Проверка условий срабатывания защитного аппарата в сетях до 1000 В с глухим заземлением нейтрали
В электрических сетях напряжением до 1000 в с глухим заземлением нейтрали должно быть обеспечено надежное отключение защитным аппаратом однофазного к. з. Это диктуется требованиями техники безопасности.
Расчетными точками для определения величины тока к. з. являются наиболее удаленные (в электрическом смысле) точки сети, так как именно этим точкам соответствует наименьшее значение тока однофазного к. з.
Величина однофазного тока к. з. может быть определена по приближенной формуле
где Uф — фазное напряжение сети, в;
Zт — полное сопротивление понижающего трансформатора току замыкания на корпус, ом;
Zп — полное сопротивление петли фаза — нуль линии до наиболее удаленной точки сети, ом.
Расчетные значения полных сопротивлений понижающих трансформаторов при однофазных замыканиях приведены в табл. 7-1.
Для трансформаторов мощностью более 630 ква при определении тока к. з. можно принять:
Zт=0
Полное сопротивление петли проводов или жил кабеля линии определяется по формуле
где Rп — активное сопротивление фазного (Rф) и нулевого (Ro) проводов, ом;
Rп=Rф+Rо (7-3)
Хп— индуктивное сопротивление петли проводов или жил кабеля, ом.
Активные сопротивления проводов из цветных металлов определяются по табл. 5-1. Средние значения индуктивных сопротивлений петель проводов или жил кабелей из цветных металлов на 1 км линии даны в табл. 7-2.
Для стальных проводов индуктивное сопротивление петли проводов определяется по формуле
где Х’п— внешнее индуктивное сопротивление петли из прямого и обратного проводов, равное для воздушной линии напряжением до 1000 В 0,6 Ом/км; Х»п.п и Х»п.о — внутренние индуктивные сопротивления соответственно прямого и обратного проводов линии, Ом/км.
Значения полных сопротивлений петель для проводов и жил кабелей из цветных металлов на 1 км линии даны в табл. 7-3. В табл. 7-6 указаны сопротивления петли «фаза трехжильного кабеля — стальная полоса» для небронированных кабелей.
| Таблица 7-1 Расчетные сопротивления трансформаторов при однофазном к. з. на стороне 400/230 в | ||||
|---|---|---|---|---|
| Тип | Номинальная мощность, ква | Напряжение обмотки ВН. кв | Схема соединений | Полное сопротивление Zт, ом |
| ГОСТ401-41 | ||||
| ТМ, ТМА ТМ ТМ ТМ ТМА ТСМА ТСМ ТМ, ТМА ТМ, ТМА ТМ. ТМА ТМ, ТМА ТМ, ТМА ТМ, ТМА ТМ, ТМА ТМ, ТМА ТМ | 20 30 50 100 100 100 100 180 180 320 320 560 560 750 1000 1000 | 6-10 6-10 6-10 6-10 35 6-10 35 6-10 35 6-10 35 6-10 35 6-10 6-10 35 | У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун | 1,39 0,9 0,54 0,27 0,25 0,26 0,25 0,15 0,14 0,085 0,08 0,048 0,046 0,036 0,027 0,026 |
| ГОСТ12022-66 | ||||
| ТМ ТМ ТМ ТМ ТМ ТМ ТМ ТМ ТМ ТМ ТМ ТМ ТМ ТМ | 25 40 63 63 100 100 160 160 250 250 400 400 400 630 | 6-10 6-10 6-10 20 6-10 20-35 6-10 20-35 6-10 20-35 6-10 20-35 6-10 6-10 | У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун У/Ун Д/Ун У/Ун | 1,04 0,65 0,413 0,38 0,26 0,253 0,162 0,159 0,104 0,102 0,065 0,064 0,022 0,043 |
| ГОСТ11920-66 | ||||
| ТМ ТМ ТМ ТМ | 1 000 1 000 1 000 1 000 | 6-10 20-35 6-10 20-35 | У/Ун У/Ун Д/Ун Д/Ун | 0,027 0,026 0,009 0,01 |
| - | ||||
| ТСЗ ТСЗ ТСЗ ТСЗ ТСЗ ТСЗ ТСЗ ТСЗ ТСЗ ТСЗ | 160 180 250 320 400 560 630 750 1 000 1 000 | 6-10 6-10 6-10 6-10 6-10 6-10 6-10 6-10 6-10 6-10 | Д/Ун У/Ун Д/Ун У/Ун Д/Ун У/Ун Д/Ун У/Ун Д/Ун У/Ун | 0,055 0,15 0,035 0,085 0,022 0,048 0,014 0,036 0,009 0,027 |
Примечания: Для понижающих трансформаторов с напряжением вторичных обмоток 230/133в значения сопротивлений в 3 раза меньше указанных в табл. 7-1.
Условные обозначения схем соединений трансформаторов:
У — звезда; Ун — звезда с выведенной нулевой точкой; Д — треугольник.
| Таблица 7-2 Средние значения индуктивных сопротивлений петли прямого и обратного проводов или жил кабеля, выполненного из цветных металлов ом/км | |
|---|---|
| Условия прокладки | Индуктивные сопротивления |
| Кабель до 1 кв или провода, проложенные в трубах | 0,15 |
| Изолированные провода на роликах | 0,4 |
| Провода на изоляторах внутри помещений или по наружным стенам здания | 0,5 |
| Воздушные линии низкого напряжения | 0,6 |
| Таблица 7-3 Полные сопротивления петли прямого и обратного провода линии или жил кабеля, ом/км | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Сечение провода, мм.кв | Кабель и провода в трубах | Провода на роликах и изоляторах | Провода воздушных линий | ||||
| прямого | обратного | медные | алюминиевые | медные | алюминиевые | медные | алюминиевые |
| 1 1,5 1,5 2,5 2,5 4 4 4 6 6 6 10 10 10 16 16 16 25 25 25 35 35 35 50 50 50 70 70 70 95 95 95 120 120 120 150 150 150 | 1 1 1,5 1,5 2,5 1,5 2,5 4 2,5 4 6 4 6 10 6 10 16 10 16 25 10 16 35 16 25 50 25 35 70 35 50 95 50 70 120 50 70 150 | 37,8 31,5 25,2 20,2 15,1 17,3 12,2 9,3 10,6 7,71 6,12 6,50 4,90 3,68 4,26 3,04 2,40 2,58 1,94 1,49 2,38 1,74 1,09 1,60 1,14 0,793 1,03 0,833 0,58 0,755 0,608 0,428 0,568 0,461 0,350 0,535 0,430 0,285 | - - - - 25,2 - 20,5 15,8 17,9 13,2 10,5 11,1 8,42 6,32 7,24 5,14 3,96 4,44 3,26 2,56 4,08 2,90 1,84 2,62 1,92 1,29 1,74 1,39 0,932 1,27 0,99 0,797 0,922 0,745 0,561 0,862 0,687 0,446 | - - 25,2 20,2 15,1 17,3 12,2 9,3 10,6 7,71 6,14 6,52 4,92 3,71 4,28 3,08 2,45 2,62 1,98 1,55 2,42 1,79 1,16 1,65 1,21 0,890 1,11 0,927 0,706 856 0,712 0,566 - - - - - - | - - - - 25,2 - 20,5 15,8 17,9 13,2 10,5 11,1 8,42 6,32 7,24 5,15 3,99 4,46 3,30 2,60 4,11 2,96 1,90 2,66 1,97 1,36 1,80 1,45 1,03 1,34 1,08 0,815 - - - - - - | - - - - - - - 9,3 - - 6,16 - 4,96 3,75 4,32 3,13 2,52 2,69 2,08 1,68 2,48 1,87 1,29 1,74 1,32 1,05 1,24 1,08 0,896 1,02 0,915 0,772 0,858 0,792 0,732 - - - | - - - - - - - - - - - - - - - - 4,03 4,50 3,34 2,66 4,15 3,00 1,96 2,70 2,03 1,44 1,86 1,53 1,13 1,42 1,18 0,907 1,09 0,945 0,808 1,04 0,808 0,732 |
| Таблица 7-6 Полные сопротивления петли "фаза трех жильного кабеля - стальная полоса", ом/км | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Сечение кабеля, мм.кв | Ток и материал жил кабеля | Размеры стальной полосы, мм | |||||||||||
| 20X4 | 40X4 | 50X4 | 50X4 | 60X4 | 80X4 | 100X4, 100X6 | 100X5, 100X8 | ||||||
| Ток срабатывания максимального расцепителя автомата, а | 150 | 1400 | 200 | 1400 | 250 | 1400 | 300 | 1400 | 400 | 1400 | 500 | 1400 | |
| Номинальный ток плавкой вставки безынарционного предохранителя, а | 60 | 600 | 80 | 600 | 100 | 600 | 120 | 600 | 150 | 600 | 200 | 600 | |
| Материал жил кабеля: | Полное сопротивление петли, ом/км | ||||||||||||
| 3X4 3X6 3Х10 3X16 3X25 3X35 3X50 3X70 3X95 3X120 3X150 3X185 | Медь Алюминий Медь Алюминий Медь Алюминий Медь Алюминий Медь Алюминий Медь Алюминий Медь Алюминий Медь Алюминий Медь Алюмниий Медь Алюминий Медь Алюминий Медь Алюминий | 9,59 13,52 7,76 10,34 6,36 7,86 5,6 6,49 5,14 5,70 4,91 5,30 4,75 5,02 4,64 4,83 4,57 4,70 4,51 4,62 4,47 4,56 4,44 4,52 | 8,42 12,35 6,59 9,17 5,19 6,69 4,43 5,32 3,97 4,53 3,74 4,13 3,58 3,85 3,47 3,66 3,40 3,53 3,34 3,45 3,30 3,39 3,27 3,35 | 7,82 11,79 5,97 8,59 4,55 6,07 3,78 4,68 3,31 3,88 3,09 3,48 2,92 3,19 2,81 3,0 2,73 2,87 2,69 2,8 2,65 2,74 2,63 2,7 | 7,45 11,42 6,60 8,22 4,18 5,7 3,41 4,31 2,94 3,51 2,71 3,11 2,55 2,72 2,44 2,63 2,36 2,50 2,32 2,43 2,28 2,37 2,26 2,33 | 7,40 11,37 5,54 8,17 4,11 5,63 3,32 4,24 2,86 3,43 2,64 3,03 2,47 2,74 2,37 2,55 2,29 2,42 2,24 2,35 2,21 2,29 2,18 2,25 | 7,17 11,14 5,31 7,94 3,98 5,4 3,09 3,01 2,63 3,2 2,4 2,8 2,24 2,5 2,4 2,32 2,06 2,19 2,01 2,12 1,98 2,06 1,95 2,02 | 7,14 11,13 5,27 7,92 3,83 5,37 3,04 3,96 2,57 3,15 2,35 2,74 2,19 2,45 2,08 2,26 2,01 2,14 1,96 2,07 1,93 2,01 1,90 1,96 | 6,92 10,91 5,05 7,7 3,61 5,15 2,82 3,74 2,35 2,93 2,13 2,52 1,97 2,23 1,86 2,04 1,79 1,92 1,74 1,85 1,71 1,79 1,68 1,74 | 6,82 10,81 4,95 7,61 3,5 5,05 2,71 3,64 2,24 2,82 2,01 2,41 1,86 2,12 1,75 1,93 1,67 1,8 1,63 1,74 1,60 1,65 1,58 1,64 | 6,59 10,58 4,72 7,38 3,27 4,82 2,48 3,41 2,01 2,59 1,78 2,18 1,63 1,89 1,52 1,7 1,44 1,57 1,4 1,51 1,37 1,47 1,35 1,41 | 6,56 10,56 4.68 7,34 3,22 4,77 2,42 3,36 1,95 2,53 1,73 2,12 1,57 1,83 1,46 1,64 1,38 1,51 1,35 1,45 1,31 1,39 1,28 1,35 | 6,45 10,45 4,57 7,23 3,1 4,66 2,31 3,25 1,84 2,42 1,62 2,01 1,46 1,72 1,35 1,53 1,27 1,40 1,24 1,34 1,2 1,28 1,17 1,24 |
Примечание: Сопротивление петли «фаза кабеля -стальная полоса» не остается постоянным для указанных в таблице значений тока, так как сопротивление стальной полосы зависит от тока. Для промежуточных значений тока величина сопротивления определяется интерполяцией
Надежное отключение защитным аппаратом однофазного к. з. будет обеспечено при условии выполнения соотношения
где К31 — допустимая кратность минимального тока к. з. по отношению к номинальному току плавкой вставки предохранителя или току срабатывания, или номинальному току максимального расцепителя автомата I3;
Iк-наименьшая величина однофазного тока к. з., определяемая по формуле (7-1),а.
Допустимая кратность минимального тока к. з. должна быть не менее 3 по отношению к номинальному току плавкой вставки предохранителя и номинальному току расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику, и не менее 1,1 Кр по отношению к току срабатывания автоматического выключателя, имеющего только электромагнитный расцепитель (Кр — коэффициент, учитывающий разброс характеристик расцепителя по данным завода).
Для сетей, прокладываемых во взрывоопасных помещениях, допустимые кратности тока к. з. увеличиваются до значения 4 по отношению к номинальному току плавкой вставки предохранителя и 6 по отношению к номинальному току расрасцепителя автоматического выключателя с обратно зависимой от тока характеристикой.
Для сетей, защищаемых только от токов к. з., в необходимых случаях (например, для отстройки от токов самозапуска двигателей) допускается завышение токов плавких вставок предохранителей и уставок расцепителей автоматов, но при этом кратность тока к. з. должна иметь значение не менее 5 по отношению к номинальному току плавкой вставки предохранителя и не менее 1,5 по отношению к току срабатывания электромагнитного расцепителя автомата.
Значения допустимой кратности тока к. з. для различных условий прокладки сети приведены в табл. 7-8.
| Таблица 7-8 Значения допустимой минимальной кратности тока к. з. по отношению к току защитного аппарата | |||
|---|---|---|---|
| Условия прокладки | Допустимая кратность тока к. з. по отношению | ||
| к номинальному току плавкой вставки предохранителя | к току уставки срабатывания автоматического выключателя, имеющего только электромагнитный расцепитель (отсечку) | к номинальному току расцепителя автоматического выключателя с обратно зависимой от тока характеристикой | |
| Сеть проложена в невзрывоопасном помещении при условии выполнения требований табл. 4-50 | 3 | 1,1Кр | 3 |
| Сеть проложена в не взрывоопасном помещении при условии, что требования табл. 4-50 не выполняются | 5 | 1,5 | - |
| Сеть проложена во взрывоопасном помещении | 4 | 1,1Кр | 6 |
Примечания: Кр — коэффициент, учитывающий разброс характеристик автоматических выключателей с электромагнитным расцепителем. При отсутствии данных завода о гарантируемой точности уставки тока срабатывания автоматического выключателя с электромагнитным расцепителем (отсечка) допускается принимать значение коэффициента Кр для автоматических выключателей на номинальный ток до 100 а равным 1,4, выше 100 а — равным 1,25. При затруднении в выполнении требований, указанных в табл. 7-8, допускается применение быстродействующей защиты от замыкания на землю.
Пример 7-1.
На рис. 7-1 представлена схема четырехпроводной воздушной линии, выполненной алюминиевыми проводами и получающей питание от шин распределительного щита 380/220 в. Нейтраль системы глухо заземлена. Сечения проводов и длины участков линии указаны на рис. 7-1.
Пренебрегая сопротивлением внешней сети до шин щита и сопротивлением трансформатора, проверить действие защитных аппаратов при однофазном к. з. в наиболее удаленных точках линии для следующих вариантов:
1. Линия защищена предохранителями с плавкими вставками на номинальный ток 80 а.
2. Линия защищена автоматическим выключателем типа А 3124 с комбинированными расцепителями на номинальный ток 100 а.
3. Линия защищена автоматическим выключателем типа А 3124 с электромагнитными расцепителями с уставкой тока срабатывания 600 а .
Рис. 7-1. Схема к примеру
Соображения, по которым выбран тот или иной аппарат защиты, здесь не рассматриваются. Пример имеет ограниченную цель — показать типичные случаи проверки защитного отключения при однофазном к. з.
Решение.
Условие срабатывания аппаратов защиты проверяем по формуле (7-5). Определяем сопротивления петли фазного и нулевого проводов линии при однофазном к. з. в такой точке, для которой значение сопротивления будет наибольшим. По табл. 7-.3 находим значения удельных сопротивлений петли «фаза — нуль» для сечений участков линии:
3 X 70+1 X 35 Zn=1,53 ом/км;
3 X 35+1 X 16 Zn=3,0 ом/км;
3 X 16+1 X 16 Zn=4,03 ом/км;
Определяем, какая из точек Д или Е является расчетной. Сопротивление петли между точками Г и Д
4,03 X 0,08=0,323 ом;
сопротивление петли между точками Г и Е
3 X 0,13=0,39 ом.
Расчетной оказывается точка Е. Полное сопротивление петли «фаза — нуль» между точками А и Е составляет:
Zn= 1,53(0,07+0,08) +0,39 = 0,62 ом.
Номинальное фазное напряжение
Uн = 220 в.
Определяем величину однофазного тока при к. з. в наиболее удаленной точке Е сети (по условию примера следует принять Zт= 0):
Проверяем выполнение условия (7-5) для всех трех вариантов защиты линии.
Вариант 1.
Допустимая минимальная кратность тока к. з. по отношению к номинальному току плавкой вставки предохранителя согласно табл. 7-8 равна:
К31 = 3.
Отсюда: 3х80=240 а<355 а.
Таким образом, надежное действие защищающих линию предохранителей обеспечивается.
Вариант 2.
Допустимая кратность тока к. з. по отношению к тепловому элементу комбинированного расцепителя, имеющему обратно зависящую от тока характеристику, равна:
К31 = 3.
Отсюда соотношение (7-5)
3х100=300 а<355 а
выполняется.
Вариант 3.
По данным завода гарантируемая точность уставки для автоматических выключателей типа А 3124 составляет ±15%. Приняв в соответствии с указанием табл. 7-8 коэффициент запаса равным 1,1, получим:
К31 = 1,1х1,15=1,27;
1,27х600=760 а>355 а.
Надежность действия автоматического выключателя при к. з. в точке Е не обеспечивается.
Пример 7-2.
В системе с глухо заземленной нейтралью при напряжении 380/220 в линия защищается предохранителями с плавкими вставками на номинальный ток 100 а. Полагая Zт = 0, определить наибольшую длину линии, при которой будет обеспечиваться надежное перегорание предохранителей при однофазном к. з. в конце линии для следующих вариантов выполнения линии:
1. Воздушная линия с алюминиевыми проводами сечением 3 X 50+1 X 25 мм.кв.
2. Трехжильный кабель с алюминиевыми жилами сечением 3X50 мм.кв в алюминиевой оболочке, используемой в качестве заземляющего провода.
3. Трехжильный небронированный кабель с алюминиевыми жилами сечением 3 X 50 мм.кв с заземляющей шиной в виде стальной полосы сечением 50 X 4 мм.
Решение.
По табл. 7-8 определяем минимально допустимую кратность тока к. з.:
К31 = 3.
Наименьшая допустимая величина однофазного тока к. з.
Iк = 3х100=300 а.
Учитывая, что по условию примера Zт = 0, находим по формуле (7-1) наибольшее допустимое сопротивление «фаза — нуль» линии:
Определяем удельное сопротивление 1 км петли «фаза — нуль»: для варианта 1 по табл. 7-3
Zп = 2,03 ом/км;
для варианта 2
Zп = 1,03 ом/км;
для варианта 3 по табл. 7-6
Zп = 2,74 ом/км.
Наибольшие допустимые длины линии будут равны:
вариант 1
вариант 2
вариант 3
Наибольшая длина линии обеспечивается применением кабеля с использованием алюминиевой оболочки в качестве заземляющего (нулевого) провода.