Характеристики аппаратов МТЗ

 

Аппараты МТЗ имеют достаточно большое количество различных харак­теристик, однако, при оценке эффективности системы зануления наи­большее значение имеют номинальный ток аппарата и время-токовая (ампер-секундная) характеристика.

Номинальный ток аппарата – максимальный ток, который протекая че­рез аппарат неограниченно долго, не вызовет его срабатывания.

Как уже отмечалось, наибольшее распространение получили такие аппа­раты МТЗ, как плавкие вставки и автоматические выключатели. В про­мышленности для защиты линий непосредственно питающих потре­бителя в подавляющем большинстве случаев используются автоматиче­ские выключа­тели.

Автоматические выключатели могут быть выполнены с тепловым (ТР) или с электромагнитным расцепителем (ЭМР), а так же с комбини­рованным расце­пителем. Особенность теплового расцепителя в том, что время срабатывания зависит от протекающего тока (чем больше ток, тем меньше время срабаты­вания), электромагнитный расцепитель срабаты­вает при достижении тока срабатывания практически моментально (ме­нее 0, 2-0, 1 с). Автоматический выключатель с комбинированным расце­пителем при тока превышающих но­минальный, но менее тока срабаты­вания ЭМР работает, как автоматический выключатель с тепловым рас­цепителем, а при превышении тока срабатыва­ния ЭМР, как автоматиче­ский выключатель с ЭМР.

Для простоты и удобства проектирования и эксплуатации электриче­ских сетей разработаны и приняты стандартные характери­стики отключения автоматов защиты. Таким образом, атоматические вы­ключатели известных производителей (ABB, Siemens, Merlin Gerin и т.п.), но с одинаковыми номи­нальными токами и характеристиками практически идентичны, сточки зре­ния отключающей способности. Су­ществует так же общий ряд значений номинального тока: 5; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 40 А.

Характеристики отключения автоматов защиты обозначают боль­шими латинскими буквами, например: «В» или «С». Сведения по неко­торым харак­теристикам приведены в табл. 3.3. Сами характеристики приведены в прило­жении 2.

 

Таблица 3.3

Некоторые характеристики автоматических выключателей

Харак­тери­стика	Область применения	Минимальный ток срабатывания теп­лового расцепи­теля	Минимальный ток срабатывания элек­тромагнитного расце­пителя
B	активная нагрузка	от 1, 13Iн до 1, 45Iн	от 3Iн до 5Iн
С	активная нагрузка	от 1, 13Iн до 1, 45Iн	от 5Iн до 10Iн
D	Активно-индуктивная нагрузка, эл. двигатели	от 1, 13Iн до 1, 45Iн	от 10Iн до 20Iн
Харак­тери­стика	Область применения	Минимальный ток срабатывания теп­лового расцепи­теля	Минимальный ток срабатывания элек­тромагнитного расце­пителя
K	Активно-индуктивная нагрузка, эл. двига­тели, трансформаторы	от 1, 05Iн до 1, 2Iн	от 8Iн до 14Iн
Z	электроника	от 1, 05Iн до 1, 2Iн	от 2Iн до 3Iн

Примечание: 1. I_н – номинальный ток автоматического выключателя;

2. Автоматические выключатели с характеристикой D выпускаются как с комбинированным, так и только с тепловым расцепителем, остальные автоматические выключатели выпускаются только с комбинированным расцепителем.

Разброс значений токов срабатывания объясняется, во-первых, не­возмож­ностью создания абсолютно идентичных аппаратов, во-вторых, тем, что срабатывание может происходить как из «холодного» состоя­ния, т.е. сразу после включения аппарата, так и из «горячего», т.е. перед срабатыва­нием чувствительный элемент теплового расцепителя автома­тического вы­ключателя был нагрет протекающим по нему рабочим то­ком.

При оценке эффективности защитного зануления мы должны рас­сматри­вать наихудший вариант, поэтому для случая срабатывания тепло­вого расцепителя необходимо пользоваться верхней кривой харак­теристики. Если же ток короткого замыкания находится в интервале ми­нимальных токов срабатывания ЭМР, то необходимо рассчитывать время отключения по ха­рактеристике теплового расцепителя, т.к. ЭМР может не сработать. Гарантированное срабатывание ЭМР автоматиче­ского выключателя происходит только в случае превышения током ко­роткого замыкания большего из минимальных токов срабатывания ЭМР. Для примера рассмотрим реакцию автоматического выключателя типа «С» с номинальным током 25А на токи различной величины, протекаю­щие через него (см. табл. 3.5).

Таблица 3.4

 

Реакция автоматического выключателя типа «С» с номинальным током 25А на токи различной величины

Значение	Кратность	Реакция расцепителя	Время	Примечание
тока, А	тока	ТР	ЭМР	отключения
	0, 8	не срабо­тает	не срабо­тает	отключения не произойдет	нормальный режим работы
	1, 08	не срабо­тает	не срабо­тает	отключения не произойдет	допустимая перегрузка
		сработает	не срабо­тает	От 4, 5 до 14 с	для расчета берем время 14 с
		сработает	срабатыва­ние воз­можно	по ТР: 1, 5 с по ЭМР: 0, 01 с	для расчета берем время 1, 5 с
		-	сработает	0, 01 с	для расчета берем время 0, 01 с

 

4.Контрольные вопросы

 

1. Принцип действия защитного зануления и область его применения.

2. Назначение нулевого защитного проводника.

3. Назначение заземления нейтрали обмоток источника тока.

4. Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника.

5. Распределение потенциала по длине нулевого защитного проводника при замыкании фазного проводника на зануленный корпус потребителя.

6. Требования нормативных документов к системе защитного зануления.

7. Расчет зануления на отключающую способность.

Пример расчета

Исходные данные:

Мощность потребителя P = 12 кВт

Количество потребителей n=6

Длина питающего кабеля от распределительного щита до потребителя (кабель Б) L=150 м (все кабели проложены в одном коробе)

Длина питающего кабеля от трансформатора до распределительного щита (кабель А) Lтр=200 м (кабель проложен открыто в воздухе)

Материал провода – медь (r=0, 018 Ом*мм²/м)

Трансформатор S=100 кВА

Коэффициент использования К_И=0, 5

Категория автоматического выключателя – D

 

1. Определяем ток нагрузки

 

1.1. Рабочий ток одного потребителя

 

I_н = P/3*U_ф* cosj *h = 23, 77 А, (5.1)

 

где P- мощность, Вт

U_ф- фазное напряжение 220 В

I_н – рабочий ток одного потребителя

cosj - 0, 85 (для асинхронных двигателей)

h - КПД 0, 9 (для асинхронных двигателей)

1.2. Рабочий ток группы потребителей (ток, протекающий по ка­белю от трансформатора к распределительному щиту)

 

I_S=I_н*n*К_И=71, 3 А, (5.2)

 

где I_н – рабочий ток одного потребителя;

n – количество потребителей;

К_И – коэффициент использования;

I_S - рабочий ток группы потребителей

 

2. Определяем сечение провода.

 

В соответствии с требованиями ПУЭ на допустимый длительный ток для трехжильных проводов и кабелей, проложенных в воздухе (см. приложение 1, табл. П.2.) определяем сечение фазных жил кабеля А:

 

Сечение кабеля А: S_А=16 мм²

 

В соответствии с требованиями ПУЭ на допустимый длительный ток для трехжильных проводов и кабелей, проложенных в коробе (см. приложение 1, табл. П.3., П.4.) определяем сечение фазных жил кабеля Б (провода могут быть проложены многослойно и пучками (см. примечание к табл. П.3., П.4., приложение 1):

 

Сечение фазной жилы кабеля Б: S_Б=4 мм²

 

Сечение нулевых защитных (PE) проводников будет равно сечению фаз­ных жил, как для кабеля А, так и для кабеля Б (см. табл. 3.2)

 

3. Определяем номинальные токи автоматических выключателей

 

Выбираем из существующего ряда номиналов: 5; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 40 (А)

 

Номинальный ток автоматического выключателя: 25 А

 

4. Расчет активного и индуктивного сопротивления проводников.

 

4.1. Расчет диаметра жил

По формуле 3.8 получим:

Для кабеля А: d_{А L}=d_{А PE}=4, 5 мм

Для кабеля Б: d_{Б L}=d_{Б PE}=2, 3 мм

 

4.2. Расчет расстояния между жилами

По формуле 3.9 получим:

Для кабеля А: D_А= 7, 9 мм

Для кабеля Б: D_Б= 5, 7 мм

 

4.3. Расчет активного сопротивления жилы

По формуле 3.5 для медного кабеля с учетом увеличения сопро­тивления при нагреве, получим:

Для кабеля А: r_{А L}=r_{А PE}=0, 27 Ом

Для кабеля Б: r_{Б L}=r_{Б PE}=0, 81 Ом

Так как сечение фазных и нулевых защитных проводников равны, то и их сопротивления, то же будут равны.

 

4.4. Расчет индуктивного сопротивления жилы

По формуле 3.6 рассчитаем внутреннее индуктивное сопротивле­ние кабеля, по формуле 3.10 – внутреннее индуктивное сопротив­ление кабеля, а суммарное индуктивное сопротивление по формуле 3.11:

Для кабеля А: X_А=0, 020 Ом

Для кабеля Б: X_Б=0, 022 Ом

 

4.5. Расчет полного сопротивления петли «фаза-нуль»

По формуле 3.4 получим:

 

z_П=2, 16 Ом.

 

5. Расчет тока короткого замыкания

По формуле 3.3 получим (z_т – сопротивление обмоток трансформа­тора (определяется по мощности трансформатора и схеме соединения обмоток в данном случае z_т=0, 226 Ом (см. приложение 1, табл. П.1.))):

 

Iк=98, 4 А.

 

6. Определение времени отключения

Находим кратность тока короткого замыкания к номинальному току автоматического выключателя: Iк/Iном=4, 14.

Время срабатывания автоматического выключателя типа «D» при такой кратности тока короткого замыкания к номинальному составит от 3 до 8 с (сработает только тепловой расцепитель) (см. приложение 2, рис П.3.). Время отключения, обеспечивающее безопасность человека, составляет 0, 4 с (см. табл. 3.1). Можно сделать вывод о неэффективности, в данном случае, системы защитного зануления.

 

7. Расчет ожидаемого напряжения прикосновения.

 

Ожидаемое напряжение прикосновения – это напряжение между одновременно доступными прикосновению проводящими частями, когда человек их не касается.

В случае зануленного корпуса в сети типа TN и отсутствия повтор­ного заземления НЗП ожидаемое напряжение прикосновения будет равно напряжению на зануленном корпусе, относительно земли. Это напряже­ние можно рассчитать по формуле 2.3

 

7.1. Расчет полного сопротивления участка нулевого защитного про­водника, обтекаемого током Iк

 

=1, 08 Ом.

 

7.2. Расчет ожидаемого напряжения прикосновения

 

=106, 3 В

 

Время, в течение которого человек может находиться под воздейст­вием такого напряжения, составляет менее 0, 5 с (см. приложе­ние 1, табл. П.5.). Отключение же поврежденной электроустановки про­изойдет за время от 3 до 8 с (см. п. 6).

Вывод: безопасность человека в рассматриваемой сети не обеспечена.

 

8. Расчет значения сопротивления повторного заземления нулевого за­щитного проводника

 

На основании формул 2.5 – 2.7

. (4.3)

Для Uпр.доп_.= 50 В и r₀=4 Ом получим r_п£ 3, 55 Ом

 

Одной из возможных мер, позволяющих обеспечить безопасность человека, является повторное заземление нулевого защитного провод­ника.

 

 

6. Задание Для проведения практического занятия

 

Электрическая сеть (см. рис 6.1.), состоящая из силового трансформа­тора (Тр-р), распределительного щита (РЩ) и 10 потребителей (№1-№10). Длина ка­беля от трансформатора до распределительного щита – Lт (см. табл. 6.1.) (кабель проложен открыто в воздухе), длина кабеля от распределительного щита до первого потребителя (см. табл. 6.1.) – L, до второго – 0, 9L, и т.д. Кабели от распределительного щита до потребителей проложены совместно в одном коробе. Известно так же, что потребители представляют со­бой асинхронные электродвигатели одинаковые по мощности. Заданы сле­дующие характеристики двигате­лей: мощность (см. табл. 6.1.) (P), КПД h=0, 9, cosj = 0, 85. Кроме того за­дана мощность силового трансформатора (Sтр) и ко­эффициент использования. Защита потребителей выполнена автоматическими выключа­телями типа «D».

Для своего варианта задания:

1. Выбрать сечение кабелей, исходя из рабочих токов;

2. Оценить эффективность системы зануления для потребителей 1-10;

3. Рассчитать ожидаемое напряжение прикосновения для потребите­лей 1-10;

Если система зануления не обеспечивает безопасность человека при кос­венном прикосновении, то:

1. Рассчитать значение сопротивления повторного заземления нуле­вого за­щитного проводника, обеспечивающего значение напряже­ния при­косновения ниже допустимого;

2. Предложить меры для рассмат­риваемой сети, обеспечивающие безо­пасность человека при косвенном прикосновении.

рис. 6.1. Схема электрической сети

Таблица 6.1.

Варианты задания

№ п/п	P, Вт	L, м	Lт, м	Sтр, кВА	коэффициент использования
					0, 7
					0, 7
					0, 7
					0, 7
					0, 7
					0, 8
					0, 8
					0, 8
					0, 8
					0, 8
					0, 8
					0, 6
№ п/п	P, Вт	L, м	Lт, м	Sтр, кВА	коэффициент использования
					0, 6
					0, 6
					0, 6
					0, 6
					0, 7
					0, 7
					0, 7
					0, 7
					0, 7
					0, 7
					0, 7
					0, 9
					0, 9
					0, 9
					0, 9
					0, 9

 

 

Приложение 1

 

Таблица П.1.

Приближенные значения расчетных полных сопротивлений (Zт) обмоток масляных трехфазных трансформаторов с обмотками низшего напряже­ния 400/230 В, Ом

Мощность трансформатора,	Номинальное напря­жение обмоток выс­шего напряжения,	Zт при схеме соединения об­моток
кВ*А	кВ	Y/Yн	r/Yн
	10(6)	3, 110	0.906
	10(6)	1, 949	0, 562
	10(6)	1, 237	0, 360
	35(20)	1, 136	0, 407
	10(6)	0, 799	0, 226
	35(20)	0, 764	0, 327
	10(6)	0, 487	0, 141
	35(20)	0, 478	0, 203
	10(6)	0, 312	0, 090
	35(20)	0, 305	0, 130
	10(6)	0, 195	0, 056
	35(20)	0, 191	-
	10(6)	0, 129	0, 042
	35(20)	0, 121	-
	10(6)	0, 081	0, 027
	35(20)	0, 077	0, 032
	10(6)	0, 054	0, 017
	35(20)	0, 051	0, 020

 

Таблица П.2.

Длительно допустимые токи для трехжильных проводов и кабелей,

про­ложенных открыто

Сечение проводя­щей	Ток, А
жилы, мм2	алюминиевая жила	медная жила
1, 5	-
2, 5

 

Таблица П.3.

Длительно допустимые токи для многожильных проводов и кабелей с алюминиевой жилой, про­ложенных в коробе

Сечение	Ток, А
проводя­щей	Количество кабелей проложенных в коробе
жилы,	Многослойно и пучками1	Однослойно2
мм2	До 4	5-6	7-9	10-11	12-14	15-18	2-4
1, 5	-	-	-	-	-	-	-	-
2, 5
Таблица П.3. (продолжение)
Сечение	Ток, А
проводя­щей	Количество кабелей проложенных в коробе
жилы,	Многослойно и пучками1	Однослойно2
мм2	До 4	5-6	7-9	10-11	12-14	15-18	2-4

 

 

Таблица П.4.

Длительно допустимые токи для многожильных проводов и кабелей с медной жилой, про­ложенных в коробе

Сечение	Ток, А
проводя­щей	Количество кабелей проложенных в коробе
жилы,	Многослойно и пучками	Однослойно
мм2	До 4	5-6	7-9	10-11	12-14	15-18	2-4
1, 5
2, 5
Таблица П.4. (продолжение)
Сечение	Ток, А
проводя­щей	Количество кабелей проложенных в коробе
жилы,	Многослойно и пучками	Однослойно
мм2	До 4	5-6	7-9	10-11	12-14	15-18	2-4

Примечание: 1. Допустимо прокладывать провода и кабели в коробе многослойно и пучками только для питания отдельных электроприемников с коэффициентом использования до 0, 7.

2. Для питания групп электроприемников и отдельных приемников с коэффициентом использования более 0, 7 следует применять однослойную прокладку кабелей и проводов в коробе.

 

Таблица П.5.

Допустимые значения напряжения прикосновения и токов, проходящих через тело человека

	Время воздействия, с
0, 08	0, 1	0, 2	0, 3	0, 4	0, 5	0, 6	0, 7	0, 8	0, 9		свыше 1
U, В
I, мА

 

Приложение 2.

⇐ Предыдущая1234

Поделиться: