Cálculo de puesta a tierra: método y fórmulas para calcular la puesta a tierra de protección de equipos eléctricos

El cálculo de cero está destinado a determinar las condiciones en las que realiza de manera confiable las tareas asignadas: desconecta rápidamente la instalación dañada de la red y al mismo tiempo garantiza la seguridad de una persona que toca la caja puesta a cero durante un período de emergencia. De acuerdo a esto puesta a tierra de protección confiar en el poder de corte así como en la seguridad al contacto de la caja cuando la fase está en corto a tierra (cálculo de puesta a tierra del neutro) y de la caja (cálculo de puesta a tierra del conductor de protección neutro).

a) Cálculo de interrupción

Cuando una fase se cierra al caso neutro, la instalación eléctrica se desconectará automáticamente si el valor de la corriente de cortocircuito monofásica (es decir, entre la fase y el conductor de protección neutro) Y K, A, satisface la condición

donde k - factor de multiplicación de la corriente nominal Azn A, el fusible o la configuración actual del interruptor, A. (La corriente nominal del fusible es la corriente, cuyo valor se indica (estampado) directamente en el inserto por el fabricante.calentamiento por encima de la temperatura establecida por el fabricante)

Se acepta un coeficiente de valor k en función del tipo de protección de la instalación eléctrica. Si la protección se lleva a cabo mediante un interruptor automático que solo tiene una liberación electromagnética (interrupción), es decir, se dispara sin retardo de tiempo, entonces k aceptado en el rango 1.25-1.4.

Si la instalación está protegida por fusibles, cuyo tiempo de combustión depende, como se sabe, de la corriente (disminuye con el aumento de la corriente), entonces para acelerar el apagado, tome

Si la instalación está protegida por un interruptor automático con una característica dependiente de la corriente inversa similar a la de los fusibles, entonces también

El significado Y K depende de la tensión de fase de la red Uf y de las resistencias del circuito, incluidas las impedancias del transformador zt, cable de fase zf, conductor de protección neutrozns, resistencia inductiva externa del conductor de fase del bucle (bucle) — cero conductor de protección (fase -cero bucles) хn, así como de las resistencias activas de la puesta a tierra neutra de los devanados de la fuente de corriente (transformador) ro y puesta a tierra del conductor de protección neutro rn (Fig. 1, a).

Dado que ro y rn son, por regla general, grandes en comparación con otras resistencias de circuito, es posible ignorar la rama paralela formada por ellos. Luego, el esquema de cálculo se simplificará (Fig. 1, b), y la expresión para la corriente de cortocircuito Y K, A, en forma compleja será

o

donde Uf es la tensión de fase de la red, V;

zt — complejo de impedancia de los devanados de una fuente de corriente trifásica (transformador), Ohm;

zf — el complejo de impedancia del conductor de fase, Ohm;

znz — complejo de impedancia del conductor de protección cero, Ohm;

Rf y Rns resistencia activa de los conductores de protección de fase y neutro, Ohm;

Xf y Xnz: resistencias inductivas internas de los conductores de protección de fase y neutro, Ohm;

— fase compleja de impedancia de bucle — cero, Ohm.

Arroz. 1. Esquema calculado de neutralización en la red de corriente alterna para la interrupción de la capacidad: a — completo, b, c — simplificado

Al calcular el reinicio, está permitido usar una fórmula aproximada para calcular el valor real (módulo) de la corriente de cortocircuito A, en la que los módulos de la resistencia del transformador y la fase del bucle son cero zt y zn Ohm, suma aritméticamente:

Algunas imprecisiones (alrededor del 5 %) de esta fórmula refuerzan los requisitos de seguridad y, por lo tanto, se consideran aceptables.

Fase de impedancia de bucle: cero en forma real (módulo) es, Ohm,

La fórmula de cálculo se ve así:

En este caso, solo se desconocen las resistencias del conductor de protección neutro y, que pueden determinarse mediante cálculos adecuados utilizando la misma fórmula. Sin embargo, estos cálculos generalmente no se llevan a cabo, porque la sección transversal del conductor de protección neutral y su material se toman de antemano a partir de la condición de que la permeabilidad del conductor de protección neutral sea al menos el 50% de la permitividad del conductor de fase. , es decir.

o

Esta condición la establece PUE bajo el supuesto de que para tal conductividad Azk tendrá el valor requerido

Se recomienda el uso de cables aislados o sin aislamiento, como cables de protección de cero PUE, así como varias estructuras metálicas de edificios, vías de grúas, tuberías de acero para cableado eléctrico, tuberías, etc.Se recomienda utilizar simultáneamente conductores neutros de trabajo y como conductores neutros de protección. En este caso, los cables neutrales de trabajo deben tener suficiente conductividad (al menos el 50% de la conductividad del cable de fase) y no deben tener fusibles ni interruptores.

Por lo tanto, el cálculo de restablecer la capacidad de corte es una verificación del cálculo de la corrección de la selección de la conductividad del conductor de protección neutral, o más bien de la suficiencia de la conductividad del bucle, la fase es cero.

Es decir, zT, Ohm, depende de la potencia del transformador, el voltaje y el esquema de conexión de sus devanados, así como del diseño del transformador. Al calcular el reinicio, el valor zm se toma de las tablas (por ejemplo, la tabla 1).

Los valores Rf y Rnz, Ohm, para conductores de metales no ferrosos (cobre, aluminio) se determinan de acuerdo con datos conocidos: sección transversal c, mm2, longitud l, m y el material de los conductores ρ.. En este caso, la resistencia requerida

donde ρ- la resistencia específica del conductor, igual a 0,018 para el cobre y 0,028 Ohmm2/m para el aluminio.

Tabla 1. Valores aproximados de impedancias calculadas zt, Ohm, devanados de transformadores trifásicos llenos de aceite.

Potencia del transformador, kV A Tensión nominal de devanados de alta tensión, kV zt, Ohm, con diagrama de conexión de devanados 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. Estas tablas se refieren a transformadores con devanados de baja tensión 400/230 V. A tensión inferior 230/127 V, los valores de resistencia dados en la tabla deben reducirse 3 veces.

Si el conductor de protección neutro es acero, entonces su resistencia activa se determina utilizando tablas, por ejemplo, una tabla. 2, que muestra los valores de resistencia de 1 km (rω, Ohm / km) de diferentes cables de acero a diferentes densidades de corriente con una frecuencia de 50 Hz.

Para hacer esto, debe configurar el perfil y la sección transversal del cable, así como conocer su longitud y el valor esperado de la corriente de cortocircuito I K que pasará a través de este cable durante el período de emergencia. La sección transversal del cable se ajusta de modo que la densidad de corriente de cortocircuito sea de aproximadamente 0,5-2,0 A / mm2.

Tabla 2. Resistencias activas rω e inductivas internas xω de alambres de acero a corriente alterna (50 Hz), Ohm/km

Dimensiones o diámetro de la sección, mm Sección, mm2 rω хω rω хω rω хω rω хω a la densidad de corriente esperada en el conductor, A / mm2 0,5 1,0 1,5 2,0 Tira rectangular 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 — — Alambre redondo 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 — — — —

Los valores Xph y Khnz para conductores de cobre y aluminio son relativamente pequeños (alrededor de 0.0156 Ohm / km), por lo que pueden despreciarse.Para conductores de acero, las reacciones inductivas internas son lo suficientemente grandes y se determinan utilizando tablas, por ejemplo, table. 2. En este caso, también es necesario conocer el perfil y la sección transversal del cable, su longitud y el valor esperado de la corriente.

El valor de Xn, Ohm, se puede determinar de acuerdo con la fórmula conocida de los fundamentos teóricos de la ingeniería eléctrica para la resistencia inductiva de una línea de dos hilos con hilos redondos del mismo diámetro d, m,

donde ω — velocidad angular, rad/s; L — inductancia lineal, H; μr — permeabilidad magnética relativa del medio; μo = 4π x 10 -7 — constante magnética, H / m; l — longitud de la línea, m; e — la distancia entre los conductores de la línea, m.

Para 1 km de línea colocada en el aire (μr = 1) a la frecuencia actual f = 50 Hz (ω=314 alegre/y), la fórmula toma la forma, Ohm/km,

De esta ecuación se puede ver que la resistencia inductiva externa depende de la distancia entre los alambres d y su diámetro d... Sin embargo, dado que d varía dentro de límites insignificantes, su influencia también es insignificante y por lo tanto Xn, depende principalmente de d ( la resistencia aumenta con la distancia). Por lo tanto, para reducir la resistencia inductiva externa del bucle, la fase es cero, los conductores de protección neutros deben colocarse junto con los conductores de fase o muy cerca de ellos.

Para valores pequeños de e, acordes con el diámetro de los conductores e, es decir, cuando los conductores de fase y neutro están ubicados muy cerca uno del otro, la resistencia Xn es insignificante (no más de 0.1 Ohm / km) y puede ser descuidado.

En los cálculos prácticos, generalmente asumen Xn = 0.6 Ohm / km, que corresponde a la distancia entre los conductores de 70 a 100 cm (aproximadamente tales distancias están en las líneas eléctricas aéreas desde el conductor neutro hasta el conductor de fase más lejano).