книги из ГПНТБ / Электрические сети жилых зданий

5-ІО. ВЫБОР СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ ПО УСЛОВИЯМ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ

Правила устройства электроустановок нормируют наи­ меньшие сечения проводов, которые могут применяться в электрических сетях для различных условий прокладки. Применительно к внутренним сетям жилых зданий се­ чения проводов с алюминиевыми жилами на отдельных участках электрической сети должны быть не менее:

Глава шестая

УПРОЩЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

6-1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Токи короткого замыкания вызывают значительные ме­ ханические силы в токоведущих частях электрических аппаратов, шин, изоляторов. Последствием этих механи­ ческих сил могут быть разрушения аппаратов и конструк­ ций распределительных устройств. Кроме того, токи к. з. вызывают дополнительный нагрев токоведущих частей электрических аппаратов, шин распределительных уст­ ройств и жил кабелей, что может привести к выходу их из строя из-за опасного повышения температуры. Нередко короткие замыкания становятся причиной пожара и порчи имущества.

Процессы, возникающие при коротких замыканиях, их физическая сущность и методы расчета изучены до­ статочно глубоко и рассмотрены в специальной литера­ туре. В настоящей главе даются лишь самые общие поло­ жения, имеющие актуальное значение лишь для сетей до 1 000 В, типичных для электрооборудования жилых зданий.

Правила устройства электроустановок предписывают, какие виды электрического оборудования должны выби­ раться с учетом динамической и термической устойчи­ вости при коротких замыканиях. К ним в первую оче­

181

редь относятся электрические аппараты высокого напря­ жения станций и подстанций, шины, кабели, изоляторы. В установках до 1 000 В требования к устойчивости при коротких замыканиях предъявляются только к главным и распределительным щитам, токопроводам, предохрани­ телям и автоматическим выключателям.

Ограничение требований к установкам низкого напря­ жения объясняется тем, что в них короткозамкнутые участки имеют значительно меньшие мощности отключе­ ния, чем в установках высокого напряжения. Кроме того, установки низкого напряжения обслуживают относи­ тельно небольшое число потребителей, и временное нару­ шение нормального электроснабжения не вызывает круп­ ных материальных потерь, тогда как применение мер по устойчивости при коротких замыканиях требует бо­ лее высоких расходов.

Остановимся на некоторых основных понятиях и оп­ ределениях, а также параметрах, необходимых для рас­ четов.

К о р о т к и м з а м ы к а н и е м называется непо­ средственное соединение между любыми точками разных фаз или фазы и нулевого провода электрической цепи, которое не предусмотрено нормальными условиями работы установки. Ток к. з. зависит от мощности энергосистемы, электрической удаленности места к. з. от источника питания, т. е. от величины сопротивления цепи к. з., от вида к.з. (трех, двух-, однофазного, двухфазного на землю), а также момента возникновения к. з. и длительности его действия. Относительная вероятность различных видов

182

Наибольшей величины ток к. з. достигает в том слу­ чае, когда к. з. возникает при прохождении тока пред­ шествующего режима (тока нагрузки) через нуль; при этом периодический ток имеет амплитудное значение

1по — гас

У д а р н ы м т о к о м называется наибольшее мгно­ венное значение тока к. з. Этой величины ток к. з. дости­ гает по истечении первого полупериода с момента возник­

некоторое время достигает своего установившегося зна­ чения. Начальное значение периодической составляющей называют с в е р х п е р е х о д н ы м т о к о м I " . При достаточно большом удалении места короткого замыка­ ния от генерирующего источника влияние затухания пе­

183

риодической составляющей незначительно и может в рас­

где / п — действующее значение периодической составляю­ щей тока к. з.; ку — ударный коэффициент:

6-2. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В УСТАНОВКАХ ДО 1 000 В

Характерной особенностью сетей до 1 000 В являются относительно высокие значения активных сопротивлений элементов цепи к. з., которые в кабельных сетях и внут­ ридомовых сетях, выполняемых проводами в трубах и цапалах строительных конструкций, значительно превышают индуктивные сопротивления. Существенное влияние на величину суммарного сопротивления цепи в таких сетях оказывают сопротивления контактов коммутационных ап­ паратов, максимальных расцепителей автоматов, обмо­ ток трансформаторов тока, а также переходные сопротив­ ления контактных соединений и дуги, возникающей в месте короткого замыкания. Все активные сопротивле­ ния шин, проводов, кабелей при к. з. увеличиваются из-за повышенного нагрева при к. з.

В расчетах следует также учитывать сопротивления об­ моток силовых трансформаторов мощностью до 1000 кВ - А, так как они соизмеримы с сопротивлениями короткозамк­ нутой цепи. Таким образом, при расчетах токов к. з.

184

в сетях до 1 000 В недопустимо учитывать только индук­

полняться без учета затухания его периодической соста­ вляющей. Практически при мощности системы, превы­ шающей номинальную мощность питающего трансформа­ тора в 50 раз, ток к. з. можно считать незатухающим, как для системы бесконечной мощности.

Поскольку активное сопротивление цепи короткого за­ мыкания обычно значительно превышает индуктивное г ^ > X, апериодическая составляющая тока к. з. затухает весьма быстро, ударный коэффициент при коротком за­ мыкании во внутридомовой сети или на вводе в дом может

приниматься равным 1 и лишь на шинах питающей под­ станции он возрастает до величины р = 1,15-f-1,3 [Л. 48].

Величина периодической составляющей тока т р е х - фа з и о г о к. з. (в нашем случае это и сверхпереход-

185

ный ток и его установившееся значение) определяется по

марное активное сопротивление цепи короткого замыка­ ния, мОм; xz — то же индуктивное сопротивление, мОм.

Величины активных и индуктивных сопротивлений про­ водов и трансформаторов приведены в приложениях 4 и 5.

Как уже отмечалось, на величину тока к. з. сущест­ венно влияют п е р е х о д н ы е сопротивления. При от­ сутствии достоверных данных об этих величинах переход­ ные сопротивления могут приниматься по аналогии с [Л. 48J для распределительных щитов на подстанциях равными 15 мОм, на шинах вводно-распределительного устройства здания — 20 мОм, па последующих щитах —

25мОм.

Значения активных и индуктивных сопротивлений

некоторых аппаратов и приборов приведены в табл. 6-1.

Пример 6-1. Определить ток трехфазного короткого замыка­ ния в точке сети, схема и исходные параметры которой показаны на рис. 6-2.

ШкВ-А

Рис. 6-2. Схема и исходные параметры к примеру 6-1.

Ре іи е и и е.

1.Определяем активные и индуктивные сопротивления эле­

ментов цепи короткого замыкания по приложениям 4 и 5.

=2,4 мОм.

2.Определяем суммарные сопротивления короткозамкнутой

1,73 У 137,62-(-32,82

186

6-3. УПРОЩЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Для уменьшения трудоемкости выполнения расчетов токов трехфазного к. з., связанной с определением со­ противлений каждого из элементов короткозамкнутой сети, был предложен упрощенный метод расчета, обеспе­ чивающий достаточную для практических целей точность [Л. 49]. Этот метод основан на использовании величин потерь напряжения и расчетного тока нагрузки, всегда известных из обычных расчетов проводов и кабелей на потерю напряжения и нагрев, и может быть использован для сетей, выполненных кабелями и проводами в трубах и каналах строительных конструкций.

П р и н я т ы следующие д о п у щ е н и я , влияющие как на увеличение, так и на уменьшение тока к. з. Ошибка в расчетах при этом, как показывает проектная практика, не превышает 10—12%:

1)не учитывается сопротивление сети высшего напря­ жения;

2)применяется алгебраическое сложение полных со­ противлений;

3)в качестве расчетного напряжения принимается номинальное напряжение электроприемников, а не на­

тактов.

Как известно, расчет тока к. з. может вестись в о т н о ­ си т е л ь н ы х е д и н и ц а х . При этом величина пе­ риодической составляющей тока к. з. определяется из выражения

( 6− 8)

где / б — условный базисный ток, А; z^g — относитель­ ное суммарное полное базисное сопротивление цепи, Ом:

/ з / б2

(6-9)

С другой стороны, падение напряжения в рассматри­ ваемой точке сети равно:

(6-10)

где / Макс — расчетный ток данного участка сети, А.

187

где UK — напряжение к. з. трансформатора (по каталогу), %; Ія. т — номинальный ток трансформатора, А.

Теперь выражение периодической составляющей тока трехфазного к. з. для цепи, состоящей из п участков, при­ мет вид:

Обычно при проектировании сетей до 1 000 В, выпол­ няемых кабелями и проводами, проложенными в трубах или каналах строительных конструкций, известны вели­ чины активных составляющих потерь напряжения на каждом участке линий:

АС/а = .^ 3 /мак.^ созф _100 %>

Найдем отношение между падением напряжения на данном участке линии и активной составляющей потери напряжения на этом же участке и обозначим его К^.

где z0 и г0 — полное и активное сопротивления 1 км линии, Ом/км.

188

Теперь выражение (6-12) может быть легко преобра­ зовано в основную расчетную формулу для определения тока трехфазного к. з.

В (6-13) входят лишь величины, всегда известные при проектировании.

К о э ф ф и ц и е н т Кх п р а к т и ч е с к и не з а ­ в и с и т о т с е ч е н и я л и н и и , что объясняется не­ значительной величиной индуктивного сопротивления ка­ белей и проводов, проложенных в трубах. Значения коэф­ фициента üfj для любых сечений проводников в зависимо­ сти от коэффициента мощности могут быть определены по следующим данным:

Коэффициент мощности 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1,0 Коэффициент Кі . . . ■ 1,67 1,55 1,44 1,35 1,27 1,18 1,11 1,06 1,01

Значения UKUн т для серийных масляных силовых трансформаторов при низшем напряжении 400/230 В со­ ставляют:

Пример 6-2. Выполнить расчет тока трехфазного к. з. упро­ щенным методом для той же сети, что в примере 6-1. Схема и исход­ ные параметры для расчета показаны на рис. 6-3.

и ^ 5 %

Рис. 6-3. Схема и исходные параметры к примеру 6-2.

Р е ш е н и е . Руководствуясь приведенными выше данными, находим ЛГП = 1,27; К12 = 1,11 и UK/Iн. т = 7,4-ІО-3. Затем по формуле (6-13) определяем ток трехфазного короткого замыкания

189

Сравнивая результаты расчетов, выполненных по фор­ мулам (6-7) и (6-13), видим, что ток к. з., вычисленный по упрощенной формуле (6-13), оказался на 11,2% больше тока, вычисленного по (6-7), в которой учтены переходные сопротивления контактов. Таким образом, величины тока к. з., определенные упрощенным методом, в удаленных точках сети получаются несколько завышенными (в пре­ делах 10—12%), что создает некоторый вполне допусти­ мый запас.

6-4. СООБРАЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ПРОВОДНИКОВ ПО УСЛОВИЯМ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Как уже отмечалось в § 6-1, ПУЭ (гл. 1-4) предусматри­ вают, что по режиму короткого замыкания в электроуста­ новках до 1 000 В должны проверяться щиты и токопро­ воды. Аппараты защиты, в них устанавливаемые, должны обладать способностью отключать токи к. з., не разру­ шаясь. При этом в качестве расчетного должен прини­ маться наибольший возможный ток к. з. сети. Эти требо­ вания всегда должны соблюдаться при проектировании вводно-распределительных устройств и других электро­ конструкций, при определении устойчивости шин, изо­ ляторов и других опорных конструкций.

Полное удовлетворение требований ПУЭ в отношении защитных аппаратов не всегда экономически оправды­ вается. В связи с этим в некоторых нормативных доку­ ментах [Л.48] допущены отступления,. позволяющие бо­ лее гибко подходить к выбору аппаратов. Эти отступления основаны на крайне малой вероятности появления пре­ дельно возможных токов к. з. Испытания показали [Л.50], что действующие значения токов к. з., полученные рас­ четным путем, практически не могли быть достигнуты. Так, для случая привинченной между шинами медной перемычки сечением 6—25 мм2 предельно возможный ток составил 60—87% расчетного. Для случая свободно ле­ жащего на шинах медного бруса — 56%, для случая перекрытия по изоляции — 32 — 56 %.

Существует ряд причин, вызывающих снижение тока к. з. Как уже указывалось, одной из них являются пере­ ходные сопротивления контактов, точный учет которых крайне затруднен. Поэтому в [Л.48], являющемся директив­

190