11. Проверка защитных аппаратов на срабатывание при токах однофазного к.З. И по предельной отключающей способности.

В цеховых сетях напряжением 380 В с глухозаземленной нейтралью могут возникать одно, двух и трех фазные токи к.з. Защитные аппараты проверяют на отключение по наибольшему и наименьшему значениям однофазного и трехфазного токов к.з.

При расчете тока к.з. учитывают сопротивление линии 380 В и НВ стороны трансформатора. При этом напряжение на высокой стороне трансформатора считают неизменным в течение всего периода протекания токов к.з.

Согласно ПУЭ в электроустановках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью для обеспечения автоматического отключения аварийного участка сети ток к.з. на корпус или на нулевой провод должен превышать в три раза и более номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или номинальный ток расцепителя АВ, имеющего обратнозависимую характеристику от тока.

При защите сетей АВ, имеющих только ЭМ расцепитель, необходимо, чтобы в петле «ф- 0» I_к отвечал условиям:

k₃=1,1 – коэффициент запаса;

k_p – коэффициент разброса срабатывание расцепителя (данные завода);

I_отс – ток отсечки ЭМ расцепителя АВ.

При отсутствии заводских данных k_p его принимают равным 1,4 для АВ с номинальным током I_ном ≤ 100 А и 1,25 для АВ с I_ном > 100 А.

Согласно ПУЭ однофазный ток к.з. вычисляют по формуле:

z_T,K. – полное сопротивление трансформатора току к.з. на корпус;

z_n – сопротивление петли «ф – 0».

Полное сопротивление трансформатора току к.з. зависит от конструкции трансформатора и насыщения сердечника и может быть определено с достаточной для практики точностью по формуле:

S_н – номинальная мощность трансформатора.

Для проверки надежности срабатывания АВ определяют ток к.з. (однофазного) в наиболее удаленной точке «А». См. рис. 11.1.

Т – трансформатор 10/0,4 кВ;

F₁ – защитный аппарат на НН стороне ТП;

F₂ – защитный аппарат на цеховом РП;

К – пусковой аппарат ЭП;

М – электродвигатель.

Сопротивление петли «ф – 0»

В общем случае

R_Ф, R_н, R_конт. – активное сопротивление фазного и нулевого проводов и контактов;

х′_ф.н. – внешнее индуктивное сопротивление одиночного провода, обусловленное взаимоиндукцией между фазным и нулевым проводами;

х′_ф.ф, х′_н.н – внешнее индуктивное сопротивление самоиндукции, зависящее от геометрических размеров фазного и нулевого проводов;

х″_ф, х″_н – внутренне индуктивное сопротивление, зависящее от степени проявления поверхностного эффекта в металле.

Активное сопротивление R_t определяют по формуле:

для внутренних проводок при температуре 20⁰С.

ρ – удельное сопротивление, ρ_{20 меди}= 18,4 ом∙мм²/км, ρ_{20 алюминия}= 31,4 ом∙мм²/км;

α – температурный коэффициент электрического сопротивления, для меди и алюминия α=0,004, для стали α=0,005 – 0,006.

Р – коэффициент, учитывающий зависимость между проявлениями поверхностного эффекта и температурой принимается равным 2 для массивны стальных проводников и 1 – для проводников из цветных металлов.

Поскольку сопротивление стального провода зависит от протекающего по нему тока, то при определении сопротивления стальных проводов нужно брать в качестве расчетного трехкратный ток аппарата.

Сопротивление контактов аппаратов приводится в справочниках.

При отсутствии данных для расчета принимают:

• для ТП – 0,015 ом;

• для цеховых РП – 0,02 – 0.25 ом;

• для аппарата ЭП (пускатели и т.п.) – 0,03 ом.

Внешнее и внутреннее индуктивное сопротивления одиночного провода можно приближенно определить по формуле:

ℓ_ф.н. – расстояние между «ф» и «0» проводом, мм;

μ – магнитная проницаемость металла, г/км (для цветных металлов принимаем μ=1, тогда при частоте 50 Гц х″=0,0157 ом/км).

Из-за непостоянства магнитной проницаемости стали определять х″ по формуле, приведенной выше для стального проводника довольно сложно. В приближенных расчетах принимают х″=0,6 R₂₀ ом/км.

Поскольку некоторые составляющие индуктивного сопротивления петли ряда линии незначительны, отдельные его составляющие не учитывают и ведут расчеты по следующим формулам:

а) для 4-х проводной ВЛ и открытых шинопроводов из меди и алюминия

б) для 4-х проводной ВЛ со стальными проводами:

в) для 4-х проводных КЛ с алюминиевыми и медными жилами, а также при прокладке медных и алюминиевых проводов пучком:

z_n = R_Ф + R_н,ом

г) для 3-х проводных линий, прокладываемых в стальной трубе:

R_T, x″_T – сопротивление стальной трубы.

д) для 4-х проводных линий в стальной трубе

Защитные аппараты в сетях 0,38 кВ проверяют по предельной отключающей способности, исходя из условия:

I_{пр.откл.} – предельно отключаемый аппаратом ток ( в каталоге приводится его эффективное или амплитудное значение);

- ток трехфазного к.з..

Напряжение в точке трехфазного к.з. принимается равным 0.

U_л – принимают равным 400 В;

ΣR_к, Σх_к - суммы составляющих сопротивления цепи трехфазного к.з..

В общем случае:

R_T, х_Т – составляющие полного сопротивления z_T трансформатора при 3-х фазном к.з.;

R_Ф, х_ф – сопротивления проводов до точки к.з..

Значения z_T, R_T, x_T определяют по формулам:

S_н, I_н – номинальные параметры трансформатора ТП;

U_к% - напряжение к.з. трансформатора;

ΔР_М – потери к.з. трансформатора.

Ток трехфазного к.з. на шинах НН трансформатора:

Ударный ток трехфазного к.з. принимают равным его амплитудному значению I_a (в сетях 380/220 В ударный коэффициент k_уд=1):

Пример1. Для расчета токов к.з. выбирают схему питающей и распределительной сети 0,4 кВ изображенную на рис.5. Многозонные печи сопротивления ПС1, ПС2 питаются через ЩСУ серии ПТХ 9600, однофазные печи ПС3, ПС; через ЩСУ серии ИЗР – 2413. В ЩСУ установлены автоматы серии А 3100. Выбираем точки к.з.

К₁ – к.з. на шинах ЩСУ ПС2;

К₂ – к.з. на клеммах линейного контактора ЩСУ ПС4.

Расчетные значения коэффициентов для определения ударного тока k_уд и наибольшего действующего значения полного тока k при к.з. на зажимах НН трансформатора (до 1000 В) могут быть приняты в среднем равными: k_уд=1,3; k=1,15.

При к.з. в удаленных местах k_уд = k = 1.

Порядок расчета.

а) к.з. в точке К₁

1. Определяем сопротивление шинопровода

Ш-2 (Al 60x6, L=100 м)

r_ш-2 = 0,099 ∙ 0,1 = 0,0099 ≈0,01 мом

х_Ш-2 = 0,163 ∙ 0,1 = 0,0163 мом

2. Активное сопротивление трансформатора в относительных единицах равно:

3. Индуктивное сопротивление трансформатора в о.е. равно:

4. Сопротивление трансформатора в абсолютных единицах

5. Определяем суммарные сопротивления цепи ТР-Р – Ш-2 – ЩСУ при r_ПК = 20 том

6. 

7. 

б) к.з. в точке К₂

1. сопротивление шинопровода Ш-1 (Al 100x6) L=8м, расстояние между фазами а=160мм

2. Сопротивление кабеля АВВГ 2(3х120), L=100м r₀=0,28 мом/км; х₀=0,06 мом/км

3. Сопротивление проводов АПРТО 3х95, L=50м r₀=0,35 мом/км; х₀=0,06 мом/км

4. 4) Сопротивление проводов АПРТО 3х35, L=20м r₀=0,95 мом/км; х₀=0,06 мом/км

5. Принимаем:

• для распределительных щитов на ТП R_{совокупн}=0,015 ом

• для первичных цеховых РП и на зажимах аппаратов, питаемых радиальными линиями от щитов ТП или главных магистралей R_{совокупн}=0,02 ом

• для вторичных РП и на зажимах аппаратов, питаемых от первичных РП R_{совокупн}=0,025 ом

• для аппаратов установленных непосредственно у ЭП, получающих питание от вторичных РП R_{совокупн}=0,03 ом

6) Суммарное сопротивление цепи к.з. (ТР-Р – Ш-1 – кабель – провод – АПРТО 3х95 – провод АПРТО 3х35 – контакты)

7) Ток установившегося к.з.

Из расчета следует, что установочные автоматы серии А3100 установленные в ЩСУ печей сопротивления в большинстве случаев стойки в токам к.з..

Не стойки к токам к.з. лишь автоматы АП-50 см. приложение II, таблицу 2.3.

Эти автоматы непосредственно подключать к сборным шинам ШСУ нельзя.

В случае многозонных печей их следует объединять в группы и подключать к шинам через автомат стойкий к токам к.з.