Erdungsberechnung – Methode und Formeln zur Berechnung der Schutzerdung elektrischer Geräte

Mit der Nullpunktberechnung sollen die Bedingungen ermittelt werden, unter denen es die ihm zugewiesenen Aufgaben zuverlässig erfüllt – es trennt die beschädigte Anlage schnell vom Netz und gewährleistet gleichzeitig die Sicherheit einer Person, die im Notfall das Nullpunktgehäuse berührt. Demzufolge Schutzerdung Verlassen Sie sich auf das Ausschaltvermögen sowie die Berührungssicherheit des Gehäuses bei Kurzschluss der Phase mit Erde (Berechnung der Neutralleitererdung) und des Gehäuses (Berechnung der Wiedererdung des Neutralleiter-Schutzleiters).

a) Unterbrechungsberechnung

Wenn eine Phase mit dem Neutralleiter verbunden ist, wird die elektrische Anlage automatisch abgeschaltet, wenn der Wert des einphasigen Kurzschlussstroms (dh zwischen Phase und Neutralleiter) UND K, A, die Bedingung erfüllt

wobei k — Faktor der Multiplikation des Nennstroms Azn A, der Sicherung oder der Stromeinstellung des Leistungsschalters, A. (Der Nennstrom der Sicherung ist der Strom, dessen Wert direkt auf der Beilage angegeben (gestempelt) ist der Hersteller.Erhitzen über die vom Hersteller eingestellte Temperatur)

Abhängig von der Schutzart der elektrischen Anlage wird ein Koeffizient mit dem Wert k akzeptiert. Wenn der Schutz durch einen Leistungsschalter erfolgt, der nur über einen elektromagnetischen Auslöser (Unterbrechung) verfügt, also ohne Zeitverzögerung auslöst, wird k im Bereich von 1,25 bis 1,4 akzeptiert.

Wenn die Anlage durch Sicherungen geschützt ist, deren Brenndauer bekanntermaßen vom Strom abhängt (mit steigendem Strom abnimmt), dann nehmen Sie zur Beschleunigung der Abschaltung Folgendes vor

Wenn die Anlage durch einen Schutzschalter mit rückstromabhängiger Charakteristik ähnlich der von Sicherungen geschützt ist, dann auch

Bedeutung UND K hängt von der Phasenspannung des Netzwerks Uf und den Stromkreiswiderständen ab, einschließlich der Impedanzen des Transformators zt, Phasendraht zf, neutraler Schutzleiterzns, äußerer induktiver Widerstand des Phasenleiters der Schleife (Schleife) – Null-Schutzleiter (Phase-Null-Schleifen) хn, sowie aus den aktiven Widerständen der neutralen Erdung der Wicklungen der Stromquelle (Transformator) ro und Neuerdung des neutralen Schutzleiters rn (Abb. 1, a).

Da ro und rn im Vergleich zu anderen Stromkreiswiderständen in der Regel groß sind, kann der durch sie gebildete Parallelzweig vernachlässigt werden. Dann wird das Berechnungsschema vereinfacht (Abb. 1, b) und der Ausdruck für den Kurzschlussstrom UND K, A, in komplexer Form wird sein

oder

wobei Uf die Phasenspannung des Netzwerks ist, V;

zt – Impedanzkomplex der Wicklungen einer dreiphasigen Stromquelle (Transformator), Ohm;

zf – der Impedanzkomplex des Phasenleiters, Ohm;

znz – Impedanzkomplex des Nullschutzleiters, Ohm;

Aktiver Widerstand Rf und Rns der Phasen- und Neutralleiter, Ohm;

Xf und Xnz – interne induktive Widerstände der Phasen- und Neutralleiter, Ohm;

– komplexe Phase der Schleifenimpedanz – Null, Ohm.

Reis. 1. Berechnetes Neutralisationsschema im Wechselstromnetz bei Kapazitätsunterbrechung: a – vollständig, b, c – vereinfacht

Bei der Berechnung des Resets darf eine Näherungsformel zur Berechnung des Istwerts (Modul) des Kurzschlussstroms A verwendet werden, bei der die Module des Widerstands des Transformators und der Phase der Schleife Null zt und zn sind Ohm, addiere rechnerisch:

Einige Ungenauigkeiten (ca. 5 %) dieser Formel verstärken die Sicherheitsanforderungen und gelten daher als akzeptabel.

Schleifenimpedanz Phase – Null in realer Form (Modul) ist, Ohm,

Die Berechnungsformel sieht so aus:

Dabei sind lediglich die Widerstände des neutralen Schutzleiters und unbekannt, die durch geeignete Berechnungen nach der gleichen Formel ermittelt werden können. Diese Berechnungen werden jedoch in der Regel nicht durchgeführt, da der Querschnitt des neutralen Schutzleiters und sein Material im Voraus aus der Bedingung abgeleitet werden, dass die Permeabilität des neutralen Schutzleiters mindestens 50 % der Permittivität des Phasenleiters beträgt , d.h.

oder

Diese Bedingung wird von PUE unter der Annahme festgelegt, dass Azk für eine solche Leitfähigkeit den erforderlichen Wert hat

Es wird empfohlen, nicht isolierte oder isolierte Drähte wie Null-PUE-Schutzdrähte sowie verschiedene Metallkonstruktionen von Gebäuden, Kranbahnen, Stahlrohre für elektrische Leitungen, Rohrleitungen usw. zu verwenden.Es wird empfohlen, neutrale Arbeitsleiter und gleichzeitig als schützende Neutralleiter zu verwenden. In diesem Fall müssen die neutralen Arbeitsdrähte eine ausreichende Leitfähigkeit haben (mindestens 50 % der Leitfähigkeit des Phasendrahtes) und dürfen keine Sicherungen und Schalter haben.

Daher ist die Berechnung des Rücksetzens des Ausschaltvermögens eine Überprüfung der Berechnung der Richtigkeit der Auswahl der Leitfähigkeit des neutralen Schutzleiters bzw. der ausreichenden Leitfähigkeit der Schleife, die Phase ist Null.

Bedeutung zT, Ohm, hängt von der Leistung des Transformators, der Spannung und dem Anschlussschema seiner Wicklungen sowie von der Konstruktion des Transformators ab. Bei der Berechnung des Resets wird der zm-Wert aus Tabellen übernommen (z. B. Tabelle 1).

Die Werte Rf und Rnz, Ohm, für Leiter aus Nichteisenmetallen (Kupfer, Aluminium) werden nach bekannten Daten bestimmt: Querschnitt c, mm2, Länge l, m und das Material der Leiter ρ. . In diesem Fall der erforderliche Widerstand

wo ρ- der spezifische Widerstand des Leiters, gleich 0,018 für Kupfer und 0,028 Ohmm2/m für Aluminium.

Tabelle 1. Ungefähre Werte der berechneten Impedanzen zt, Ohm, Wicklungen ölgefüllter Dreiphasentransformatoren

Transformatorleistung, kV A Nennspannung der Hochspannungswicklungen, kV zt, Ohm, mit Wicklungsanschlussdiagramm Y / Yn 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

Notiz. Diese Tabellen beziehen sich auf Transformatoren mit Wicklungen der Niederspannung 400/230 V. Bei der Unterspannung 230/127 V müssen die in der Tabelle angegebenen Widerstandswerte um das Dreifache reduziert werden.

Handelt es sich bei dem neutralen Schutzleiter um Stahl, so wird sein Wirkwiderstand anhand von Tabellen, beispielsweise einer Tabelle, ermittelt. 2, die die Widerstandswerte von 1 km (rω, Ohm/km) verschiedener Stahldrähte bei unterschiedlichen Stromdichten mit einer Frequenz von 50 Hz zeigt.

Dazu müssen Sie das Profil und den Querschnitt des Drahtes einstellen sowie seine Länge und den erwarteten Wert des Kurzschlussstroms I K kennen, der im Notfall durch diesen Draht fließt. Der Querschnitt des Drahtes ist so eingestellt, dass die Kurzschlussstromdichte darin etwa 0,5-2,0 A/mm2 beträgt.

Tabelle 2. Aktiver rω- und interner induktiver xω-Widerstand von Stahldrähten bei Wechselstrom (50 Hz), Ohm/km

Abmessungen oder Durchmesser des Abschnitts, mm Abschnitt, mm2 rω хω rω хω rω хω rω хω bei der erwarteten Stromdichte im Leiter, A / mm2 0,5 1,0 1,5 2,0 Rechteckiger Streifen 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 — — Runddraht 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-Werte und Khnz für Kupfer- und Aluminiumleiter sind relativ klein (ca. 0,0156 Ohm/km) und können daher vernachlässigt werden. Bei Stahlleitern sind die inneren induktiven Reaktionen groß genug und werden beispielsweise anhand von Tabellen ermittelt Tabelle. 2. In diesem Fall ist es auch notwendig, das Profil und den Querschnitt des Drahtes, seine Länge und den erwarteten Stromwert zu kennen.

Der Wert von Xn, Ohm, lässt sich nach der aus den theoretischen Grundlagen der Elektrotechnik bekannten Formel für den induktiven Widerstand einer Zweidrahtleitung mit Runddrähten gleichen Durchmessers d, m ermitteln.

wobei ω – Winkelgeschwindigkeit, rad/s; L – lineare Induktivität, H; μr – relative magnetische Permeabilität des Mediums; μo = 4π x 10 -7 – magnetische Konstante, H / m; l – Linienlänge, m; e – der Abstand zwischen den Leitern der Leitung, m.

Für 1 km Leitung in Luft (μr = 1) bei der aktuellen Frequenz f = 50 Hz (ω=314 Glad / und) hat die Formel die Form: Ohm / km,

Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, dass der äußere induktive Widerstand vom Abstand zwischen den Drähten d und ihrem Durchmesser d abhängt. Da d jedoch innerhalb unbedeutender Grenzen variiert, ist sein Einfluss ebenfalls unbedeutend und daher hängt Xn hauptsächlich von d ab ( der Widerstand nimmt mit der Entfernung zu). Um den äußeren induktiven Widerstand der Phase Null zu verringern, müssen daher die neutralen Schutzleiter zusammen mit den Phasenleitern oder in unmittelbarer Nähe zu diesen verlegt werden.

Bei kleinen Werten von e, die dem Durchmesser der Leiter e entsprechen, d. h. wenn sich Phasen- und Neutralleiter in unmittelbarer Nähe zueinander befinden, ist der Widerstand Xn unbedeutend (nicht mehr als 0,1 Ohm/km) und kann vernachlässigt werden.

In praktischen Berechnungen gehen sie üblicherweise von Xn = 0,6 Ohm / km aus, was einem Abstand zwischen den Leitern von 70 – 100 cm entspricht (ungefähr solche Abstände gelten bei Freileitungen vom Neutralleiter bis zum am weitesten entfernten Phasenleiter).