Jordningsberäkning — metod och formler för beräkning av skyddsjordning av elektrisk utrustning
Beräkning av noll är avsedd att bestämma villkoren under vilka den på ett tillförlitligt sätt utför sina tilldelade uppgifter - kopplar snabbt bort den skadade installationen från nätverket och säkerställer samtidigt säkerheten för en person som rör vid det nollställda fallet under en nödperiod. Enligt det här skyddande jordning lita på brytförmågan samt beröringssäkerheten i höljet när fasen är kort till jord (beräkning av nolljordning) och av höljet (beräkning av återjordning av den neutrala skyddsledaren).
a) Avbrottsberäkning
När en fas är stängd till nolhuset kommer den elektriska installationen automatiskt att kopplas bort om värdet på enfas kortslutningsström (dvs. mellan fas och nollskyddsledare) OCH K, A, uppfyller villkoret
där k — multiplikationsfaktor för märkströmmen Azn A, säkringen eller strömbrytarens ströminställning, A. (Säkringens märkström är strömmen, vars värde indikeras (stämplas) direkt på insatsen av tillverkaren.uppvärmning över den temperatur som ställts in av tillverkaren)
En koefficient för värde k accepteras beroende på typen av skydd för den elektriska installationen. Om skyddet utförs av en strömbrytare som endast har en elektromagnetisk utlösning (avbrott), det vill säga utlöses utan tidsfördröjning, accepteras k i området 1,25-1,4.
Om installationen är skyddad av säkringar, vars brinntid som bekant beror på strömmen (minskar med ökande ström), så för att påskynda avstängningen, ta
Om installationen är skyddad av en strömbrytare med en omvänd strömberoende karakteristik liknande den för säkringar, då
Betydelse OCH K beror på fasspänningen i nätverket Uf och kretsresistanser, inklusive impedanserna för transformatorn zt, fastråden zf, neutral skyddsledarezns, externt induktivt motstånd för slingans fasledare (slinga) — noll skyddsledare (fas -noll slingor) хn, såväl som från de aktiva resistanserna hos den neutrala jordningen av lindningarna av strömkällan (transformatorn) ro och återjordning av den neutrala skyddsledaren rn (fig. 1, a).
Eftersom ro och rn som regel är stora i jämförelse med andra kretsresistanser är det möjligt att ignorera den parallella grenen som bildas av dem. Då kommer beräkningsschemat att förenklas (fig. 1, b), och uttrycket för kortslutningsströmmen OCH K, A, i komplex form kommer att vara
eller
där Uf är nätverkets fasspänning, V;
zt — komplex av impedans för lindningarna av en trefas strömkälla (transformator), Ohm;
zf — impedanskomplexet för fasledaren, Ohm;
znz — komplex av impedans för noll skyddsledare, Ohm;
Rf och Rns aktiva motstånd för fas- och neutrala skyddsledare, Ohm;
Xf och Xnz — interna induktiva resistanser för fas- och neutrala skyddsledare, Ohm;
— komplex fas av loopimpedans — noll, ohm.
Ris. 1. Beräknat schema för neutralisering i växelströmsnätet för kapacitetsavbrott: a — full, b, c — förenklat
Vid beräkning av återställningen är det tillåtet att använda en ungefärlig formel för att beräkna det faktiska värdet (modulen) för kortslutningsströmmen A, där modulerna för transformatorns resistans och slingans fas är noll zt och zn Ohm, lägg till aritmetiskt:
Vissa felaktigheter (cirka 5 %) i denna formel stärker säkerhetskraven och anses därför vara acceptabla.
Slingimpedansfas — noll i verklig form (modul) är, Ohm,
Beräkningsformel ser ut så här:
Här är endast motstånden för den neutrala skyddsledaren och okända, vilket kan bestämmas genom lämpliga beräkningar med samma formel. Dessa beräkningar utförs dock vanligtvis inte, eftersom tvärsnittet av den neutrala skyddsledaren och dess material tas i förväg från villkoret att permeabiliteten för den neutrala skyddsledaren är minst 50% av fasledarens permittivitet , dvs.
eller
Detta villkor fastställs av PUE under antagandet att för en sådan konduktivitet kommer Azk att ha det erforderliga värdet
Det rekommenderas att använda oisolerade eller isolerade ledningar såsom noll PUE skyddstrådar, såväl som olika metallkonstruktioner av byggnader, kranbanor, stålrör för elektriska ledningar, rörledningar, etc.Det rekommenderas att samtidigt använda neutrala arbetsledare och som skyddande nollledare. I det här fallet måste de neutrala arbetsledningarna ha tillräcklig ledningsförmåga (minst 50 % av fasledningens ledningsförmåga) och får inte ha säkringar och brytare.
Därför är beräkningen av återställning av brytkapaciteten en kontroll av beräkningen av korrektheten av valet av ledningsförmågan hos den neutrala skyddsledaren, eller snarare av tillräckligheten för slingans ledningsförmåga, fasen är noll.
Betyder zT, Ohm, beror på transformatorns effekt, spänningen och anslutningsschemat för dess lindningar, såväl som på transformatorns design. Vid beräkning av återställning tas zm-värdet från tabeller (till exempel tabell 1).
Värdena Rf och Rnz, Ohm, för ledare av icke-järnmetaller (koppar, aluminium) bestäms enligt kända data: tvärsnitt c, mm2, längd l, m och ledarnas material ρ.. I detta fall krävs motstånd
där ρ- den specifika resistansen hos ledaren, lika med 0,018 för koppar och 0,028 Ohmm2 / m för aluminium.
Tabell 1. Ungefärliga värden för beräknade impedanser zt, Ohm, lindningar av oljefyllda trefastransformatorer
Transformatoreffekt, kV A Märkspänning för högspänningslindningar, kV zt, Ohm, med lindningskopplingsschema Y / Yн D / Un U / ZN 25 6-10 3.110 0.906 40 6-10 1.949 0.562 63 6-10 01.3607
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
Notera. Dessa tabeller hänvisar till transformatorer med lindningar med låg spänning 400/230 V. Vid lägre spänning 230/127 V måste resistansvärdena som anges i tabellen minskas med 3 gånger.
Om den neutrala skyddsledaren är stål, bestäms dess aktiva motstånd med hjälp av tabeller, till exempel en tabell. 2, som visar resistansvärdena på 1 km (rω, Ohm / km) för olika ståltrådar vid olika strömtätheter med en frekvens på 50 Hz.
För att göra detta måste du ställa in trådens profil och tvärsnitt, samt känna till dess längd och det förväntade värdet på kortslutningsströmmen I K som kommer att passera genom denna tråd under nödperioden. Trådens tvärsnitt justeras så att kortslutningsströmtätheten i den är cirka 0,5-2,0 A / mm2.
Tabell 2. Aktiva rω och interna induktiva xω resistanser hos ståltrådar vid växelström (50 Hz), Ohm / km
Sektionens mått eller diameter, mm Sektion, mm2 rω хω rω хω rω хω rω хω vid förväntad strömtäthet i ledaren, A / mm2 0,5 1,0 1,5 2,0 Rektangulär remsa 20 x 4 4 42 ,0 42 52 ,8 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 10 1,25 — — 40 x 4 2 10 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 — — Rund tråd 5 19,63 42 17. 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 4,0 — 5,60 4,0 — 5,60 4. 9 4,55 2,73 3,2 1,92 — — — — 16 201,1 3,72 2,23 2,7 1,60 — — — —
Xph-värden och Khnz för koppar- och aluminiumledare är relativt små (cirka 0,0156 Ohm / km), så de kan försummas. För stålledare är de interna induktiva reaktionerna tillräckligt stora och bestäms med hjälp av tabeller, till exempel tabell. 2. I det här fallet är det också nödvändigt att känna till trådens profil och tvärsnitt, dess längd och strömmens förväntade värde.
Värdet på Xn, Ohm, kan bestämmas enligt formeln som är känd från elektroteknikens teoretiska grunder för det induktiva motståndet hos en tvåtrådsledning med runda ledningar med samma diameter d, m,
där ω — vinkelhastighet, rad/s; L — linjär induktans, H; μr — relativ magnetisk permeabilitet för mediet; μo = 4π x 10 -7 — magnetisk konstant, H/m; l — linjelängd, m; e — avståndet mellan ledningens ledare, m.
För 1 km linje placerad i luft (μr = 1) vid nuvarande frekvens f = 50 Hz (ω=314 glad / och), tar formeln formen, Ohm / km,
Från denna ekvation kan man se att det externa induktiva motståndet beror på avståndet mellan ledningarna d och deras diameter d... Men eftersom d varierar inom obetydliga gränser är dess inverkan också obetydlig och därför beror Xn huvudsakligen på d ( motståndet ökar med avståndet). Därför, för att minska slingans externa induktiva motstånd, är fasen noll, de neutrala skyddsledarna måste läggas tillsammans med fasledarna eller i närheten av dem.
För små värden på e, i proportion till ledarnas e diameter, det vill säga när fas- och nollledarna är placerade i närheten av varandra, är motståndet Xn obetydligt (inte mer än 0,1 Ohm / km) och kan försummas.
I praktiska beräkningar antar de vanligtvis Xn = 0,6 Ohm / km, vilket motsvarar avståndet mellan ledarna på 70 — 100 cm (ungefär sådana avstånd finns på luftledningar från nollledaren till den längsta fasledaren).