Сопротивление цепи фаза – ноль
В статье рассмотрены метод расчета сопротивления цепи фаза — ноль в электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью и правила вычисления тока короткого замыкания в линии, что позволяет проверить согласование параметров цепи с характеристиками аппаратов защиты при проектировании электроустановки. Приведенные в статье данные предназначены в первую очередь для расчетов распределительных и групповых сетей.
Для выполнения расчетов токов короткого замыкания в трансформаторных подстанциях необходимо дополнительно учитывать тип, мощность, схему подключения, и напряжение на входе трансформатора. Поэтому использование данной работы для расчета трансформаторных подстанций позволит лишь приблизительно оценить их параметры.
В общем случае сопротивление цепи фаза ноль RL—N равно:
где Zт/3 – сопротивление трансформатора, Ом; RΣпер – суммарное переходное сопротивление контактов, Ом; RΣавт –суммарное сопротивление всех автоматических выключателей, Ом; Rn– удельное сопротивление n-го участка цепи Ом/км (по таблице 1); Ln – длина n-го участка цепи, км; Rдуги – сопротивление дуги в месте короткого замыкания, Ом.
Сопротивления кабелей и отдельно фазных и нулевых жил различных сечений при температуре +65 градусов приведены в таблице 1. Данная температура жил соответствует работе кабеля при номинальной нагрузке. В таблице 1 не учтены индуктивные составляющие сопротивлений, которые в кабелях пренебрежимо малы. При этом следует иметь ввиду, что при использовании проводов индуктивное сопротивление сети может иметь соизмеримую величину с активным сопротивлением жил, особенно при увеличении расстояния между проводами.
В таблице 2 приведены сопротивления трансформатора 10 (6) кВ при вторичном напряжении 400/230 В для случая соединения обмоток по схеме «треугольник-звезда». При соединении обмоток трансформатора по схеме «звезда-зигзак» оценить сопротивление трансформатора также можно по этой таблице. При соединении обмоток по схеме «звезда-звезда» сопротивление трансформатора в 3 – 3,5 раза больше, поэтому это соединение используется реже.
В таблице 3 приведены ориентировочные величины сопротивлений автоматических выключателей (по данным каталога по модульным выключателям АВВ).
Переходные сопротивления контактов, как правило, вносят несущественную часть в общее сопротивление цепи фаза – ноль. Но при большом количестве контактов их сопротивление необходимо учитывать. Переходное сопротивление болтовых соединений, как правило, мало и не превышает величины сопротивления 1 метра подключаемого кабеля (при подключении кабелей больших сечений переходное сопротивление контактов соответственно меньше, чем у кабелей меньшего сечения). Переходное сопротивление различных контактных колодок и сжимов, используемых в групповых сетях, для расчетов можно принять равным 0,01 Ом.
Активное сопротивление дуги в месте короткого замыкания в значительной степени зависит от мощности и схемы подключения трансформатора, длины и сечения кабелей, а также в большой степени от длины дуги. Ориентировочные значения сопротивления дуги в зависимости от величины сопротивления цепи фаза – ноль цепи приведены в таблице 4. С большим количеством графиков зависимостей сопротивления дуги от мощности трансформатора, длины и сечения кабелей, можно ознакомиться в ГОСТ 28249-93.
Сечение фазных жил мм 2
Сечение нулевой жилы мм 2
Полное сопротивление цепи фаза – ноль, Ом/км при температуре жил кабеля +65 градусов
Мощность трансформатора, кВ∙А
Сопротивление трансформатора, Zт/3, Ом (Δ/Υ)
I ном. авт. выкл, А
При проектировании групповой сети, если питающая и распределительная сеть уже проложены, целесообразно выполнить измерение сопротивления цепи фаза – ноль от трансформатора до шин группового щита. Это может значительно уменьшить вероятность ошибок при расчетах групповой сети. В этом случае сопротивление рассчитываем по формуле:
где, Rрасп – измеренное сопротивление цепи фаза – ноль линии, подключаемой к вводному автоматическому выключателю группового щитка, Ом; Rпер.гр – сопротивление переходных контактов в групповой линии, Ом; Rавт.гр – суммарное сопротивление автоматических выключателей – вводного группового щита и отходящей групповой линии, Ом; Rnгр – удельное сопротивление кабеля n-й групповой линии (по таблице 1), Ом/км; Lnгр – длина n-й групповой линии, км.
Рассмотрим процесс вычисления сопротивления цепи фаза – ноль схемы, показанной на Рис.1 при однофазном коротком замыкании фазы на ноль в конце групповой линии.
— трансформатор мощностью 630 кВ∙А подключен по схеме «треугольник – звезда» — по таблице 2 находим Zт/3=0,014 Ом;
— питающая сеть – кабель с алюминиевыми жилами длиной 80 метров имеет фазный проводник 150 мм 2 и нулевой – 50 мм 2 . По таблице 1 находим удельное сопротивление кабеля 0,986 Ом/км. Вычисляем его сопротивление (длины кабелей выражаем в километрах): 0,986 Ом/км∙0,08 км=0,079 Ом;
— распределительная сеть – кабель с медными жилами длиной 50 метров и сечением жил 35 мм 2 . По таблице 1 находим удельное сопротивление кабеля 1,25 Ом/км. Вычисляем его сопротивление:
1,25 Ом/км∙0,05 км=0,0625 Ом;
— групповая сеть – кабель с медными жилами длиной 35 метров и сечением жил 2,5 мм 2 . По таблице 1 находим удельное сопротивление кабеля 17,46 Ом/км. Вычисляем его сопротивление:
17,46 Ом/км∙0,035 км=0,61 Ом;
— автоматический выключатель отходящий линии – 16 Ампер (с характеристикой срабатывания «С»), вводной автоматический выключатель группового щитка 32 Ампера, остальные автоматические выключатели в линии имеют номинальный ток более 50 Ампер. Вычисляем их сопротивление (по таблице 3) 0,01 Ом+0,004 Ом+3∙0,001 Ом=0,017 Ом;
— переходные сопротивления контактов учтем только в групповой линии (точки подключения кабеля групповой линии к щитку и к нагрузке). Получаем 2∙0,01 Ом=0,02 Ом.
Суммируем все полученные значения и получаем сопротивление цепи фаза – ноль без учета сопротивления дуги RL—N=0,014+0,079+0,0625+0,61+0,017+0,02=0,80 Ом.
Из таблицы 4 берем сопротивление дуги 0,075 Ом, и получаем окончательное значение искомой величины RL—N=0,80 Ом+0,075 Ом=0,875 Ом.
В Правилах устройства электроустановок (ПУЭ) задано наибольшее время отключения цепей при коротком замыкании в сетях с глухозаземленной нейтралью 0,2 секунды при напряжении 380 В и 0,4 секунды при напряжении 220В.
Для обеспечения заданного времени срабатывания защиты необходимо, что бы при коротком замыкании в защищаемой линии возникал ток, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя (для взрывоопасных помещений не менее чем в 4 раза) и не менее чем в 3 раза ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику (для взрывоопасных помещений не менее чем в 6 раз). Для автоматических выключателей с комбинированным расцепителем (имеющим тепловой расцепитель для защиты от перегрузок и электромагнитный расцепитель для защиты от токов коротких замыканий) ток короткого замыкания должен превысить ток срабатывания электромагнитного расцепителя не менее, чем в 1,2 – 1,25 раза.
В настоящее время используются автоматические выключатели с различной кратностью токов срабатывания электромагнитного расцепителя к тепловому. Автоматические выключатели группы «В» имеют кратность в пределах от 3 до 5, группы «С» от 5 до 10, группы «D» от 10 до 20, группы «K» от 10 до 15 и группы «Z» от 2 до 3. При расчетах всегда берется максимальное значение кратности токов срабатывания расцепителей. Например для автоматического выключателя С16, ток короткого замыкания должен быть не менее 16 А∙10∙1,2=192 А (для автоматического выключателя С10 не менее10А∙10∙1,2=120 А и для С25 не менее 25 А∙10∙1,2=300 А). В приведенном выше примере мы получили сопротивление цепи фаза – ноль 0,875 Ом. При таком сопротивлении цепи ток короткого замыкания Iкз составит величину
Uф/ RL—N=220В/0,875 Ом=251 А. Следовательно групповая линия в приведенном примере защищена от токов коротких замыканий.
Максимальное сопротивление цепи фаза – ноль для автоматического выключателя С16 составит величину 220 В/192А=1,14 Ом. В приведенном примере сети (Рис. 1) сопротивление цепи от трансформатора до шин группового щита составит 0, 875 Ом — 0,61 Ом=0.265 Ом. Следовательно максимально возможное сопротивление кабеля групповой линии будет равно 1,14 Ом – 0, 265 Ом=0,875 Ом. Его максимальную длину L при сечении жил кабелей 2,5 мм 2 определим при помощи таблицы 1.
L, км=0,875 Ом/(17,46 Ом/км)=0,050 км.
Всегда, когда есть возможность, следует рассчитывать групповую сеть с максимальным запасом по сопротивлению цепи фаза – ноль, особенно розеточную сеть. Часто нагрузки (утюг, чайник и другие бытовые приборы), в которых часто происходят замыкания, подключают к розетке через удлинитель. Начиная с определенной длины провода удлинителя, нарушается согласование параметров цепи с характеристиками аппаратов защиты, то есть ток короткого замыкания оказывается недостаточным для мгновенного отключения сети. Отключение аварийного участка осуществится только тепловым расцепителем через сравнительно большой промежуток времени (несколько секунд), в результате чего кабели могут нагреться до недопустимо высоких температур вплоть до воспламенения изоляции.
Проект электропроводки должен быть выполнен таким образом, что бы даже в случае воспламенения изоляции кабеля при коротком замыкании это не приводило к пожару. Именно поэтому возникли требования к прокладке скрытой электропроводки в стальных трубах в зданиях со строительными конструкциями, выполненными из горючих материалов. Во взрывоопасных зданиях целесообразно использовать более сложную защиту кабелей от воздействия токов короткого замыкания.
Источник
Расчет токов однофазного кз в сети 0,4 кВ
В данной статье речь пойдет об определении величины тока однофазного тока к.з. в сетях 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью.
Данный вопрос очень актуален, так как электрические сети 0,4 кВ, являются наиболее распространёнными.
В настоящее время существует два метода расчета однофазного КЗ – точный и приближенный и оба метода основаны на методе симметричных составляющих.
1. Точный метод определения тока однофазного КЗ
1.1 Точный метод определения тока однофазного КЗ, представлен в ГОСТ 28249-93 формула 24, и рассчитывается по формуле:
Используя данный метод можно с большой степенью точности определять токи КЗ при известных сопротивлениях прямой, обратной и нулевой последовательности цепи фаза-нуль.
К сожалению, на практике данный метод не всегда возможно использовать, из-за отсутствия справочных данных на сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности для кабелей с алюминиевыми и медными жилами с учетом способов прокладки фазных и нулевых проводников.
2. Приближенный метод определения тока однофазного КЗ
2.1 Приближенный метод определения тока однофазного кз при большой мощности питающей энергосистемы (Хс 
где:
- Uф – фазное напряжение сети, В;
- Zт – полное сопротивление трансформатора току однофазного замыкания на корпус, Ом;
- Zпт – полное сопротивление петли фаза-нуль от трансформатора до точки КЗ, Ом.
2.2 Если же питающая энергосистема имеет ограниченную мощность, то тогда ток однофазного кз определяется по формуле 2-26 [ Л3, с 39]:
2.3 Значение Z∑ определяется по таблице 2.9 или можно определить по формуле 2-25 [ Л3, с 39]:
где:
х1т и r1т; х2т и r2т; х0т и r0т — индуктивное и активное сопротивления трансформатора токам прямой, обратной и нулевой последовательности, мОм. Принимаются по таблице 2.4 [Л3, с 29].
Значение Zт/3 для различных трансформаторов с вторичным напряжением 400/230 В, можно принять по таблицам 2, 3, 4 [Л1, с 6,7].
Сопротивления контактов шин, аппаратов, трансформаторов тока в данном методе не учитываются, поскольку арифметическая сумма Zт/3 и Zпт создает не который запас.
2.4 Полное сопротивление трансформатора Zт, определяется по формуле 2-24 [Л3, с 39]:
2.5 Полное сопротивление петли фаза-нуль, определяется по формуле 2-27 [Л3, с 40]:
где:
- Zпт.уд. – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для каждого участка от трансформатора до места КЗ определяется по таблицам 2.10 – 2.14 [Л3, с 41,42] или по таблицам [Л2], мОм/м;
- l – длина участка, м.
Ниже представлены справочные таблицы со значениями удельного сопротивления петли фаза-нуль для различных кабелей и шинопроводов согласно [Л3, с 41,42].
Справочные таблицы 7, 10 со значениями активных сопротивления медных и алюминиевых проводов, кабелей [Л1, с 6, 14].
Справочные таблицы 11, 12, 13 со значениями полного расчетного сопротивления цепи фаза-нуль для 3(4) — жильных кабелей с различной изоляций и при температуре жилы +65(+80) С [Л1, с 15, 16].
На практике согласно [Л1, с 5] рекомендуется использовать приближенный метод определения тока однофазного КЗ. При таком методе, допустимая погрешность в расчете тока однофазного КЗ при неточных исходных данных в среднем равна – 10% в сторону запаса; 18-20% — при схеме соединения трансформатора Y/Y0, когда преобладает активная нагрузка и для зануления используется 4-я жила либо оболочка кабеля; 10-12% — при использовании стальных труб для зануления электропроводки.
Из выше изложенного, следует, что при использовании данного метода, создаётся не который запас при расчете, который гарантирует срабатывания защитного аппарата, согласно требованиям ПУЭ.
1. Рекомендации по расчету сопротивления цепи «фаза-нуль». Главэлектромонтаж. 1986 г.
2. ГОСТ 28249-93 – Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.
3. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.
Источник
