Определение длины защищаемой линии при коротком замыкании

В соответствии с ПУЭ ток КЗ должен отключаться мгновенно. И это правило обязательно необходимо выполнить, в том числе при минимальном возможном токе КЗ. Обычно минимальное значение имеет ток КЗ 1_СС тогда, когда КЗ происходит в самой удаленной точке защищаемой линии и по схеме однофазного КЗ (т.е. при замыкании одного линейного провода на нейтральный провод). Это означает, что должно быть выполнено условие.

Оценка минимального тока однофазного КЗ может быть выражена приближенно по формуле.

где min(U_ph) — минимальное фазное напряжение, а таx (R_Ph + R_N) — максимальное значение сопротивления петли тока фаза-нуль. Это сопротивление складывается из сопротивления фазного провода (/?#,) и сопротивления рабочего нулевого провода Минимальное напряжение фаза-нуль может отличаться на 20% от номинала и потому.

Максимальное сопротивление линейного и нейтрального проводов (кабелей) с учетом их длины L и возможно различных поперечных сечений Sp_h и S_N может быть рассчитано по формуле.

В этой формуле учтено, что в процессе КЗ происходит нагрев проводника до температуры 0 и его удельное сопротивление может отличаться от р₀. Температурный коэффициент сопротивления, а и р₀ выбираются в соответствии с видом материала провода.

Если ввести обозначение т = S_Ph/S_N, то окончательно минимум тока КЗ после подстановок окажется равным.

Если вместо минимального тока КЗ подставить значение верхней границы разброса уставки мгновенного расцепления, то можно получить оценку максимальной длины защищаемой линии в виде.

Типовая задача 3.

Пусть трехфазный потребитель питается по линии, выполненной четырьмя одножильными медными проводами сечением S_Ph =10 мм²

с поливинилхлоридной изоляцией. Линия защищена установленным в ее начале модульным автоматическим малогабаритным выключателем. Найти максимальное удаление потребителя от выключателя, при котором еще соблюдается условие защиты при напряжении линии U_n = 0,4 кВ.

Решение

• ? 1. По таблице ПУЭ [5] (табл. 1.3.4) длительно допустимый ток линии /дл доп = 50 А. Выбираем автоматический выключатель на номинальный ток 1_п = 40 А с защитной характеристикой типа С.
• 2. Для характеристики срабатывания выключателей типа С максимальная кратность уставки мгновенного расцепления равна 10 и поэтому максимальное значение уставки мгновенного расцепления равно

3. В качестве максимальной температуры, достигаемой кабелем или проводом при коротком замыкании, обычно принимают температуру 0 = 150 °C. Тогда, согласно работе [6], приняв значение удельного сопротивления меди при 0 °C р₀ = 1,62−10^-8 Ом • м и температурный коэффициент удельного сопротивления, а = 4,3−10^_3 1/К, получим.

4. При равных сечениях линейного и рабочего нейтрального проводов (1 +7/0 = 2.

Теперь в соответствии с полученной выше формулой найдем

Вопросы практики

На практике порой приходится решать обратную задачу: заданы параметры линии (поперечное сечение и длина) и необходимо выбрать автоматический выключатель, который защитит линию при минимальном токе КЗ.

Приведенная выше формула позволяет рассчитать минимальный ток КЗ. Особое внимание при выборе выключателя, у которого верхняя граница разброса уставки мгновенного расцепления будет меньше рассчитанного значения минимума тока КЗ, следует обратить на вид нагрузки. В частности, если в конце линии установлен асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, требуется учесть еще одно условие: нижняя граница уставки мгновенного расцепления должна быть выше, чем значение ударного пускового тока применяемого двигателя. Таким образом, выбор автоматического выключателя может существенно зависеть от вида нагрузки.

Типовая задача 4

Суммарный ток нагрузки трех однофазных электроприемников равен 8 А. Для каждого электроприемника допускается в эксплуатации снижение сопротивления изоляции до 100 кОм. Длительный допустимый ток питающего кабеля составляет 16 А. Для защиты кабеля от сверхтоков применен АВ, а для защиты человека от поражения электрическим током — УЗО.

На какой номинальный ток должны быть выбраны АВ и У30? Какую уставку дифференциального тока должно иметь УЗО, чтобы не срабатывать при исправном состоянии электроприемников и в то же время выполнять свою функцию?

Решение

? Номинальный ток автоматического выключателя должен находиться внутри диапазона, ограниченного, с одной стороны, рабочим током нагрузки т. е. 8 А, а с другой — длительно допустимым током питающего кабеля, т. е. 16 А. Это условие будет выполнено, если применить автоматический выключатель с номинальным током 10 А. Номинальный ток УЗО должен быть выбран из условия, что при токах перегрузки он должен быть защищен автоматическим выключателем, как и кабель. Это условие безусловно выполняется при выборе УЗО с номинальным током 16 А. Однако, в частном случае допустимо применение УЗО и с номинальным током 10 А, если УЗО выполнено на базе выключателя той же фирмы, что и автоматический выключатель, поскольку защитная характеристика последнего согласована с его перегрузочной способностью.

Согласно условию задачи эквивалентное сопротивление изоляции трех электроприемников, включенных параллельно, может снизиться в исправной электроустановке до 33,3 кОм. В этом случае при напряжении 220 В ток утечки будет равен 220/33,3 = 6,6 мА. Дифференциальный ток несрабатывания УЗО составляет 50% тока срабатывания (уставки) УЗО. При выборе УЗО с уставкой 10 мА возможны ложные срабатывания при возникновении тока утечки более 5 мА. Поэтому для исключения ложных срабатываний необходимо выбрать УЗО с уставкой 30 мА. При этом согласно существующим правилам УЗО с чувствительностью 30 мА гарантированно защищает человека от поражения электрическим током. 4