Aardingsberekening - methode en formules voor het berekenen van beschermende aarding van elektrische apparatuur

Berekening van nul is bedoeld om de omstandigheden te bepalen waaronder het op betrouwbare wijze zijn toegewezen taken uitvoert - koppelt de beschadigde installatie snel los van het netwerk en zorgt tegelijkertijd voor de veiligheid van een persoon die de op nul gestelde behuizing aanraakt tijdens een noodsituatie. Volgens dit beschermende aarding vertrouw op het breekvermogen en de aanraakveiligheid van de behuizing wanneer de fase kortgesloten is naar aarde (berekening van neutrale aarding) en van de behuizing (berekening van heraarding van de neutrale beschermingsgeleider).

a) Onderbrekingsberekening

Wanneer een fase is gesloten naar de neutrale behuizing, wordt de elektrische installatie automatisch uitgeschakeld als de waarde van de enkelfasige kortsluitstroom (dwz tussen de fase en de neutrale beschermingsgeleider) EN K, A voldoet aan de voorwaarde

waarbij k — factor van vermenigvuldiging van de nominale stroom Azn A, de zekering of de huidige instelling van de stroomonderbreker, A. (De nominale stroom van de zekering is de stroom, waarvan de waarde direct op het inzetstuk wordt aangegeven (gestempeld) door de fabrikant.verwarming boven de door de fabrikant ingestelde temperatuur)

Afhankelijk van het type beveiliging van de elektrische installatie wordt een waardecoëfficiënt k geaccepteerd. Als de beveiliging wordt uitgevoerd door een stroomonderbreker die alleen een elektromagnetische release (onderbreking) heeft, dat wil zeggen geactiveerd zonder tijdvertraging, dan wordt k geaccepteerd in het bereik van 1,25-1,4.

Als de installatie wordt beschermd door zekeringen, waarvan de brandtijd, zoals bekend, afhangt van de stroom (neemt af met toenemende stroom), neem dan om de uitschakeling te versnellen

Als de installatie wordt beschermd door een stroomonderbreker met een omgekeerde stroomafhankelijke karakteristiek vergelijkbaar met die van zekeringen, dan ook

Betekenis AND K hangt af van de fasespanning van het netwerk Uf en circuitweerstanden, inclusief de impedanties van de transformator zt, fasedraad zf, neutrale beschermende geleiderzns, externe inductieve weerstand van de fasegeleider van de lus (lus) - nul beschermende geleider (fase -nullussen) хn, evenals van de actieve weerstanden van de neutrale aarding van de wikkelingen van de stroombron (transformator) ro en heraarding van de neutrale beschermingsgeleider rn (Fig. 1, a).

Aangezien ro en rn in de regel groot zijn in vergelijking met andere circuitweerstanden, kan de door hen gevormde parallelle tak worden genegeerd. Dan wordt het berekeningsschema vereenvoudigd (Fig. 1, b), en de uitdrukking voor de kortsluitstroom AND K, A, in complexe vorm zal zijn

of

waarbij Uf de fasespanning van het netwerk is, V;

zt — complex van impedantie van de wikkelingen van een driefasige stroombron (transformator), Ohm;

zf — het impedantiecomplex van de fasegeleider, Ohm;

znz - complex van impedantie van nul beschermende geleider, Ohm;

Rf en Rns actieve weerstand van fase- en neutrale beschermende geleiders, Ohm;

Xf en Xnz - interne inductieve weerstanden van fase- en neutrale beschermende geleiders, Ohm;

— complexe fase van lusimpedantie — nul, Ohm.

Rijst. 1. Berekend schema van neutralisatie in het wisselstroomnetwerk voor capaciteitsonderbreking: a - volledig, b, c - vereenvoudigd

Bij het berekenen van de reset is het toegestaan ​​​​om een ​​geschatte formule te gebruiken voor het berekenen van de werkelijke waarde (module) van de kortsluitstroom A, waarbij de modules van de weerstand van de transformator en de fase van de lus nul zt en zn zijn Ohm, voeg rekenkundig toe:

Sommige onnauwkeurigheden (ongeveer 5%) van deze formule versterken de veiligheidseisen en worden daarom als acceptabel beschouwd.

Lusimpedantiefase - nul in reële vorm (module) is, Ohm,

Berekeningsformule ziet er als volgt uit:

Hier zijn alleen de weerstanden van de neutrale beschermingsgeleider en onbekend, die kunnen worden bepaald door geschikte berekeningen met dezelfde formule. Deze berekeningen worden echter meestal niet uitgevoerd, omdat de doorsnede van de neutrale beschermingsgeleider en het materiaal ervan vooraf worden genomen op voorwaarde dat de doorlaatbaarheid van de neutrale beschermingsgeleider ten minste 50% van de diëlektrische constante van de fasegeleider is , d.w.z.

of

Deze voorwaarde wordt vastgesteld door PUE in de veronderstelling dat voor een dergelijke geleidbaarheid Azk de vereiste waarde zal hebben

Het wordt aanbevolen om niet-geïsoleerde of geïsoleerde draden te gebruiken, zoals nul PUE-beschermingsdraden, evenals verschillende metalen constructies van gebouwen, kraanbanen, stalen buizen voor elektrische bedrading, pijpleidingen, enz.Het wordt aanbevolen om gelijktijdig neutrale werkende geleiders en als beschermende neutrale geleiders te gebruiken. In dit geval moeten de neutrale werkdraden voldoende geleidend zijn (minstens 50% van het geleidend vermogen van de fasedraad) en mogen ze geen zekeringen en schakelaars hebben.

Daarom is de berekening van het resetten van de breekcapaciteit een controle van de berekening van de juistheid van de selectie van de geleidbaarheid van de neutrale beschermende geleider, of liever van de toereikendheid van de geleidbaarheid van de lus, de fase is nul.

Betekenis zT, Ohm, hangt af van het vermogen van de transformator, de spanning en het aansluitschema van de wikkelingen, evenals van het ontwerp van de transformator. Bij het berekenen van reset wordt de zm-waarde uit tabellen gehaald (bijvoorbeeld tabel 1).

De waarden Rf en Rnz, Ohm, voor geleiders van non-ferrometalen (koper, aluminium) worden bepaald volgens bekende gegevens: doorsnede c, mm2, lengte l, m, en het materiaal van de geleiders ρ.. In dit geval de vereiste weerstand

waarbij ρ- de specifieke weerstand van de geleider, gelijk aan 0,018 voor koper en 0,028 Ohmm2 / m voor aluminium.

Tabel 1. Geschatte waarden van berekende impedanties zt, Ohm, wikkelingen van met olie gevulde driefasige transformatoren

Transformatorvermogen, kV A Nominale spanning van hoogspanningswikkelingen, kV zt, Ohm, met aansluitschema wikkelingen 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

Opmerking. Deze tabellen hebben betrekking op transformatoren met wikkelingen van laagspanning 400/230 V. Bij lagere spanning 230/127 V moeten de weerstandswaarden in de tabel met 3 keer worden verminderd.

Als de neutrale beschermende geleider van staal is, wordt de actieve weerstand bepaald met behulp van tabellen, bijvoorbeeld een tafel. 2, die de weerstandswaarden toont van 1 km (rω, Ohm/km) van verschillende staaldraden bij verschillende stroomdichtheden met een frequentie van 50 Hz.

Om dit te doen, moet u het profiel en de doorsnede van de draad instellen, evenals de lengte en de verwachte waarde van de kortsluitstroom I K die tijdens de noodperiode door deze draad zal gaan. De doorsnede van de draad is zo aangepast dat de kortsluitstroomdichtheid erin ongeveer 0,5-2,0 A / mm2 is.

Tabel 2. Actieve rω en interne inductieve xω weerstanden van staaldraden bij wisselstroom (50 Hz), Ohm/km

Afmetingen of diameter van de doorsnede, mm Doorsnede, mm2 rω хω rω хω rω хω rω хω bij de verwachte stroomdichtheid in de geleider, A / mm2 0,5 1,0 1,5 2,0 Rechthoekige strip 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 — — Ronde draad 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 — — — —

Xph-waarden en Khnz voor koperen en aluminium geleiders zijn relatief klein (ongeveer 0,0156 Ohm/km), dus ze kunnen worden verwaarloosd.Voor stalen geleiders zijn de interne inductieve reacties groot genoeg en worden bepaald met behulp van tabellen, bijvoorbeeld tabel. 2. In dit geval is het ook noodzakelijk om het profiel en de doorsnede van de draad, de lengte en de verwachte waarde van de stroom te kennen.

De waarde van Xn, Ohm, kan worden bepaald volgens de uit de theoretische grondslagen van de elektrotechniek bekende formule voor de inductieve weerstand van een tweedraads leiding met ronde draden van dezelfde diameter d, m,

waarin ω — hoeksnelheid, rad/s; L - lineaire inductantie, H; μr — relatieve magnetische permeabiliteit van het medium; μo = 4π x 10 -7 — magnetische constante, H / m; l — lijnlengte, m; e — de afstand tussen de geleiders van de lijn, m.

Voor 1 km lijn geplaatst in de lucht (μr = 1) bij huidige frequentie f = 50 Hz (ω=314 blij / en), heeft de formule de vorm, Ohm / km,

Uit deze vergelijking blijkt dat de externe inductieve weerstand afhangt van de afstand tussen de draden d en hun diameter d... Omdat d echter binnen onbeduidende grenzen varieert, is de invloed ervan ook onbeduidend en daarom hangt Xn voornamelijk af van d ( de weerstand neemt toe met de afstand). Daarom, om de externe inductieve weerstand van de lus te verminderen, is de fase nul, de neutrale beschermingsgeleiders moeten samen met de fasegeleiders of in de buurt daarvan worden gelegd.

Voor kleine waarden van e, evenredig met de diameter van de geleiders e, dat wil zeggen, wanneer de fase- en neutrale geleiders zich dicht bij elkaar bevinden, is de weerstand Xn onbeduidend (niet meer dan 0,1 Ohm / km) en kan worden verwaarloosd.

In praktische berekeningen gaan ze meestal uit van Xn = 0,6 Ohm / km, wat overeenkomt met de afstand tussen de geleiders van 70 - 100 cm (ongeveer dergelijke afstanden zijn op bovengrondse hoogspanningslijnen van de neutrale geleider tot de verste fasegeleider).