Нөлдік қорғаныш өткізгішіне қойылатын талаптар

Нөлдеудің мақсаты – бір немесе бірнеше фазаның корпусқа тұйықталу кезінде электрқұрылғыларын желіден өшіру және де аппатық жағдайда адамның нөлденген корпуқа қол тигізуінде қауіпсіздікті қамтамасыз ету.

Жоғарыда айтылғандай нөлдеуді есептегенде оның өшіргіш қабілетін тексеріледі және адамның апптық жағдайда электрқұрылғы корпусына қол тигізгенде электр тоғына түсу қаупі бағаланады [25].

4.4.1 Нөлдеуді есептеу жолы. Нөлдеудің принципті сұлбасы 4.2-суретте көрсетілген.

А – қорғау аппараты (сақтандырғыш немесе автоматты өшіргіш);

R₀ – нейтрал жерлендіргіші; R_п – қайталай жерлендіру.

4.2-сурет. Нөлдеуі бар айнымалы тоқ желісінің принципті сұлбасы

4.3-сурет. Нөлдеудің толық есептеу сұлбасы

4.3-суретте көрсетілгендей фазалық сымдағы қысқа тұйықталу тогы I_кз желінің фазалық кернеуінен U_ф және трансформатордың орамасындағы толық кедергілерден Z_т/3 шығатын тізбек толық кедергілеріне, фазалық өткізгішке Z_ф, нөлдік қорғағыш өткізгішіне Z_н, сыртқы индуктивті кедергіге X_П, өкізгіштің R_П қайталай жерленуінің активті кедергісіне және трансформатор нейтралының R_о жерленуіне тәуелді болып келеді.

R_о және R_П басқа тізбек элементтерімен мәні жоғары болады. Олардың параллель тараулары қысқа тұйықталуды көбейтеді. Бұдан нөлдеуді есептеуі бірталай қысқарады (4.4-сурет).

4.4-сурет. Нөлдеудің ықшамдалған сұлбасы

Бұл жағдайда қысқа тұйықталу тоғы I_кз үшін өрнек кешенді түрде болады:

Iкз = Uф/(Zт/3+Zф+Zн+jXп)

(4.1)

мұндағы U_ф – желінің фазалық кернеуі, В;

Z_т – үшфазалы тоқ көзінің (трансформатордың) орамаларындағы толық кедергінің комплексі, Ом;

Z_н = R_н+jX_н – нөлдік қорғағыш өткізгішінің толық кедергі комплексі, Ом;

R_ф және R_н – фазалық және нөлдік қорғағыш өткізгіштерінің активті кедергісі, Ом;

X_ф және X_н – фазалық және нөлдік қорғағыш өткізгіштерінің ішкі индуктивті кедергілері, Ом;

X_п – фазалық өткізгіш – нөлдік қорғағыш өткізгіш контурының сыртқы индуктивті кедергісі, Ом;

Z_п = Z_ф+ Z_н+jX_п – фаза-нөл контурындағы толық кедергісінің комплексі, Ом.

Соңғысын есепке алғанда:

Iкз = Uф/(Zт/3+Zп)

(4.2)

Қысқа тұйықталу тоғының I_кз модулін есептеу кезінде трансформатор орамасындағы кедергі мен фаза-нөл Z_т/3 мен Z_п модулдерін арифметикалық қосылады.

Фаза-нөл контурының толық кедергісі модуль түрінде көрсетілуі:

, Ом

(4.3)

Тексеру формуласы (4.2) және (4.3) формулаларынан анықталады:

(4.4)

мұндағы I_Н – электрқабылдағышпен қорғалған қорғау аппаратының номинал тоғы, үлкен емес шығару тоқтары (электрқыздырғыш аспаптар, электржарықтандырғыш қондырғылар және т.б.) бар электр бөліктерін немесе электрқабылдағыштарды қорғау үшін арналған сақтандырғыштар үшін балқытылған қойғыш тоқтары.

Осы электрқабылдағыштың номинал тоқтарына немесе электржелілер бөліктеріндегі есептеуіш тоқтарына тең немесе үлкен болу керек:

(4.5)

Жеке асинхронды электр қозғалтқыштарды және электрсымдарды қорғау үшін арналған сақтандырғыштар үшін балқытылған қойғыш тоқтары мына шартты қанағаттандыруы қажет:

(4.6)

мұндағы – электр қозғалтқыштардың номинал тоғы, А;

– шығару тоғының қысқасы;

– электр қозғалтқыштардың шығару шартын қанағаттандыратын коэффициент.

Оңай шығару (жиі емес шығарулар, шығару ұзағтығы 10 секундтай) шарртары бар электр қозғалтқыштар механизмі үшін =2,5, ал қиын шығару (үдеу ұзақтығы үлкен, жиі шығарулар және т.б.) шарттары бар электр қозғалтқыш механизмі үшін:

=2,5 - 1,6

(4.7)

Жүктемесіз және аз қуатты қозғалтқыш үшін шығару тоғының реттілігі былай қабылданады:

=4 – 5

(4.8)

Май трансформаторларының толық кедергілерінің мәні көбінесе трансформатор қуатымен, біріншілік ораманың кернеуімен, оның орамаларының жалғану сұлбасымен, трансформатор констукциясымен (қабырғаларының қалыңдығы, бак көлемі, суытқыш құбырлардың констукциясы, болат өзекшенің феррамагниттік қасиеттері және т.б.) анықталады.

Жалғану сұлбалары ∆/Y және Y/Z_H трансформаторлардың кедергілері аз болады және олар нөлдеу жүйесінде ең қауіпсіз жағдайды қамтамасыз етеді.

Мыс және алюминиелік өткізгіштердің активті кедергілері белгілі өрнекпен анықталады:

R = ρl/S

(4.9)

мұндағы S – өткізгіштің көлденең қимасы, мм²;

l – өткізгіш ұзындығы, м;

ρ – өткізгіштің салыстырмалы кедергісі, Ом мм²/м (мыс үшін 0,018, ал алюминия үшін 0,028 Ом мм²/м).

Кабельдер мен сымдарға нөлдік қорғағыш өткізгіштер ретінде қорғасын қабықшалар алуға болмайды. Өйткені, олардың өткізгіштігі аз және тоққа аз жүктеме болады.

Мыс және алюминиелік өткізгіштердің ішкі индуктивті кедергілердің Х_ф және Х_н мөлшерлері салыстырмалы аз, сондықтан оларды елемеуге болады.

Фаза-нөл контурының линия бірлігіне сыртқы индуктивті кедергісінің Х_п мөлшері 2r бірдей диаметрлі көлденең қимасы дөңгелек сымы бар екі сымды линия үшін арналған белгілі формула арқылы есептеледі:

, Ом/м

(4.10)

мұндағы - бұрыштық жиілік, =2· ·f = 314 рад/с;

- линия индуктивтілігі, Гн;

=4 ·10^-7 Гн/м;

l – линия ұзындығы, м;

d – өткізгіштер арасындағы ара қашықтық, м;

- өткізгіш радиусы, м.

Осыдан:

, Ом/км

(4.11)

4.4.2 Нөлдеуді есептеу. Есептеуге арналған бастапқы мәндер:

1) P= 5 кВт – құрылғының трансформатордан алатын электрэнергия қуаты;

2) U= 380 В – құрылғы жұмыс істейтін айнымалы кернеуі;

3) ААШвУ 4x6 кабелінің параметрлері:

ρ=0,028 (Ом·мм/м) – алюминидің меншікті кедергісі;

S =6 мм – өткізгіштің көлденең қимасы;

l= 200 м – өткізгіш ұзындығы;

4) R =1000 Ом – адам денесінің кедергісі;

5) k =1,4 – номинал тоқтың бөлгіш коэффициенті.

Егер I_ҚТ тогының мәні келесі шартты қанағаттандырса, фаза нөлденген корпусқа тұйықталған кезде электр қондырғысы автоматты түрде өшіп қалады:

(4.12)

мұндағы k – номинал токтың бөлгіш коэффиценті;

I_НОМ – номинал ток.

ҚТ фазалық сымда тораптың фазалық кернеуіне (U_ф) және трансформатор орамдарының толық кедергісінен Z_т/3 құралатын тізбектің толық кедергісіне, фазалық өткізгішке Z_ф, нөлдік қорғаушы өткізгішке Z_н, тізбектің сыртқы индуктивті кедергісіне: фазалық өткізгіш– нөлдік қорғаушы тізбекке X_п байланысты.

Бұл жағдайда Iкз үшін комплексті түрде өрнек келесідей болады:

(4.13)

мұндағы Z_т – үш фазалы ток көзінің (трансформатордың) орамдарының толық кедергі комплексі, Ом;

Z_ф=R_ф + jX_ф – фазалық өткізгіштің толық кедергі комплексі, Ом;

Z_н=R_н + jX_н – нөлдік өткізгіш толық кедергісінің комплексі, Ом;

R_ф, R_н – фазалық және нөлдік өткізгіштерінің активті кедергілері, Ом;

X_ф, X_н – фазалық және нөлдік өткізгіш ішкі индуктивті кедергілері, Ом;

X_п – контурдың сыртқы индуктивті кедергісі (фазалық өткізгіш – нөлдік өткізгіш), Ом.

Бұл өрнекті басқаша келесідей етіп жазуға болады:

(4.14)

I_қт есептеу үшін алдымен кәбілдің түрі мен маркасын таңдап алу қажет, содан кейін кәбілдің мінездемелеріне байланысты есептеулер жүргізу қажет.

Әр фазаның тұтынатын қуаты 5 кВт аспайтындықтан қалған барлық есептеулерді бір фаза үшін келтіремін. Бұл фазаның номинал тогы келесідей болады:

(4.15)

мұндағы – жүктеме тогы, мА.

(4.16)

мұндағы =5000 Вт;

=380 В;

=0,8.

Бұдан тұтынушы номинал ток:

Максимал қорау үшін өшіруші ретінде автоматты өшіргіштер қолданылады. =1.4 формуласы бойынша:

Құрастырушы цехті электрмен қамтамасыз ету үшін жиырма бес киловатты, майлы, үш фазалы трансформатор қолдану жеткілікті.

Z_т = 0.906 Ом жиырма бес киловатты трансформатор таңдаймын. Оған келетін ААШвУ 4х6 кәбілін таңдаймын. Бұл кәбілдің негізі алюминиден жасалған. Алюминиден жасалған өткізгіштердің актив кедергілерінің мәндері келесідей анықталады:

(4.17)

мұндағы ρ = 0.028 (Ом·мм/м) – алюминидің меншікті кедергісі, Ом·мм/м;

l – өткізгіштердің ұзындығы, м;

S – өткізгіштердің қимасы, мм.

Фазалық өткізгіштің активті кедергісі:

Алюминиден жасалған өткізгіштердің ішкі индуктивті кедергісі Xф салыстырмалы түрде өте аз (0.0156 Ом/км жуық), сондықтан оны елемеуге болады. X_H және X_П кедергілерінің де мәндері өте аз, сондықтан оларды елемейміз.

Сонда қорғаудың қосылуына қажет келесідей анықталады:

(4.18)

Жүйенің өшіргіш қабілетін қамтамасыз ету үшін автоматты өшіруші таңдау қажет. I_кз мәні келесі шартты қанағаттандыру керек:

(4.19)

Бұл жағдайда тию кернеуі:

(4.20)

Адам денесінен өтетін ток:

(4.21)

мұндағы Rh – адам денесінің кедергісі(R_h=1000 Ом), Ом.

Сөйтіп, токтың бұл мәні адам үшін аса қауіпті емес. Себебі, адам өз бетімен бұлшықеттері электродтармен қамтылған әрекеттен босана алмайтын ең аз ток мөлшері 6-10мА. Менің есептеуімде табылған мән – 5,1мА, рұқсат етілеген мәннен да аз мөлшерде болғандықтан адам үшін аса қауіпті емес.