🗊Презентация Особенности выбора электрооборудования напряжением до 1000 В

Особенности выбора электрооборудования напряжением до 1000 В

Особенности расчета в сетях до 1 кВ Наличие активного сопротивления, сопоставимого с индуктивным (медный кабель s = 1,5 мм2; rуд = 12 мОм/м; худ = 0,1 мОм/м). Расчет в комплексной форме и в именованных единицах. Тепловой спад тока (Δθ = 250°С; R↑2). Вид КЗ. Переход КЗ из одного вида в другой. Зависимость tоткл от тока КЗ. Неадиабатический нагрев кабеля. Сопротивление защитных аппаратов (Iном = 10 А → R = 20 мОм; S = 25 мм2 → l = 25 м по меди). Сопротивление контактов. Нелинейное сопротивление электрической дуги. Дуга между контактами автоматических выключателей и контакторов. Отпадание магнитных пускателей и размыкание контакторов. Шунтирующий эффект двигателей.

Тепловой спад тока КЗ Активное сопротивление кабеля: R(θ) = R0(1 + α(θ – θ0))

Температуры нагрева жил кабелей Температуры нагрева жил кабелей

Расчет электротеплового процесса Электротепловой процесс – это совокупность следующих влияющих друг на друга процессов: возникновение тока КЗ под действием электродвижущей силы внешней сети; нагрев токоведущих жил кабеля током КЗ; увеличение активной составляющей сопротивления кабельной линии при его нагреве; снижение тока КЗ под влиянием эффекта теплового спада тока; отвод тепла от жил кабеля в изоляцию и в окружающую среду Аналитический метод ? Численный метод (ЭВМ) !

Расчет токов КЗ Назначение расчета токов КЗ Расчет токов 3-фазного КЗ Расчет токов 1-фазного КЗ Выбор расчетных условий (точка, вид, tоткл, учет двигателей) Пример расчета токов КЗ

Пример расчет токов КЗ по ГОСТ 28249-93 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ»

Рассчитать токи КЗ в точке К1: металлические и дуговые 1-, 2-, 3-фазные КЗ

Схема замещения прямой последовательности

Схема замещения нулевой последовательности

Расчет параметров схемы замещения прямой последовательности Система Трансформатор Автоматический выключатель Шинопровод Контакты Электрическая дуга

Система 6,3 кВ Дано: Uсист = 6,3 кВ – номинальное напряжение системы Sк = 200 МВА – мощность КЗ на шинах 6,3 кВ Iк = Sк / (√3 ∙ Uсист) = 200 / (√3 ∙ 6,3) = 19,3 кА – ток КЗ на шинах 6,3 кВ Хс = Uсист / (√3 ∙ Iк) = 6,3 / (√3 ∙ 19,3) = 0,189 Ом – сопротивление на шинах 6,3 кВ Расчёт: Ес = 400 В – все параметры приводим к Uб = 0,4 кВ Хс = U2 / Sк ∙ 10-3 = 4002 / 200 ∙ 10-3 = 0,8 мОм Rc = 0

Трансформатор ТС-1000/6 Дано: схема Y / Yн - 0 Uном = 6,3 / 0,4 кВ – номинальные напряжения Sт.ном = 1000 кВА – номинальная мощность Рк = 11,2 кВт – мощность потерь КЗ uк = 5,5 % – напряжение КЗ Расчёт: Rт = Рк ∙ U2 / S2 ∙ 106 = 11,2 ∙ 0,42 / 10002 ∙ 106 = = 1,79 мОм Хт = √ uк2 – (100 ∙ Рк / S2) ∙ U2 / S ∙ 104 = = √ 5,52 – (100 ∙ 11,2 / 10002) ∙ 0,42 / 1000 ∙ 104 = = 8,62 мОм

Автоматический выключатель Дано: тип «Электрон» Iном = 1600 А – номинальный ток Расчёт: Iном ≥ Sт.ном / (√3 ∙ Uнн) = 1000 / (√3 ∙ 0,4) = 1443 А Iном = 1600 А Rав = 0,14 мОм – см. табл. 21 Хав = 0,08 мОм – см. табл. 21 В табл. 21 указаны сопротивления катушек и контактов автоматических выключателей (А 3700, «Электрон», ВА), для которых эти сопротивления зависят от Iном.

Шинопровод Дано: марка ШМА-1600 rуд = 0,03 мОм/м – удельное активное сопротивление худ = 0,014 мОм/м – удельное индуктивное сопротивление см. табл. 3 для ШМА4-1650 l = 10 м – длина шинопровода Расчёт: Rш = rуд ∙ l = 0,03 ∙ 10 = 0,3 мОм Хш = худ ∙ l = 0,014 ∙ 10 = 0,14 мОм

Болтовые контакты Дано: Rконт = 0,003 мОм – сопротивление одного контакта n = 4 – количество контактов Расчёт: Rконт = 0,003 ∙ 4 = 0,012 мОм Хконт = 0 Rконт можно учесть более детально – см. п. 2.6, табл. 17-19.

Электрическая дуга Дано: Sт.ном = 1000 кВА – номинальная мощность трансформатора l = 10 м – длина шинопровода Расчёт: Rд = 5,6 мОм – см. рис. 22 Хд = 0 Rд можно учесть более детально – см. п. 2.12, приложение 9: Rд = 16 ∙ √lд / Iпод0,85 lд – длина дуги в зависимости от междуфазного расстояния Iпод – ток КЗ, определяемый с учетом сопротивления дуги

Рис.22 Зависимость rд(lш) при 3-фазном к.з. за трансформаторами мощностью 400, 1000, 1600, 2500 кВА

Расчет параметров схемы замещения нулевой последовательности Система – не входит Трансформатор – изменяется Автоматический выключатель – то же Шинопровод – изменяется Контакты – то же Электрическая дуга – то же

Трансформатор ТС-1000/6 Дано: Zо = 19,1 + j60,6 мОм – сопротивление нулевой последовательности – см. Беляев А.В. «Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ», табл. 1. Расчёт: Сопротивление нулевой последовательности зависит от схемы соединения обмоток Для схемы Y / Yн Zо >> Z1 (в 10...100 раз). В паспортных данных Zо не приводится. По каталогам Zо брать нецелесообразно. По запросу завод обязан дать Zо – см. ГОСТ 3484.1-88 Zо = 19,1 + j60,6 мОм В примере Zо больше, чем Z1, в 7,2 раза.

Шинопровод Дано: марка ШМА-1600 rнп = 0,037 мОм/м – удельное активное сопротивление нулевого проводника хнп = 0,042 мОм/м – удельное индуктивное сопротивление нулевого проводника см. табл. 3 для ШМА4-1650 Rш = 0,3 мОм – активное сопротивление шинопровода Хш = 0,14 мОм – индуктивное сопротивление шинопровода см. расчет сопротивлений прямой последовательности l = 10 м – длина шинопровода Расчёт: Rнп = rнп ∙ l = 0,037 ∙ 10 = 0,37 мОм Хнп = хнп ∙ l = 0,042 ∙ 10 = 0,42 мОм Rшо = Rш + 3 ∙ Rнп = 0,3 + 3 ∙ 0,37 = 1,41 мОм Хшо = Хш + 3 ∙ Хнп = 0,14 + 3 ∙ 0,42 = 1,4 мОм Строго говоря, Хшо должно укладываться в диапазон: Хшо = (0,75...9,4) ∙ Хш = (0,75...9,4) ∙ 0,14 = 0,105...1,32 мОм (см. приложение 1, п.4)

Схема замещения прямой последовательности (сопротивления указаны в мОм)

Схема замещения нулевой последовательности (сопротивления указаны в мОм)

Расчёт токов 3-фазного КЗ (используется только схема прямой последовательности)

Расчёт токов 3-фазного КЗ Z1∑ = √ 2,242 + 9,642 = 9,9 мОм – без дуги Z1∑д = √ 7,842 + 9,642 = 12,43 мОм – с дугой I(3) = Ес / (√3 ∙ Z1∑(д)) Imax(3) = 400 / (√3 ∙ 9,9) = 23,33 кА – без дуги Imin(3) = 400 / (√3 ∙ 12,43) = 18,59 кА – с дугой

Расчёт токов 2-фазного КЗ (используется только схема прямой последовательности)

Расчёт токов 2-фазного КЗ изменяется сопротивление R1∑д : R1∑д = R1∑ + Rд / 2 = 2,24 + 5,6 / 2 = 5,04 мОм Z1∑д = √ 5,042 + 9,642 = 10,88 мОм Z1∑ = 9,9 мОм – остаётся прежним I(2) = Ес / (2 ∙ Z1∑(д)) Imax(2) = 400 / (2 ∙ 9,9) = 20,2 кА – без дуги Imin(2) = 400 / (2 ∙ 10,88) = 18,39 кА – с дугой

Расчёт токов 1-фазного КЗ (используются схемы прямой и нулевой последовательности)

Расчёт токов 1-фазного КЗ R0∑ = 20,66 мОм; Х0∑ = 62,08 мОм; R0∑д = 26,26 мОм; Х0∑д = 62,08 мОм Z0∑ = √ (2 ∙ R1∑ + R0∑)2 + (2 ∙ Х1∑ + Х0∑)2 Z0∑ = √ (2 ∙ 2,24 + 20,66)2 + (2 ∙ 9,64 + 62,08)2 = = 85,16 мОм – без дуги Z0∑д = √ (2 ∙ 7,84 + 26,26)2 + (2 ∙ 9,64 + 62,08)2 = = 91,53 мОм – с дугой I(1) = √3 ∙ Ес / Z0∑(д) Imax(1) = √3 ∙ 400 / 85,16 = 8,14 кА – без дуги Imin(1) = √3 ∙ 400 / 91,53 = 7,57 кА – с дугой

Результаты расчёта токов КЗ

Трансформаторы 10(6)/0,4 кВ Схемы соединения обмоток: Д/Yн Y/Yн Y/Zн

Схема соединения «зигзаг»

Автоматические выключатели

Расцепители автоматов

Электромагнитный расцепитель с гидравлическим замедлением срабатывания Принцип действия: при больших токах КЗ – быстрое втягивание якоря; при небольших токах перегрузки кремнийорганическая жидкость замедляет втягивание якоря. Отличия от электромагнитного расцепителя: сочетает в себе функции двух классических расцепителей: электромагнитного и теплового. ток срабатывания не зависит от температуры окружающего воздуха.

Двухступенчатая ВТХ

Характеристики АВ по виду кривой отключения В – Уставка эмр = (3...5)Iном. Освещение, вентильные устройства, генераторы, протяженные линии, установки с малыми пусковыми токами; С – Уставка эмр = (5...10)Iном. Освещение, розеточные группы, установки с малыми пусковыми токами; D – Уставка эмр = (10...14)Iном. Двигатели с большими пусковыми токами. А. Полупроводниковые устройства, протяжённые цепи. К – Уставка эмр = (10...14)Iном. Индуктивная нагрузка; МА – Уставка эмр = (9,6...14,4)Iном. Только электромагнитный расцепитель. Электродвигатели; Z – Уставка эмр = (2,4...3,6)Iном. Электронные устройства.

Автоматический выключатель (АВВ)

Конструкция АВ с Iном ≥ 630 А

Рото-активное размыкание (Compact фирмы «Schneider»)

Трехступенчатая ВТХ. Координация параметров АВ (1) и электродвигателя (2)

Предохранители

Типы предохранителей ПР-2 – разборные без наполнителя ПН-2, ПП, НПР – разборные с наполнителем (кварцевый песок) НПН, ППН – неразборные с наполнителем

Ориентировочные ВТХ предохранителей

Старение предохранителей При пусках, реверсах и торможении двигателей возможен ускоренный износ плавких вставок и изменение их ВТХ. Правило: изменения ВТХ не произойдет, если ток, протекающий через вставку, меньше половины тока её плавления за то же время. Пример: Ток 5Iном.пв плавит вставку за 3 с. Значит, при токах до 2,5Iном.пв, действующих в течение 3 с, ускоренного износа не будет.

При выборе предохранителей электродвигатели делят на 3 группы 1. АЭД с КЗР с лёгкими условиями пуска: tпуск = 2...5 с пуски менее 15 раз в час вентиляторы, металлорежущие станки, насосы, транспортеры 2. АЭД с КЗР с тяжёлыми условиями пуска: tпуск = 10...15 с пуски более 15 раз в час мельницы, дробилки, центрифуги, краны 3. АЭД с ФР Iпуск ≤ 2 Iном

Выбор предохранителей для ЭД для АЭД с лёгкими условиями пуска: Iном.пв = (0,4...0,5) Iпуск для АЭД с тяжёлыми условиями пуска: Iном.пв = (0,5...0,6) Iпуск для АЭД с ФР: Iном.пв = (1,1...1,25) Iном.дв

Отключающая способность

Требования к отключающей способности АВ (ПУЭ, п.3.1.3) Аппараты защиты по своей отключающей способности должны соответствовать максимальному значению тока КЗ в начале защищаемого участка электрической сети. Допускается установка аппаратов защиты, нестойких к максимальным значениям тока КЗ, а также выбранных по значению ОПКС, если выполняются условия: 1) защищающий их групповой аппарат или ближайший аппарат, расположенный по направлению к источнику питания, обеспечивает мгновенное отключение тока КЗ; 2) ток уставки мгновенного расцепителя вышестоящего аппарата меньше тока ОПКС каждого из группы нестойких аппаратов; 3) такое неселективное отключение всей группы аппаратов не грозит аварией, порчей дорогостоящего оборудования и материалов или расстройством сложного технологического процесса.

Примечание В обозначении автоматов ВА вместо дефиса иногда ставится буква Г. Это значит, что АВ предназначен для защиты двигателей. ВА51Г31-34

Выбор предохранителей по отключающей способности (п.1.4.20) Предохранители следует выбирать по отключающей способности. При этом в качестве расчетного тока следует принимать действующее значение периодической составляющей начального тока КЗ без учета токоограничивающей способности предохранителей.

Остройка от пусков, самозапусков

Координация ЗУ-электроприёмник (ПУЭ, п.3.1.4) Номинальные токи плавких вставок предохранителей и токи уставок АВ следует выбирать: 1) по возможности наименьшими по расчетным токам этих участков или по номинальным токам электроприемников, но таким образом, чтобы 2) аппараты защиты не отключали электроустановки при кратковременных перегрузках (пусковые токи, пики технологических нагрузок, токи при самозапуске и т. п.). При этом следует учитывать разброс характеристик двигателей и АВ: а) Кi двигателя может реально быть больше на 20%, чем каталожное значение; б) Ток срабатывания отсечки АВ может реально быть меньше на 20%, чем уставка.

Выбор уставок расцепителей АВ (п. 3.1.4 ПУЭ)

Выбор предохранителей (п. 5.3.56 ПУЭ)

Выбор предохранителей (п. 5.3.56 ПУЭ) Номинальные токи плавких вставок предохранителей должны выбираться таким образом, чтобы обеспечивалось надежное отключение КЗ на зажимах электродвигателя (см. 1.7.79 и 3.1.8) и вместе с тем чтобы электродвигатели при нормальных для данной электроустановки толчках тока (пиках технологических нагрузок, пусковых токах, токах самозапуска и т. п.) не отключались этой защитой. С этой целью для электродвигателей механизмов с легкими условиями пуска отношение пускового тока электродвигателя к номинальному току плавкой вставки должно быть не более 2,5, а для электродвигателей механизмов с тяжелыми условиями пуска (большая длительность разгона, частые пуски и т.п.) это отношение должно быть равным 2,0-1,6. Для электродвигателей ответственных механизмов с целью особо надежной отстройки предохранителей от толчков тока допускается принимать это отношение равным 1,6 независимо от условий пуска электродвигателя, если кратность тока КЗ на зажимах электродвигателя составляет не менее указанной в 3.1.8.

Координация АВ-кабель Часто уставки аппаратов защиты необоснованно связывают с сечением защищаемой линии. При этом исходят из того, что сечение линии выбрано по нагрузке. На самом деле, сечение линии в ряде случаев может быть выбрано по иным условиям: по потере напряжения; по термической стойкости и невозгораемости кабелей; по механической прочности кабелей. Таким образом, если выбирать уставки аппаратов защиты по длительно допустимому току проводников, то чувствительность защиты будет необоснованно снижена. Поэтому уставки аппаратов защиты следует выбирать по электрической нагрузке.

Чувствительность

Чувствительность 3.1.8. Электрические сети должны иметь защиту от токов КЗ, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения и требования селективности. Защита должна обеспечивать отключение поврежденного участка при КЗ в конце защищаемой линии: одно-, двух- и трехфазных в сетях с глухозаземленной нейтралью; двух- и трехфазных в сетях с изолированной нейтралью. Надежное отключение поврежденного участка сети обеспечивается, если отношение наименьшего расчетного тока КЗ к номинальному току плавкой вставки предохранителя или расцепителя автоматического выключателя будет не менее значений, приведенных в 1.7.79 и 7.3.139. 7.3.139. В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью в целях обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий: не менее чем в 4 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя; не менее чем в 6 раз ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику.

ПУЭ, 7-е издание, п.1.7.79 В системе TN время автоматического отключения питания не должно превышать значений, указанных в табл.1.7.1. Приведенные значения времени отключения считаются достаточными для обеспечения электробезопасности, в том числе в групповых цепях, питающих передвижные и переносные электроприемники и ручной электроинструмент класса I.

ПУЭ, 6-е издание, п.1.7.79 В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью с целью обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость фазных и нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем: в 3 раза номинальный ток плавкого элемента ближайшего предохранителя; в 3 раза номинальный ток нерегулируемого расцепителя или уставку тока регулируемого расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику. При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель (отсечку), проводимость указанных проводников должна обеспечивать ток не ниже уставки тока мгновенного срабатывания, умноженной на коэффициент, учитывающий разброс (по заводским данным), и на коэффициент запаса 1,1. При отсутствии заводских данных для автоматических выключателей с номинальным током до 100 А кратность тока КЗ относительно уставки следует принимать не менее 1,4, а для автоматических выключателей с номинальным током более 100 А - не менее 1,25. Полная проводимость нулевого защитного проводника во всех случаях должна быть не менее 50 % проводимости фазного проводника. Если требования настоящего параграфа не удовлетворяются в отношении значения тока замыкания на корпус или на нулевой защитный проводник, то отключение при этих замыканиях должно обеспечиваться при помощи специальных защит.

ПУЭ, 6-е издание, п.1.7.79 Проводимость фазных проводников и РЕ должна быть такой, чтобы при замыкании на корпус или на РЕ возникал ток КЗ: > 3 ∙ Iном.пв предохранителя; > 3 ∙ Iном.озр автоматического выключателя. При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только ЭМР: > 1,1 ∙ Кразброса ∙ Iном.эмр. При отсутствии заводских данных: > 1,4 ∙ Iном.эмр (при Iном ≤ 100 А), > 1,25 ∙ Iном.эмр (при Iном > 100 А). Полная проводимость РЕ должна быть не менее 50 % проводимости фазного проводника. Если требования настоящего параграфа не удовлетворяются в отношении значения тока замыкания на корпус или на РЕ, то отключение при этих замыканиях должно обеспечиваться при помощи специальных защит.

ПТЭ электроустановок потребителей 2003 г. Приложение 3, таблица 28, п.28.4 При замыкании на корпус или нулевой рабочий проводник ток ОКЗ должен составлять не менее: 3-кратного значения номинального тока плавкой вставки предохранителя; 3-кратного значения номинального тока нерегулируемого расцепителя автоматического выключателя с обратнозависимой от тока характеристикой; 3-кратного значения уставки по току срабатывания регулируемого расцепителя автоматического выключателя обратнозависимой от тока характеристикой; значения 1,1∙ Iном ∙ N для автоматических выключателей с мгновенным расцепителем, где N = 5; 10; 20 при характеристиках В, С, D; Iном – номинальный ток автоматического выключателя.

Чувствительность 3.1.9. В сетях, защищаемых только от токов КЗ (не требующих защиты от перегрузки согласно 3.1.10), за исключением протяженных сетей, например сельских, коммунальных, допускается не выполнять расчетной проверки приведенной в 7.3.139 кратности тока КЗ, если обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников, приведенным в таблицах гл. 1.3, аппараты защиты имели кратность не более: 300% для номинального тока плавкой вставки предохранителя; 450% для тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку); 100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки); 125% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратной зависящей от тока характеристикой; если на этом автоматическом выключателе имеется еще отсечка, то ее кратность тока срабатывания не ограничивается. Наличие аппаратов защиты с завышенными уставками тока не является обоснованием для увеличения сечения проводников сверх указанных в гл. 1.3.

Пояснение к п. 3.1.9 Учитывая недостаточную достоверность результатов определения токов КЗ в сетях напряжением до 1 кВ и в целях освобождения проектировщиков от трудоемких расчетов, допускается при определенных условиях, не делать расчетную проверку кратности тока КЗ на соответствие требованиям п. 3.1.8. Оговоренные в п. 3.1.9 кратности токов всегда можно обеспечить, завышая сечение проводников, выбранных по расчетному току. Но это противоречит требованиям экономного расходования проводниковых материалов. Поэтому, если эти кратности обеспечиваются для сечения проводника, выбранного по расчетному току, делать проверку кратности тока КЗ не обязательно. Если же оговоренные в п. 3.1.9 кратности могут быть обеспечены только за счет увеличения сечения проводника, необходимо выполнять расчетную проверку для сечения, выбранного по расчетному току. Если проверка покажет, что кратность тока КЗ удовлетворяет требованиям п. 3.1.8, увеличивать сечение проводника не нужно.

Чувствительность 3.1.9. В сетях, защищаемых только от токов КЗ (не требующих защиты от перегрузки согласно 3.1.10), за исключением протяженных сетей, например сельских, коммунальных, допускается не выполнять расчетной проверки приведенной в 7.3.139 кратности тока КЗ, если обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников, приведенным в таблицах гл. 1.3, аппараты защиты имели кратность не более: 300% для номинального тока плавкой вставки предохранителя; 450% для тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку); 100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки); 125% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратной зависящей от тока характеристикой; если на этом автоматическом выключателе имеется еще отсечка, то ее кратность тока срабатывания не ограничивается. Наличие аппаратов защиты с завышенными уставками тока не является обоснованием для увеличения сечения проводников сверх указанных в гл. 1.3.

3.1.13. В случаях, когда требуемая допустимая длительная токовая нагрузка проводника, определенная по 3.1.9 и 3.1.11, 3.1.13. В случаях, когда требуемая допустимая длительная токовая нагрузка проводника, определенная по 3.1.9 и 3.1.11, не совпадает с данными таблиц допустимых нагрузок, приведенных в гл. 1.3, допускается применение проводника ближайшего меньшего сечения, но не менее, чем это требуется по расчетному току. Пояснения: 1) требуемая допустимая длительная токовая нагрузка проводника – это наименьший ток, удовлетворяющий кратностям, оговоренным в пп. 3.1.9, 3.1.11. 2) В целях экономии проводникового материала допускается некоторое увеличение этих кратностей. Можно применять ближайшее меньшее сечение.

Чувствительность 3.1.9. В сетях, защищаемых только от токов КЗ (не требующих защиты от перегрузки согласно 3.1.10), за исключением протяженных сетей, например сельских, коммунальных, допускается не выполнять расчетной проверки приведенной в 7.3.139 кратности тока КЗ, если обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников, приведенным в таблицах гл. 1.3, аппараты защиты имели кратность не более: 300% для номинального тока плавкой вставки предохранителя; 450% для тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку); 100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки); 125% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратной зависящей от тока характеристикой; если на этом автоматическом выключателе имеется еще отсечка, то ее кратность тока срабатывания не ограничивается. Наличие аппаратов защиты с завышенными уставками тока не является обоснованием для увеличения сечения проводников сверх указанных в гл. 1.3.

Чувствительность 3.1.9. В сетях, защищаемых только от токов КЗ (не требующих защиты от перегрузки согласно 3.1.10), за исключением протяженных сетей, например сельских, коммунальных, допускается не выполнять расчетной проверки приведенной в 7.3.139 кратности тока КЗ, если обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников, приведенным в таблицах гл. 1.3, аппараты защиты имели кратность не более: 300% для номинального тока плавкой вставки предохранителя; 450% для тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку); 100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки); 125% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратной зависящей от тока характеристикой; если на этом автоматическом выключателе имеется еще отсечка, то ее кратность тока срабатывания не ограничивается. Наличие аппаратов защиты с завышенными уставками тока не является обоснованием для увеличения сечения проводников сверх указанных в гл. 1.3.

К таким аппаратам относятся все АВ кроме А и А1. К таким аппаратам относятся все АВ кроме А и А1. А11: К = 80 / 55 = 1,45 > 1 А2: К = 200 / 184 = 1,09 > 1 А21: К = 80 / 32 = 2,5 > 1 Для А11, А2, А21 требуется дальнейшая проверка. А31: К = 100 / 110 = 0,91 < 1 А32: К = 50 / 60 = 0,83 < 1 А33: К = 25 / 27 = 0,93 < 1 А34: К = 16 / 19 = 0,84 < 1

А11: Iдд.треб = 80 / 1 = 80 А s = 3х16 + 1х6 мм2 Требуется проверка по минимальному току КЗ А21: Iдд.треб = 80 / 1 = 80 А s = 3х6 мм2 Требуется проверка по минимальному току КЗ А2: Iдд.треб = 200 / 1 = 200 А s = 3х120 + 1х150 мм2

А11: Кч = 2200 / 80 = 27,5 > 3 А11: Кч = 2200 / 80 = 27,5 > 3 А21: Кч = 200 / 80 = 2,5 < 3 Повышаем сечение на ступень: 6 мм2 → 10 мм2 Iкз = 200 А → Iкз = 330 А Кч = 330 / 80 = 4,13 > 3

Чувствительность 3.1.9. В сетях, защищаемых только от токов КЗ (не требующих защиты от перегрузки согласно 3.1.10), за исключением протяженных сетей, например сельских, коммунальных, допускается не выполнять расчетной проверки приведенной в 7.3.139 кратности тока КЗ, если обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников, приведенным в таблицах гл. 1.3, аппараты защиты имели кратность не более: 300% для номинального тока плавкой вставки предохранителя; 450% для тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку); 100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки); 125% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратной зависящей от тока характеристикой; если на этом автоматическом выключателе имеется еще отсечка, то ее кратность тока срабатывания не ограничивается. Наличие аппаратов защиты с завышенными уставками тока не является обоснованием для увеличения сечения проводников сверх указанных в гл. 1.3.

К таким аппаратам относятся А и А1. К таким аппаратам относятся А и А1. А: К = 1600 ∙ 1,25 / 1600 = 1,25 = 1,25 А1: К = 630 ∙ 1,25 / 552 = 1,43 > 1,25 Для А1 требуется дальнейшая проверка.

А1: Iдд.треб = 630 ∙ 1,25 / 1,25 = 630 А s = 3х(3х120+1х50) мм2 630 / 3 = 210 А

Чувствительность защиты проверяется по КЗ в конце кабельной линии; проверяется по 1-фазному дуговому КЗ; сильно зависит от параметров кабеля

Кабели 0,4 кВ

Аббревиатуры кабелей с бумажной изоляцией

Аббревиатуры кабелей с пластмассовой изоляцией

Кабели нового поколения с улучшенными показателями пожарной безопасности

Области применения пожаробезопасных кабелей (утверждены в НТД)

Области применения пожаробезопасных кабелей (рекомендованы, но не утверждены в НТД)

Расчет нагрева кабелей Назначение расчета нагрева кабелей Уравнение теплового баланса. Понятие теплового импульса. Способы расчета температуры нагрева жил кабелей при КЗ.

Требования к кабелям Требования к кабелям Термическая стойкость (ТС) – когда отсутствуют: приваривание конструкционных элементов друг к другу; оплавление битума; образованием складок на оболочке; сваривание ПВХ-лент; прорывы алюминиевой оболочки; трещины в корпусе Невозгораемость (НВ) – когда отсутствуют: возгорание изоляции выделение дыма

Последствия нарушения НВ Возникновение очагов горения по всей длине кабеля Возгорание соседних неповрежденных кабелей Распространение пожара на другие помещения или установки

Каковы допустимые температуры по условиям ТС и НВ? 1983-1987 гг., ВНИИКП и НИЦ ВВА - стендовые испытания кабелей с алюминиевыми жилами, с пропитанной бумажной изоляцией в алюминиевой оболочке на напряжение 6 кВ сечением 95 мм2. Вывод: ТС нарушается при 200-300°С НВ нарушается при 310-400°С

Допустимые температуры нагрева кабелей при КЗ по условиям ТС и НВ

Критерии выбора кабелей Номинальное напряжение Экономическая плотность тока (S ≥ I / jэк) Длительно допустимый ток (I ≤ Iдд) Падение напряжения в нормальном режиме (∆U ≤ ∆Uдоп) Падение напряжения при пуске АЭД (∆U ≤ 20-30%) Термическая стойкость Невозгораемость

Проверке по экономической плотности тока не подлежат: кабели промышленных предприятий при Тmax < 5000 ч; ответвления к отдельным эл.приёмникам; осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий; кабели временных сооружений со сроком службы 3-5 лет.

Экономическая плотность тока, jэк, А/мм2

Длительно допустимый ток Iдд для медных кабелей, прокладываемых в воздухе, А

Длительно допустимый ток Iдд для алюминиевых кабелей, прокладываемых в воздухе, А

Расчет падения напряжения в кабеле ∆U = √3 ∙ I ∙ lкаб ∙(rуд ∙ cosφ + xуд ∙ sinφ) ∆Uдоп = 2…10 % Пример: Uном.дв = 380 В на шинах должно быть 1,05 ∙ Uном.дв = 400 В на статоре двигателя допускается: Uмин.дв = 0,95 ∙ Uном.дв = 361 В (итого 10%)

Методика проверки кабелей на ТС и НВ Циркуляр №Ц-02-98(Э) (РАО “ЕЭС России”, СПО ОРГРЭС, 1998) «О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания» Выбор расчетной точки, вида и продолжительности КЗ Расчет теплового импульса Расчет конечной температуры нагрева жил кабеля и сравнение с допустимой температурой по условиям ТС и НВ Сравнение с допустимой температурой

Особенности проверки кабелей на ТС Сценарий аварии: произошло КЗ в начале кабеля присоединения, сработала основная защита присоединения, отключился выключатель присоединения Продолжительность КЗ: t = tрз.осн + tов = (0,04…0,13) с Θдоп = 200…300°С

Особенности проверки кабелей на НВ Сценарий аварии: произошло КЗ в начале (или за отрезком 20-50 метров) кабеля присоединения, либо не сработала основная защита присоединения, либо не отключился выключатель присоединения отключился выключатель ввода на секцию от ТСН Продолжительность КЗ: t = tрз.рез + tов = (0,4…0,6) с Θдоп = 310…400°С

Расчетная схема при проверке кабелей на ТС и НВ

Расчет конечной температуры нагрева жил кабеля пропитанная бумажная изоляция: θдд = 80С пластмассовая изоляция: θдд = 70С изоляция из вулканизированного п/э: θдд = 90С b = 19,58 для меди b = 45,65 для алюминия В = I2пос(tоткл + 0,02) + (0,3Iпос·Iпо АД + 0,1I2по АД)·tоткл

Номограмма для определения температуры кабеля при КЗ

Недостатки циркуляра №Ц-02-98(Э) и противоречия с ПУЭ 1. Циркуляр требует выбирать кабели по термической стойкости и невозгораемости, а ПУЭ – только по термической стойкости. 2. В ПУЭ ничего не говорится о проверке кабелей до 1 кВ по термической стойкости и невозгораемости. 3. Кабельные линии из 2-х и более параллельных пучков циркуляр рекомендует проверять на нагрев при КЗ в начале кабельной линии, а ПУЭ – в конце, где токи и тепловой импульс значительно ниже. 4. В циркуляре приведены значения длительно допустимых токов для кабелей разного исполнения. Эти данные отличаются от аналогичных таблиц ПУЭ. 5. После выхода циркуляра появились «Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования». Во введении сказано, что эти Руководящие указания согласованы с действующими ГОСТ и ПУЭ, но нет упоминания о циркуляре. 6. В Циркуляре отсутствуют данные по кабелям с повышенной пожарной безопасностью (нг, нг-LS, нг-HF, нг-FR).

Пути решения проблемы дальнего резервирования 1. Схемные решения. 1.1. Сооружение добавочных вторичных сборок с дополнительными АВ. 1.2. Секционирование распределительного щита. 1.3. Последовательное включение двух защитных аппаратов. 2. Аппаратные решения. 2.1. Применение резервной релейной защиты, реагирующей на токи в присоединениях. 2.2. Применение выносной защиты от многофазных КЗ. 2.3. Применение предохранителей с защитой от неполнофазного режима. 2.4. Применение логической селективности. 2.5. Совершенствование характеристик АВ, снижение уставок селективности. 2.6. Проектирование и производство микропроцессорных защит 0,4 кВ. 2.7. Применение устройства защитного отключения (УЗО). 2.8. Применение «силовой» функции АВ 3. Методические решения. 3.1. Совершенствование методик расчета токов КЗ. 3.2. Совершенствование методик расчета температур нагрева жил кабелей. 3.3. Создание общей методики расчета электротеплового процесса с учетом всех факторов, присущих сетям 0,4 кВ. 3.4. Создание общего алгоритма выбора коммутационной аппаратуры и токоведущих частей. 4. Нормативные решения. 4.1. Уточнение требований выбора и настройки защит. 4.2. Уточнение требований выбора кабелей по термической и пожарной стойкости. 4.3. Создание чёткой иерархии нормативных актов. 4.4. Переработка ПУЭ в части требований проверки кабелей на нагрев с учетом чувствительности защит и требований по электробезопасности.

1. Схемные решения. 1.1. Сооружение добавочных вторичных сборок с дополнительными АВ. 1.2. Секционирование распределительного щита. 1.3. Последовательное включение двух защитных аппаратов.

1.1. Сооружение добавочных вторичных сборок с дополнительными АВ

1.1. Сооружение добавочных вторичных сборок с дополнительными АВ

1.2. Секционирование распределительного щита

1.2. Секционирование распределительного щита

1.3. Последовательное включение двух защитных аппаратов Надежное ближнее резервирование. «АВ+АВ»; «АВ+предохранитель». Повышенные капитальные затраты. При использовании предохранителей можно снизить требования по отключающей способности АВ, что в некоторой степени компенсирует расходы на второй защитный аппарат.

2. Аппаратные решения. 2.1. Применение резервной релейной защиты, реагирующей на токи в присоединениях. 2.2. Применение выносной защиты от многофазных КЗ. 2.3. Применение предохранителей с защитой от неполнофазного режима. 2.4. Применение логической селективности. 2.5. Совершенствование характеристик АВ, снижение уставок селективности. 2.6. Проектирование и производство микропроцессорных защит 0,4 кВ. 2.7. Применение устройства защитного отключения (УЗО). 2.8. Применение «силовой» функции в АВ

2.1. Применение резервной релейной защиты, реагирующей на токи в присоединениях.

2.2. Применение выносной защиты от многофазных КЗ.

2.3. Применение предохранителей с защитой от неполнофазного режима Ближнее резервирование обеспечивается предохранителями. Применение предохранителей для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей не всегда приветствуется по условиям неполнофазного режима. КЗ отключается предохранителем, установленным в одной из фаз. Остальные два предохранителя продолжают проводить ток к статору двигателя, который продолжает работать, но уже в неполнофазном режиме, потребляя повышенные токи (1,8...2,5)Iном и подвергаясь нерасчетным нагревам. Зарубежные фирмы-изготовители освоили выпуск предохранителей с контролем состояния соседних фаз – при перегорании плавкой вставки в фазе А, срабатывает специальный расцепитель, и устройство отключает фазы В и С. На отечественных энергообъектах такие устройства пока не прошли должного апробирования.

2.4. Применение логической селективности Основана на обмене сигналами между АВ по специальному контрольному проводу. Если нижестоящий АВ чувствует КЗ, то он передает блокирующий сигнал вышестоящему АВ. Получив этот сигнал, вышестоящий АВ полностью отрабатывает свою выдержку времени и либо не срабатывает (обеспечивая селективность при успешном отключении нижестоящего АВ), либо отключается (обеспечивая дальнее резервирование при отказе нижестоящей защиты). Если сигнал о КЗ от нижестоящего АВ не поступает, то вышестоящий АВ отключается мгновенно, без учета выдержки времени своего расцепителя. Логическая селективность позволяет осуществить дальнее резервирование. Одновременно обеспечивается быстродействие защиты. Недостатки: – усложнение электрических связей между АВ; – неэффективность для схем с мощными двигателями.

Логическая селективность

Неэффективность логической селективности для схем с мощными двигателями

2.5. Совершенствование характеристик АВ, снижение уставок селективности Снижение уставок селективности ограничено неточностью ВТХ расцепителей, а также большой дискретностью уставок по времени. Применение температурной компенсации позволит снизить температурный разброс точек ВТХ автомата. При этом упрощается селективная отстройка защит с одновременным повышением их быстродействия. Новые принципы гашения дуги и повышение отключающей способности автоматов. Высокая предельная коммутационная способность за счет быстрого введения в межконтактный промежуток электрической дуги, обладающей высоким сопротивлением. Принцип ротоактивного размыкания контактов.

2.6. Проектирование и производство микропроцессорных защит 0,4 кВ Современные МП терминалы защит 0,4 кВ, отличающие режимы пуска и самозапуска от удаленных КЗ. Например, блок БМРЗ-0,4 (НТЦ «Механотроника»), предназначенный для выполнения функций РЗиА, управления и сигнализации выключателей рабочих и аварийных вводов секций 0,4 кВ КТП 6(10)/0,4 кВ. Использование в блоке аналого-цифровой и микропроцессорной элементной базы обеспечивает высокую точность измерений и постоянство характеристик, что позволяет существенно повысить чувствительность и быстродействие защит, а также уменьшить ступени селективности.

2.7. Применение УЗО Основная сложность в обеспечении дальнего резервирования – низкая чувствительность резервной защиты при малых токах КЗ (1-фазные дуговые КЗ в конце кабеля). До сих пор речь шла о способах обеспечении невозгораемости кабелей при уже возникшем КЗ. Ряд КЗ действительно являются внезапными. Но вместе с тем существуют ситуации, когда КЗ образуется в результате длительного предшествующего процесса ослабления изоляции, сопровождающегося малыми токами утечки. УЗО реагирует на такие утечки и отключает питание, не дожидаясь возникновения КЗ и тем более – возгорания кабеля. В случае внезапного КЗ или внезапной утечки, обусловленной контактом человека с токоведущей частью, УЗО также срабатывает. Время срабатывания УЗО 0,03…0,5 с. Следует учитывать особенности применения УЗО в различных системах заземления.

2.8. Применение «силовой» функции АВ «Силовая» функция: s(t) = ia2 + ib2 + ic2

2.8. Применение «силовой» функции АВ «Силовая» функция не зависит от начальной фазы переходного процесса

2.8. Применение «силовой» функции АВ

3. Методические решения 3.1. Совершенствование методик расчета токов КЗ. 3.2. Совершенствование методик расчета температур нагрева жил кабелей. 3.3. Создание общей методики расчета электротеплового процесса с учетом всех факторов, присущих сетям 0,4 кВ. 3.4. Создание общего алгоритма выбора коммутационной аппаратуры и токоведущих частей.

4. Нормативные решения 4.1. Уточнение требований выбора и настройки защит. 4.2. Уточнение требований выбора кабелей по термической и пожарной стойкости. 4.3. Создание чёткой иерархии нормативных актов. 4.4. Переработка ПУЭ в части требований проверки кабелей на нагрев с учетом чувствительности защит и требований по электробезопасности.

Нормативно-техническая документация в части выбора электрооборудования до 1 кВ ГОСТ 28249-93. КЗ в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ. ГОСТ 28895-91. Расчет термически допустимых токов КЗ с учетом неадиабатического нагрева. ГОСТ 50345-99. АВ In < 125А; Icu < 25кА бытовые, необслуживаемые. ГОСТ 50030.1-2000. АВ, методы испытаний. ГОСТ 50030.2-99. АВ ГОСТ 11206-77. Контакторы электромагнитные низковольтные. Циркуляр №Ц-02-98(Э). О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания ПУЭ. Глава 1.4. Выбор электрических аппаратов и проводников по условию КЗ. ПУЭ. Глава 3.1. Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ. РД 153-34.0-20.527-98. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. Под ред. Б. Н. Неклепаева и профессоров МЭИ.

Литература Смирнов А.Г., Годгельф Л.Б., Шилин В.Т. Пособие к главе 3.1 ПУЭ. – М. ВНИИ «Тяжпромэлектропроект» им. Ф. Б. Якубовского, 1991. – 51 с. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. – Л. : Энергоатомиздат, 1988. – 173 с. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. – СПб. : ПЭИПК, 2007. – 230 с. Райнин В.Е., Кобозев А.С. Совершенствование защитных характеристик автоматических выключателей низкого напряжения / журнал «Электротехника», 2009, №2, с.44-51. Гусев Ю.П., Чо Г.Ч. Снижение чувствительности защитных аппаратов в низковольтных электроустановках из-за шунтирующего эффекта асинхронных электродвигателей / Журнал «Вестник МЭИ», 2003, №6, с.131-135. Беспалов А.В., Борисова Е.С., Гусев О.Ю., Гусев Ю.П., Старшинов В.А. Защита низковольтных электроустановок собственных нужд электрических станции от короткого замыкания // Электрические станции. – М., 2005, №4 Беляев А.В., Эдлин М.А. Дальнее резервирование отказов защит и выключателей // Электрические станции. – М., 2002, №12, с.51-55. Ароян Ш.О. О резервировании защит присоединений 0,4 кВ собственных нужд АЭС // Электрические станции. – М., 2007, №6. Зильберман В.А. Учет теплового спада тока КЗ при выполнении дальнего резервирования // Электрические станции. – М., 1989, №12, с.55-60. Морозов Н.Р. Резервирование защит сетей 0,4 кВ собственных нужд электростанций // Электрические станции. – М., 1987, №4, с.57-60. Фишман В.С. Провалы напряжения в сетях промпредприятий // Новости Электротехники, 2004, №№ 5,6. Фишман В.С. Короткое замыкание в электропроводке. Возможные причины пожара// Новости Электротехники, 2007, №1. Фишман В.С. Короткое замыкание: пожара можно избежать // Новости Электротехники, 2005, №2.