Опасность электрического тока

Расчет зануления следует начинать с расчета проводов по условиям нагрева. Выбор сечения проводов по экономической плотности тока производится по следующей формуле:

 

Fэк = Iнб / Jэк , мм2 ;

 

где Iнб – наибольший рабочий ток линии, А;

      Jэк – экономическая плотность тока, А/мм2; определяется по таблице А1 Приложения А.

 

В нормальном режиме работы сети наибольший ток в каждой цепи равен:

 

Iнб = P / √3 Uном cos φ, А;

 

где P – активная мощность, передаваемая по линии, Вт;

       cos φ – коэффициент мощности нагрузки, cos φ = 0,8;

       Uном – номинальное напряжение сети, В.

 

 

Iнб = 20000/ (√3 ∙220∙0,8) = 66А;

 

Fэк = 66/3,5 = 18,85 мм2.

 

 

Полученное значение округляют до стандартного сечения, следовательно, получаем Fэк = 25 мм2.

Сечение линии, выбранное по экономической плотности тока, проверяется по нагреву. Выбранное сечение проводника проверяется по соответствию двум условиям. Первое условие связывает наибольший и допустимый по нагреву токи линии по следующей формуле:

 

Iдоп ≥ Iнб ;

 

где Iдоп – допустимый ток, при длительно протекании которого проводник нагревается до допустимой температуры.

 

Допустимый ток определяется по следующей формуле:

 

Iдоп = Iдоп.таб Кп КӨ , А;

 

где Кп – поправочный коэффициент на количество кабелей в траншее, определяется по таблице А2 Приложения А;

        КӨ - поправочный коэффициент на температуру окружающей среды, определяется по таблице А3 Приложения А;

        Iдоп.таб – допустимый ток, при длительном протекании которого проводник нагревается до допустимой температуры, определяемый по таблице А4 Приложения А.

 

I доп = 95∙0,8∙0,92 = 69,92 А;

 

69,92 А ≥ 66 А – условие выполняется.

 

В послеаварийных режимах кабельных линий перегрузка допускается до пяти суток и определяется следующим условием:

 

Кав Iдоп ≥ Iав.нб;

 

где Кав – коэффициент перегрузки в послеаварийном режиме, показывающий, на сколько можно превышать Iдоп, в зависимости от условий прокладки кабеля, определяется по таблице А5 Приложения А;

       Iав.нб – наибольший из средних за получасовых токов в послеаварийном режиме, А; Iав.нб = Iнб.

 

1,25∙69,92 А ≥ 66 А;

87,4 А ≥ 66 А – условие выполняется.

 

Второе условие выбора сечения необходимо для правильной работы аппаратов, защищающих сеть от перегрева, состоит в следующем:

 

Iдоп ≥ Iном.защ.ап. /К;

 

где Iном.защ.ап. – номинальный ток защищающего аппарата, А;

      К – коэффициент, равный К=3 для промышленных предприятий.

 

69,92 А ≥ 143/3 А;

69,92 А ≥ 47,7 А – условие выполняется.

 

Расчет зануления сводится к подбору условий, при которых справедливо неравенство, обеспечивающее надежность отключения аварийного участка сети с помощью средств защиты:

 

Iк.з. ≥ k Iзащ ;

 

где Iк.з. – величина тока короткого замыкания в петле фаза-нуль, А;

      Iзащ – номинальный ток срабатывания средств защиты, А;

      k – коэффициент запаса, величина которого зависит от типа применяемых средств защиты и характеристики помещения по пожарной опасности, определяется по таблице.

 

Величина тока короткого замыкания определяется по формуле:

 

Iк.з. = Uф / [ zт + √ ( Rф + Rн )2 + ( Хф + Хн + Хп )2 ], А;

 

где Uф – фазное напряжение в сети, В;

       zт – полное сопротивление трансформатора;

       Rф – активное сопротивление фазного провода на участке от трансформатора до потребителя, Ом;

       Rн – активное сопротивление нулевого провода на том же участке, Ом;

      Хф и Хн – индуктивное сопротивление фазного и нулевого провода, обусловленное внешним магнитным полем, Ом; эти величины в обычных практических условиях настолько малы, что позволяют пренебречь ими при проверочных расчетах;

       Хп – внутреннее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль, Ом.

 

Полное сопротивление трансформатора определяется по формуле:

 

zт = 270 U2 / ( P +10), Ом;

 

где Uф – величина фазного напряжения в кВ;

       P – мощность трансформатора, кВ*А.

 

Zт = ( 270 ∙ 0,222)/ ( 50+10) = 0,2178 Ом.

 

Активное сопротивление фазного провода рассчитывается по формуле:

 

Rф = ρ lпр / Sф, Ом;

 

где ρ – удельное сопротивление материала проводов, Ом∙мм2/ м; для меди ρ=0,018 Ом∙мм2/м;

       lпр – расстояние от источника питания до точки прикосновения, м;

       S – сечение провода, мм2; S = Fэк. 

 

Rф = ( 0,018∙100)/ 25 = 0,072 Ом.

 

Исходя из требований Правил устройства электроустановок, что полная проводимость нулевого провода должна быть не менее 50% от проводимости фазного, то есть Rн ≤ 2Rф. Примем величину сечения нулевого провода на порядок ниже, Sн = 16 мм2. Активное сопротивление нулевого провода будет вычисляться аналогично фазному:

 

Rн = ( 0,018∙100)/ 16 = 0,113 Ом.

 

Внутреннее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль определяется по следующей формуле:

 

Хп = 0,126 ln ( D/r) · lпр, Ом/км;

 

где D – расстояние между проводами, м; D = 0,5 м;

       r – радиус проводов, м.

 

Радиус проводов определяется, исходя из сечения проводов.

 

S = πr2;

Отсюда r = √(S/π).

r = √(25/3,14) = 2,82 мм;

Хп = 0,126 ln(0,5/ 2,82∙10-3)∙0,1 = 0,065 Ом.

 

Iк.з. = 220/ [ 0,2178 + √( 0,072 + 0,113)2 + 0,0652 ] = 532,3 А.

 

Номинальный ток срабатывания средств защиты определяется по следующей формуле:

 

Iзащ = α Iпотр / β, А;

 

где α – коэффициент соотношения между номинальным рабочим током и пусковым током потребителя, α = 6;

       β – коэффициент режима работы, β = 1,8;

       Iпотр – номинальный рабочий ток потребителя.

 

Для электродвигателей, работающих на трехфазном переменном токе, номинальный рабочий ток рассчитывается по формуле:

 

Iдв = P ∙ 1000 / ( √3 Uл ηдв cosφ), А;

 

где P – мощность электродвигателя, кВ;

      Uл – линейное напряжение в сети, В;

      ηдв – к.п.д. электродвигателя; ηдв = 0,9.

 

Iдв = ( 20∙1000)/ ( √3 ∙ 380∙0,9∙0,8) = 43 А;

Iзащ = 6∙43/1,8 = 143 А.

 

Проверяем неравенство для плавких предохранителей во взрывопожароопасном помещении. Значения коэффициентов выбирают по таблице А6 Приложения А.

 

532,3 А ≥ 4∙143 А;

532,3 А ≥ 572 А – неравенство неверное.

 

Условие безопасного отключения не выполняется для плавких предохранителей. Проверяем неравенство для автоматов с обратно зависимой от тока характеристикой во взрывопожароопасном помещении:

 

532,3 А ≥ 6∙143 А;

532,2 А ≥ 858 А – неравенство неверное.

 

Условие безопасного отключения не выполняется для автоматов с обратно зависимой от тока характеристикой. Проверяем неравенство для безынерционных автоматических выключателей с электромагнитными расцепителями при номинальном токе свыше 100 А:

 

532,3 А ≥ 1,25∙143 А;

532,3 А ≥ 178,75 А – неравенство верное.

 

Условие обеспечения надежного отключения аварийного участка сети выполняется для безынерционных автоматических выключателей с электромагнитными расцепителями при номинальном токе свыше 100 А при параметрах сети 3×25 + 1×16,мм2 [5].

 

Приложение А

Сведения по расчету зануления

 

Таблица А1 – Экономическая плотность тока Jэк, А/мм2

Тип проводника	Тнб, ч/год
	1000-3000	3001-5000	Более 5000
Неизолированные провода: медные аллюминиевые	2,5 1,3	2,1 1,1	1,8 1
Кабели с бумажной изоляцией: медные аллюминиевые	3 1,6	2,5 1,4	2 1,2
Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией: медные аллюминиевые	3,5 1,9	2,7 1,6	2,7 1,6

 

 

Таблица А2 – Поправочные коэффициенты Кп на число работающих кабелей

Расстояние в свету, мм	Число кабелей
	1	2	3	4	5	6
100	1	0,9	0,85	0,8	0,87	0,75
200	1	0,92	0,87	0,84	0,82	0,81
300	1	0,93	0,9	0,87	0,86	0,85

 

 

Таблица А3 – Поправочные коэффициенты на температуру земли и воздуха для отдельных допустимых токов на силовые кабели, неизолированные и изолированные провода

Норми- рован- ная темпе- ратура среды, °С	Пре- дель- ная тем- пера- тура про- вод- ни- ков, °С	Поправочные коэффициенты при фактической температуре среды, °С
		-5 и ниже	0	+5	+10	+15	+20	+25	+30	+35	+40	+45
15 25	80 70	1,14 1,29	1,11 1,24	1,08 1,2	1,04 1,15	1 1,11	0,96 1,05	0,92 1	0,88 0,94	0,83 0,88	0,78 0,81	0,73 0,74
15 15	65 60	1,18 1,20	1,14 1,15	1,1 1,12	1,05 1,06	1 1	0,95 0,94	0,89 0,88	0,84 0,82	0,77 0,75	0,71 0,75	0,63 0,57
15 15	55 50	1,22 1,25	1,17 1,2	1,12 1,14	1,07 1,07	1 1	0,93 0,93	0,86 0,84	0,79 0,76	0,71 0,66	0,61 0,54	0,5 0,37