Tính toán nối đất - phương pháp và công thức tính toán nối đất bảo vệ thiết bị điện

Việc tính toán số 0 nhằm xác định các điều kiện mà nó thực hiện các nhiệm vụ được giao một cách đáng tin cậy - nhanh chóng ngắt kết nối cài đặt bị hỏng khỏi mạng, đồng thời đảm bảo an toàn cho người chạm vào vỏ số 0 trong trường hợp khẩn cấp. theo cái này nối đất bảo vệ dựa vào khả năng cắt cũng như độ an toàn chạm đất của vỏ máy khi pha ngắn chạm đất (tính toán nối đất trung tính) và của vỏ máy (tính toán nối đất lại dây trung tính bảo vệ).

a) Tính gián đoạn

Khi một pha đóng vào vỏ trung tính, hệ thống lắp đặt điện sẽ tự động ngắt nếu giá trị dòng điện ngắn mạch một pha (tức là giữa dây pha và dây trung tính bảo vệ) VÀ K, A, thỏa mãn điều kiện

trong đó k - hệ số nhân của dòng điện định mức Azn A, cầu chì hoặc giá trị đặt dòng điện của cầu dao, A. (Dòng điện danh định của cầu chì là dòng điện, giá trị của nó được chỉ định (đóng dấu) trực tiếp trên miếng chèn bằng nhà sản xuất.sưởi ấm trên nhiệt độ do nhà sản xuất đặt)

Hệ số giá trị k được chấp nhận tùy thuộc vào loại bảo vệ của hệ thống lắp đặt điện. Nếu việc bảo vệ được thực hiện bởi bộ ngắt mạch chỉ có bộ nhả điện từ (gián đoạn), nghĩa là được kích hoạt mà không có thời gian trễ, thì k được chấp nhận trong phạm vi 1,25-1,4.

Nếu quá trình cài đặt được bảo vệ bằng cầu chì, thời gian cháy của cầu chì, như đã biết, phụ thuộc vào dòng điện (giảm khi dòng điện tăng), thì để tăng tốc độ tắt máy, hãy thực hiện

Nếu hệ thống lắp đặt được bảo vệ bởi bộ ngắt mạch có đặc tính nghịch đảo phụ thuộc vào dòng điện tương tự như đặc tính của cầu chì, thì cũng

Ý nghĩa VÀ K phụ thuộc vào điện áp pha của mạng Uf và điện trở mạch, bao gồm cả trở kháng của máy biến áp zt, dây pha zf, dây dẫn bảo vệ trung tínhzns, điện trở cảm ứng bên ngoài của dây dẫn pha của vòng lặp (vòng lặp) — dây dẫn bảo vệ bằng 0 (vòng -không pha) хn, cũng như từ điện trở hoạt động của trung tính nối đất của cuộn dây của nguồn dòng (máy biến áp) ro và nối đất lại dây trung tính bảo vệ rn (Hình 1, a).

Theo quy luật, ro và rn lớn so với các điện trở mạch khác, nên có thể bỏ qua nhánh song song do chúng tạo thành. Sau đó, sơ đồ tính toán sẽ được đơn giản hóa (Hình 1, b) và biểu thức cho dòng điện ngắn mạch VÀ K, A, ở dạng phức tạp sẽ là

hoặc

trong đó Uf là điện áp pha của mạng, V;

zt - phức trở kháng của cuộn dây của nguồn dòng điện ba pha (máy biến áp), Ohm;

zf - phức hợp trở kháng của dây dẫn pha, Ohm;

znz - phức hợp trở kháng của dây dẫn bảo vệ bằng không, Ohm;

Điện trở hoạt động Rf và Rns của dây dẫn bảo vệ pha và trung tính, Ôm;

Xf và Xnz - điện trở cảm ứng bên trong của dây dẫn bảo vệ pha và trung tính, Ohm;

- pha phức tạp của trở kháng vòng lặp - không, Ohm.

Cơm. 1. Sơ đồ tính toán trung hòa trong mạng điện xoay chiều khi gián đoạn công suất: a — đầy đủ, b, c — đơn giản hóa

Khi tính toán đặt lại, cho phép sử dụng công thức gần đúng để tính giá trị thực (mô-đun) của dòng điện ngắn mạch A, trong đó các mô-đun của điện trở máy biến áp và pha của vòng lặp bằng không zt và zn Ohm, thêm số học:

Một số điểm không chính xác (khoảng 5%) của công thức này củng cố các yêu cầu về an toàn và do đó được coi là có thể chấp nhận được.

Pha trở kháng vòng — không ở dạng thực (mô-đun) là, Ohm,

Công thức tính toán trông như thế này:

Ở đây, chỉ có điện trở của dây trung tính bảo vệ và không xác định, có thể được xác định bằng các phép tính phù hợp sử dụng cùng một công thức. Tuy nhiên, những tính toán này thường không được thực hiện, vì mặt cắt ngang của dây trung tính bảo vệ và vật liệu của nó được lấy trước từ điều kiện độ thẩm thấu của dây bảo vệ trung tính ít nhất bằng 50% điện môi của dây pha. , I E.

hoặc

Điều kiện này được thiết lập bởi PUE với giả định rằng đối với độ dẫn như vậy, Azk sẽ có giá trị cần thiết

Nên sử dụng các loại dây không cách điện hoặc cách điện như dây bảo vệ zero PUE, cũng như các kết cấu kim loại khác nhau của tòa nhà, đường ray cần cẩu, ống thép cho hệ thống dây điện, đường ống, v.v.Nên sử dụng đồng thời dây trung tính làm việc và dây trung tính bảo vệ. Trong trường hợp này, dây trung tính làm việc phải có đủ độ dẫn điện (ít nhất bằng 50% độ dẫn điện của dây pha) và không được có cầu chì, công tắc.

Do đó, việc tính toán đặt lại khả năng ngắt là kiểm tra tính toán tính đúng đắn của việc lựa chọn độ dẫn điện của dây dẫn bảo vệ trung tính, hay đúng hơn là độ dẫn điện của vòng lặp, pha bằng không.

Ý nghĩa của zT, Ohm, phụ thuộc vào công suất của máy biến áp, điện áp và sơ đồ kết nối của cuộn dây, cũng như thiết kế của máy biến áp. Khi tính toán đặt lại, giá trị zm được lấy từ các bảng (ví dụ: bảng 1).

Các giá trị Rf và Rnz, Ohm, đối với dây dẫn bằng kim loại màu (đồng, nhôm) được xác định theo dữ liệu đã biết: tiết diện c, mm2, chiều dài l, m và vật liệu của dây dẫn ρ.. .Trong trường hợp này, điện trở yêu cầu

trong đó ρ- điện trở riêng của dây dẫn, bằng 0,018 đối với đồng và 0,028 Ohmm2 / m đối với nhôm.

Bảng 1. Giá trị gần đúng của trở kháng tính toán zt, Ohm, cuộn dây của máy biến áp 3 pha chạy dầu

Công suất máy biến áp, kV A Điện áp định mức của cuộn dây cao áp, kV zt, Ôm, với sơ đồ đấu dây 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

Ghi chú. Các bảng này đề cập đến các máy biến áp có cuộn dây điện áp thấp 400/230 V. Ở điện áp thấp hơn 230/127 V, các giá trị điện trở đưa ra trong bảng phải giảm 3 lần.

Nếu dây dẫn bảo vệ trung tính là thép, thì điện trở hoạt động của nó được xác định bằng cách sử dụng các bảng, chẳng hạn như bảng. 2, cho thấy các giá trị điện trở 1 km (rω, Ohm / km) của các dây thép khác nhau ở các mật độ dòng điện khác nhau với tần số 50 Hz.

Để làm điều này, bạn cần thiết lập cấu hình và mặt cắt ngang của dây, cũng như biết chiều dài của nó và giá trị mong đợi của dòng điện ngắn mạch I K sẽ đi qua dây này trong thời gian khẩn cấp. Tiết diện của dây được điều chỉnh sao cho mật độ dòng điện ngắn mạch trong nó xấp xỉ 0,5-2,0 A / mm2.

Bảng 2. Điện trở suất tác dụng rω và cảm ứng trong xω của dây thép ở dòng điện xoay chiều (50 Hz), Ôm/km

Kích thước hoặc đường kính của tiết diện, mm Tiết diện, mm2 rω хω rω хω rω хω rω хω ở mật độ dòng điện dự kiến ​​trong dây dẫn, A / mm2 0,5 1,0 1,5 2,0 Dải hình chữ nhật 20 x 4 80 5,24 3,14 4,20 2,52 3,48 2,09 2,9 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 4 160 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 — — Dây tròn 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 — — — —

Các giá trị Xph và Khnz đối với dây dẫn đồng và nhôm tương đối nhỏ (khoảng 0,0156 Ohm / km) nên có thể bỏ qua, đối với dây dẫn thép, phản ứng cảm ứng bên trong đủ lớn và được xác định bằng bảng, ví dụ bảng. 2. Trong trường hợp này, cũng cần biết cấu hình và mặt cắt ngang của dây, chiều dài của dây và giá trị dòng điện dự kiến.

Giá trị của Xn, Ohm, có thể được xác định theo công thức đã biết từ cơ sở lý thuyết của kỹ thuật điện đối với điện trở cảm ứng của đường dây hai dây với các dây tròn có cùng đường kính d, m,

trong đó ω - vận tốc góc, rad/s; L - điện cảm tuyến tính, H; μr - độ thấm từ tương đối của môi trường; μo = 4π x 10 -7—hằng số từ tính, H/m; l — chiều dài đoạn thẳng, m; e - khoảng cách giữa các dây dẫn của đường dây, m.

Đối với 1 km đường dây đặt trong không khí (μr = 1) ở tần số hiện tại f = 50 Hz (ω=314 vui / và), công thức có dạng, Ohm / km,

Từ phương trình này có thể thấy rằng điện trở cảm ứng bên ngoài phụ thuộc vào khoảng cách giữa các dây dẫn d và đường kính của chúng d... Tuy nhiên, do d thay đổi trong giới hạn không đáng kể nên ảnh hưởng của nó cũng không đáng kể và do đó Xn, phụ thuộc chủ yếu vào d ( điện trở tăng theo khoảng cách). Do đó, để giảm điện trở cảm ứng bên ngoài của vòng lặp, pha bằng không, dây dẫn bảo vệ trung tính phải được đặt cùng với dây dẫn pha hoặc ở gần chúng.

Đối với các giá trị nhỏ của e, tương ứng với đường kính của dây dẫn e, nghĩa là khi dây pha và dây trung tính được đặt gần nhau, điện trở Xn không đáng kể (không quá 0,1 Ohm / km) và có thể bỏ qua.

Trong tính toán thực tế, họ thường giả định Xn = 0,6 Ohm / km, tương ứng với khoảng cách giữa các dây dẫn là 70 — 100 cm (khoảng cách như vậy là trên đường dây tải điện trên không từ dây trung tính đến dây pha xa nhất).