Розрахунок занулення однофазних споживачів

 

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ, НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ  ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«ХАРКІВСЬКИЙ  ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Факультет економічної  кібернетики та маркетингового менеджменту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Індивідуальне домашнє завдання

Розрахунок  занулення однофазних споживачів

 

 

 

 

 

 

Виконала:

студентка групи  ЕІМ-18

Бовсунівська Олеся

Перевірила:

Кузьменко О.О.

 

 

 

Харків 2012

Розрахунок  занулення однофазних споживачів

Занулення - це навмисне електричне з¢єднання з нульовим захисним провідником не струмоведучих металевих частин електроустановки, які можуть опинитися під напругою.

Занулення використовується в чотирипровідних трифазових мережах із заземленою нейтраллю напругою до 1000 В.

Схема мережі до розрахунку занулення зображена  на рис. 1.

 

Рис. 1 - Схема  мережі до розрахунку занулення

Тр - масляний трансформатор, що понижує напругу з U₁ = 6-10 кВ до U₂ = 380 В; схема з¢єднання обмоток зірка-зірка; ЗШ - збірна шина; РЩ - розподільний щит; АЗ - апарат захисту; 1 - лінія, що живить електроустановку потужністю Р₁; 2 - живильний магістральний кабель.

Мета  розрахунку - визначення такого перерізу нульового захисного провідника, при якому струм короткого  замикання (І_К) у задане число разів (К) перевищить номінальний струм апарату захисту (І^АЗ_ном), що забезпечить селективне відключення споживача, тобто повинна виконуватися умова:

І_К≥К∙І^АЗ_ном.   (1)

Вихідні дані для розрахунку

1. Р₁ - потужність однофазового споживача електроенергії, наприклад, електронно-обчислювальної машини ( ЕОМ), 375 Вт;
2. Р₂ - потужність усіх споживачів, які живляться від цього фазового провідника (кондиціонери, вентилятори, освітлювальні прилади, інші ЕОМ, принтери, тощо), 1000 Вт;
3. L₁ - довжина ділянки 1, 23,6 м
4. L₂ - довжина ділянки 2, 210,4 м
5. U_л- лінійна напруга; U_л=380 В;
6. U_ф- фазова напруга; U_ф=220 В.

На ділянці 2 кабель пролягає у землі.

 

Розрахунок

1. Вибір запобіжника

1.1 Визначення  струму І₁, що живить електроустановку (ЕУ) потужністю Р₁, Вт:

          (2)

1.2 Визначення  пускового струму І_пуск ЕУ потужністю Р₁, Вт:

,  (3)

де К_n - коефіцієнт кратності пускового струму; К_n= 3;

К_Т - коефіцієнт важкості пуску, залежить від часу пуску; К_Т = 2,5;

1.3 Вибір  апарата захисту

Номінальний струм, при якому спрацьовує апарат захисту, повинен перевищувати І_пуск, інакше апарат захисту буде спрацьовувати при кожному вмиканні електроустановки.

Для ЕОМ  можна вибрати запобіжник типу ВПШ, технічні дані яких приведені у таблиці 1

 

Таблиця 1 - Технічні дані запобіжників ВПШ (швидкодіючих)

ІАЗном, А	1	1,25	1,6	2	3,15	4	5
ВПШ 6-х	6-7	6-8	6-9	6-10	6-11	6-12	6-13

 

2 Визначення струму короткого  замикання фази на корпус ЕУ:

    ,   (4)

де Z_ТР - повний опір трансформатора, Ом;

Z_ПФН - повний опір петлі фаза-нуль, Ом.

2.1 Визначення повного опору  трансформатора

Величина Z_ТР залежить від потужності трансформатора, конструктивного виконання, напруги і схеми з¢єднання його обмоток (зіркою або трикутником).

Потужність  трансформатора визначається за умовою:

  (5)

Оскільки N_TP дорівнює 4кВт, то Z_ТР приймемо рівним 3,11Ом.

2.2 Визначення повного опору  петлі фаза-нуль

Повний опір петлі фаза-нуль визначається по формулі:

Z_ПФН = √(R_Ф + R_НЗ)² +X²_, Ом   (6),

де R_Ф, R_нз - активні опори фазового і нульового захисного провідників, відповідно, Ом;

Х- індуктивний  опір петлі фаза-нуль, який визначається за формулою:

Х =Х _Ф+ Х_НЗ + Х_ВЗ, Ом    ,                         (7)

де Х_Ф, Х_НЗ - внутрішні індуктивні опори фазового і нульового провідників, відповідно, Ом;

Х_ВЗ - зовнішній індуктивний опір, який зумовлено взаємоіндукцією петлі фаза-нуль, Ом.

Для мідних та алюмінієвих провідників Х_Ф та Х_НЗ порівняно малі (близько 0,0156 Ом/км), тому ними можна знехтувати.

Зовнішній індуктивний опір Х_ВЗ залежить від відстані між проводами Д та їхнього діаметру d. Якщо нульові захисні проводи прокладають спільно з фазовими, значення Д мале й порівняльне з діаметром d, тому опір Х_ВЗ незначний (не більш 0,1 Ом/км) і ним можна знехтувати. Тоді

Z_ПФН = R_Ф+R_НЗ .                  (8)

Таким чином  формула 4 приймає вид:

  (9)

 

2.3 Визначення  активного опору фазового провідника:

R_ф. = R_ф1 + R_ф2, Ом,                                 (10)

де R_ф1, R_ф2 – опір фазового провідника на ділянках 1 та 2, відповідно, Ом.

(11)

 

Для провідників з кольорових металів:

         (12)

де r – питомий опір, , який дорівнює для міді 0,018; а для алюмінію 0,028.

S_Ф1, S_Ф2 – перерізи фазового провідника для ділянок 1 та 2, відповідно, мм².

Для ділянки 1 вибираємо переріз, який відповідає струму I₁ ,тобто S_Ф1=2,5мм²,  для ділянки 2–струму I₂.  І₂   визначаємо за формулою:

(13)

 

 

Таким чином S_Ф2=2,5мм².

Згідно з  формулою 11 опір фазового провідника на ділянці 1

 

Згідно з  формулою 12 опір фазового провідника на ділянці 2

 

 

За формулою 10 активний опір фазового провідника:

 

2.4 Визначення  опору нульового захисного провідника

R_НЗ = R_НЗ1 + R_НЗ2, Ом,   (14)

де R_НЗ1, R_НЗ2 – опір нульового захисного провідника на ділянках 1 та 2, відповідно, Ом.

Згідно  НПАОП 0.00-1.28-10, площа перерізу нульового  робочого та нульового захисного  провідників в груповій трипровідній мережі повинна бути не менш площі фазового провідника, тобто:

S_НЗ1= S_Ф1;  S_НЗ2 = S_Ф2.

Відповідно, R_НЗ= R_Ф=2,62 Ом

За формулою 9 струм короткого замикання фази на корпус ЕУ_.:

 

3 Перевірка виконання умов надійності  та ефективності роботи занулення

3.1  Повинно  виконуватися співвідношення   (1): ,

де К – запас надійності; К = 3 – для запобіжників; К=1,25…1,4 - для автоматичних вимикачів.

 

Для запобіжників нерівність 1 виконується, оскільки 35,04А більше, ніж 9,45А.

 

Для автоматичних вимикачів нерівність 1 виконується, оскільки 35,04А більше, ніж 4,41А.

3.2 Утрати  напруги на ділянках1 та 2 не повинні  перебільшувати 22 В:

U_П1 + U_П2 £ 22 В;                    (16)

U_П1 = I₁ · R_Ф1;   (17)

U_П2 = I₂ · R_Ф2   (18)

Напруга на ділянці 1 за формулою 17

 

Напруга на ділянці 2 за формулою 18

 

Утрати  напруги на ділянках 1 та 2 за формулою 16

 

Оскільки  при розрахунках виконується  умова 1 та умова 16, то необхідності змінювати  переріз провідників немає.

Для здійснення занулення однофазних споживачів необхідно  обрати запобіжник типу ВПШ_6-я.

Перерізи  фазового та нульового захисного  провідників на ділянках 1 та 2 можуть бути рівними та становити 2,5мм².