Perhitungan pembumian — metode dan formula untuk menghitung pembumian pelindung peralatan listrik
Perhitungan nol dimaksudkan untuk menentukan kondisi di mana ia dapat melakukan tugas yang ditugaskan dengan andal - dengan cepat memutuskan instalasi yang rusak dari jaringan dan pada saat yang sama memastikan keselamatan seseorang yang menyentuh kasing nol selama periode darurat. Menurut Ini pembumian pelindung bergantung pada kapasitas pemutusan serta keamanan sentuhan kasing ketika fase pendek ke tanah (perhitungan pembumian netral) dan kasing (perhitungan pembumian ulang konduktor pelindung netral).
a) Perhitungan gangguan
Ketika salah satu fasa ditutup ke selubung netral, instalasi listrik akan otomatis terputus jika nilai arus hubung singkat satu fasa (yaitu antara fasa dan penghantar pelindung netral) DAN K, A, memenuhi syarat
di mana k adalah faktor penggandaan arus pengenal Azn A, sekering atau pengaturan pemutus arus, A. (Arus pengenal sekering adalah arus, yang nilainya ditunjukkan (dicap) langsung pada sisipan dengan pabrikan.pemanasan di atas suhu yang ditetapkan oleh pabrikan)
Koefisien nilai k diterima tergantung pada jenis proteksi instalasi listrik. Jika proteksi dilakukan oleh pemutus sirkuit yang hanya memiliki pelepasan (interupsi) elektromagnetik, yaitu dipicu tanpa penundaan waktu, maka k diterima dalam kisaran 1.25-1.4.
Jika instalasi dilindungi oleh sekering, waktu pembakarannya tergantung, seperti diketahui, pada arus (berkurang dengan bertambahnya arus), maka untuk mempercepat pematian, ambil
Jika instalasi dilindungi oleh pemutus arus dengan karakteristik arus balik yang mirip dengan sekering, maka juga
Artinya DAN K tergantung pada tegangan fasa jaringan Uf dan resistansi rangkaian, termasuk impedansi transformator zt, kawat fasa zf, konduktor pelindung netralzns, resistansi induktif eksternal dari konduktor fase loop (loop) - konduktor pelindung nol (loop fase-nol) хn, serta dari resistansi aktif pentanahan netral belitan sumber arus (transformator) ro dan pengardean ulang konduktor pelindung netral rn (Gbr. 1, a).
Karena ro dan rn biasanya besar dibandingkan dengan resistansi sirkuit lainnya, cabang paralel yang dibentuk olehnya dapat diabaikan. Kemudian skema perhitungan akan disederhanakan (Gbr. 1, b), dan ekspresi arus hubung singkat DAN K, A, dalam bentuk kompleks akan menjadi
atau
di mana Uf adalah tegangan fasa jaringan, V;
zt - kompleks impedansi belitan sumber arus tiga fase (transformator), Ohm;
zf - kompleks impedansi konduktor fase, Ohm;
znz — kompleks impedansi konduktor pelindung nol, Ohm;
Resistansi aktif Rf dan Rns konduktor pelindung fase dan netral, Ohm;
Xf dan Xnz - resistansi induktif internal dari konduktor pelindung fase dan netral, Ohm;
— fase kompleks dari impedansi loop — nol, Ohm.
Beras. 1. Skema netralisasi yang dihitung dalam jaringan arus bolak-balik untuk gangguan kapasitas: a — penuh, b, c — disederhanakan
Saat menghitung reset, diperbolehkan menggunakan rumus perkiraan untuk menghitung nilai aktual (modul) dari arus hubung singkat A, di mana modul resistansi transformator dan fase loop adalah nol zt dan zn Ohm, tambahkan secara aritmatika:
Beberapa ketidakakuratan (sekitar 5%) dari formula ini memperkuat persyaratan keselamatan dan karenanya dianggap dapat diterima.
Fase impedansi loop — nol dalam bentuk nyata (modul), Ohm,
Rumus perhitungan terlihat seperti ini:
Di sini, hanya resistansi konduktor pelindung netral yang tidak diketahui, yang dapat ditentukan dengan perhitungan yang sesuai menggunakan rumus yang sama. Namun, perhitungan ini biasanya tidak dilakukan, karena penampang konduktor pelindung netral dan materialnya diambil terlebih dahulu dari kondisi permeabilitas konduktor pelindung netral setidaknya 50% dari permitivitas konduktor fase. , yaitu
atau
Kondisi ini ditetapkan oleh PUE dengan asumsi bahwa untuk konduktivitas seperti itu Azk akan memiliki nilai yang diperlukan
Disarankan untuk menggunakan kabel yang tidak berinsulasi atau berinsulasi seperti kabel pelindung nol PUE, serta berbagai struktur logam bangunan, jalur derek, pipa baja untuk kabel listrik, saluran pipa, dll.Disarankan untuk secara bersamaan menggunakan konduktor kerja netral dan sebagai konduktor netral pelindung. Dalam hal ini, kabel kerja netral harus memiliki konduktivitas yang memadai (setidaknya 50% dari konduktivitas kabel fase) dan tidak boleh memiliki sekering dan sakelar.
Oleh karena itu, perhitungan pengaturan ulang kapasitas pemutusan adalah pemeriksaan perhitungan kebenaran pemilihan konduktivitas konduktor pelindung netral, atau lebih tepatnya kecukupan konduktivitas loop, fase adalah nol.
Artinya zT, Ohm, tergantung pada daya trafo, tegangan dan skema sambungan belitannya, serta pada desain trafo. Saat menghitung reset, nilai zm diambil dari tabel (misalnya tabel 1).
Nilai Rf dan Rnz, Ohm, untuk konduktor logam non-ferro (tembaga, aluminium) ditentukan menurut data yang diketahui: penampang c, mm2, panjang l, m, dan bahan konduktor ρ.. .Dalam hal ini, resistansi yang dibutuhkan
dimana ρ- resistansi spesifik konduktor, sama dengan 0,018 untuk tembaga dan 0,028 Ohmm2 / m untuk aluminium.
Tabel 1. Nilai perkiraan impedansi yang dihitung zt, Ohm, belitan transformator tiga fase berisi oli
Daya trafo, kV A Nilai tegangan belitan tegangan tinggi, kV zt, Ohm, dengan diagram sambungan belitan 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
Catatan. Tabel ini mengacu pada transformator dengan belitan tegangan rendah 400/230 V. Pada tegangan rendah 230/127 V, nilai resistansi yang diberikan dalam tabel harus dikurangi 3 kali lipat.
Jika konduktor pelindung netral adalah baja, maka resistansi aktifnya ditentukan dengan menggunakan tabel, misalnya meja. 2, yang menunjukkan nilai resistansi 1 km (rω, Ohm / km) dari kawat baja yang berbeda pada kerapatan arus yang berbeda dengan frekuensi 50 Hz.
Untuk melakukan ini, Anda perlu mengatur profil dan penampang kabel, serta mengetahui panjangnya dan nilai yang diharapkan dari arus hubung singkat I K yang akan melewati kabel ini selama periode darurat. Penampang kabel disesuaikan sehingga kerapatan arus hubung singkat di dalamnya kira-kira 0,5-2,0 A / mm2.
Tabel 2. Resistensi rω aktif dan induktif xω internal kawat baja pada arus bolak-balik (50 Hz), Ohm / km
Dimensi atau diameter bagian, mm Bagian, mm2 rω хω rω хω rω хω rω хω pada kerapatan arus yang diharapkan dalam konduktor, A / mm2 0,5 1,0 1,5 2,0 Lajur persegi panjang 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 — — Kawat bulat 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 — — — —
Nilai Xph dan Khnz untuk konduktor tembaga dan aluminium relatif kecil (sekitar 0,0156 Ohm/km), sehingga dapat diabaikan.Untuk konduktor baja, reaksi induktif internal cukup besar dan ditentukan menggunakan tabel, misalnya tabel. 2. Dalam hal ini, perlu juga diketahui profil dan penampang kawat, panjangnya dan nilai arus yang diharapkan.
Nilai Xn, Ohm, dapat ditentukan sesuai dengan rumus yang diketahui dari landasan teoretis teknik kelistrikan untuk resistansi induktif dari saluran dua kabel dengan kabel bundar dengan diameter yang sama d, m,
dimana ω — kecepatan sudut, rad/s; L — induktansi linier, H; μr — permeabilitas magnetik relatif dari medium; μo = 4π x 10 -7 — konstanta magnetik, H / m; l — panjang garis, m; e - jarak antara konduktor saluran, m.
Untuk 1 km garis ditempatkan di udara (μr = 1) pada frekuensi saat ini f = 50 Hz (ω=314 senang / dan), rumusnya berbentuk, Ohm / km,
Dari persamaan ini terlihat bahwa resistansi induktif eksternal bergantung pada jarak antara kabel d dan diameternya d... Namun, karena d bervariasi dalam batas yang tidak signifikan, pengaruhnya juga tidak signifikan dan oleh karena itu Xn, terutama bergantung pada d ( resistensi meningkat dengan jarak). Oleh karena itu, untuk mengurangi resistansi induktif eksternal dari loop, fase nol, konduktor pelindung netral harus diletakkan bersama dengan konduktor fase atau di dekatnya.
Untuk nilai e yang kecil, sepadan dengan diameter konduktor e, yaitu, ketika konduktor fase dan netral terletak berdekatan satu sama lain, resistansi Xn tidak signifikan (tidak lebih dari 0,1 Ohm / km) dan dapat diabaikan.
Dalam perhitungan praktis, mereka biasanya menganggap Xn = 0,6 Ohm / km, yang sesuai dengan jarak antara konduktor 70-100 cm (kira-kira jarak seperti itu ada di saluran listrik overhead dari konduktor netral ke konduktor fase terjauh).