Cálculo de aterramento — método e fórmulas para calcular o aterramento de proteção de equipamentos elétricos

O cálculo do zero destina-se a determinar as condições sob as quais ele executa com segurança suas tarefas atribuídas - desconecta rapidamente a instalação danificada da rede e, ao mesmo tempo, garante a segurança de uma pessoa que toca a caixa zerada durante um período de emergência. De acordo com isso aterramento de proteção confie na capacidade de interrupção, bem como na segurança contra toque da caixa quando a fase está em curto com o terra (cálculo do aterramento do neutro) e da caixa (cálculo do reaterramento do condutor de proteção do neutro).

a) Cálculo da interrupção

Quando uma fase é fechada para o invólucro neutro, a instalação elétrica será desconectada automaticamente se o valor da corrente de curto-circuito monofásico (ou seja, entre a fase e o condutor de proteção neutro) E K, A, satisfizer a condição

onde k - fator de multiplicação da corrente nominal Azn A, o fusível ou o ajuste de corrente do disjuntor, A. (A corrente nominal do fusível é a corrente, cujo valor é indicado (estampado) diretamente no inserto por O manufatureiro.aquecimento acima da temperatura definida pelo fabricante)

Um coeficiente de valor k é aceito dependendo do tipo de proteção da instalação elétrica. Se a proteção for realizada por um disjuntor que possua apenas disparo eletromagnético (interrupção), ou seja, acionado sem retardo de tempo, então k aceito na faixa 1,25-1,4.

Se a instalação estiver protegida por fusíveis, cujo tempo de queima depende, como se sabe, da corrente (diminui com o aumento da corrente), para acelerar o desligamento, tome

Se a instalação estiver protegida por um disjuntor com uma característica dependente da corrente inversa semelhante à dos fusíveis, então também

Significado E K depende da tensão de fase da rede Uf e das resistências do circuito, incluindo as impedâncias do transformador zt, fio de fase zf, condutor de proteção neutrozns, resistência indutiva externa do condutor de fase do loop (loop) - condutor de proteção zero (fase -zero loops) хn, bem como das resistências ativas do aterramento neutro dos enrolamentos da fonte de corrente (transformador) ro e novo aterramento do condutor de proteção neutro rn (Fig. 1, a).

Como ro e rn são, via de regra, grandes em comparação com outras resistências do circuito, é possível ignorar o ramo paralelo formado por eles. Então o esquema de cálculo será simplificado (Fig. 1, b), e a expressão para a corrente de curto-circuito E K, A, na forma complexa será

ou

onde Uf é a tensão de fase da rede, V;

zt — complexo de impedância dos enrolamentos de uma fonte de corrente trifásica (transformador), Ohm;

zf — o complexo de impedância do condutor de fase, Ohm;

znz — complexo de impedância de condutor protetor zero, Ohm;

Rf e Rns resistência ativa dos condutores de proteção de fase e neutro, Ohm;

Xf e Xnz — resistências indutivas internas de condutores de proteção de fase e neutro, Ohm;

— fase complexa da impedância do loop — zero, Ohm.

Arroz. 1. Esquema calculado de neutralização na rede de corrente alternada para interrupção de capacidade: a — completo, b, c — simplificado

Ao calcular o reset, é permitido usar uma fórmula aproximada para calcular o valor real (módulo) da corrente de curto-circuito A, na qual os módulos da resistência do transformador e a fase do loop são zero zt e zn Ohm, adicione aritmeticamente:

Algumas imprecisões (cerca de 5%) desta fórmula reforçam os requisitos de segurança e, portanto, são consideradas aceitáveis.

Fase de impedância de loop - zero na forma real (módulo) é, Ohm,

A fórmula de cálculo fica assim:

Aqui, apenas as resistências do condutor de proteção neutro são desconhecidas, o que pode ser determinado por cálculos adequados usando a mesma fórmula. No entanto, esses cálculos geralmente não são realizados, porque a seção transversal do condutor de proteção neutro e seu material são retirados antecipadamente da condição de que a permeabilidade do condutor de proteção neutro seja de pelo menos 50% da permissividade do condutor de fase , ou seja

ou

Esta condição é estabelecida pela PUE sob a suposição de que para tal condutividade Azk terá o valor requerido

Recomenda-se o uso de fios não isolados ou isolados, como fios de proteção zero PUE, bem como várias estruturas metálicas de edifícios, trilhos de guindastes, tubos de aço para fiação elétrica, tubulações, etc.Recomenda-se o uso simultâneo de condutores neutros de trabalho e como condutores neutros de proteção. Neste caso, os fios de trabalho do neutro devem ter condutividade suficiente (pelo menos 50% da condutividade do fio de fase) e não devem ter fusíveis e interruptores.

Portanto, o cálculo da redefinição da capacidade de interrupção é uma verificação do cálculo da correção da seleção da condutividade do condutor de proteção neutro, ou melhor, da suficiência da condutividade do loop, a fase é zero.

O significado zT, Ohm, depende da potência do transformador, da tensão e do esquema de conexão de seus enrolamentos, bem como do projeto do transformador. Ao calcular a reinicialização, o valor zm é obtido das tabelas (por exemplo, tabela 1).

Os valores Rf e Rnz, Ohm, para condutores de metais não ferrosos (cobre, alumínio) são determinados de acordo com dados conhecidos: seção transversal c, mm2, comprimento l, m e o material dos condutores ρ.. . Neste caso, a resistência necessária

onde ρ- a resistência específica do condutor, igual a 0,018 para cobre e 0,028 Ohmm2/m para alumínio.

Tabela 1. Valores aproximados das impedâncias calculadas zt, Ohm, enrolamentos de transformadores trifásicos a óleo

Potência do transformador, kV A Tensão nominal dos enrolamentos de alta tensão, kV zt, Ohm, com diagrama de conexão dos enrolamentos Y / Yí 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

Observação. Estas tabelas referem-se a transformadores com enrolamentos de baixa tensão 400/230 V. Na tensão mais baixa 230/127 V, os valores de resistência dados na tabela devem ser reduzidos em 3 vezes.

Se o condutor de proteção neutro for de aço, sua resistência ativa é determinada usando tabelas, por exemplo, uma tabela. 2, que mostra os valores de resistência de 1 km (rω, Ohm/km) de diferentes fios de aço em diferentes densidades de corrente com frequência de 50 Hz.

Para fazer isso, você precisa definir o perfil e a seção transversal do fio, bem como conhecer seu comprimento e o valor esperado da corrente de curto-circuito I K que passará por esse fio durante o período de emergência. A seção transversal do fio é ajustada para que a densidade de corrente de curto-circuito seja de aproximadamente 0,5-2,0 A / mm2.

Tabela 2. Resistências ativas rω e indutivas internas xω de fios de aço em corrente alternada (50 Hz), Ohm/km

Dimensões ou diâmetro da seção, mm Seção, mm2 rω хω rω хω rω хω rω хω na densidade de corrente esperada no condutor, A / mm2 0,5 1,0 1,5 2,0 Faixa retangular 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 — — Fio 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 — — — —

Os valores Xph e Khnz para condutores de cobre e alumínio são relativamente pequenos (cerca de 0,0156 Ohm / km), portanto podem ser negligenciados. Para condutores de aço, as reações indutivas internas são grandes o suficiente e são determinadas usando tabelas, por exemplo, tabela. 2. Neste caso, também é necessário conhecer o perfil e seção transversal do fio, seu comprimento e o valor esperado da corrente.

O valor de Xn, Ohm, pode ser determinado de acordo com a fórmula conhecida dos fundamentos teóricos da engenharia elétrica para a resistência indutiva de uma linha de dois fios com fios redondos do mesmo diâmetro d, m,

onde ω — velocidade angular, rad/s; L — indutância linear, H; μr — permeabilidade magnética relativa do meio; μo = 4π x 10 -7 — constante magnética, H / m; l — comprimento da linha, m; e — a distância entre os condutores da linha, m.

Para 1 km de linha colocada no ar (μr = 1) na frequência atual f = 50 Hz (ω=314 contente / e), a fórmula assume a forma, Ohm / km,

A partir desta equação pode-se ver que a resistência indutiva externa depende da distância entre os fios d e seu diâmetro d... No entanto, como d varia dentro de limites insignificantes, sua influência também é insignificante e, portanto, Xn depende principalmente de d ( a resistência aumenta com a distância). Portanto, para reduzir a resistência indutiva externa do loop, a fase é zero, os condutores de proteção neutros devem ser colocados juntos com os condutores de fase ou próximos a eles.

Para pequenos valores de e, proporcionais ao diâmetro dos condutores e, ou seja, quando os condutores de fase e neutro estão localizados próximos um do outro, a resistência Xn é insignificante (não mais que 0,1 Ohm / km) e pode ser negligenciado.

Em cálculos práticos, eles geralmente assumem Xn = 0,6 Ohm / km, que corresponde à distância entre os condutores de 70 a 100 cm (aproximadamente essas distâncias estão nas linhas aéreas de energia do condutor neutro ao condutor de fase mais distante).