Càlcul de la presa de terra: mètode i fórmules per calcular la presa de terra de protecció d'equips elèctrics

El càlcul de zero pretén determinar les condicions en què realitza de manera fiable les seves tasques assignades: desconnecta ràpidament la instal·lació danyada de la xarxa i, al mateix temps, garanteix la seguretat de la persona que toca el cas posat a zero durant un període d'emergència. Segons això presa de terra de protecció confiar en la capacitat de ruptura així com en la seguretat tàctil de la caixa quan la fase és curt a terra (càlcul de la presa de terra del neutre) i de la caixa (càlcul de la reposició a terra del conductor de protecció neutre).

a) Càlcul de la interrupció

Quan una fase es tanca al cas neutre, la instal·lació elèctrica es desconnectarà automàticament si el valor del corrent de curtcircuit monofàsic (és a dir, entre la fase i el conductor de protecció neutre) I K, A, compleix la condició.

on k — factor de multiplicació del corrent nominal Azn A, el fusible o la configuració actual de l'interruptor, A. (El corrent nominal del fusible és el corrent, el valor del qual s'indica (estampat) directament a la inserció mitjançant el fabricant.escalfament per sobre de la temperatura establerta pel fabricant)

S'accepta un coeficient de valor k en funció del tipus de protecció de la instal·lació elèctrica. Si la protecció s'efectua mitjançant un interruptor automàtic que només té un alliberament electromagnètic (interrupció), és a dir, activat sense retard, aleshores k acceptat en el rang 1,25-1,4.

Si la instal·lació està protegida per fusibles, el temps de combustió dels quals depèn, com se sap, de la intensitat (disminueix amb l'augment de la intensitat), per tal d'accelerar l'aturada, preneu

Si la instal·lació està protegida per un interruptor automàtic amb una característica dependent del corrent invers similar a la dels fusibles, també

El significat AND K depèn de la tensió de fase de la xarxa Uf i de les resistències del circuit, incloses les impedàncies del transformador zt, el cable de fase zf, conductor de protecció neutrezns, resistència inductiva externa del conductor de fase del bucle (bucle) — conductor de protecció zero (bucles de fase -zero) хn, així com de les resistències actives de la presa de terra neutre dels bobinatges de la font de corrent (transformador) ro i nova posada a terra del conductor de protecció neutre rn (Fig. 1, a).

En la mesura que ro i rn són, per regla general, grans en comparació amb altres resistències del circuit, és possible ignorar la branca paral·lela formada per elles. Aleshores es simplificarà l'esquema de càlcul (Fig. 1, b), i l'expressió del corrent de curtcircuit I K, A, en forma complexa serà

o

on Uf és la tensió de fase de la xarxa, V;

zt — complex d'impedància dels bobinatges d'una font de corrent trifàsica (transformador), Ohm;

zf — el complex d'impedància del conductor de fase, Ohm;

znz — complex d'impedància del conductor de protecció zero, Ohm;

Resistència activa Rf i Rns dels conductors de protecció de fase i neutre, Ohm;

Xf i Xnz — resistències inductives internes dels conductors de protecció de fase i neutre, Ohm;

— Fase complexa de la impedància del bucle — zero, Ohm.

Arròs. 1. Esquema calculat de neutralització a la xarxa de corrent altern per a la interrupció de la capacitat: a — ple, b, c — simplificat

Quan es calcula el restabliment, es permet utilitzar una fórmula aproximada per calcular el valor real (mòdul) del corrent de curtcircuit A, en què els mòduls de la resistència del transformador i la fase del bucle són zero zt i zn. Ohm, suma aritmèticament:

Algunes imprecisions (al voltant del 5%) d'aquesta fórmula reforcen els requisits de seguretat i, per tant, es consideren acceptables.

Fase d'impedància de bucle: zero en forma real (mòdul) és, Ohm,

La fórmula de càlcul és la següent:

Aquí, només es desconeixen les resistències del conductor de protecció neutre i, que es poden determinar mitjançant càlculs adequats utilitzant la mateixa fórmula. No obstant això, aquests càlculs normalment no es porten a terme, perquè la secció transversal del conductor de protecció neutre i el seu material es prenen per endavant a partir de la condició que la permeabilitat del conductor de protecció neutre sigui almenys el 50% de la permitivitat del conductor de fase. , és a dir

o

Aquesta condició l'estableix el PUE en el supòsit que per a aquesta conductivitat Azk tindrà el valor requerit

Es recomana utilitzar cables no aïllats o aïllats com ara cables de protecció zero PUE, així com diverses estructures metàl·liques d'edificis, vies de grua, canonades d'acer per cablejat elèctric, canonades, etc.Es recomana utilitzar simultàniament conductors neutres de treball i com a conductors neutres de protecció. En aquest cas, els cables de treball neutre han de tenir una conductivitat suficient (almenys el 50% de la conductivitat del cable de fase) i no han de tenir fusibles i interruptors.

Per tant, el càlcul de restabliment de la capacitat de ruptura és una comprovació del càlcul de la correcció de la selecció de la conductivitat del conductor de protecció neutre, o més aviat de la suficiència de la conductivitat del bucle, la fase és zero.

El significat zT, Ohm, depèn de la potència del transformador, la tensió i l'esquema de connexió dels seus bobinatges, així com del disseny del transformador. Quan es calcula el restabliment, el valor zm es pren de les taules (per exemple, la taula 1).

Els valors Rf i Rnz, Ohm, per a conductors de metalls no fèrrics (coure, alumini) es determinen segons dades conegudes: secció transversal c, mm2, longitud l, m i el material dels conductors ρ.. En aquest cas, la resistència requerida

on ρ- la resistència específica del conductor, igual a 0,018 per al coure i 0,028 Ohmm2 / m per a l'alumini.

Taula 1. Valors aproximats de les impedàncies calculades zt, Ohm, bobinatges de transformadors trifàsics plens d'oli

Potència del transformador, kV A Tensió nominal de bobinats d'alta tensió, kV zt, Ohm, amb esquema de connexió de bobinats 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

Nota. Aquestes taules fan referència a transformadors amb bobinatges de baixa tensió 400/230 V. A una tensió inferior 230/127 V, els valors de resistència indicats a la taula s'han de reduir 3 vegades.

Si el conductor de protecció neutre és d'acer, la seva resistència activa es determina mitjançant taules, per exemple, una taula. 2, que mostra els valors de resistència d'1 km (rω, Ohm / km) de diferents cables d'acer a diferents densitats de corrent amb una freqüència de 50 Hz.

Per fer-ho, cal establir el perfil i la secció transversal del cable, així com conèixer la seva longitud i el valor esperat del corrent de curtcircuit I K que passarà per aquest cable durant el període d'emergència. La secció transversal del cable s'ajusta de manera que la densitat de corrent de curtcircuit sigui d'aproximadament 0,5-2,0 A / mm2.

Taula 2. Resistències actives rω i xω inductives internes dels cables d'acer a corrent altern (50 Hz), Ohm / km

Dimensions o diàmetre de la secció, mm Secció, mm2 rω хω rω хω rω хω rω хω a la densitat de corrent esperada en el conductor, A / mm2 0,5 1,0 1,5 2,0 Tira rectangular 20 x 4 80 5,24 3,29 4 4,29 4,29 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 4.81 40 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 — — Filferro rodó 5 19,63 17,2 4 5 1,0 4 1,77 1,06 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 — 5,60 4,0 9 4,55 2,73 3,2 1,92 — — — — 16 201,1 3,72 2,23 2,7 1,60 — — — —

Els valors de Xph i Khnz per als conductors de coure i alumini són relativament petits (uns 0,0156 Ohm / km), per la qual cosa es poden descuidar. Per als conductors d'acer, les reaccions inductives internes són prou grans i es determinen mitjançant taules, per exemple taula. 2. En aquest cas, també cal conèixer el perfil i la secció del cable, la seva longitud i el valor esperat del corrent.

El valor de Xn, Ohm, es pot determinar segons la fórmula coneguda a partir dels fonaments teòrics de l'enginyeria elèctrica per a la resistència inductiva d'una línia de dos fils amb cables rodons del mateix diàmetre d, m,

on ω — velocitat angular, rad/s; L — inductància lineal, H; μr — permeabilitat magnètica relativa del medi; μo = 4π x 10 -7 — constant magnètica, H / m; l - longitud de la línia, m; e — la distància entre els conductors de la línia, m.

Per a 1 km de línia col·locada a l'aire (μr = 1) a la freqüència actual f = 50 Hz (ω=314 alegre / i), la fórmula pren la forma, Ohm / km,

A partir d'aquesta equació es pot veure que la resistència inductiva externa depèn de la distància entre els cables d i el seu diàmetre d... Tanmateix, com que d varia dins de límits insignificants, la seva influència també és insignificant i per tant Xn, depèn principalment de d ( la resistència augmenta amb la distància). Per tant, per reduir la resistència inductiva externa del bucle, la fase és zero, els conductors de protecció neutre s'han de col·locar juntament amb els conductors de fase o molt a prop d'ells.

Per a valors petits de e, proporcionals al diàmetre dels conductors e, és a dir, quan els conductors de fase i neutre es troben molt a prop els uns dels altres, la resistència Xn és insignificant (no més de 0,1 Ohm / km) i es pot descuidar.

En els càlculs pràctics, solen assumir Xn = 0,6 Ohm / km, que correspon a la distància entre els conductors de 70 a 100 cm (aproximadament aquestes distàncies es troben a les línies elèctriques aèries des del conductor neutre fins al conductor de fase més llunyà).