7.2. Выбор автоматических выключателей и предохранителей

В данном разделе приведены сведения из стандарта ГОСТ Р 50030.2-94, определяющие принципы координации автоматических выключателей с автономными плавкими предохранителями, включенными в одну цепь.

При правильно рассчитанной системе координации отключающих устройств предполагается, что при любых значениях сверхтока вплоть до номинальной предельной наибольшей отключающей способности Icu отключение производит только автоматический выключатель.

На практике действительны такие соображения:

• если значение ожидаемого аварийного тока в данной точке системы ниже Icu, можно предположить, что включение в цепь одного или нескольких плавких предохранителей обусловлено требованиями, не связанными с резервной защитой;

• если значение тока координации IB (предельное значение тока, выше которого при последовательном соединении двух аппаратов защиты от сверхтоков один защитный аппарат обеспечивает резервную защиту второго) слишком мало, возникает опасность потери селективности;

• если значение ожидаемого аварийного тока в данной точке системы выше Icu, следует так подобрать один или несколько плавких предохранителей, чтобы обеспечить I_B  I_cu .

Определение тока координации и соответствие требованиям I_B  I_cu следует проверять путем сопоставления рабочих характеристик автоматического выключателя и плавкого предохранителя.

Пригодность комбинации можно оценить, рассмотрев рабочую характеристику I²_t плавкого предохранителя в диапазоне от I_cu до ожидаемого тока короткого замыкания в предполагаемой области применения, но не выше наибольшей отключающей способности комбинации. Это значение не должно превышать I²_t автоматического выключателя при его номинальной наибольшей отключающей способности. Вышесказанное иллюстрирует рис.7.3.

Примечание: А считают нижним пределом, В и С рассматривают как верхние пределы.

7.3. Расчет максимального и минимального ожидаемого тока короткого замыкания

Максимальный ожидаемый ток короткого замыкания — это ток на линейных зажимах устройства защиты от короткого замыкания, который может быть рассчитан, когда известны параметры сети питания и параметры электроустановки со стороны питания до места установки устройства защиты.

Минимальный ожидаемый ток короткого замыкания — это ток, соответствующий короткому замыканию в самой отдаленной точке защищаемой цепи, при коротком замыкании между фазой и нейтралью или, если нейтраль не распределена, между фазами. В случае питания установки от нескольких источников рассматривается только один источник, имеющий максимальное внутреннее полное сопротивление.

При отсутствии достаточно определенной информации для расчета минимальных токов короткого замыкания могут быть сделаны следующие упрощающие допущения:

• принимается, что сопротивление электропроводки увеличено на 50% по отношению к его значению при 20°С из-за нагрева проводников током короткого замыкания;

• если полное сопротивление цепи со стороны источника питания неизвестно, то принимается, что напряжение источника питания снижено до 80 % номинального напряжения.

Расчет минимального тока КЗ производится по следующим формулам.

Для трехфазных цепей с нераспределенной нейтралью (КЗ между фазами):

где: I — ожидаемый ток короткого замыкания, А; U — линейное напряжение источника питания, В; r — электрическое удельное сопротивление жилы кабеля, Ом мм²/м, при 20°С; L — длина защищаемой проводки, м; S — площадь поперечного сечения жилы кабеля, мм².

Для трехфазных цепей с распределенной нейтралью с уменьшенным или неуменьшенным поперечным сечения (КЗ между фазой и нейтралью):

где: U₀ — номинальное напряжение источника питания между фазой и нейтралью, В; m — отношение между сопротивлением нейтрального проводника и сопротивлением фазного проводника (или отношение между ,,площадью поперечного сечения фазного проводника и площадью поперечного сечения нейтрального проводника, если они сделаны из одного и того же материала — меди или алюминия).

Примечание: r принимается 0,018 для меди и 0,027 для алюминия; для проводников с площадью поперечного сечения выше 95 мм² должно учитываться реактивное сопротивление; коэффициент 1,5 учитывает увеличение сопротивления проводников вследствие превышения температуры.

Расчетные токи короткого замыкания используют для определения требуемой отключающей способности устройства защиты при коротком замыкании.

По минимальному току короткого замыкания выбирают ток мгновенного отключения автоматического выключателя, который должен быть не менее расчетного минимального тока короткого замыкания.

Рабочие условия могут, однако, потребовать выбора устройства защиты по наибольшей отключающей способности при КЗ, например, если устройство располагается на главном вводе электроустановки.

Кафедрой «Электрические станции» (http://es.mpei.ac.ru) МЭИ под руководством к.т.н. Ю.П. Гусева разработаны компьютерные программы для расчета токов коротких замыканий в электроустановках переменного тока напряжением до и более 1 кВ, в системах оперативного постоянного тока, переходных процессов в узлах нагрузки с асинхронными двигателями и другие программы для проектирования и эксплуатации различных электроустановок.

Программы используются ведущими проектными институтами России, СНГ и Прибалтики и во многих энергосистемах.

«GUEXPERT». Расчет коротких замыканий в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ в соответствии с ГОСТ Р 50270-92 и ГОСТ 28895-91 (МЭК 949-88). Вычисляются токи, напряжения, температуры кабелей, при симметричных и несимметричных металлических и дуговых коротких замыканиях с учетом подпитки от асинхронных двигателей (рис.7.4).

Рис. 7.4. Пример расчетной схемы из программы «GUEXPERT»

«GUSELECT». Построение карт селективности защитных аппаратов сетей переменного тока напряжением 0,4 кВ. В единой системе координат строятся времятоковые характеристики зависимых расцепителей автоматических выключателей, пусковые токи асинхронных двигателей и предельные характеристики термической стойкости и невозгораемости кабелей (рис.7.5)

Рис. 7.5. Пример расчета из программы «GUSELECT»