9 Определение границ действия защиты от однофазных кз в сети асинхронных электродвигателей с кз ротором

ПУЭ, ГОСТ, ССБТ и др. нормативные документы предписывают ряд мер для повышения электро- и взрывобезопасности электроустановок напряжением до 1 кВ.

В соответствии с 7.3.140 ПУЭ требуется проверка полного сопротивления цепи фаза-нуль для всех электроприемников, расположенных во взрывоопасных зонах В-I и В-II и выборочно (но не менее 10% общего количества) для электроприемников, расположенных во взрывоопасных зонах классов В-Iа, В-Iб, В-Iг и В-IIа и имеющих наибольшее сопротивление цепи фаза-нуль.

В настоящее время в литературе отсутствуют сведения о границах действия защиты от однофазных КЗ в зависимости от мощности электродвигателя (или другого электроприемника), а приводятся лишь таблицы, линейки и т.п. для определения границ действия защиты в зависимости от сечения проводов и кабелей [14].

Табл. 37, 38 дают возможность определить границы действия защиты для всей шкалы мощностей асинхронных электродвигателей серии 4А, В, ВА02, Вр при защите линий к электродвигателям автоматическими выключателями с комбинированным расцепителем.

Табл. 39 дает возможность определить границы действия защиты для синхронных двигателей серии 4А, 4АН при защите линий к электродвигателям автоматическими выключателями с электромагнитным расцепителем.

Табл. 38 рассчитана для трансформатора мощностью 1000 кВА со схемой соединения «звезда-звезда 12».

Остальные условия аналогичны приведенным для табл. 37.

Табл. 39 рассчитана для трансформаторов мощностью 1000 кВА со схемами соединений «треугольник-звезда» и «звезда-звезда».

Кабели принимались аналогично табл. 37.

В качестве защитных аппаратов для двигателей мощностью до 55 кВт принимались автоматические выключатели АЕ 2043М, АЕ 2053М, АЕ 2063М с I_м(I_отс)=5I_н.р.; 12I_н.р.

Для двигателей свыше 55 кВт принимались автоматы А3700 с I_м(I_отс)=2500А, 4000А. Уставки расцепителей автоматов приняты аналогично табл. 37.

Отдельной графой приведены предельные длины при защите линий автоматами АП50Б с I_м(I_отс)=10 Iн.р. При пользовании табл. 39 необходимо помнить, что уставка электромагнитного расцепителя при защите линий к эл. двигателям с КЗ ротором не может быть меньше пускового тока, который обычно равен 6-7-кратному значению номинального тока двигателя.

Табл. 37, 38 наиболее применимы при проектировании производств химической и нефтехимической промышленности с взрывоопасными зонами, где наибольшее распространение получили радиальные схемы распределения Эл. энергии с сетями, имеющими по всей длине неизменное сечение и четвертую жилу кабеля в качестве нулевого проводника, но могут быть распространены и на производства машиностроения и др. отраслей промышленности.

Правила пользования таблицами

1. Определяется суммарное расстояние от источника питания 380/220 В до Эл. двигателя по трассе токоподвода независимо от того, подключен ли эл. двигатель непосредственно к распределительному щиту источника питания или питается через промежуточные силовые пункты, ЩСУ, распределительные или магистральные шинопроводы.

2. В зависимости от зоны, в которой установлен эл. двигатель, и его номинальной мощности по таблице находится критическое расстояние, в пределах которого соблюдаются требования ПУЭ в отношении кратности тока однофазного КЗ. Это расстояние сравнивается с суммарным расстоянием от источника питания до эл. двигателя.

Если длина трассы токопровода меньше или равна критическому расстоянию, то проверочный расчет тока однофазного КЗ для данного эл. двигателя производить не следует, а если больше, то необходим проверочный расчет с учетом конкретных параметров питающей сети.

3. Если проверочный расчет показал, что кратность тока однофазного КЗ недостаточна, необходимо принимать специальные меры. К этим мерам относятся:

1) увеличение сечения питающего кабеля;

2) проектирование специальной защиты от однофазных замыканий.

Таблицы рассчитаны по формуле [2], [7]:

, (13)

где l – предельная длина линии, м; Z_цу – полное удельное сопротивление цепи фаза-нуль, Ом/км; I_к.мин. – минимальный ток однофазного КЗ, А.

Расчет таблицы 37 проводился для следующих условий:

1) источником питания является трансформатор мощностью 1600 кВА со схемой соединений «треугольник-звезда»;

2) уставки автоматов принимались по [10] в соответствии с каталожными данными электродвигателей серии 4А, В, Вр, ВА02 и техническими данными блоков БОУ5030;

3) кабели приняты 4-жильные с пластмассовой или резиновой изоляцией. Сечения кабелей соответствуют номинальному току двигателей при ПВ 100% для одиночной прокладки кабелей по табл. 1.3.6, 1.3.7 ПУЭ. Согласно номенклатуре на кабельную продукцию 1985-86 гг. кабели с сечением фазной жилы 70 мм² и более имеют сечение нулевой жилы менее 50% сечения фазной жилы. Это дает некоторый запас при определении границ действия защиты в случае применения кабелей с жилами равного сечения:

4) сопротивления кабелей принимались по табл. 11;

5) переходное сопротивление контактов – 0,02 Ом.

Условные обозначения

I_окз – ток однофазного замыкания на землю;

I_н.р. – номинальный ток комбинированного расцепителя автомата;

I_м – уставка на ток мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя.

На рис. 7 в качестве примера приведена однолинейная схема сети 0,38 кВ. С помощью таблицы 38 по описанной выше методике можно быстро определить участки сети, для которых необходимо провести полные расчеты тока однофазного КЗ.

Из сравнения критических длин по табл. 38 с длинами линий по однолинейной схеме рис. 7 видно, что суммарная длина токоподвода к эл. двигателям 2М, 3М, 9М, 10М, 19М, 20М больше критической длины. Для этих участков сети и должны быть произведены расчеты тока однофазного замыкания на землю.

Табл. 37-39 могут быть распространены и на случаи, когда питающие трансформаторы имеют мощность более 1000 кВА с любой схемой соединения обмоток, а также когда трансформаторы мощностью 250 кВА и менее имеют схему соединения обмоток «треугольник-звезда» и «звезда-звезда».

Таблица 37

Предельные длины линий к эл. двигателям с КЗ ротором

для проверки кратности тока однофазного КЗ по отношению

к номинальному току расцепителя автомата

Номинальная мощность эл. двигателя, кВт	Критическая длина линии, м
	алюминиевый кабель			медный кабель
	невзрывоопасная зона Iокз= 3Iн.р.	взрывоопасная зона В-Iб, В-Iг Iокз= 6Iн.р.	взрывоопасная зона В-II, В-IIа Iокз= 6Iн.р.	взрывоопасная зона В-I, В-Iа Iокз= 6Iн.р.
0,37	1220	610	509	1030
075	761	380	380	643
1,1	487	243	244	411
1,5	487	243	244	411
2,2	304	152	152	257
3,0	244	122	122	206
4,0	195	97	122	206
5,5	152	76	76	128
7,5	122	61	75	103
11	120	60	93	101
15	117	58	91	98
18,5	146	73	119	123
22	146	73	119	123
30	149	74	118	125
37	237	118	106	158
45	213	106	160	177
55	258	128	141	216
75	177	87	128	147
90	246	121	177	204
110	205	102	138	172
132	220	107	148	184
160	220	107	157	248
200	256	124	172	211
250	222	105	-	-
315	242	115	-	-

Таблица 38

Предельные длины линий к эл. двигателям с КЗ ротором

для проверки кратности тока однофазного КЗ по отношению

к номинальному току расцепителя автомата

Номинальная мощность эл. двигателя, кВт	Критическая длина линии, м
	алюминиевый кабель			медный кабель
	невзрывоопасная зона Iокз= 3Iн.р.	взрывоопасная зона В-Iб, В-Iг Iокз= 6Iн.р.	взрывоопасная зона В-II, В-IIа Iокз= 6Iн.р.	взрывоопасная зона В-I, В-Iа Iокз= 6Iн.р.
0,37	1218	609	608	1028
0,75	760	375	380	642
1,1	487	243	243	410
1,5	487	243	243	410
2,2	304	152	152	256
3,0	243	121	122	204
4,0	194	97	122	204
5,5	151	76	75	127
7,5	121	61	74	101
11	119	60	92	99
15	115	57	88	96
18,5	144	72	116	119
22	144	72	116	119
30	146	71	112	120
37	231	112	99	149
45	207	99	150	167
55	248	118	111	200
75	167	77	113	110
90	231	106	155	179
110	192	86	117	146
132	198	86	119	147
160	198	86	126	200
200	225	93	129	158
250	179	62	-	-
315	195	68	-	-

Таблица 39

Предельные длины линий к эл. двигателям с КЗ ротором

для проверки кратности тока однофазного КЗ по отношению

к току электромагнитного расцепителя автомата

Номинальная мощность эл. двигателя, кВт	Критическая длина линии, м
	алюминиевый кабель
	невзрывоопасная зона
	Iм=12Iн.р.	Iм=5Iн.р.	Iм=10Iн.р.
	Iокз=1,4Iм
0,37	222 / 222	532 / 532	266 / 266
0,75	138 / 138	333 / 333	167 / 167
1,1	88 / 88	213 / 213	107 / 107
1,5	88 / 88	213 / 213	107 / 107
2,2	55 / 55	133 / 133	67 / 67
3,0	44 / 44	106 / 106	53 / 53
4,0	35 / 35	85 / 85	43 / 43
5,5	27 / 27	66 / 66	33 / 33
7,5	22 / 22	53 / 53	27 / 27
11	21 / 21	52 / 51	26 / 25
15	21 / 20	51 / 49	25 / 24
18,5	26 / 24	63 / 61	32 / 30
22	26 / 24	63 / 61	32 / 30
30	26 / 23	64 / 61	-
37	41 / 36	102 / 97	-
45	36 / 31	91 / 86	-
	Iокз=1,25Iм
55	43 / 35	110 / 102	-
75	31 / 22	31 / 22	-
90	43 / 30	43 / 30	-
110	45 / 32	45 / 32	-
132	35 / 18	35 / 18	-
160	35 / 18	35 / 18	-

В числителе указаны значения предельных длин при использовании трансформатора со схемой Δ/Y₀, в знаменателе – со схемой Y/Y₀.