Расчет петли фаза нуль и выбор автомата

Расчет токов однофазного кз в сети 0,4 кВ

В данной статье речь пойдет об определении величины тока однофазного тока к.з. в сетях 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью.

Данный вопрос очень актуален, так как электрические сети 0,4 кВ, являются наиболее распространёнными.

В настоящее время существует два метода расчета однофазного КЗ – точный и приближенный и оба метода основаны на методе симметричных составляющих.

1. Точный метод определения тока однофазного КЗ

1.1 Точный метод определения тока однофазного КЗ, представлен в ГОСТ 28249-93 формула 24, и рассчитывается по формуле:

Используя данный метод можно с большой степенью точности определять токи КЗ при известных сопротивлениях прямой, обратной и нулевой последовательности цепи фаза-нуль.

К сожалению, на практике данный метод не всегда возможно использовать, из-за отсутствия справочных данных на сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности для кабелей с алюминиевыми и медными жилами с учетом способов прокладки фазных и нулевых проводников.

2. Приближенный метод определения тока однофазного КЗ

2.1 Приближенный метод определения тока однофазного кз при большой мощности питающей энергосистемы (Хс

где:

  • Uф – фазное напряжение сети, В;
  • Zт – полное сопротивление трансформатора току однофазного замыкания на корпус, Ом;
  • Zпт – полное сопротивление петли фаза-нуль от трансформатора до точки КЗ, Ом.

2.2 Если же питающая энергосистема имеет ограниченную мощность, то тогда ток однофазного кз определяется по формуле 2-26 [ Л3, с 39]:

2.3 Значение Z определяется по таблице 2.9 или можно определить по формуле 2-25 [ Л3, с 39]:

где:
х и r; х и r; х и r — индуктивное и активное сопротивления трансформатора токам прямой, обратной и нулевой последовательности, мОм. Принимаются по таблице 2.4 [Л3, с 29].

Значение Zт/3 для различных трансформаторов с вторичным напряжением 400/230 В, можно принять по таблицам 2, 3, 4 [Л1, с 6,7].

Сопротивления контактов шин, аппаратов, трансформаторов тока в данном методе не учитываются, поскольку арифметическая сумма Zт/3 и Zпт создает не который запас.

2.4 Полное сопротивление трансформатора Zт, определяется по формуле 2-24 [Л3, с 39]:

2.5 Полное сопротивление петли фаза-нуль, определяется по формуле 2-27 [Л3, с 40]:

где:

  • Zпт.уд. – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для каждого участка от трансформатора до места КЗ определяется по таблицам 2.10 – 2.14 [Л3, с 41,42] или по таблицам [Л2], мОм/м;
  • l – длина участка, м.

Ниже представлены справочные таблицы со значениями удельного сопротивления петли фаза-нуль для различных кабелей и шинопроводов согласно [Л3, с 41,42].

Справочные таблицы 7, 10 со значениями активных сопротивления медных и алюминиевых проводов, кабелей [Л1, с 6, 14].

Справочные таблицы 11, 12, 13 со значениями полного расчетного сопротивления цепи фаза-нуль для 3(4) — жильных кабелей с различной изоляций и при температуре жилы +65(+80) С [Л1, с 15, 16].

На практике согласно [Л1, с 5] рекомендуется использовать приближенный метод определения тока однофазного КЗ. При таком методе, допустимая погрешность в расчете тока однофазного КЗ при неточных исходных данных в среднем равна – 10% в сторону запаса; 18-20% — при схеме соединения трансформатора Y/Y0, когда преобладает активная нагрузка и для зануления используется 4-я жила либо оболочка кабеля; 10-12% — при использовании стальных труб для зануления электропроводки.

Из выше изложенного, следует, что при использовании данного метода, создаётся не который запас при расчете, который гарантирует срабатывания защитного аппарата, согласно требованиям ПУЭ.

1. Рекомендации по расчету сопротивления цепи «фаза-нуль». Главэлектромонтаж. 1986 г.
2. ГОСТ 28249-93 – Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.
3. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.

Поделиться в социальных сетях

Если вы нашли ответ на свой вопрос и у вас есть желание отблагодарить автора статьи за его труд, можете воспользоваться платформой для перевода средств «WebMoney Funding» .

Данный проект поддерживается и развивается исключительно на средства от добровольных пожертвований.

Проявив лояльность к сайту, Вы можете перечислить любую сумму денег, тем самым вы поможете улучшить данный сайт, повысить регулярность появления новых интересных статей и оплатить регулярные расходы, такие как: оплата хостинга, доменного имени, SSL-сертификата, зарплата нашим авторам.

В данной статье пойдет речь о расчете защиты от двойных замыканий на землю для генераторов. Защита.

В данной статье будет рассматриваться пример расчета сопротивления асинхронного двигателя выше 1000 В.

В данном примере будет рассмотрен расчет дифференциальной защиты асинхронного двигателя на реле.

Содержание 1. Общая часть2. Исходные данные3. Токовая отсечка4. Защита от замыканий на землю (земляная.

В данной статье речь пойдет о выборе МТЗ вводных выключателей (ВВ1, ВВ2). Исходные данные принимаем из.

Отправляя сообщение, Вы разрешаете сбор и обработку персональных данных.
Политика конфиденциальности.

Расчет петли фаза нуль и выбор автомата

Петлёй «ФАЗА-НУЛЬ» принято называть цепь, состоящую из фазы трансформатора и проводников – нулевого и фазного.
По измеренному полному сопротивлению петли «ФАЗА-НУЛЬ» производится расчет тока однофазного короткого замыкания. Основной целью является проверка временных параметров срабатывания аппаратов защиты от cверхтоков при замыкании фазы на корпус. Данная проверка так же подверждает непрерывность PE цепи. Время срабатывания аппаратов защиты должно удовлетворять требованиям п.1.7.79 ПУЭ.
Надёжность срабатывания защиты от сверхтоков является одним из основных требований как при проектировании, так и при монтаже и требует расчетной и натурной проверки.

Поскольку речь идёт о замыкании на корпус, то под нулевым проводником мы понимаем совокупность защитных (PE) и защитно-рабочих (PEN) проводников от “корпуса” до трансформатора. Таким образом, проверка петли “ФАЗА-НУЛЬ” позволяет оценить и качество защитной цепи.

ИЗМЕРЕНИЯ

Существует несколько методик измерения сопротивления петли «ФАЗА-НУЛЬ» и токов короткого замыкания, как с отключением напряжения линии, так и без.
В настоящее время в основном применяются современные микропроцессорные измерительные приборы, реализующие методику измерения полного сопротивления петли «ФАЗА-НУЛЬ» без отключения напряжения, и автоматического расчета тока короткого замыкания на основании значения сопротивления петли. Применение данных приборов упрощает процесс испытаний. Кроме того, испытания оказываются более щадящими по отношению к испытываемым линиям и аппаратам защиты. Некоторые из этих приборов позволяют проводить измерения без искючения из испытываемой линии УЗО и не вызывают их срабатывания, что представляется достаточно важным и удобным, поскольку измерения проводятся между фазным проводником и нулевым защитным проводником. Измерения проводятся на концах проводников, защищаемых аппаратами защиты от сверхтока.

Результаты измерений оформляются протоколом установленного образца.

Перед проведением измерений петли «ФАЗА-НУЛЬ» рекомендуется провести измерение сопротивлений защитных проводников, проверку их непрерывности (проверка металлосвязи, проверка заземления).

УСТРАНЕНИЕ ДЕФЕКТОВ

Если при проведении измерений петли «ФАЗА-НУЛЬ» в действующей электроустановке получены неудовлетворительные результаты, то требуется срочное устранение дефекта. Как правило, бывает достаточно заменить аппарат защиты от сверхтоков на другой, с более подходящими характеристиками. Но иногда требуется замена существующего кабеля на кабель с другим сечением жил. Подобные случаи, как правило, сложнее с точки зрения монтажа.

РАСЧЁТ ПЕТЛИ «ФАЗА-НУЛЬ»

С целью своевременного согласования параметров кабельных линий и аппаратов защиты от сверхтоков необходимо производить расчёты петли «ФАЗА-НУЛЬ» на стадии проектных работ. Подобные расчеты удобно проводить в комплексе: мощность нагрузки; cos φ; длина кабельной линии; сечение жилы; вид монтажа; падение напряжения на линии; расчетное полное сопротивление петли; прогнозируемый ток короткого замыкания; номинальный ток аппарата защиты; характеристика аппарата защиты. Расчет петли «ФАЗА-НУЛЬ» является одним из наиболее сложных, поскольку требует принятия во внимание ряда трудно учитываемых параметров.

ВРЕМЯ-ТОКОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Согласно ГОСТа Р 50345-99, п.3.5.17 – это наименьшая величина тока, при котором автоматический выключатель сработает (отключится) без выдержки времени, т.е. его электромагнитная защита.

В этом же ГОСТе Р 50345-99, п.5.3.5., говорится, что всего существует три стандартные характеристики (типы мгновенного расцепления):

B — от 3·In до 5·In
C — от 5·In до 10·In
D — от 10·In до 20·In (встречаются от 10·In до 50·In)
In – номинальный ток автоматического выключателя.

Рассмотрим каждый вид характеристики на примере модульного автоматического выключателя ВА47-29.

Время-токовая характеристика типа В

На графике (кривой) показана зависимость времени отключения автоматического выключателя от протекающего через него тока. Ось Х — это кратность тока в цепи к номинальному току автомата (I/In). Ось У — время срабатывания, в секундах.

График разделен двумя линиями, которые и определяют разброс времени срабатывания тепловой и электромагнитной защит автомата. Нижняя линия — это горячее состояние автомата (после срабатывания), а верхняя линия — это холодное состояние.

Характеристики практически всех автоматов изображаются при температуре +30°С.

На представленных время-токовых характеристиках (сокращенно, ВТХ) пунктирная линия — это верхняя граница (предел) для автоматов с номинальным током меньше 32 (А).

По графику видно:

1. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 3·In, то он должен отключиться за время 0,02 секунды в горячем состоянии, до 35 секунд в холодном состоянии (для автоматов менее 32А) и до 80 секунд в холодном состоянии

2. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 5·In, то он должен отключиться за 0,01 секунду в горячем состоянии или за 0,04 секунды в холодном.(для автоматов более 32А).

Автоматы с характеристикой В применяются в основном для защиты потребителей с преимущественно активной нагрузкой, например, электрические печи, электрические обогреватели, цепи освещения.

Правда, в магазинах их количество почему то всегда ограничено, т.к. распространенным видом является характеристика С. И кто так решил? Вполне целесообразно на автоматы групповых линий для освещения и розеток ставить именно тип В, а на вводной автомат — тип С. Так будет соблюдена селективность, и при коротком замыкании где нибудь в линии не будет отключаться вводной автомат и «гасить» всю квартиру.

Время-токовая характеристика типа С

1. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 5·In, то он должен отключиться за время 0,02 секунды в горячем состоянии, до 11 секунд в холодном состоянии (для автоматов менее 32А) и до 25 секунд в холодном состоянии (для автоматов более 32А) .

2. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 10·In, то он должен отключиться за 0,01 секунду в горячем состоянии или за 0,03 секунды в холодном.

Автоматы с характеристикой С применяются в основном для защиты трансформаторов и двигателей с малыми пусковыми токами. Также их можно использовать для питания цепей освещения. Нашли они достаточно широкое распространение в жилом фонде, хотя свое мнение об этом я высказал чуть выше.

Время-токовая характеристика типа D

1. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 10·In, то он должен отключиться за время 0,02 секунды в горячем состоянии, до 3 секунд в холодном состоянии (для автоматов менее 32А) и до 7 секунд в холодном состоянии (для автоматов более 32А).

2. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 20·In, то он должен отключиться за 0,009 секунд в горячем состоянии или за 0,02 секунды в холодном.

Автоматы с характеристикой D применяются в основном для защиты электрических двигателей с частыми запусками или значительными пусковыми токами (тяжелый пуск).

ПЛАВКИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Плавкие предохранители — это электрические аппараты, защищающие установки от перегрузок и токов короткого замыкания.
Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство, гасящее дугу, возникающую после плавления вставки.

К предохранителям предъявляются следующие требования:

  1. Времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта.
  2. При коротком замыкании предохранители должны работать селективно.
  3. Время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов. Предохранители должны работать с токоограничением.
  4. Характеристики предохранителя должны быть стабильными. Разброс параметров из-за производственных отклонений не должен нарушать защитные свойства предохранителя.
  5. В связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность.
  6. Замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна требовать много времени.

В промышленности наибольшее распространение получили предохранители типа и ПН-2.

ВРЕМЯ-ТОКОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ СЕРИИ ПН2

Устройство предохранителей ПН-2

Эти предохранители более совершенны, чем предохранители ПР-2. Корпус квадратного сечения №1 предохранителя типа ПН-2 изготавливается из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса расположены ленточные плавкие вставки №2 и наполнитель — кварцевый песок №3. Плавкие вставки привариваются к диску №4, который крепится к пластинам №5, связанным с ножевыми контактами №9. Пластины №5 крепятся к корпусу винтами.

В качестве наполнителя в предохранителях ПН-2 используется кварцевый песок с содержанием SiO2 не менее 98 %, с зернами размером (0,2—0,4)10-3 м и влажностью не выше 3 %. Перед засыпкой песок тщательно просушивается при температуре 120—180 °С. Зерна кварцевого песка имеют высокую теплопроводность и хорошо развитую охлаждающую поверхность.

Плавкая вставка предохранителей ПН-2 выполняется из медной ленты толщиной 0,1— 0,2 мм. Для получения токоограничения вставка имеет суженные сечения №8. Плавкая вставка разделена на три параллельных ветви для более полного использования наполнителя. Применение тонкой ленты, эффективный теплоотвод от суженных участков позволяют выбрать небольшое минимальное сечение вставки для данного номинального тока, что обеспечивает высокую токоограничивающую способность. Соединение нескольких суженных участков по-следовательно способствует замедлению роста тока после плавления вставки, так как возрастает напряжение на дуге предохранителя. Для снижения температуры плавления на вставки наносятся оловянные полоски №7 (металлургический эффект).

Принцип действия предохранителя ПН-2

При коротком замыкании плавкая вставка предохранителя ПН-2 сгорает и дуга горит в канале, образованном зернами наполнителя. Из-за горения в узкой щели при токах выше 100 А дуга имеет возрастающую вольт-амперную характеристику. Градиент напряжения на дуге очень высок и достигает (2—6)104 В/м. Этим обеспечивается гашение дуги за несколько миллисекунд.

После срабатывания предохранителя плавкие вставки вместе с диском №4 заменяются, после чего патрон засыпается песком. Для герметизации патрона под пластины №5 кладется асбестовая прокладка №6 что предохраняет песок от увлажнения. При номинальном токе 40 А и ниже предохранитель имеет более простую конструкцию.

Технические характеристики предохранителей ПН-2

Предохранители ПН-2 выполняются на номинальный ток до 630 А. Предельный отключаемый ток короткого замыкания, который может отключаться предохранителем, достигает 50 кА (действующее значение тока металлического короткого замыкания сети, в которой устанавливается предохранитель).
Малые габариты, незначительная затрата дефицитных материалов, высокая токоограничивающая способность являются достоинствами плавкого предохранителя ПН-2.

Материал плавких вставок предохранителей

Плавкие вставки изготовляются из меди, цинка, свинца или серебра.

В современных наиболее совершенных предохранителях отдают предпочтение медным вставкам с оловянным растворителем. Широко распространены также цинковые вставки.
Медные вставки для предохранителей наиболее удобны, просты и дешевы. Улучшение их характеристик достигается наплавлением оловянного шарика в определенном месте, примерно в середине вставки. Такие вставки применяются, например, в упомянутой серии насыпных предохранителей ПН2. Олово плавится при температуре 232°, значительно меньшей, чем температура плавления меди, и растворяет медь вставки в месте соприкосновения с нею. Появляющаяся при этом дуга уже расплавляет всю вставку и гасится. Цепь тока оказывается отключенной.
Таким образом, наплавление оловянного шарика приводит к следующему.
Во-первых, медные вставки начинают реагировать с выдержкой времени на столь малые перегрузки, на которые они при отсутствии растворителя вовсе не реагировали бы. Например, медная проволока диаметром 0,25 мм с .растворителем расплавилась при температуре 280° за 120 мин.

Во-вторых, при одной и той же достаточно большой температуре (т. е. при одинаковой нагрузке) вставки с растворителем реагируют много быстрее, чем вставки без растворителя.
Например, медная проволока диаметром 0,25 мм без растворителя при средней температуре 1 000° расплавилась за 120 мин, а такая же проволока, но с растворителем при средней температуре только 650°, расплавилась всего за 4 мин.

Применение оловянного растворителя позволяет иметь надежные и дешевые медные вставки, работающие при сравнительно низкой эксплуатационной температуре, имеющие относительно малый объем и вес металла (что благоприятствует коммутационной способности предохранителя) и в то же время обладающие большим быстродействием при больших перегрузках и реагирующие с выдержкой времени на относительно малые перегрузки.

Цинк часто используется для изготовления плавких вставок. В частности, такие вставки применяются в упомянутой серии предохранителей ПР-2.
Вставки из цинка более устойчивы против коррозии. Поэтому, несмотря на относительно малую температуру плавления, для них, вообще говоря, можно было бы допустить такую же предельную эксплуатационную температуру, как для меди (250°), и конструировать вставки с меньшим сечением. Однако электрическое сопротивление цинка примерно в 3,4 раза больше, чем у меди.
Чтобы сохранить ту же температуру, надо уменьшить потери энергии в ней, соответственно увеличив ее сечение. Вставка получается значительно более массивной. Это при прочих равных условиях приводит к понижению коммутационной способности предохранителя. Кроме того, при массивной вставке с температурой 250° не удалось бы в тех же габаритах удержать на допустимом уровне температуру патрона и контактов.
Все это заставляет снизить предельную температуру цинковых вставок до 200°, а для этого — еще больше увеличивать сечение вставки. В итоге предохранители с цинковыми вставками при тех же размерах обладают значительно меньшей устойчивостью к токам короткого замыкания, чем предохранители с медными вставками и оловянными растворителями.

Расчет сопротивления петли “фаза-ноль”

Контур, состоящий из фазы трансформатора и цепи фазного и нулевого проводников. Сопротивление петли фаза-ноль определяет ток такого короткого замыкания.

Если сопротивление петли фаза-ноль велико, то может оказаться, что ток короткого замыкания не достаточен для быстрого срабатывания защиты от короткого замыкания. И защита или вообще не отключает короткое замыкание, или отключает через длительное время. Все это время на корпусе электроаппарата присутствует опасное напряжение.

В электроустановках до 1000 В с заземлением нейтрали безопасность обслуживания электрооборудования при пробое на корпус обеспечивается отключением поврежденного участка с минимальным временем. При замыкании фазного провода на соединенный с нейтралью трансформатора (или генератора) нулевой провод или корпус оборудования образуется контур, состоящий из фазы трансформатора и цепи фазного и нулевого проводников. Этот контур принято называть петлей «фаза-ноль»

Проверка надежности и быстроты отключения поврежденного участка сети состоит в следующем:

Определяется ток короткого замыкания на корпус Iкз. Этот ток сопоставляется с расчетным током срабатывания защиты испытуемого участка сети. Если возможный в данном участке сети ток аварийного режима превышает ток срабатывания защиты с достаточной кратностью, надежность отключения считается обеспеченной.

Произведем расчет сопротивления петли фаза-ноль

Рис.5 Схема для расчета петли «Фаза-ноль»

Rт, Хт– активное и индуктивное сопротивление вторичной обмотки силового трансформатора

Rк – переходное сопротивление контактного соединения

Rа – сопротивление аппаратов защиты и коммутации

Rтт, Хтт– активное и индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора тока

Rпр, Хтпр– активное и индуктивное сопротивление провода (длину провода в обоих случаях принимаем 80м.)

Индуктивное и активное сопротивление обмотки трансформатора (мОм)

Сопротивления контактов определяются по следующей формуле

Полное сопротивление петли фаза-ноль

Поученный расчетный ток к.з. сравниваем с током срабатывания защитной аппаратуры. Если выполняется условие, то аппарат защиты сработает и его выбор произведен верно

Произведем расчет сопротивления петли фаза-ноль

В качестве трансформатора принимаем следующий

Определяем сначала индуктивное и активное сопротивление обмотки трансформатора (мОм) по формулам (6.1) и (6.2)

Сопротивления контактов определяются по формуле

Fк=50 Н (сила нажатия в контакте)

K=4 (коэффициент, зависящий от материала контактов и состояния их поверхности; определяется по сводной таблице)

m=1,0 (коэффициент, зависящий от типа контакта)

По таблицам определяем остальные параметры

Полное сопротивление петли фаза-ноль

Так как 2084 А>630 А то при к.з. защитная аппаратура сработает.

Автоматический выключатель и сопротивление петли фаза ноль бытовой проводки

Электрическая безопасность жилых помещений по-прежнему остается актуальной. Ей необходимо уделять постоянное внимание.

Однако не все владельцы квартир квалифицированно занимаются этим, зачастую просто не представляя специфику вопроса.

Часто можно встретить случаи, когда приобретенный в магазине автомат сразу установлен в качестве основной защиты электрической проводки и введен в работу без необходимых проверок.

В тексте статьи приводятся советы домашнему мастеру по выбору автоматического выключателя для защиты бытовой сети и способам его проверок применительно к конкретно выполненной электропроводке с поясняющими картинками, схемами и видеороликом.

Они призваны помочь начинающему электрику избежать типичные ошибки монтажа, наладки и эксплуатации защитных устройств, сделать бытовую электрическую проводку надежной и безопасной.

Особенности работы автоматического выключателя

Конструкция устройства и принципы работы этой защиты изложены отдельной статьей. Рекомендую ознакомиться с ней.

Автоматический выключатель создан для оперативного снятия напряжения со схемы питания в случае ее перегрузки или возникновения короткого замыкания.

Защитные функции

Режим перегрузок

Первоначальную защиту электрической схемы раньше выполняли с помощью предохранителя, плавкая вставка которого просто перегорела и разрывала электрическую цепь под тепловым воздействием аварийного тока.

Эта функция осталась в конструкции автоматического выключателя. В нем она реализована тепловым расцепителем и выполняет защиту от перегрузок, снимая напряжение с защищаемого участка с выдержкой времени. Это необходимо для исключения частых отключений при возникновении переходных процессов от различных коммутаций схемы.

Определять зону работы теплового расцепителя, как и его второй составляющей — электромагнита отключения удобно с помощью времятоковой характеристики, указывающей зависимость времени срабатывания от величины аварийного тока, проходящего по контактам биметаллической пластины.

Режим коротких замыканий

При его возникновении к схеме прикладываются максимально возможные мощности, энергия которых способна расплавить металлические провода или вызвать пожар. Поэтому с целью сохранения оборудования необходимо выполнять очень быстрое снятие питания за тысячные доли секунды.

Это задача второй составляющей защиты автоматического выключателя: токовой отсечки, которую выполняет электромагнитный расцепитель.

Обе защиты автомата работают автономно, не зависят друг от друга, имеют собственные уставки и настройки. Однако они подобраны под конкретную величину рабочего номинального тока, призваны обеспечивать его нормальное прохождение без излишних, ложных отключений.

Принцип выбора автоматического выключателя

При определении его технических возможностей учитывают:

  • величину номинального тока в сети, на которую существенное влияние оказывает состояние электропроводки и подключаемые к ней нагрузки;
  • допустимый режим перегрузок;
  • отключающие способности возможных аварийных режимов.

Алгоритм выбора автоматического выключателя по номинальному току с учетом особенностей схемы электроснабжения показан на диаграмме.

Она позволяет сделать предварительный расчет необходимых параметров автоматического выключателя, подобрать его защитные характеристики.

Для проведения подобного расчета также можно воспользоваться компьютерной программой Электрик 7-8.

Что такое петля фаза ноль

В любой бытовой схеме электрический ток совершает работу за счет того, что электродвижущая сила вторичной обмотки трансформаторной подстанции замыкается на цепочку, состоящую из последовательно подключенных электрических сопротивлений:

  • питающих шин 0,4кВ;
  • жил силовых кабелей и проводов;
  • включенных контактов защитных устройств;
  • контактных соединений коммутационных аппаратов и транспортных магистралей.

Всю эту собранную цепочку на языке электриков принято называть петлей фаза ноль. Ее техническое состояние, качество монтажа, эксплуатационные режимы и последующее обслуживание могут увеличить величину электрического сопротивления. Оно в большинстве случаев практически не оказывает значительного влияния на обычный режим электроснабжения.

Бытовые потребители будут нормально функционировать, а ток, проходя от обмотки трансформаторной подстанции по всем контактам, проводам и кабелям, совершает полезную работу.

Как бытовая проводка влияет на работу автоматического выключателя

Сопротивление петли фаза ноль может существенно сказаться на работе автоматических защит в аварийной ситуации: оно способно их сильно загрубить. Поэтому оно требует периодического измерения, учета и корректировок.

Увеличение сопротивления питающей цепочки может произойти:

  • в результате ослабления резьбовых зажимов на контактных соединениях;
  • ухудшения усилий сжатия пружинных контактов;
  • подключения дополнительных участков электроснабжения;
  • подгорания или засорения подвижных контактов коммутационных аппаратов;
  • по другим причинам.

Все эти факторы необходимо заранее, до момента возникновения аварии, выявить и своевременно устранить.

Еще один метод безопасного предотвращения последствий коротких замыканий — учет корректировок измененного электрического сопротивления этой петли и подбор по ним характеристик автоматического выключателя. Но для его обеспечения необходимо знать эту величину.

Как замеряется сопротивление петли фаза ноль

Работа состоит из трех этапов:

  1. подготовительная часть;
  2. электрические измерения;
  3. анализ полученных данных и принятие решения по ним.

Подготовительный этап

Общепринято до начала проведения электрических замеров выполнять внутренний осмотр оборудования, проверять состояние контактов, прожимать резьбовые соединения. Любые выявленные дефекты, включая соединения проводов и кабелей, должны своевременно устраняться: иначе просто теряется смысл всей последующей работы.

Особое внимание обращайте на механическое состояние каждой жилы провода в месте контактного соединения. Среди электромонтажников встречаются работники, которые пережимают ее, деформируя металл и ослабляя его прочность. Со временем в этом месте создается излишний нагрев, а затем — разрыв провода.

Для измерения выбирается наиболее удаленная по проводке розетка. Ее тоже необходимо осмотреть и определить правильность схемы ее подключения к бытовой сети.

Основные принципы замера

Оценить качество настройки и работы автоматического выключателя можно двумя способами:

  1. прямым созданием короткого замыкания в розетке с замером времени его отключения защитой;
  2. косвенными методами.

Первый метод измерения является самым достоверным, эффективным, но наиболее опасным. Любые дефекты в электрической проводке или ошибки в выборе модели автоматического выключателя могут привести к возникновению опасных режимов, включая пожар. Поэтому на практике выполняют замер косвенным способом.

Для его проведения используют различные электронные приборы, работающие по принципу измерения падения напряжения на встроенном в корпус нагрузочном калиброванном сопротивлении.

При подключении измерителя в розетку вначале фиксируется напряжение холостого хода на ее контактах, а затем кратковременно коммутируется цепь через встроенный резистор. При этом определяется величина тока через него и разность приложенных потенциалов. По полученным данным автоматически осуществляются вычисления, а их результат высвечивается на табло.

На картинке приведен пример подобного измерения петли фаза ноль для системы заземления TN-S, когда путь тока создается по цепочке рабочего ноля. Однако не стоит забывать о проверке качества монтажа РЕ проводника. Для этого прибор подключают между ним и фазой, а технология измерения остается прежней.

В схеме заземления зданий TN-C замер сопротивления петли фаза ноль выполняют только между фазой и PEN проводником, а в системах заземления ТТ и TN-C-S, как и в предыдущем случае.

Современные электронные измерители предоставляют сведения не только о полном сопротивлении измеренной петли, но и об активной и реактивной составляющих с отображением направлений векторов тока и напряжения, участвующих в замере.

Анализ результатов измерения

Полученные показания измерителя сопротивления петли фаза ноль используются чисто в практических целях. Они предназначены для выполнения одного из последующих действий:

  1. возможности продолжать эксплуатировать электрическую проводку и ее защиты в технически исправном состоянии без каких-либо переделок;
  2. необходимости усовершенствования проводимости проблемных участков электропроводки;
  3. срочного принятия мер по настройке защит автоматического выключателя или его замены.

Первый вывод

Его делают, когда:

  1. результат замера соответствует нормативам;
  2. ток рассчитанного короткого замыкания лежит в зоне срабатывания токовой отсечки автоматического выключателя.

Определить ток короткого замыкания в петле фаза ноль позволяет простое действие: деление напряжения холостого хода в розетке на полученный замером результат сопротивления. Здесь действует общеизвестный закон Ома.

Полученную величину необходимо сравнить с зоной срабатывания автоматического выключателя. Ее определяют по величине номинального тока с обеспечением запаса 10% по требованию ПУЭ и действующей характеристике электромагнитного расцепителя (в бытовой проводке применяют автоматический выключатель типов “B”, “C” или “D”.)

Модернизация проблемных мест

Сравнение двух результатов измерения сопротивления петли относительно рабочего ноля и РЕ проводника позволяет сделать вывод о качестве монтажа этих отдельных цепочек.

РЕ проводник выполняют цельной конструкцией без возможности создания разрывов. Он обладает повышенной проводимостью. Но на результате конечного измерения его цепи в схемах TN-C-S и ТТ может сказаться величина сопротивления контура заземления. Ее тоже необходимо измерить и учесть, но это отдельная тема.

Сопротивление цепочки рабочего нуля может быть чуть выше: в него входят контакты коммутационных аппаратов, отдельные провода и кабели, что учитывается при анализе.

Вывод о непригодности автоматического выключателя

К нему можно прийти, если зона отключения токовой отсечки электромагнитом расположена выше рассчитанного тока короткого замыкания. В этом случае сработают только резервные защиты теплового расцепителя, но они обладают задержкой по времени, что не приемлемо для мгновенного отключения. Такой автоматический выключатель требует замены.

Таким образом, измерение сопротивление петли фаза ноль имеет чисто практическое значение и производится для корректировки электрических параметров схемы электропроводки, уточнения правильности работы, встроенных в нее защит.

Заключительный вывод

Периодическое проведение этой операции обеспечивает электрическую безопасность жилых помещений, надежность электроснабжения, оперативное устранение возможных аварийных ситуаций.

Замер сопротивления петли фаза ноль выполняют аккредитованные специалисты электротехнических лабораторий. Инструментальной базы и навыков домашнего мастера для выполнения подобной работы явно недостаточно.

Для закрепления материала рекомендую посмотреть видеоролик владельца Sitgreentv об измерении петли фаза ноль.

Если у вас остались вопросы по этой теме, то задавайте их в комментариях. Сейчас вам удобно поделиться этим материалом с друзьями в соц сетях.

Сопротивление цепи фаза – ноль

В статье рассмотрены метод расчета сопротивления цепи фаза – ноль в электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью и правила вычисления тока короткого замыкания в линии, что позволяет проверить согласование параметров цепи с характеристиками аппаратов защиты при проектировании электроустановки. Приведенные в статье данные предназначены в первую очередь для расчетов распределительных и групповых сетей.

Для выполнения расчетов токов короткого замыкания в трансформаторных подстанциях необходимо дополнительно учитывать тип, мощность, схему подключения, и напряжение на входе трансформатора. Поэтому использование данной работы для расчета трансформаторных подстанций позволит лишь приблизительно оценить их параметры.

В общем случае сопротивление цепи фаза ноль RLN равно:

где Zт/3 – сопротивление трансформатора, Ом; RΣпер – суммарное переходное сопротивление контактов, Ом; RΣавт –суммарное сопротивление всех автоматических выключателей, Ом; Rn– удельное сопротивление n-го участка цепи Ом/км (по таблице 1); Ln – длина n-го участка цепи, км; Rдуги – сопротивление дуги в месте короткого замыкания, Ом.

Сопротивления кабелей и отдельно фазных и нулевых жил различных сечений при температуре +65 градусов приведены в таблице 1. Данная температура жил соответствует работе кабеля при номинальной нагрузке. В таблице 1 не учтены индуктивные составляющие сопротивлений, которые в кабелях пренебрежимо малы. При этом следует иметь ввиду, что при использовании проводов индуктивное сопротивление сети может иметь соизмеримую величину с активным сопротивлением жил, особенно при увеличении расстояния между проводами.

В таблице 2 приведены сопротивления трансформатора 10 (6) кВ при вторичном напряжении 400/230 В для случая соединения обмоток по схеме «треугольник-звезда». При соединении обмоток трансформатора по схеме «звезда-зигзак» оценить сопротивление трансформатора также можно по этой таблице. При соединении обмоток по схеме «звезда-звезда» сопротивление трансформатора в 3 – 3,5 раза больше, поэтому это соединение используется реже.

В таблице 3 приведены ориентировочные величины сопротивлений автоматических выключателей (по данным каталога по модульным выключателям АВВ).

Переходные сопротивления контактов, как правило, вносят несущественную часть в общее сопротивление цепи фаза – ноль. Но при большом количестве контактов их сопротивление необходимо учитывать. Переходное сопротивление болтовых соединений, как правило, мало и не превышает величины сопротивления 1 метра подключаемого кабеля (при подключении кабелей больших сечений переходное сопротивление контактов соответственно меньше, чем у кабелей меньшего сечения). Переходное сопротивление различных контактных колодок и сжимов, используемых в групповых сетях, для расчетов можно принять равным 0,01 Ом.

Активное сопротивление дуги в месте короткого замыкания в значительной степени зависит от мощности и схемы подключения трансформатора, длины и сечения кабелей, а также в большой степени от длины дуги. Ориентировочные значения сопротивления дуги в зависимости от величины сопротивления цепи фаза – ноль цепи приведены в таблице 4. С большим количеством графиков зависимостей сопротивления дуги от мощности трансформатора, длины и сечения кабелей, можно ознакомиться в ГОСТ 28249-93.

Сечение фазных жил мм 2

Сечение нулевой жилы мм 2

Полное сопротивление цепи фаза – ноль, Ом/км при температуре жил кабеля +65 градусов

Мощность трансформатора, кВ∙А

Сопротивление трансформатора, Zт/3, Ом (Δ/Υ)

I ном. авт. выкл, А

При проектировании групповой сети, если питающая и распределительная сеть уже проложены, целесообразно выполнить измерение сопротивления цепи фаза – ноль от трансформатора до шин группового щита. Это может значительно уменьшить вероятность ошибок при расчетах групповой сети. В этом случае сопротивление рассчитываем по формуле:

где, Rрасп – измеренное сопротивление цепи фаза – ноль линии, подключаемой к вводному автоматическому выключателю группового щитка, Ом; Rпер.гр – сопротивление переходных контактов в групповой линии, Ом; Rавт.гр – суммарное сопротивление автоматических выключателей – вводного группового щита и отходящей групповой линии, Ом; Rnгр – удельное сопротивление кабеля n-й групповой линии (по таблице 1), Ом/км; Lnгр – длина n-й групповой линии, км.

Рассмотрим процесс вычисления сопротивления цепи фаза – ноль схемы, показанной на Рис.1 при однофазном коротком замыкании фазы на ноль в конце групповой линии.

– трансформатор мощностью 630 кВ∙А подключен по схеме «треугольник – звезда» – по таблице 2 находим Zт/3=0,014 Ом;

– питающая сеть – кабель с алюминиевыми жилами длиной 80 метров имеет фазный проводник 150 мм 2 и нулевой – 50 мм 2 . По таблице 1 находим удельное сопротивление кабеля 0,986 Ом/км. Вычисляем его сопротивление (длины кабелей выражаем в километрах): 0,986 Ом/км∙0,08 км=0,079 Ом;

– распределительная сеть – кабель с медными жилами длиной 50 метров и сечением жил 35 мм 2 . По таблице 1 находим удельное сопротивление кабеля 1,25 Ом/км. Вычисляем его сопротивление:

1,25 Ом/км∙0,05 км=0,0625 Ом;

– групповая сеть – кабель с медными жилами длиной 35 метров и сечением жил 2,5 мм 2 . По таблице 1 находим удельное сопротивление кабеля 17,46 Ом/км. Вычисляем его сопротивление:

17,46 Ом/км∙0,035 км=0,61 Ом;

– автоматический выключатель отходящий линии – 16 Ампер (с характеристикой срабатывания «С»), вводной автоматический выключатель группового щитка 32 Ампера, остальные автоматические выключатели в линии имеют номинальный ток более 50 Ампер. Вычисляем их сопротивление (по таблице 3) 0,01 Ом+0,004 Ом+3∙0,001 Ом=0,017 Ом;

– переходные сопротивления контактов учтем только в групповой линии (точки подключения кабеля групповой линии к щитку и к нагрузке). Получаем 2∙0,01 Ом=0,02 Ом.

Суммируем все полученные значения и получаем сопротивление цепи фаза – ноль без учета сопротивления дуги RLN=0,014+0,079+0,0625+0,61+0,017+0,02=0,80 Ом.

Из таблицы 4 берем сопротивление дуги 0,075 Ом, и получаем окончательное значение искомой величины RLN=0,80 Ом+0,075 Ом=0,875 Ом.

В Правилах устройства электроустановок (ПУЭ) задано наибольшее время отключения цепей при коротком замыкании в сетях с глухозаземленной нейтралью 0,2 секунды при напряжении 380 В и 0,4 секунды при напряжении 220В.

Для обеспечения заданного времени срабатывания защиты необходимо, что бы при коротком замыкании в защищаемой линии возникал ток, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя (для взрывоопасных помещений не менее чем в 4 раза) и не менее чем в 3 раза ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику (для взрывоопасных помещений не менее чем в 6 раз). Для автоматических выключателей с комбинированным расцепителем (имеющим тепловой расцепитель для защиты от перегрузок и электромагнитный расцепитель для защиты от токов коротких замыканий) ток короткого замыкания должен превысить ток срабатывания электромагнитного расцепителя не менее, чем в 1,2 – 1,25 раза.

В настоящее время используются автоматические выключатели с различной кратностью токов срабатывания электромагнитного расцепителя к тепловому. Автоматические выключатели группы «В» имеют кратность в пределах от 3 до 5, группы «С» от 5 до 10, группы «D» от 10 до 20, группы «K» от 10 до 15 и группы «Z» от 2 до 3. При расчетах всегда берется максимальное значение кратности токов срабатывания расцепителей. Например для автоматического выключателя С16, ток короткого замыкания должен быть не менее 16 А∙10∙1,2=192 А (для автоматического выключателя С10 не менее10А∙10∙1,2=120 А и для С25 не менее 25 А∙10∙1,2=300 А). В приведенном выше примере мы получили сопротивление цепи фаза – ноль 0,875 Ом. При таком сопротивлении цепи ток короткого замыкания Iкз составит величину

Uф/ RLN=220В/0,875 Ом=251 А. Следовательно групповая линия в приведенном примере защищена от токов коротких замыканий.

Максимальное сопротивление цепи фаза – ноль для автоматического выключателя С16 составит величину 220 В/192А=1,14 Ом. В приведенном примере сети (Рис. 1) сопротивление цепи от трансформатора до шин группового щита составит 0, 875 Ом – 0,61 Ом=0.265 Ом. Следовательно максимально возможное сопротивление кабеля групповой линии будет равно 1,14 Ом – 0, 265 Ом=0,875 Ом. Его максимальную длину L при сечении жил кабелей 2,5 мм 2 определим при помощи таблицы 1.

L, км=0,875 Ом/(17,46 Ом/км)=0,050 км.

Всегда, когда есть возможность, следует рассчитывать групповую сеть с максимальным запасом по сопротивлению цепи фаза – ноль, особенно розеточную сеть. Часто нагрузки (утюг, чайник и другие бытовые приборы), в которых часто происходят замыкания, подключают к розетке через удлинитель. Начиная с определенной длины провода удлинителя, нарушается согласование параметров цепи с характеристиками аппаратов защиты, то есть ток короткого замыкания оказывается недостаточным для мгновенного отключения сети. Отключение аварийного участка осуществится только тепловым расцепителем через сравнительно большой промежуток времени (несколько секунд), в результате чего кабели могут нагреться до недопустимо высоких температур вплоть до воспламенения изоляции.

Проект электропроводки должен быть выполнен таким образом, что бы даже в случае воспламенения изоляции кабеля при коротком замыкании это не приводило к пожару. Именно поэтому возникли требования к прокладке скрытой электропроводки в стальных трубах в зданиях со строительными конструкциями, выполненными из горючих материалов. Во взрывоопасных зданиях целесообразно использовать более сложную защиту кабелей от воздействия токов короткого замыкания.

Проект “РЗА”

Все о защите и автоматике электрических сетей

Особенности расчета однофазных токов КЗ в сети 0,4 кВ

Привет всем.

Сегодня поговорим о расчете однофазных токов коротких замыканий в низковольтных сетях. Почему именно однофазных?

Во-первых потому, что для выбора уставок эти токи обычно являются определяющими по критерию чувствительности. Во-вторых, потому, что с расчетами этих токов больше всего вопросов, и основные связаны с вычислением параметров нулевой последовательности кабелей и сопротивления дуги. Давайте их проанализируем.

Источники информации для расчета однофазных ТКЗ в сетях 0,4 кВ

Основным документом определяющим правила расчета токов КЗ в сетях до 1000 В является ГОСТ 28249-93. Стоит, однако, отметить, что этот документ в основном направлен на расчеты ТКЗ для выбора оборудования, а не уставок РЗА и автоматических выключателей.

Второй источник — это известная книга А.В. Беляева «Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ», которая, хоть и не является нормативным документом, гораздо более подробно описывает правила расчета ТКЗ именно для выбора уставок автоматических выключателей.

В принципах расчета однофазных токов КЗ, приведенных в этих источниках есть существенные различия. Приведем основные в Табл. 1

Табл.1. Различия в методиках вычисления однофазных КЗ

Наверное, надежнее пользоваться методикой, приведенной в действующем ГОСТ, но есть две проблемы.

Первая в том, что найти достоверную информацию о сопротивлениях нулевой последовательности кабелей 0,4 кВ очень непросто потому, что производители не приводят ее в каталогах. В приложениях ГОСТ есть данные по r0 и x0 кабелей, но без указания конкретного типа и не для всех сечений.

Вторая причина состоит в сложности определения сопротивления дуги по ГОСТ (Приложение 9), где в приведенной формуле (40) сопротивление дуги зависит от тока КЗ, который нужно определить с учетом сопротивления дуги! Как это сделать на практике не очень понятно. Графики зависимости сопротивления дуги от сечения и длины кабеля (то же Приложение 9) также не слишком полезны потому, что для однофазных КЗ, многих типов кабелей там просто нет, а аппроксимировать нелинейные зависимости такое себе занятие.

По сравнению с ГОСТ методика, приведенная в книге А.В. Беляева намного более понятная и простая в применении.

Предлагаю оценить величины токов КЗ по этим двум методикам, чтобы выяснить какая из них больше подходит под наши задачи (выбор уставок защитных аппаратов)

Для примера будем использовать расчетную схему на Рис. 1

Рис.1 Расчетная схема сети 0,4 кВ

В схеме на Рис. 1 я постарался взять такие кабели, параметры которых есть и в ГОСТе, и книге А.В. Беляева. По крайней мере для линий 1 и 3.

Ниже привожу сканы из источников с указанием исходных данных по сопротивления НП и петли «фаза-ноль» для кабелей. Сопротивления прямой последовательности кабелей для обоих методов принял одинаковыми (это так и есть по источникам). Параметры трансформатора также одинаковы для обоих методов.

Рис.2. Исходные данные по сопротивления zпт.уд. из книги А.В. Беляева

Рис.3 исходные данные по уд. сопротивлениям НП из ГОСТ 28249-93

Не буду вас мучать формулами, а сразу приведу результат расчета. В конце я приложил форму Эксель, где можно посмотреть как исходные данные, так и сами формулы. Активное сопротивление медных кабелей, а также их zпт. уменьшено в 1,7 раза по сравнению с табличными (как для книги А.В. Беляева, так и для ГОСТ)

Рис.4. Результат расчета однофазных КЗ для сети 0,4 кВ по разным методикам

Как видно, разница в расчетах очень большая, причем для трех- и двухфазных КЗ она не превышает 8% (здесь не показана)

Очевидно, что такое различие в однофазных токах КЗ обусловлено разницей в параметрах нулевой последовательностей кабелей. Это особенно хорошо видно по токам металлического КЗ, где нет влияния дуги, рассчитанной по разным методикам.

Чувствительность автоматов проверяют по дуговым КЗ и здесь ситуация немного лучше. Видно, что для сопротивление дуги отчасти компенсирует различие в токах КЗ, особенно для удаленных КЗ, но все равно эта разница очень велика.

Какие причины могут быть для такой большой разницы?

  • Во-первых, это мое неправильное определение точки исходных данных. В книге А.В. Беляева указано (Таблица 7), что сопротивления петли даны для «кабелей или пусков проводов с алюминиевыми жилами». Здесь не указан ни конструкция кабеля, ни тип изоляции. Возможно здесь учтена определенная проводящая оболочка, вокруг жил.
  • Во-вторых, ни в первом, ни во втором источнике не указано на что именно происходит однофазное КЗ. Сопротивление контуров «фаза — ноль» и «фаза — заземляющие конструкции» может сильно различаться.
  • В-третьих, в методике А.В. Беляева есть несколько допущений, которые ведут к снижению токов КЗ, а именно арифметическое сложение полных сопротивлений трансформатора и кабелей и уменьшение в 1,7 раза сопротивления петли «фаза-ноль» для медных кабелей, в то время как уменьшаться должно только активное сопротивление.

В пользу методики по «петле» говорят два основных момента:

  1. Сопротивление петли «фаза-ноль» измеряют при наладке на объекте и если будет большое расхождение с расчетами, то всегда можно отправить проектировщику на проверку откорректированные исходные данные. С сопротивлениями НП так не получится.
  2. Токи однофазных КЗ через эту методику получаются ниже, чем через ГОСТ, а это лучше для проверки чувствительности. Если пройдете проверку на этих токах, то пройдете и на ГОСТовских

Если вы автоматизировали расчеты токов КЗ, например, в том же Экселе, то можете считать сразу двумя способами и выбирать наиболее подходящий для ваших условий

Как бы то ни было, этот пример показывает, что существует большая разница в расчетах однофазных токов КЗ в сети 0,4 кВ по разным методикам, и стоит осторожно относится к выбору как самой методики, так и исходных данных.

А что вы думаете по этому поводу? Пишите в комментариях

P.S. Мои расчеты ТКЗ по Рис.1 находятся здесь

Список литературы

  1. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ
  2. А.В. Беляев. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. Учебное пособие. Энергоатомиздат. 1988 г.

Читайте также:  Протокол испытания автоматических выключателей пример заполнения
Добавить комментарий