Расчет зануления на отключающую способность

Расчет на отключающую способность проводят в следующей последовательности [8]. Расчетную схема см. на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Расчетные схемы зануления на отключающую способность:
а – полная; б – упрощенная

Определяем значение тока короткого замыкания, А, по формуле

1. (1.11)

где I _ном – номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автоматического выключателя (АВ), А; к – коэффициент кратности тока, к = 1,25 1,4 при АВ, имеющем отсечку; к = 3 6, если электроустановка защищается предохранителями или АВ с обратной зависимостью характеристики тока.

Значение I _к зависит от U_ф и сопротивлений цепи, в том числе от активного и индуктивного сопротивлений трансформатора R_т и Х_т, активных сопротивлений фазного и нулевых проводов R_ф и R_н внешнего индуктивного сопротивления петли фазный провод – нулевой провод Х_н и, наконец, сопротивлений заземления нейтрали трансформатора и повторного заземления нулевого провода r_о и r_н.

Поскольку r_о и r_н, как правило, велики по сравнению с другими сопротивлениями цепи, можно не принимать во внимание параллельную ветвь, образованную ими. Тогда расчетная схема упростится, а ток I _к определится по формуле

.

Для упрощения можно применять приближенную формулу, в которой полные сопротивления трансформаторов r_т и петли проводов фаза – нуль r_п складываются:

.

где r_т = .

Тогда сопротивление петли, Ом,

. (1.12)

Некоторая погрешность формулы (1.12) ужесточает требования к занулению, т.е. повышает условия безопасности, и поэтому применение ее допустимо.

Расчетная формула получается из выражений (1.11) и (1.12) и имеет следующий вид:

(1.13)

В ней неизвестным является лишь R_н.

Значение r_т для трансформаторов мощностью S< 1000 кВА со схемой соединения обмоток U /U _о колеблется в пределах от 0,05 до 1,5 Ом и может определяться по эмпирической формуле

(1.14)

где U – номинальное напряжение трансформатора со стороны, питающей сеть с занулением, кВ.

У трансформаторов мощностью выше 1000 кВА r_т имеет небольшое значение и им можно пренебречь.

Значение R_ф можно определить, если известно сечение фазного провода, которое находится из общего расчета электропроводки.

Значение Х_н, Ом/км, определяется по формуле

2. (1.15)

где D и r – расстояние между проводами и радиус проводов, см.

В приближенных расчетах Х_н принимают равным 0,3 Ом/км для внутренней проводки и 0,6 Ом/км для воздушной линии.

При короткой линии или малом расстоянии между проводами, а также если проводка выполнена кабелем или в стальных трубах, значением Х_н можно пренебречь.

В простейшем случае, когда r_т и Х_н можно приравнять нулю, расчетное уравнение (1.13) упрощается:

(1. 16)

Таким образом, задачей расчета является определение сопротивления нулевого провода R_н (точнее, полного сопротивления r_п), при котором будет выполнено условие (1.14).

В большинстве случаев вычисленное r_п оказывается в несколько раз больше сопротивления фазного провода r_ф.

Однако по условию допустимого нагрева нулевого провода и с целью снижения потенциала, возникающего на нем в период прохождения тока КЗ, ПУЭ требуют, чтобы проводимость нулевого провода была не менее 50% проводимости фазного провода.

В соответствии с требованием ПУЭ расчет зануления на отключающую способность сводится к проверке выбранного сечения нулевого провода по уравнению (1.13).

В тех случаях, когда для обеспечения необходимой величины тока I _к требуется очень большая проводимость нулевого провода, должна применяться специальная защита, надежно отключающая поврежденную электроустановку при малых аварийных токах.

Примеры решения задач

Задача 1.3.Проверить, удовлетворяет ли отключающей способности по схеме выбранное сечение нулевого провода линии, показанной на рис. 1.2. Линия 380/220 В с медными проводами 3 х 25+1х16 мм² питается от трансформатора 400 кВА (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Схема питания линии 380/220 В

Решение.Полное сопротивление петли фаза – нуль будет следующим:

а) на 1 км по формуле (1.12)

Ом/км,

где Х_н – принято равным 0,6 Ом/км, а R_ф и R_н взяты из справочника [ 9] ;

б) на участке ₁ = 0,2 км

Ом.

Определяем r_т трансформатора по выражению (1.14)

Ом.

Ток короткого замыкания по (1.11):

а) при пробое на корпус двигателя 1

А;

б) при пробое на корпус двигателя 2

А.

Необходимый для отключения ток короткого замыкания из (1.11):

а) при пробое на корпус двигателя 1

А;

б) при пробое на корпус двигателя 2

А.

Следовательно, выбранная проводимость нулевого провода обеспечивает отключающую способность схемы.

Задача 1.4.Перекачка наливных грузов осуществляется через стационарную эстакаду при помощи центробежного насоса 5НД, приводимого в действие трехфазным асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором мощностью 28 кВт. В трансформаторной подстанции, удаленной от эстакады на расстояние 130 м, установлен понижающий трансформатор мощностью 100 кВА на напряжении 380/220 В со схемой соединения обмоток Д/у. Питание насоса осуществляется по трехжильному кабелю типа АВГ. В качестве нулевого проводника предполагается использовать алюминиевую оболочку кабеля.

Требуется определить ток плавкой вставки и проверить зануление на отключающую способность.

Решение.Номинальный ток электродвигателя насоса [14] определяется как

(1.17)

где Р_ном – мощность электродвигателя, кВт; U_л – линейное напряжение сети, В; cos j – коэффициент мощности, принимаем равным 0,7; h – коэффициент использования электроустановки, принимаем равным 0,8.

Тогда

А.

Пусковой ток двигателя составит [формула 1.11)]:

А.

Номинальный ток плавкой вставки:

где a – коэффициент, зависящий от режима перегрузки предохранителя при пуске электродвигателя и типа предохранителя. Для предохранителей типа ПР-2 a = 3 при легком пусковом режиме и a = 2 при тяжелом пусковом режиме.

Для электродвигателей насосов характерен легкий пусковой режим, поэтому

А.

Выбираем ближайшую стандартную плавкую вставку на ток 160 А.

Для расчета тока линии, равного номинальному току электродвигателя I_ном = 76 А, по нагреву приемлемо сечение жил кабеля 3? 16 мм².

Проверяем плавкий предохранитель на срабатывание от тока короткого замыкания. Сопротивление фазного провода определяем как

Ом,

Х_ф = 0 для меди.

При сечении фазной жилы 25 мм², сечении алюминиевой оболочки 46 мм² сопротивление петли составляет

Ом;

Х_ф=0 для алюминия; Х_п=0 для кабельной прокладки.

Тогда

А.

Так как

,