Calcolo della messa a terra: metodo e formule per il calcolo della messa a terra di protezione delle apparecchiature elettriche

Il calcolo di zero ha lo scopo di determinare le condizioni in cui svolge in modo affidabile i compiti assegnati: disconnette rapidamente l'installazione danneggiata dalla rete e allo stesso tempo garantisce la sicurezza di una persona che tocca la custodia azzerata durante un periodo di emergenza. Secondo questo messa a terra di protezione basarsi sul potere di interruzione nonché sulla sicurezza al contatto dell'involucro quando la fase è in cortocircuito verso terra (calcolo della messa a terra del neutro) e dell'involucro (calcolo della messa a terra del conduttore di protezione del neutro).

a) Calcolo dell'interruzione

Quando una fase è chiusa al neutro, l'impianto elettrico si disconnetterà automaticamente se il valore della corrente di cortocircuito monofase (ovvero tra la fase e il conduttore di protezione neutro) E K, A, soddisfa la condizione

dove k — fattore di moltiplicazione della corrente nominale Azn A, il fusibile o l'impostazione della corrente dell'interruttore, A. (La corrente nominale del fusibile è la corrente, il cui valore è indicato (stampato) direttamente sull'inserto da il produttore.riscaldamento superiore alla temperatura impostata dal produttore)

Un coefficiente di valore k è accettato in funzione del tipo di protezione dell'impianto elettrico. Se la protezione viene eseguita da un interruttore che ha solo un rilascio elettromagnetico (interruzione), cioè attivato senza ritardo, allora k accettato nell'intervallo 1,25-1,4.

Se l'installazione è protetta da fusibili, il cui tempo di combustione dipende, come è noto, dalla corrente (diminuisce con l'aumentare della corrente), quindi per accelerare lo spegnimento, prendere

Se l'impianto è protetto da un interruttore automatico con una caratteristica dipendente dalla corrente inversa simile a quella dei fusibili, allora anche

Significato AND K dipende dalla tensione di fase della rete Uf e dalle resistenze del circuito, comprese le impedenze del trasformatore zt, filo di fase zf, conduttore di protezione neutrozns, resistenza induttiva esterna del conduttore di fase del loop (loop) - zero conduttore di protezione (fase -zero loop) хn, nonché dalle resistenze attive della messa a terra neutra degli avvolgimenti della sorgente di corrente (trasformatore) ro e rimessa a terra del conduttore di protezione neutro rn (Fig. 1, a).

Poiché ro e rn sono, di regola, grandi rispetto ad altre resistenze circuitali, è possibile ignorare il ramo parallelo formato da esse. Quindi lo schema di calcolo sarà semplificato (Fig. 1, b) e l'espressione per la corrente di cortocircuito AND K, A, in forma complessa sarà

O

dove Uf è la tensione di fase della rete, V;

zt — complesso di impedenza degli avvolgimenti di una sorgente di corrente trifase (trasformatore), Ohm;

zf — il complesso di impedenza del conduttore di fase, Ohm;

znz — complesso d'impedenza di conduttore protettivo zero, Ohm;

Resistenza attiva Rf e Rns dei conduttori di protezione di fase e neutro, Ohm;

Xf e Xnz — resistenze induttive interne dei conduttori di protezione di fase e neutro, Ohm;

- fase complessa dell'impedenza del loop - zero, Ohm.

Riso. 1. Schema calcolato di neutralizzazione nella rete a corrente alternata per interruzione di capacità: a - completo, b, c - semplificato

Quando si calcola il ripristino, è consentito utilizzare una formula approssimativa per calcolare il valore effettivo (modulo) della corrente di cortocircuito A, in cui i moduli della resistenza del trasformatore e la fase del loop sono zero zt e zn Ohm, aggiungi aritmeticamente:

Alcune imprecisioni (circa il 5%) di questa formula rafforzano i requisiti di sicurezza e sono quindi ritenute accettabili.

Fase di impedenza di loop - zero in forma reale (modulo) è, Ohm,

La formula di calcolo è simile a questa:

Qui sono sconosciute solo le resistenze del conduttore di protezione neutro e, che possono essere determinate mediante calcoli adeguati utilizzando la stessa formula. Tuttavia, questi calcoli di solito non vengono eseguiti, poiché la sezione trasversale del conduttore di protezione neutro e il suo materiale sono presi in anticipo dalla condizione che la permeabilità del conduttore di protezione neutro sia almeno il 50% della permittività del conduttore di fase , cioè.

O

Questa condizione è stabilita da PUE nell'ipotesi che per tale conducibilità Azk avrà il valore richiesto

Si consiglia di utilizzare cavi non isolati o isolati come cavi di protezione PUE zero, nonché varie strutture metalliche di edifici, binari di gru, tubi in acciaio per cavi elettrici, tubazioni, ecc.Si consiglia di utilizzare contemporaneamente conduttori di lavoro neutri e come conduttori neutri di protezione. In questo caso, i fili di lavoro neutri devono avere una conduttività sufficiente (almeno il 50% della conducibilità del filo di fase) e non devono avere fusibili e interruttori.

Pertanto, il calcolo del ripristino del potere di interruzione è una verifica del calcolo della correttezza della selezione della conducibilità del conduttore di protezione neutro, ovvero della sufficienza della conducibilità dell'anello, la fase è nulla.

Significato zT, Ohm, dipende dalla potenza del trasformatore, dalla tensione e dallo schema di connessione dei suoi avvolgimenti, nonché dal design del trasformatore. Quando si calcola il ripristino, il valore zm viene preso dalle tabelle (ad esempio, tabella 1).

I valori Rf e Rnz, Ohm, per conduttori di metalli non ferrosi (rame, alluminio) sono determinati secondo dati noti: sezione c, mm2, lunghezza l, m, e il materiale dei conduttori ρ.. In questo caso, la resistenza richiesta

dove ρ- la resistenza specifica del conduttore, pari a 0,018 per il rame e 0,028 Ohmm2/m per l'alluminio.

Tabella 1. Valori approssimativi delle impedenze calcolate zt, Ohm, avvolgimenti di trasformatori trifase in olio

Potenza del trasformatore, kV A Tensione nominale degli avvolgimenti ad alta tensione, kV zt, Ohm, con schema di collegamento dell'avvolgimento 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

Nota. Queste tabelle si riferiscono a trasformatori con avvolgimenti di bassa tensione 400/230 V. A tensione inferiore 230/127 V, i valori di resistenza indicati nella tabella devono essere ridotti di 3 volte.

Se il conduttore di protezione neutro è in acciaio, la sua resistenza attiva viene determinata utilizzando tabelle, ad esempio una tabella. 2, che mostra i valori di resistenza di 1 km (rω, Ohm / km) di diversi fili di acciaio a diverse densità di corrente con una frequenza di 50 Hz.

Per fare ciò, è necessario impostare il profilo e la sezione del filo, nonché conoscerne la lunghezza e il valore previsto della corrente di cortocircuito I K che attraverserà questo filo durante il periodo di emergenza. La sezione trasversale del filo è regolata in modo tale che la densità di corrente di cortocircuito al suo interno sia di circa 0,5-2,0 A / mm2.

Tabella 2. Resistenze attive rω e induttive interne xω dei fili di acciaio a corrente alternata (50 Hz), Ohm / km

Dimensioni o diametro della sezione, mm Sezione, mm2 rω хω rω хω rω хω rω хω alla densità di corrente prevista nel conduttore, A / mm2 0,5 1,0 1,5 2,0 Striscia rettangolare 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 — — Filo tondo 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 — — — —

I valori Xph e Khnz per i conduttori in rame e alluminio sono relativamente piccoli (circa 0,0156 Ohm / km), quindi possono essere trascurati Per i conduttori in acciaio, le reazioni induttive interne sono abbastanza grandi e vengono determinate utilizzando tabelle, ad esempio tabella. 2. In questo caso è necessario conoscere anche il profilo e la sezione del filo, la sua lunghezza e il valore atteso della corrente.

Il valore di Xn, Ohm, può essere determinato secondo la formula nota dai fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica per la resistenza induttiva di una linea a due fili con fili tondi dello stesso diametro d, m,

dove ω — velocità angolare, rad/s; L — induttanza lineare, H; μr — permeabilità magnetica relativa del mezzo; μo = 4π x 10 -7 — costante magnetica, H / m; l — lunghezza della linea, m; e - la distanza tra i conduttori della linea, m.

Per 1 km di linea posta in aria (μr = 1) alla frequenza di corrente f = 50 Hz (ω=314 glad / and), la formula assume la forma, Ohm / km,

Da questa equazione si può vedere che la resistenza induttiva esterna dipende dalla distanza tra i fili d e dal loro diametro d... Tuttavia, poiché d varia entro limiti insignificanti, anche la sua influenza è insignificante e quindi Xn, dipende principalmente da d ( la resistenza aumenta con la distanza). Pertanto, per ridurre la resistenza induttiva esterna della spira, la fase è nulla, i conduttori di protezione del neutro devono essere posati insieme ai conduttori di fase o in prossimità di essi.

Per piccoli valori di e, commisurati al diametro dei conduttori e, cioè quando i conduttori di fase e neutro si trovano molto vicini tra loro, la resistenza Xn è insignificante (non più di 0,1 Ohm / km) e può essere trascurato.

Nei calcoli pratici, di solito assumono Xn = 0,6 Ohm / km, che corrisponde alla distanza tra i conduttori di 70 - 100 cm (approssimativamente tali distanze sono su linee elettriche aeree dal conduttore neutro al conduttore di fase più lontano).