3.2.3 Сравнение инверторного режима работы и режима работы от сети при расчете тока однофазного кз

В инверторном режиме работы ток однофазного КЗ рассчитывается по формуле (3.8), в которой учитывается поддержание выходного напряжения инвертором и сопротивления петли фаза-ноль. Как видно из формулы, вышестоящая сеть никак не учитывается при расчете тока однофазного КЗ от ИБП. Что вполне соответствует рекомендациям, данным в [42].

В режиме работы от сети ИБП при расчете тока однофазного КЗ учет вышестоящей сети происходит вне зависимости от применяемого метода расчета тока однофазного КЗ. Так при точном расчете по формуле (3.1) [34] учет вышестоящей сети происходит за счет введения эквивалентного индуктивного сопротивления системы до понижающего трансформатора, приведенного к ступени низшего напряжения х_с. При расчете тока однофазного КЗ по методу петли фаза-ноль, ток рассчитывается по формуле (3.5). Коэффициент 0,8 учитывает падение напряжения в сети до ИБП, то есть предполагается, что участок цепи КЗ выше рассматриваемого щита представляет 20% суммарного сопротивления петли фаза-нуль. Другими словами, напряжение между фазой и PE (PEN) проводником составляет 80% номинального фазного напряжения [35].

В инверторном режиме работы возможны два варианта соотношения между рассчитанным и реальным током КЗ [43,44]. В первом варианте, когда рассчитанный ток однофазного КЗ за ИБП - I_K⁽¹⁾ меньше ограниченного тока применяемого ИБП - I_огр, рассчитанный ток соответствует реальному току КЗ с учетом погрешности расчета. Во втором варианте, когда рассчитанный ток однофазного КЗ за ИБП - I_к⁽¹⁾ больше ограниченного тока ИБП - I_огр, реальный ток КЗ будет меньше рассчитанного за счет токоограничения инвертора. В сети в течение времени токоограничения будет протекать ограниченный ток ИБП, определяемый настройками производителя. Этот вариант является наихудшим с точки зрения обеспечения защиты при косвенном прикосновении автоматическим отключением питания, так как рассчитанный минимальный ток КЗ, ток однофазного КЗ за ИБП - I_к⁽¹⁾, будет больше реального сетевого тока КЗ, равного ограниченному току ИБП - I_огр. Во избежание ошибки при выборе защитного аппарата необходимо учитывать последний вариант.

В сетевом режиме рассчитанный ток КЗ соответствует реальному току КЗ с учетом погрешности расчета [26].

3.2.4 Методика проверки эффективности защиты при косвенном прикосновении на участке tn при питании от ибп статического типа

В случае работы ИБП в инверторном режиме рассчитанный по формуле (3.8) ток однофазного КЗ необходимо сравнить с величиной ограниченного тока применяемого ИБП. В [45] принято брать I_огр равным двум - трем номинальным токам ИБП, но анализ источников бесперебойного питания применяемых в Российской Федерации (таблица 3.6), показал, что возможны варианты применения ИБП с I_огр равным четырем номинальным тока ИБП. Поэтому нужно уточнять величину ограниченного тока для каждого конкретного случая.

Таблица 3.6

Ограниченные токи ИБП, применяемых в России

Фирма производитель	Название	Мощность	Ограниченный ток	Время тоограниячения
Gutor	PEW	5-120 кВА	2Iном	100 мс
MGE	3000 TM	10-30 кВА	2,7 Iном	100мс
Socomec	DELPHYS MP	60 – 200 кВА	4.6 Iном.	100мс

В случае, когда рассчитанный ток однофазного КЗ меньше ограниченного тока ИБП,

I_K⁽¹⁾ ≤ I_огр , (3.11)

то необходимо отстраивать применяемый аппарат защиты от величины рассчитанного тока однофазного КЗ I_K⁽¹⁾, то есть убедиться, что I_K⁽¹⁾ больше или равен току срабатывания применяемого аппарата защиты. При этом если в качестве защитного аппарата применяется предохранитель, необходимо проверить, что ток однофазного КЗ вызывает срабатывание предохранителя за время, не превышающее указанное в ПУЭ [9], то есть выполняется условие (3.3) (рисунок 3.1, а):

Если защитный аппарат – автоматический выключатель, то достаточно проверить, что величина I_к⁽¹⁾ превышает ток срабатывания электромагнитного расцепителя (3.4). В этом случае размыкание контактов автоматического выключателя происходит за время намного меньшее, чем установленное допустимое время [9] (рисунок 3.1, б):

Для определения максимально допустимой длины кабеля L_m, при которой обеспечивается требуемый уровень токов однофазных КЗ для гарантированного автоматического отключения питания совместно решаются (3.4) и (3.8), в которых принято I_K ⁽¹⁾ = I_ТО, L=L_m 13,46 ,

Для случая, когда I_K⁽¹⁾ ≤ I_огр и защитным аппаратом является автоматический выключатель в [26] выполнены расчеты максимальных длин кабельных линий в системе TN при напряжении сети 220/380 В при питании от ИБП, при которых обеспечивается защита при косвенном прикосновении. Результаты этих расчетов приведены в таблице 3.7.

Если рассчитанный ток КЗ больше ограниченного тока ИБП,

I_K⁽¹⁾ ≥ I_огр (3.12)

то применяемый аппарат защиты необходимо отстраивать от величины ограниченного тока I_огр, так как в этом случае отсутствует зависимость величины тока, протекающего в петле фаза-ноль, от длины проводника. В случае применения в качестве аппарата защиты предохранителя необходимо убедиться, что выполняется условие (3.3) (рисунок 3.1, а). Если защитный аппарат – автоматический выключатель, то достаточно проверить, что величина I_огр превышает ток срабатывания электромагнитного расцепителя. В этом случае размыкание контактов автоматического выключателя происходит за время намного меньшее, чем установленное допустимое время [9] (рисунок 3.1, б):

I_огр ≥ I_отс (3.13)

Результаты такой проверки для ИБП фирмы MGE серии Galaxy PW номинального ряда мощностей 40, 60, 80, 100, 120, 200 кВА и автоматических выключателей приведены в таблице 3.8.

Таблица 3.7

Максимальная длина (м) кабельной линии на участке TN к однофазному или трехфазному электроприемнику при напряжении питающей сети 220/380 В при питании от инвертора, при которой обеспечивается защита при косвенном прикосновении.

S, сечение проводников, мм2	Ток уставки токовой отсечки автоматического выключателя IТО, А
	50	63	80	100	125	160	200	250	320	400	500	560	630	700
1,5	120	95	76	60	48	38	30	24	19	16	12	11	10	8
2,5	200	158	125	100	80	62	50	40	31	25	20	18	16	14
4	320	254	200	160	128	100	80	64	50	40	32	29	25	23
6	480	380	300	240	192	150	120	96	76	60	48	43	38	35
10			500	400	320	250	200	160	125	100	80	72	64	58
16					512	400	320	256	200	160	128	114	102	91
25							500	400	312	250	200	179	158	143
35								560	438	350	280	250	222	200
50									625	500	400	358	318	286
70												500	444	400
95														542

Таблица 3.8

Применение автоматических выключателей в зависимости от номинальной мощности (ограниченного тока) ИБП, при котором обеспечивается защита при косвенном прикосновении на примере ИБП Galaxy.

Номинальная мощность ИБП, кВА	Номинальный ток ИБП, А	Ограниченный ток ИБП, А	Ток уставки токовой отсечки автоматического выключателя IТО, А
			50	63	80	100	125	160	200	250	320	400	500	560	630	700
32	60,8	141,6
40	76,0	177,0
48	91,2	212,4
64	121,6	283,2
80	151,9	354,0
96	182,3	424,8
128	243,1	566,4
160	303,9	708,0

Кроме понятия ограниченный ток в [26] рекомендуется рассматривать следующие понятия:

• Время токоограничения – время, в течение которого ИБП выдает в сеть ограниченный ток. При времени токоограничения меньше 0,4 с правильная отстройка аппарата защиты позволит селективно отключить поврежденный фидер, не допуская отключения ИБП по токовой перегрузке, и избежать перевода остальной нагрузки на незащищенный режим питания - байпас. При времени токоограничения больше 0,4 с правильная отстройка аппарата защиты позволит выполнить требования новой нормативной базы к времени автоматического отключения питания.

• Ограниченная длина – значение длины при данном сечении, при котором в сети протекает ограниченный ток. Эта длина должна быть рассчитана для каждого ИБП для каждого возможного сечения. Знание этого параметра позволит упростить выбор аппарата защиты для инженеров-проектировщиков. При длине меньшей, чем ограниченная длина, аппарат защиты автоматически отстраивается от величины ограниченного тока. Ограниченная длина рассчитывается из формулы 3.10, в которой ток I_K⁽¹⁾ заменен на I_огр.

В режиме работы от сети необходимо отстраивать применяемый аппарат защиты от величины рассчитанного тока однофазного КЗ I_K⁽¹⁾ по упрощенной формуле 3.5 или по точной формуле 3.1 в соответствии с ГОСТом 34. То есть убедиться, что I_K⁽¹⁾ больше или равен току срабатывания применяемого аппарата защиты. При этом если в качестве защитного аппарата применяется предохранитель, необходимо проверить, что ток однофазного КЗ вызывает срабатывание предохранителя за время, не превышающее указанное в ПУЭ [9], то есть выполняется условие (3.3) (рисунок 3.1, а). Если защитный аппарат – автоматический выключатель, то достаточно проверить, что величина I_K⁽¹⁾ превышает ток срабатывания электромагнитного расцепителя. В этом случае размыкание контактов автоматического выключателя происходит за время намного меньшее, чем установленное допустимое время (рисунок 3.1, б), формула (3.4). Для случая, когда защитным аппаратом является автоматический выключатель выполнены расчеты максимальных длин кабельных линий в системе TN при напряжении сети 220/380 В при питании от ИБП в режиме работы от сети, при которых обеспечивается защита при косвенном прикосновении. Результаты этих расчетов приведены в таблице 3.9.

Таблица 3.9

Максимальная длина(м) кабельной линии на участке TN к однофазному или трехфазному электроприемнику при напряжении питающей сети 220/380 В при питании от сети, при которой обеспечивается защита при косвенном прикосновении.

S, сечение проводников, мм2	Ток уставки токовой отсечки автоматического выключателя IТО, А
	50	63	80	100	125	160	200	250	320	400	500	560	630	700	800
1,5	100	79	63	50	40	31	25	20	16	13	10	9	8	7	6
2,5	167	132	104	83	67	52	42	33	26	21	17	15	13	12	10
4	267	212	167	133	107	83	67	53	42	33	27	24	21	19	17
6	400	317	250	200	160	125	100	80	63	50	40	36	32	29	25
10			417	333	267	208	167	133	104	83	67	60	53	48	42
16					427	333	267	213	167	133	107	95	85	76	67
25							417	333	260	208	167	149	132	119	104
35								467	365	292	233	208	185	167	146
50									521	417	333	298	265	238	208
70												417	370	333	292
95														452	396

Общий алгоритм методики проверки на обеспечение защиты при косвенном прикосновении при питании нагрузки от ИБП представлен на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Блок схема алгоритма методики проверки на обеспечение защиты при косвенном прикосновении при питании нагрузки от ИБП