Расчет зануления на отключающую способность

При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключится, если значение тока однофазного короткого замыкания (т.е. между фазным и нулевым защитным проводниками) I, А, удовлетворяет условию

I_к > k I_ном.пр или I_к > k I_ном.пр,

где k - коэффициент кратности номинального тока I_ном. (А), плавкой вставки предохранителя или ставки тока срабатывания автоматического выключателя.I_уст.эм.

Значение коэффициента k принимается в зависимости от типа защиты электроустановки. Если защита осуществляется автоматическим выключателем, имеющим только электромагнитный расцепитель (отсечку), т.е. срабатывающим без выдержки времени, то k принимается в пределах (1,25-1,24) I_уст.эм; I_уст.эм = (10... 12) I_ном.ав – номинальный ток автоматического выключателя, А (см. этикетку автоматического выключателя).

Если установка защищается плавкими предохранителями, время перегорания которых зависит, как известно, от тока (уменьшается с ростом тока), то в целях ускорения отключения принимают k > 3.

Если установка защищается автоматическим выключателем с обратно зависимой от тока характеристикой, подобной характеристике предохранителей то также k ≥ 3.

Значение I_к зависит от фазного напряжения сети U_ф и сопротивлений цепи, в том числе от полных сопротивлений трансформатора Z_Т фазного проводника Z_ф, нулевого защитного проводника Zнэ внешнего индуктивного сопротивления петли (контура) фазный проводник - нулевой защитный проводник (петли фаза - нуль) Х_n, а также от активных сопротивлений заземлений нейтрали обмоток источника тока (трансформатора) г₀ и повторного заземления нулевого защитного проводника r_n. На рис, 7 приведена расчетная схема зануления.

Поскольку r₀ и r_n, как правило, велики по сравнению с другими сопротивлениями цепи, можно не принимать во внимание параллельную ветвь, образованную ими. Тогда расчетная схема упростится (рис. 7, в), а выражение для тока КЗ I_к, А, в комплексной форме будет

I_к = U_ф/ (Z_Т / 3+ Z_ф+ Z_нэ+ JXn) (10)

или

I_к = U_ф/ (Z_Т / 3+ Z_ф+ Zn), (11)

где U_ф - фазное напряжение сети, В; Z_Т, - комплекс полного сопротивления обмоток трехфазного источника тока (трансформатора), Ом; Z_ф = Rф + JX_ф - комплекс полного сопротивления фазного провода, Ом;

Z_нэ = Rнэ + JXn- комплекс полного сопротивления нулевого защитного проводника, Ом R_ф и Rнэ - активные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников, Ом; X_ф и Xнэ - внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников. Ом; Z_n=Z_ф+ Z_нэ + JXn - комплекс полного сопротивления петли фаза - нуль, Ом.

При расчете зануления допустимо применять приближенную формулу для вычисления действительного значения (модуля) тока короткого замыкания I_к, А, в которой модули сопротивлений трансформатора и петли фаза – нульZ_т, и Z_n, Ом, складывается арифметически:

I_к = U_ф/ (Z_т/3+Z_n,). (12)

Некоторая неточность (около 5%) этой формулы ужесточает требования безопасности и поэтому считается допустимой. Полное сопротивление петли фаза - нуль в действительной форме (модуль) равно, Ом,

Z_n, = (R_ф+R_нэ)²+(X_ф+Xнэ+X_n)². (13)

Расчетная формула вытекает из (9), (12) и (13) и имеет следующий вид:

k I_{ном .}= U_ф /(z_T/3+ (R_ф + R _нэ)^{2 +} (X _ф + X _нэ + X_n,)²), (14)

где R_ф и R _нэ - активные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников;

X _ф и X _нэ - внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников;

X_n,- внешнее индуктивное сопротивление петли (контура) фазный проводник - нулевой защитный проводник.

Параметры петли фаза - нудь находятся следующим образом:

2.1. Значение Z_т, Ом, зависит от мощности трансформатора, напряжения и схемы соединения его обмоток, а также от конструктивного исполнения трансформатора. При расчетах зануления значение Zт берется из таблицы №1.(мощность трансформатора задается преподавателем).

2.2. Значения R_ф и R _нэ Ом, для проводников из цветных металлов (медь, алюминий) определяют по известным данным: сечению s, мм², длине l, м, и материалу проводников. При этом искомое сопротивление R = (r_*l)/ s, где r - удельное сопротивление проводника, равное для меди 0,018, а для алюминия 0,028 Ом мм²/м.

Если нулевой защитный проводник стальной, то его активное сопротивление R_нэ определяется с помощью таблицы 2, в которой приведены значения сопротивлений 1км (r_∞, Ом/км) различных стальных проводников при разной плотности тока частотой 50 Гц.

Для этого необходимо задаться профилем и сечением проводника, а также знать его длину и ожидаемое значение тока КЗ I_к, который будет приходить по этому проводнику в аварийный период. Сечением проводника задаются из расчета, чтобы плотность тока КЗ в нем была в пределах примерно 0,5 - 2,0А/мм².

2.3. Определение активного сопротивления фазного провода

Rф= (r_*L)/s, (15)

где r - удельное сопротивление, для меди r = 0,018 Ом мм² /м. L- длина фазного провода в метрах (расстояние от силового трансформатора до электродвигателя), s - сечение медных проводов (кабеля) питающего электродвигатель сечения проводов выбирают из ряда 4 - 6 - 10-16 - 25 - 35 мм², чтобы плотность номинального тока электродвигателя в нем была в пределах 4-6 А/мм².

2.4. Определение активного сопротивления нулевого провода К_нэ (например стальной полосы сечения s_n = 40*4 = 160 мм²) Решение.

Ожидаемый ток КЗ I_к> к I_ном

Ожидаемая плотность тока J = I_K / s_n, А/ мм²

По таблице 2 находят для полосы 40*4 для вычисленной плотности J тока сопротивление r_w Ом/км

Отсюда искомое активное сопротивление полосы

Rнэ = r_wL; Ом/мм². (16)

2.5. Определение внутреннего индуктивного сопротивление Хф фазного провода.

Фазные провода бывают или медные или алюминиевые, индуктивные сопротивления их сравнительно малы (около 0,0156 Ом/км), поэтому ими в расчете можно пренебречь, т.е. принять Х _ф=0.

2.6. Для стальных проводников, из которых выполняется защитный кулевой проводник Xнэ определяется аналогично Rнэ (см. п.п.4) для стальной полосы s_n. 40*4 = 160 мм².

По ожидаемой плотности тока J = I_K / s_n А/ мм из таблицы 2 находят x_w Ом/км. Затем находят искомое внутреннее индуктивное сопротивление

Xнэ = x_wL, Ом/км. (17)

2.7. Внешнее индуктивное сопротивление 1 км петли фаза - нуль обычно принимают равным x_n = 0,6 Ом/км.

Отсюда

Хr = х_n L = 0,61 Ом. (18)

Полученные расчетным путем параметры петли фаза - нуль подставляют в формулу (12), вычисляют ток I_к и делают выводы правильно ли выбран защитный провод;

б) обеспечит ли он отключение электродвигателя, изоляция фазы которого пробила на корпус;

в) под каким напряжением находится корпус электродвигателя относительно земли в течение времени срабатывания защиты;

г) какова опасность для человека коснувшегося корпуса электродвигателя в этот момент.

2.8. Для проверочного расчета зануления на отключающую способность студент получает задание от преподавателя:

а) мощность трансформатора из таблицы 1;

б) номинальный ток электродвигателя из ряда: 20-35-60-95-140-200А;

в) расстояние L от трансформатора до электродвигателя произвольно в интервале от 50 до 200 м.

Таблица 1. Приближенные значения расчетных полных сопротивлений Z_T Ом, обмоток трехфазных трансформаторов.

Мощность трансформатора, кВ*А	Номинальное напряжение обмоток высшего напряжения, кВ.	Zr, Ом, при схеме
		У/Ун	Д/Ун и У/ZH
	6-10	3.110	0,906
	6-10	1 949	0.562
	6-10	1,237	0,360
	20-35	1,136	0,407
	6-10	0,799	0,226
	20-35	0,764	0,327
	6-10	0,487	0,141
	20-35	0,478	0,203
	6-10	0,312	0,090
	20-35	0,305	0,130
	6-10	0,195	0,056
	20-35	0,193	….
	6-10	0,129	0,042
	20-30	0,121	….
	6-10	0,081	0,02?
	20-35	0,077	0,032
	6-10	0,0.4	0,017
	20-35	0,051	0,020

Примечание. Данные таблицы относятся к трансформаторам с обмотками низшего напряжения 400/230 В. При низшем напряжении 230/127 В значения сопротивлений, приведенные в таблице, необходимо уменьшить в три раза.

Таблица 2, Активные r_u и внутренние индуктивные x_w сопротивления стальных проводников при переменном токе (50 Гц), Ом/км.

Размеры или диа-метр сече-ния, мм	Сече-ние, мм^2	rw	xw	rw	xw	rw	xw	rw	xw
При ожидаемой плотности в проводнике
0,5	1,0	1,5	2,0
Полоса прямоугольного сечения
20*4		5,24	3,14	4,20	2,52'	3,48	2,09	2,97	1,78
30*4		3.66	2,20	2,91	1^s, 75	2,38	1,43	2,04	1,22
30*5		1,38	2.03	2,56	1, 54	2,08	1,25	-	-
40*4		2,80	1,68	2,24	1,34	1.81	1,09	1.54	0,92
50 * 4		2,28	1,37	1,79	1.07	1,45	0,87	1,24	0,74
50 *5		2, 10	1,76	1,60	0,96	1,28	0 77		_
60*5		1,77	1,06	1,34	0,80	1,08	0,65	-	-
Проводник круглого сечения
	19,63	17,0	10,2	14,4	8,65	12,4	7,45 10,7	6,4
	28,27	13,7	8,20	11,2	6,70	9.40	5,65	8,0	4,8
	50,27	9,60	5,75	7,5	4,50	6.4	3,84	5,3	3,2
	78,54	7,20	4,32	5,4	3,24	4,2	2,52	-	-
	113,1	5,60	3,36	4,0	2,40	-	-		-
	1 50,9	4,55	2,73	3.2	1,92	-	-	-	-
	201, 1	3,72	2,23	2,7	1,60	-	-	-	-

3. Проверочный расчет на отключающую способность занулення в сети.

Данные:

1. Нулевой защитный провод — стальная полоса 50x4;

2. Линия 380/220 с медными проводами 3х25мм² питается от трансформатора 160КВ А, 6/04кВ, со схемой соединения обмоток Д/Уя;

3. Двигатель защищен плавким предохранителем I_ном.пр 160 А;

4. Коэффициент кратности к = 3.

Решение: необходимо определить наименьшее допустимое по условию срабатывания защиты ток I_к, затем действительное значение I_к, который будут проходить по петле фаза-нуль и сравнить их. Если действительное значение I_к больше наименьшего допустимого тока, то отключающая способность будет обеспечена.

I. Определим наименьшее значение I_к.

I_к = К*Iпред-3*160 = 480А.

Дата добавления: 2014-12-07