obliczeń zostanie uproszczony (ryc. 1, b), a wyrażenie na prąd zwarciowy I K, A, w postaci złożonej będzie

Lub

gdzie Uf jest napięciem fazowym sieci, V;

zt — zespół impedancji uzwojeń trójfazowego źródła prądu (transformatora), Ohm;

zf — zespół impedancji przewodu fazowego, Ohm;

znz — zespół impedancji zerowego przewodu ochronnego, Ohm;

Rf i Rns rezystancja czynna fazowych i neutralnych przewodów ochronnych, Ohm;

Xf i Xnz — rezystancje indukcyjne wewnętrzne fazowych i neutralnych przewodów ochronnych, Ohm;

— złożona faza impedancji pętli — zero, Ohm.

Ryż. 1. Obliczony schemat neutralizacji w sieci prądu przemiennego do wyłączenia mocy: a — pełny, b, c — uproszczony

Przy obliczaniu resetu dopuszcza się stosowanie przybliżonego wzoru do obliczania wartości rzeczywistej (modułu) prądu zwarciowego A, w którym moduły rezystancji transformatora i fazy pętli wynoszą zero zt i zn Ohm, dodaj arytmetycznie:

Pewne nieścisłości (około 5%) tego wzoru wzmacniają wymagania bezpieczeństwa i dlatego są uważane za dopuszczalne.

Faza impedancji pętli — zero w postaci rzeczywistej (modułu) to Ohm,

Formuła obliczeń wygląda następująco:

Tutaj tylko rezystancje neutralnego przewodu ochronnego i są nieznane, co można określić za pomocą odpowiednich obliczeń przy użyciu tego samego wzoru. Jednak tych obliczeń zwykle nie przeprowadza się, ponieważ przekrój przewodu neutralnego ochronnego i jego materiał są brane z góry z warunku, że przepuszczalność neutralnego przewodu ochronnego wynosi co najmniej 50% przenikalności elektrycznej przewodu fazowego , tj.

Lub

Warunek ten jest ustalany przez PUE przy założeniu, że dla takiej przewodności Azk będzie miała wymaganą wartość

Zaleca się stosowanie przewodów nieizolowanych lub izolowanych, takich jak druty ochronne o zerowym PUE, a także różnych konstrukcji metalowych budynków, torów podsuwnicowych, rur stalowych do instalacji elektrycznych, rurociągów itp.Zaleca się jednoczesne stosowanie neutralnych przewodów roboczych i ochronnych przewodów neutralnych. W takim przypadku neutralne przewody robocze muszą mieć wystarczającą przewodność (co najmniej 50% przewodności przewodu fazowego) i nie mogą być wyposażone w bezpieczniki i przełączniki.

Zatem obliczenie resetowania zdolności wyłączania jest sprawdzeniem poprawności obliczenia przewodności neutralnego przewodu ochronnego, a raczej wystarczalności przewodnictwa pętli, gdy faza wynosi zero.

Znaczenie zT, Ohm, zależy od mocy transformatora, napięcia i schematu połączeń jego uzwojeń, a także od konstrukcji transformatora. Podczas obliczania resetowania wartość zm jest pobierana z tabel (na przykład z tabeli 1).

Wartości Rf i Rnz, Ohm dla przewodników z metali nieżelaznych (miedź, aluminium) są określane na podstawie znanych danych: przekrój c, mm2, długość l, m oraz materiał przewodników ρ.. W tym przypadku wymagany opór

gdzie ρ- rezystancja właściwa przewodnika równa 0,018 dla miedzi i 0,028 Ohm2 / m dla aluminium.

Tabela 1. Przybliżone wartości obliczonych impedancji zt, Ohm, uzwojeń olejowych transformatorów trójfazowych

Moc transformatora, kV A Napięcie znamionowe uzwojeń wysokiego napięcia, kV zt, Ohm, ze schematem połączeń uzwojeń Y / Yн 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

Notatka. Tabele te dotyczą transformatorów z uzwojeniami niskiego napięcia 400/230 V. Przy niższym napięciu 230/127 V wartości rezystancji podane w tabeli należy zmniejszyć 3-krotnie.

Jeżeli neutralny przewód ochronny jest stalowy, wówczas jego rezystancję czynną określa się za pomocą tabel, na przykład tabeli. 2, który pokazuje wartości rezystancji 1 km (rω, Ohm / km) różnych drutów stalowych przy różnych gęstościach prądu o częstotliwości 50 Hz.

W tym celu należy określić profil i przekrój przewodu, a także znać jego długość oraz przewidywaną wartość prądu zwarciowego I K, który przez ten przewód przepłynie w okresie awaryjnym. Przekrój drutu jest dostosowany tak, aby gęstość prądu zwarciowego w nim wynosiła około 0,5-2,0 A / mm2.

Tabela 2. Rezystancje czynne rω i wewnętrzne indukcyjne xω drutów stalowych przy prądzie przemiennym (50 Hz), Ohm / km

Wymiary lub średnica przekroju, mm Przekrój, mm2 rω хω rω хω rω хω rω хω przy oczekiwanej gęstości prądu w przewodzie, A / mm2 0,5 1,0 1,5 2,0 Pasek prostokątny 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 — — Drut okrągły 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 — — — —

Wartości Xph i Khnz dla przewodów miedzianych i aluminiowych są stosunkowo małe (około 0,0156 Ohm/km), więc można je pominąć.W przypadku przewodów stalowych wewnętrzne reakcje indukcyjne są wystarczająco duże i są określane za pomocą tabel, na przykład tabeli. 2. W tym przypadku konieczna jest również znajomość profilu i przekroju przewodu, jego długości oraz oczekiwanej wartości prądu.

Wartość Xn, Ohm można wyznaczyć ze wzoru znanego z teoretycznych podstaw elektrotechniki na rezystancję indukcyjną linii dwuprzewodowej z drutami okrągłymi o tej samej średnicy d, m,

gdzie ω — prędkość kątowa, rad/s; L — indukcyjność liniowa, H; μr — względna przenikalność magnetyczna ośrodka; μo = 4π x 10 -7 — stała magnetyczna, H / m; l — długość linii, m; e — odległość między przewodami linii, m.

Dla 1 km linii umieszczonej w powietrzu (μr = 1) przy częstotliwości prądu f = 50 Hz (ω=314 rad / i) wzór przyjmuje postać, Ohm / km,

Z tego równania widać, że zewnętrzna rezystancja indukcyjna zależy od odległości między drutami d i ich średnicy d... Ponieważ jednak d zmienia się w nieznacznych granicach, jego wpływ jest również nieznaczny, a zatem Xn zależy głównie od d ( opór rośnie wraz z odległością). Dlatego w celu zmniejszenia zewnętrznej rezystancji indukcyjnej pętli, gdy faza jest zerowa, neutralne przewody ochronne należy układać razem z przewodami fazowymi lub w ich bliskiej odległości.

Dla małych wartości e, współmiernych do średnicy przewodów e, to znaczy, gdy przewody fazowe i neutralne znajdują się blisko siebie, rezystancja Xn jest nieznaczna (nie więcej niż 0,1 Ohm / km) i można zaniedbać.

W praktycznych obliczeniach zwykle przyjmują Xn = 0,6 Ohm / km, co odpowiada odległości między przewodami 70 — 100 cm (w przybliżeniu takie odległości występują na napowietrznych liniach elektroenergetycznych od przewodu neutralnego do najdalszego przewodu fazowego).