А. Проверочный расчет сечений проводников сетей и параметров аппаратов защиты, исходя из условий их теплового нагрева

Сеть силовая, защита плавкими предохранителями:

1) определяют требуемое сечение проводников по правилу: допустимый длительный ток провода или кабеля I_доп должен быть больше или равен току нагрузки (электроприемника) I_р, т.е.

(2.1)

Рабочий ток нагрузки I_р определяют в зависимости от характера и назначения сетей;

2) определяют номинальный ток плавкой вставки предохранителя, исходя из того, что этот ток должен быть больше или равен максимальному кратковременному току (протекающему через предохранитель), деленному на коэффициент :

(2.2)

где I_н.вст – расчетная величина номинального тока плавкой вставки, А; - коэффициент, зависящий от типа предохранителя и условий пуска электродвигателей. Для асинхронных с короткозамкнутым ротором чаще всего значения принимают равным 2,5; для электродвигателей ответственных механизмов с целью особо надежной отстройки предохранителей от пусковых токов допускается значение принимать равным 1,6 (независимо от условий пуска электродвигателей); I_макс – наибольшая величина кратковременного тока, протекающего через предохранитель (зависит от вида защищаемой сети), А.

Для ответвлений к одиночным асинхронным электродвигателям

I_макс=I_пуск=I_нК_п., (2.3)

где I_пуск – пусковой ток электродвигателя; - номинальный ток электродвигателя; К_п – краткость пускового тока (для электродвигателей с короткозамкнутым ротором значение К_п=4-8; с фазным ротором значение К_п=1,5 2,5).

Для сетей, питающих n электродвигателей,

, (2.4)

где - сумма рабочих токов всех электродвигателей без одного, имеющего наибольший пусковой ток; К_о – коэффициент одновременности, учитывающий присоединенную мощность фактически работающих электродвигателей; I_пуск – пусковой ток электродвигателя, имеющий наибольшую его величину.

Рабочий ток электродвигателей определяют по формуле

I_p=I_нК_з,

где К_з – коэффициент загрузки электродвигателей, т.е. отношение действительной загрузки электродвигателя к номинальной (при отсутствии сведений о загрузке электродвигателя и для ответвлений к одному электродвигателю К_з принимают равным 1).

При расчете ответвлений с короткозамкнутым электродвигателем во взрывоопасных зонах (за исключением В-I_б (2) и В-I_г (2)) рабочий ток электродвигателя определяют по формуле

I_p=1,25I_н. (2.5)

После определений I_н.вст по формуле (2.2) и соответствующему каталогу или прил. 12 выбирают величину I_н.вст, равную или ближайшую большую для данного типа предохранителя. Необходимое сечение провода или кабеля сети определяют по табл. 1.3.4 1.3.28 ПУЭ [1] с учетом формулы (2.1);

3) проверяют надежность отключения плавким предохранителем аварийного участка при коротком замыкании (к.з.) в конце защищаемой линии по формуле (2.6) для взрывоопасных зон, по формуле (2.7) для невзрывоопасных зон:

; (2.6)

. (2.7)

Для приближенного расчета тока к.з. в сетях напряжением до 1000 В пользуются следующими формулами:

а) ток однофазного к.з. в сетях с глухозаземленной нейтралью

, (2.8)

б) ток двухфазного к.з. в сетях с изолированной нейтралью

, (2.9)

где U_ф и U_л – номинальное фазное и линейное напряжения сети, В; z_(ф-0) и z_ф – полное сопротивление цепи тока к.з. соответственно для петли «фаза-нуль» и для «фазы», Ом.

Значения z определяют по формулам:

; (2.10)

, (2.11)

где r_ф= l/s₀ и х_ф=аl – активное и индуктивное сопротивления проводника фазы участка цепи, Ом; r₀= l/s₀ и х₀=аl – активное и индуктивное сопротивления нулевого проводника, Ом ( - расчетное удельное сопротивление, равное 19 для меди и 32 для алюминия, ); l – длина участка цепи, км; s_ф и s₀ – сечения соответственно проводника фазы и нулевого провода, мм²; а – среднее значение индуктивного сопротивления 1 км проводника, равное 0,07 для кабелей; 0,09 – для проводов, проложенных в трубе; 0,25 – для изолированных проводов, проложенных открыто, на роликах или изоляторах; 0,3 – для воздушных линий низкого напряжения; r_т=с/S_т и х_т=dr_т – активное и индуктивное сопротивления фазы питающего трансформатора, Ом (здесь S_т – мощность трансформатора, ; с – коэффициент, равный 4, - для трансформаторов до 60 ; 3,5 – до 180 ; 2,5 – до 1000 ; 2,2 – до 1800 ;d – коэффициент, равный 2, - для трансформаторов до 180 ; 3 – до 1000 ; 4 – до 1800 ; r_д – добавочное сопротивление переходных контактов, Ом; z_т(1) – расчетное полное сопротивление трансформатора току к.з. на корпус (землю), Ом.

При подсчете ожидаемых значений токов к.з. в установках до 1000 В (во избежание полученных грубых преувеличений) необходимо полнее учитывать не только активное сопротивление всех элементов петли к.з., но и активное сопротивление переходных контактов этой петли (болтовые контакты на шинах, зажимы на вводах и выводах аппаратов, разъемные контакты аппаратов и контакт в точке к.з.). При отсутствии достоверных данных о полном числе контактов и о переходных сопротивлениях в них, включая контакт в точке к.з., рекомендуется принимать для всех контактов добавочное активное сопротивление r_д, равное: а) для распределительных щитов на подстанциях – 0,015 Ом; б) для первичных цеховых распределительных пунктов напряжением 380 В, питаемых радиальными линиями от щитов подстанций, - 0,02 Ом; в) для вторичных цеховых распределительных пунктов, щитов и на зажимах аппаратов, питаемых от первичных распределительных пунктов – 0,025 Ом; г) для аппаратуры, установленной непосредственно у электроприемников (контакторы, пускатели и т.д.), получающих питание от вторичных распределительных пунктов, - 0,03 Ом.

В распределительных сетях до 1000 В активное сопротивление цепи бывает иногда больше индуктивного. Поэтому при определении тока к.з. можно пренебречь суммарным индуктивным сопротивление короткозамкнутой цепи, если . Т.е. его влиянием можно пренебречь и принимать при расчетах х_п=0. Значение расчетных сопротивлений понижающих трансформаторов z_т(1) в формуле (2.10) для случая однофазного к.з. учитывают при мощности трансформаторов только до 630 , если их обмотки соединены по схеме Y/Y₀ (табл. 2.16).

Таблица 2.16

Мощность трансформаторов,	Первичное напряжение, кВ	Значения zт(1), Ом
	6 и 10	3,110
	6 и 10	1,949
	6 и 10	1,237 1,136
	6 и 10 20 и 35	0,779 0,764
	6 и 10 20 и 35	0,487 0,478
	6 и 10 20 и 35	0,312 0,305
	6 и 10 20 и 35	0,195 0,191
	6 и 10 20 и 35	0,129 0,121

Примечание. При вторичном напряжении 230/127 В значения сопротивлений следует уменьшить в 3 раза.

Если аппарат защиты не обеспечивает надежного отключения к.з. в соответствии с требованиями формул (2.6) и (2.7), на линии необходимо установить промежуточный аппарат с меньшим током срабатывания или принять меры к уменьшению сопротивления линии, например, увеличить сечение нулевого провода;

4) проверяют надежность отключения плавким предохранителем токов короткого замыкания вначале защищаемого участка линии по формуле (2.12):

, (2.12)

где I_пр.пр – предельный ток отключения предохранителя, который определяется по его паспортным или каталожным данным (см. прил.12), А; I_к.з.(н) – ток к.з. в начале защищаемого участка сети, А.

Ток трехфазного к.з. в начале защищаемого участка трехфазной сети (в месте установки предохранителя) независимо от режима нейтрали трансформатора определяют по формуле

. (2.13)

Значение z_ф определяют по формуле (2.11). Ток к.з. в начале защищаемого участка сети при схеме «две фазы-нуль» определяют по формуле (2.9) а в однофазных сетях по формуле (2.8);

5) проверяют селективность действия плавкого предохранителя, т.е. такую работу, когда на появление токов короткого замыкания реагируют только ближайший к месту повреждения аппарат защиты и не отключается предшествующий ему аппарат. Эта проверка производится путем сравнения номинальных параметров этих аппаратов. При одинаковых предохранителях с плавкими вставками из одного и того же материала, для обеспечения селективного действия необходимо, чтобы номинальные токи плавких вставок последовательно включенных предохранителей отличались друг от друга по возможности на две ступени шкалы номинальных токов.

Сеть силовая, защита автоматическими воздушными включателями и тепловыми реле:

1) определяют требуемое сечение проводников. Эта задача решается так же, как и при защите плавкими предохранителями, т.е. по формуле (2.1);

2) проверяют соответствие номинальных токов расцепителей автоматов или нагревательного элемента реле магнитного пускателя рабочей токовой нагрузке сети по формуле (2.14):

(2.14)

где - номинальный ток теплового или (и) электромагнитного расцепителя, А (определяется по каталогам, например, см. прил.5, 6, 9, 10, 11); I_{н.р(н.нагр)} – номинальный ток реле или нагревательного элемента (например, см. прил. 3, 4).

Чтобы избежать ложного отключения сети, правильность выбора параметров по формуле (2.14) необходимо проверить, также по формулам (2.15) и (2.16):

; (2.15)

, (2.16)

где I_ср.эл.м – и I_{ср.тепл} – соответственно токи, срабатывания электромагнитного и теплового расцепителей (см. прил. 5, 6, 9, 10, 11), А; К_м и К_р – коэффициенты, учитывающие неточность в определении и разброс характеристик расцепителей автоматов. Для большинства автоматов значение К_м=1,25 1,5, а К_р=1,25.

3) проверяют автомат на надежность отключения аварийного участка при коротком замыкании в конце защищаемой линии по формулам (2.17) и (2.18) при защите во взрывоопасных зонах и по формулам (2.17) и (2.19) в невзрывоопасных зонах:

*; (2.17)

; (2.18)

. (2.19)

Для автомата с комбинированным расцепителем надежность отключения токов короткого замыкания считается удовлетворительной, если по формулам (2.17), (2.18), (2.19), будет получена требуемая кратность для одного из расцепителей – электромагнитного или теплового;

4) Определяют надежность отключения автоматом токов короткого замыкания в начале защищаемого участка по формуле (2.20):

, (2.20)

где I_пр.а – предельный ток отключения автомата (например, см. прил. 5, 6, 9, 10, 11), А;

5) определяют селективность действия автоматов. Обычно селективность обеспечивается автоматами, если номинальные токи расцепителей смежных автоматов отличаются друг от друга на две ступени по шкале.

Сеть осветительная, защита плавкими предохранителями:

1) определяют требуемое сечение проводников линии по формуле (2.1). Рабочий ток нагрузки в осветительных сетях находят по формулам (2.21 2.23):

в групповой осветительной сети однофазного тока

; (2.21)

в осветительных сетях по схеме «две фазы-нуль»

; (2.22)

в питающих осветительных сетях трехфазного тока

; (2.23)

_______

*1,25 используется для автоматов на номинальные токи выше 100 А, кратность 1,4-до 100А.

2) определяют номинальный ток плавкой вставки предохранителя по формулам (2.24) и (2.25):

; (2.24)

; (2.25)

3) проверяют надежность отключения плавким предохранителем аварийного участка в конце и начале защищаемой линии по формулам (2.6), (2.7) и (2.12);

4) определяют селективность действия предохранителей. Это решается так же, как и в случае, описанном для силовой сети.

Сеть осветительная, защита автоматическими воздушными выключателями:

1) определяют требуемое сечение проводников линии так же, как и в случае защиты осветительной сети плавкими предохранителями – по формуле (2.1);

2) проверяют правильность выбора номинальных токов расцепителей автоматов по формуле (2.14). Чтобы избежать ложного отключения линии, правильность выбора указанных параметров проверяют по формулам (2.15) и (2.16). Так как осветительные линии, как правило, подлежат обязательной защите от токов перегрузки, необходимо проверить, выполнено ли условие ;

3) проверяют надежность отключения автоматом аварийного участка в конце и начале защищаемой линии по формулам (2.17) (2.19);

4) селективность действия автомата проверяют так же, как и в случае защиты силовой сети.