, (2.1)

где Uср. НН - среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло короткое замыкание, В;

rI?, xI? - соответственно суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм. Эти сопротивления равны:

rI? = rт + rp + rТА + rкв + rк + rш + r0кб + r1кб + rвл + rд

и x1? = xс + xт + xр + xТА + xкв + xш + x1кб + xвл,

где rт и xт - активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающего трансформатора, мОм;

rТА и xТА - активное и индуктивное сопротивления первичных обмоток трансформаторов тока, мОм;

хс - эквивалентное индуктивное сопротивление системы до понижающего трансформатора, мОм, приведенное к ступени низшего напряжения;

rр - активное и индуктивное сопротивления реакторов, мОм;

rкв и xкв - активное и индуктивное сопротивления токовых катушек автоматических выключателей, мОм;

rш и xш - активное и индуктивное сопротивления шинопроводов, мОм;

rк - суммарное активное сопротивление различных контактов, мОм;

r1кб, rвл и x1кб, xвл - активные и индуктивные сопротивления прямой последовательности кабельных и воздушных линий, мОм;

r0? и x0? - суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивления нулевой последовательности расчетной схемы относительно точки КЗ, мОм. Эти сопротивления равны:

r0? = r0т + rp + rТА + rкв + rк + r0ш + r0кб + r0вл + rд

и x0? = xот + xр + xТА + xкв + x0ш + x0кб + x0вл,

где r0т и x0т - активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности понижающего трансформатора;

r0ш и x0ш - активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности шинопровода;

r0кб и x0кб - активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности кабеля;

r0вл и x0вл - активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности воздушной линии (r0вл = r1вл, x0вл ? 3x1вл).

В [6,25,26,27,28] для сетей типа ТN предложена упрощенная методика расчета тока повреждения и тока однофазного КЗ IK (1). Методика действительна для сетей, питающих конечные электроприемники (I-й, II-й уровень системы электроснабжения), находящиеся достаточно далеко от источника питания.

Выражение для тока однофазного КЗ имеет вид:

(2.2)

где Rph, RPE - соответственно активное сопротивление фазного и нулевого защитного проводника, Ом.

Выражения (2.2) является приближенным, так как в нём имеется ряд допущений:

предполагается, что участок цепи КЗ выше рассматриваемого щита (сборки) представляет 20% от суммарного сопротивления петли фаза-нуль. Другими словами, напряжение между фазой и PE (PEN) проводником составляет 80% номинального фазного напряжения.

Не учитывается реактивное сопротивление кабельных линии сечением S120 мм2.

Не учитывается сопротивление дуги, контактов и т.д.

2.1.2 Методика проверки эффективности работы защиты при косвенном прикосновении в сетях TN при питании через понижающий трансформатор

При системе заземления ТN, любое повреждение изоляции превращается в однофазное КЗ между фазным и PE (PEN) проводником из-за непосредственной связи отрытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью источника питания. Таким образом, автоматическое отключение питание эффективно, если ток повреждения изоляции достаточен для срабатывания защиты от сверхтока и время ее работы не превышает максимально допустимого, зависящего от фазного напряжения сети. Это условие должно быть обеспечено на этапе проектирования электроустановки путем наложения минимальных значений тока КЗ на время-токовую характеристику аппарата защиты на всех уровнях системы электроснабжения [20,29].

В случае если защитный аппарат предохранитель необходимо проверить, что выполняется условие (рисунок 2.1, а):

(2.3)

132

Размещено на http://www.allbest.ru/

где t1 - время срабатывания предохранителя при однофазном КЗ I (1) K, с; t0 - нормированное время срабатывания предохранителя, зависящие от номинального напряжения сети, принимается согласно таблице 1.7.79, [10] с;

В случае если время срабатывания предохранителя, при токе I (1) K находиться в диапазоне 5с ? t1 ? t0 защита при косвенном прикосновении согласно [10] гарантируется только в цепях, питающих групповые щиты.

Проверка возможности применения плавких предохранителей по условию отключения участка сети в течение нормируемого времени требует индивидуальной оценки номинальных параметров каждого предохранителя. Очевидно, что при всем разнообразии электроприемников на напряжении 0,4 кВ, сопоставление время-токовых характеристик предохранителей и токов однофазных КЗ очень трудоемкая задача, затягивающая процесс проектирования.

Если защитный аппарат - автоматический выключатель, то достаточно проверить, что величина тока однофазного КЗ превышает уставку тока срабатывания отсечки (рисунок 2.1, б):

(2.4)

где IТО - уставка срабатывания токовой отсечки автоматического выключателя, А. В этом случае размыкание контактов автоматического выключателя происходит за время намного меньшее, чем установленное допустимое время в таблице 1.7.79 [10], так полное время отключения токоограничивающих выключателей составляет менее 10 мс (при отключении предельных токов), нетокоограничивающих выключателей - 40 мс.

Селективные автоматические выключатели должны применяться для питания распределительных щитов, так как при этом допустимо использовать регулировку селективной отсечки (обычно от 0,1 до 0,7 с). Следует отметить, что при определении максимального значения уставки срабатывания токовой отсечки автоматического выключателя необходимо учитывать допустимый разброс по току срабатывания, заявленный производителем оборудования. В общем случае согласно [30] максимально допустимый разброс по току срабатывания токовой отсечки составляет ±20%.

а) б)

Рисунок 2.1 - Время-токовая характеристика:

а) предохранителя; б) автоматического выключателя.

Анализируя время-токовые характеристики (рисунок 2.1 а, б) аппаратов защиты можно сделать вывод о том, что максимальное время отключения аппаратом защиты тока повреждения будет при минимальном значении тока КЗ. Методика определения минимального тока КЗ по точным и упрощенным метода рассмотрена в [6].

На основании проведенного в [6] сравнения точных и приближенных методов расчета тока КЗ, можно сделать вывод о том, что для практической оценки величины тока однофазного КЗ в сетях типа ТN может быть использовано выражение

(2.5)

где L - длина проводника; с - удельное сопротивление, принимаемое по таблице 2.1 в зависимости от целей расчета; S - сечение фазного проводника, m=S/ SPE.

Таблица 2.1

Значения сопротивления проводников

Примечание: с0 - удельное сопротивление проводников при 200С равные 0,0175 Ом? мм2/м для меди и 0,02941 Ом? мм2/м для алюминия.

Выражение (2.5) дает хорошие результаты, если расчетная точка КЗ находится на зажимах электроприемника, подключенного к сборкам II уровня системы электроснабжения. Для двигателей, питаемых непосредственно с ГРЩ (особенно при длинах до 100 м) должны применяться точные методы расчета тока КЗ, так как в этом случае пренебрежение сопротивлением трансформатора и дуги при расчете тока КЗ становится недопустимым и приводит к погрешностям больше допустимых по [24]. Выражение (2.5) применимо в случае, если питающий трансформатор имеет схему соединений Д/Yо или Y/Z и PE (PEN) проводник проложен в непосредственной близости от фазных проводников [6].

Решая совместно (2.4) и (2.5), в которых принято I (1) K =IТО, L=Lm, получаем выражение для максимально допустимой длины кабеля Lm, при которой обеспечивается требуемый уровень токов однофазных КЗ для гарантированного автоматического отключения питания:

(2.6)

Таким образом, условие (2.2) преобразуется до следующего вида:

L< Lm, (2.7)

где L - фактическая длина проверяемой линии, м; Lm - максимально допустимая длина линии, по условию обеспечения защиты при косвенном прикосновении, м.

На основании выражения (2.6) в [6] были получены максимальные длины кабельной линии, в зависимости от величины уставки срабатывания токовой отсечки автоматического выключателя, при которых обеспечивается защита при косвенном прикосновении. Результаты расчета представлены в таблице 2.2 Данные таблицы 2.2 действительны только в том случае, если PE проводник проложен в непосредственной близости от фазных проводников, без включения между ними ферромагнитных материалов. Таблица 2.2 составлена при условии, что PE и фазный проводники выполнены из одного материала (меди). В случае если защитный проводник выполнен из другого материала данные таблицы 2.2 должны быть скорректированы с учетом проводимости PE проводника в медном эквиваленте.

Таблица 2.2.1

Максимальная длина (м) кабельной линии в системе TN к однофазному или трехфазному электроприемнику при напряжении питающей сети 220/380 В, при которой обеспечивается защита при косвенном прикосновении.

Таблица 2.2.2

Примечание: таблица составлена при Sph/ SPE=1; материал токоведущей жилы - медь; при составлении таблицы учитывался максимально допустимый разброс по току срабатывания э/м расцепителя +20%.

В случае, если расчетные условия отличаются от указанных в примечании таблицы 2.2, необходимо полученную длину КЛ из таблицы 2.2 умножить на поправочные коэффициенты к1 (учитывающий материал токоведущей жилы и отношение между площадями поперечного сечения фазного и защитного проводника (m)) и к2 (учитывающий номинальное напряжение сети), приведенные в таблицах 2.3 и 2.4 соответственно.