Перейти к содержанию

Главное меню:

Территория электротехнической информации WEBSOR

Найти

Проверка условий срабатывания защитного аппарата

Электроснабжение

Проверка условий срабатывания защитного аппарата при однофазном замыкании в сетях напряжением до 1000В 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 U
ф - фазное напряжение сети, в;
Z
т - полное сопротивление понижающего трансформатора току замыкания на корпус, ом;
Z
п - 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:
Z
т=0
Полное сопротивление петли проводов или жил кабеля линии определяется по формуле



где R
п - активное сопротивление фазного (Rф) и нулевого (Ro) проводов, ом;
R
п=Rф+Rо (7-3)
Х
п- 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 1000в 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
Изолированные провода на роликах
Провода на изоляторах внутри помещений или по наружным стенам здания
Воздушные линии низкого напряжения

0,15
0,4
0,5
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;
I
к-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
Сеть проложена в не взрывоопасном помещении при условии, что требования табл. 4-50 не выполняются
Сеть проложена во взрывоопасном помещении

3


5


4

1,1Кр


1,5


1,1Кр

3


-


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:

К
31 = 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:

К
31 = 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:

К
31 = 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.:

К
31 = 3.

Наименьшая допустимая величина однофазного тока к. з.

I
к = 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.

Основы | Электромашины | Оборудование | Нормы | Подстанция | Электроснабжение | Освещение | Воздушная линия | Карта сайта


Назад к содержанию | Назад к главному меню