Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.


   

                                 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.

 

                                                                                                                          Таблица 1

Сечение фазных жил   мм2

Сечение нулевой жилы мм2

Полное сопротивление цепи фаза – ноль, Ом/км при температуре жил кабеля +65 градусов

Материал жилы:

 

 

Алюминий

Медь

 

 

R фазы

R нуля

Z цепи (кабеля)

R фазы

R нуля

Z цепи (кабеля)

1,5

1,5

-

-

-

14,55

14,55

29,1

2,5

2,5

14,75

14,75

29,5

8,73

8,73

17,46

4

4

9,2

9,2

18,4

5,47

5,47

10,94

6

6

6,15

6,15

12,3

3,64

3,64

7,28

10

10

3,68

3,68

7,36

2,17

2,17

4,34

16

16

2,3

2,3

4,6

1,37

1,37

2,74

25

25

1,47

1,47

2,94

0,873

0,873

1,746

35

35

1,05

1,05

2,1

0,625

0,625

1,25

50

25

0,74

1,47

2,21

0,436

0,873

1,309

50

50

0,74

0,74

1,48

0,436

0,436

0,872

70

35

0,527

1,05

1,577

0,313

0,625

0,938

70

70

0,527

0,527

1,054

0,313

0,313

0,626

95

50

0,388

0,74

1,128

0,23

0,436

0,666

95

95

0,388

0,388

0,776

0,23

0,23

0,46

120

35

0,308

1,05

1,358

0,181

0,625

0,806

120

70

0,308

0,527

0,527

0,181

0,313

0,494

120

120

0,308

0,308

0,616

0,181

0,181

0,362

150

50

0,246

0,74

0,986

0,146

0,436

0,582

150

150

0,246

0,246

0,492

0,146

0,146

0,292

185

50

0,20

0,74

0,94

0,122

0,436

0,558

185

185

0.20

0,20

0,40

0,122

0,122

0,244

240

240

0,153

0,153

0,306

0,090

0,090

0,18

   

                                                                                                                     Таблица 2

Мощность трансформатора, кВ∙А

25

40

69

100

160

250

400

630

1000

Сопротивление трансформатора, Zт/3, Ом  (Δ/Υ)

0,30

0,19

0,12

0,075

0,047

0,03

0,019

0,014

0,009

 

  

                                                                                                                   Таблица 3

I ном. авт. выкл, А

1

2

6

10

13

16

20

25

32-40

50 и более

R авт., Ом

1,44

0,46

0,061

0,014

0,013

0,01

0,007

0,0056

0,004

0,001

 

                                                                                                                         Таблица 4

R цепи, Ом

0,05

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,8

1,0

1,5

2 и более

Rдуги, Ом

0,015

0,022

0,032

0,04

0,045

0,053

0,058

0,075

0,09

0,12

0,15

 

    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:

                          RL-N= Rрасп + Rпер.гр + Rавт.гр+  Rnгр∙Lnгр +Rдуги                      (2)

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.

 

 

 

Исходные данные:

- 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 мм2  и нулевой – 50 мм2. 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 мм2. 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 мм2. 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 мм2 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.                           

 

                                                                                                                                          9 марта 2013 г.

                                   К ОГЛАВЛЕНИЮ