Персональные инструменты

Расчет минимальных величин тока короткого замыкания

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Обычно, в цепях с низким напряжением одно устройство защищает на всех уровнях, начиная с порогового уровня перегрузки до максимального уровня тока короткого замыкания. В некоторых случаях, однако, используются отдельно защитное устройство от перегрузки и защитное устройство от короткого замыкания.

Если защитное устройство должно защищать только от коротких замыканий, нужно удостовериться, что оно будет действовать при минимально возможном уровне тока короткого замыкания, возникающего в цепи.


Примеры таких устройств

Рисунки G40 - G42 показывают наиболее распространенные установки, где защита от перегрузки и от коротких замыканий выполняется разными устройствами.

Как показано на рис. G40 и G41, наиболее часто цепи, в которых используются отдельные устройства, защищают двигатели.


Рис G40.jpg



Рис. G40: Цепь защищена плавкими предохранителями aM



Рис G41.jpg



Рис. G41: Защита цепи выключателем без реле тепловой защиты


На рис. G42a представлено еще одно отклонение от основных правил защиты, которое чаще всего используется для магистральных шин и для шин освещения.


Рис G42a.jpg



Рис. G42a: Автоматический выключатель D обеспечивает защиту от коротких замыканий, с учетом нагрузки


Регулируемый привод

Рис. G42b показывает функции, обеспечиваемые регулируемым приводом, и, при необходимости, некоторые дополнительные функции, выполняемые такими устройствами, как выключатель цепи, термореле, УЗО.

Необходимая защита Защита, обеспечиваемая регулируемым приводом Дополнительная защита
Перегрузка кабеля Есть = (1) Не нужна, если (1)
Перегрузка двигателя Есть = (2) Не нужна, если (2)
Короткое замыкание ниже по цепи Есть  
Перегрузка регулируемого привода Есть  
Увеличение напряжения Есть  
Снижение напряжения Есть  
Потеря фазы Есть  
Короткое замыкание выше по цепи   Автоматический выключатель(откл. при коротком замыкании)
Внутреннее короткое замыкание   Автоматический выключатель(отключение при коротком замыкании и перегрузке)
Короткое замыкание на землю ниже по цепи (косвенное прикосновение) Самозащита УЗО ≥ 300 мA
Прямое прикосновение   УЗО ≤ 30 мA


Рис. G42b: Защита, которая должна быть обеспечена для устройств регулируемого привода


Условия, которые должны быть учтены

Защитное устройство должно удовлетворять следующим условиям:

  • уставка мгновенного отключения Im < Iscмин при защите цепи автоматическим выключателем;
  • ток плавления Ia < Iscмин при защите цепи плавкими предохранителями.

Таким образом, защитное устройство должно удовлетворять следующим двум условиям:

  • номинал тока отключения короткого замыкания Its > Isc, тока трехфазного короткого замыкания в точке его возникновения в цепи установки;
  • отключение минимально возможного тока короткого замыкания в цепи, за время tc, совместимое с параметрами термической стойкости проводов в цепи, где:

  (действительно для tc < 5 с)

Сравнение кривых отключения или плавки защитных устройств с предельными кривыми термической стойкости для проводов показывает, что это условие соблюдено, если:

  • Iscмин > Im (ток уставки автоматического выключателя для мгновенного или с незначительной выдержкой отключения цепи), см. рис. G45;
  • Iscмин > la при защите плавкими предохранителями. Значение тока Ia соответствует точке пересечения кривой плавкого предохранителя и кривой термической стойкости кабеля, см. рис. G46 и G47.


Рис G45.jpg



Рис. G45: Защита выключателем



Рис G46.jpg



Рис. G46: Защита плавким предохранителем типа aM



Рис G47.jpg



Рис. G47: Защита плавким предохранителем типа gl



Практический способ вычисления Lmax

На практике это означает, что длина цепи вниз по сети от защитного устройства не должна превышать вычисленную максимальную длину.

Должно быть рассчитано предельное влияние полного сопротивления проводов в длинной цепи на значение токов короткого замыкания, и в соответствии с этим должна быть ограничена длина цепи.
Метод вычисления максимально допустимой длины уже был показан на схемах заземления TN и IT для единичных и двойных замыканий на землю соответственно (см. Система TN: защита от косвенного прикосновения и Система IT: защита от косвенного прикосновения). Два случая рассмотрены ниже:

1 - Вычисление Lmax для трехфазной трехпроводной цепи

Минимальный ток короткого замыкания появляется тогда, когда возникает КЗ между двумя фазовыми проводами в удаленном конце цепи (см. рис. G48).


Рис G48.jpg


Рис G48: Вычисление длины для трехфазной трехпроводной цепи


При использовании «традиционного метода» принимается, что напряжение в точке защиты Р составляет 80% номинального напряжения во время короткого замыкания, таким образом 0,8 U = Isc Zd, где:
Zd - полное сопротивление петли тока КЗ;
Isc - ток КЗ (фаза/фаза);
U - междуфазное номинальное напряжение.

Для кабелей сечением ≤120 мм2, реактивное сопротивление можно не учитывать, таким образом:

 [1]

где:
ρ - удельное сопротивление меди при средней температуре во время короткого замыкания;
Sph - сечение фазового провода в мм2;
L - длина в метрах.

Защита кабеля обеспечивается при Im ≤ Isc, где Im - мгновенная уставка тока срабатывания автоматического выключателя.

В результате , что дает

где
U = 400 В;
ρ = 1,25 x 0,018 = 0,023 Ом·мм2/м [2]
Lmax – максимальная длина цепи в метрах.

2 - Вычисление Lmax для трехфазной четырехпроводной цепи на 230/400 В

Минимальное значение Isc имеет место, когда замыкание происходит между проводами «фаза» и «нейтраль».

Необходимо вычисление, сходное с приведенным в примере 1, но с использованием следующей формулы (для кабеля ≤ 120 мм2 [3]):

  • Если Sn для нейтрального провода = Sph для фазового провода:



  • Если Sn для нейтрального провода < Sph:

где


Для сечений бо′льших, чем те, которые перечислены в таблице, значение реактивного сопротивления должно быть сложено со значением активного сопротивления, чтобы получить полное сопротивление. Реактивное сопротивление кабелей может быть принято равным 0,08 мОм/м (при 50 Гц). При 60 Гц эта величина равна 0,096 мОм/м.

Приведенные в таблице значения Lmax

На рис. G49 приведены максимальные длины цепей (Lmax) в метрах для:

  • трехфазных четырехпроводных цепей на 400 В (т.е. с нейтральным проводом);
  • одногофазных двухпроводных цепей на 230 В, защищаемых автоматическими выключателями общего назначения.

В других случаях следует применять поправочные коэффициенты (приведенные на рис. G53) к полученной длине. Вычисления основаны на указанных ниже методах, и ток отключения при коротком замыкании должен быть в пределах ± 20% от регулируемого значения Im.

Для сечения 50 мм2 , вычисления основаны на реальном сечении 47,5 мм2.


Уровень срабатывания по току Im мгн.электромагнитного расцепителя (A) Сечение проводов (мм2)
  1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240
50 100 167 267 400                      
63 79 133 212 317                      
80 63 104 167 250 417                    
100 50 83 133 200 333                    
125 40 67 107 160 267 427                  
160 31 52 83 125 208 333                  
200 25 42 67 100 167 267 417                
250 20 33 53 80 133 213 333 467              
320 16 26 42 63 104 167 260 365 495            
400 13 21 33 50 83 133 208 292 396            
500 10 17 27 40 67 107 167 233 317            
560 9 15 24 36 60 95 149 208 283 417          
630 8 13 21 32 63 85 132 185 251 370          
700 7 12 19 29 48 76 119 167 226 333 452        
800 6 10 17 25 42 67 104 146 198 292 396        
875 6 10 15 23 38 61 95 133 181 267 362 457      
1000 5 8 13 20 33 53 83 117 158 233 317 400 435    
1120 4 7 12 18 30 48 74 104 141 208 283 357 388 459  
1250 4 7 11 16 27 43 67 93 127 187 253 320 348 411  
1600   5 8 13 21 33 52 73 99 146 198 250 272 321 400
2000   4 7 10 17 27 42 58 79 117 158 200 217 257 320
2500     5 8 13 21 33 47 63 93 127 160 174 206 256
3200     4 6 10 17 26 36 49 73 99 125 136 161 200
4000       5 8 13 21 29 40 58 79 100 109 128 160
5000       4 7 11 17 23 32 47 63 80 87 103 128
6300         5 8 13 19 25 37 50 63 69 82 102
8000         4 7 10 15 20 29 40 50 54 64 80
10000           5 8 12 16 23 32 40 43 51 64
12500           4 7 9 13 19 25 32 35 41 51


Рис. G49 : Максимальная длина цепи в метрах для медных проводов (для алюминиевых длина должна быть умножена на 0,62)


Рис. G50 - G52 показывают максимальную длину цепи (Lmax) в метрах для:

  • трехфазных четырехпроводных цепей на 400 В (т.е. с нейтральным проводом);
  • однофазных двухпроводных цепей на 230 В.

Они защищаются в обоих случаях бытовыми автоматическими выключателями или выключателями с похожими характеристиками отключения/тока.

В других случаях, применяйте поправочные коэффициенты к полученной длине. Эти коэффициенты приведены на рис. G53.

Ном. ток для автомат.выключателей (A) Сечение проводов (мм2)
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50
6 200 333 533 800          
10 120 200 320 480 800        
16 75 125 200 300 500 800      
20 60 100 160 240 400 640      
25 48 80 128 192 320 512 800    
32 37 62 100 150 250 400 625 875  
40 30 50 80 120 200 320 500 700  
50 24 40 64 96 160 256 400 560 760
63 19 32 51 76 127 203 317 444 603
80 15 25 40 60 100 160 250 350 475
100 12 20 32 48 80 128 200 280 380
125 10 16 26 38 64 102 160 224 304


Рис. G50: Максимальная длина в метрах цепей с медными проводами, защищенных автоматическими выключателями цепи типа B


Ном. ток для автомат.выключателей (A) Сечение проводов (мм2)
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50
6 100 167 267 400 667        
10 60 100 160 240 400 640      
16 37 62 100 150 250 400 625 875  
20 30 50 80 120 200 320 500 700  
25 24 40 64 96 160 256 400 560 760
32 18,0 31 50 75 125 200 313 438 594
40 15,0 25 40 60 100 160 250 350 475
50 12,0 20 32 48 80 128 200 280 380
63 9,5 16,0 26 38 64 102 159 222 302
80 7,5 12,5 20 30 50 80 125 175 238
100 6,0 10,0 16,0 24 40 64 100 140 190
125 5,0 8,0 13,0 19,0 32 51 80 112 152


Рис. G51: Максимальная длина в метрах цепей с медными проводам, защищенных автоматическими выключателями типа C


Ном. ток для автомат.выключателей (A) Сечение проводов (мм2)
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50
1 429 714              
2 214 357 571 857          
3 143 238 381 571 952        
4 107 179 286 429 714        
6 71 119 190 286 476 762      
10 43 71 114 171 286 457 714    
16 27 45 71 107 179 286 446 625 848
20 21 36 57 86 143 229 357 500 679
25 17,0 29 46 69 114 183 286 400 543
32 13,0 22 36 54 89 143 223 313 424
40 11,0 18,0 29 43 71 114 179 250 339
50 9,0 14,0 23 34 57 91 143 200 271
63 7,0 11,0 18,0 27 45 73 113 159 215
80 5,0 9,0 14,0 21 36 57 89 125 170
100 4,0 7,0 11,0 17,0 29 46 71 100 136
125 3,0 6,0 9,0 14,0 23 37 57 80 109


Рис. G52: Максимальная длина в метрах цепей с медными проводам, защищенных автоматическими выключателями типа D


Описание цепи
Трехфазная трехпроводная цепь на 400 В или 1-фазная 2-проводная цепь на 400 В (без «ноля»)   1,73
Однофазная двухпроводная («фаза» и «ноль») цепь на 230 В   1
Трехфазная четырехпроводная цепь на 230/400 В
или двухфазная трехпроводная цепь на 230/400 В (т.е. без «нейтрали»)
S фаза / S ноль = 1 1
S фаза / S ноль = 2 0,67


Рис. G53: Поправочные коэффициенты должны быть применены к длине, полученной из рис. G49 - G52


Примечание: стандарт МЭК 60898 дает интервал для верхнего предела отключения при токе КЗ, равный 10-50 In для автоматических выключателей типа D. Европейские стандарты, и рисунок G52, однако, основаны на интервале 10-20 In, который подходит для большинства бытовых и подобных им установок.

Примеры

Пример 1

В однофазной двухпроводной установке (230 В, фаза-нейтраль) защита производится автоматическим выключателем на 50 А типа NS80HMA, уставка мгновенного срабатывания равна 500 А (с точностью ± 20%), т.е. в самом худшем случае понадобится 500 x 1,2 = 600 A, чтобы отключить цепь. Сечение кабеля = 10 мм2, провод изготовлен из меди.

На рисунке G49, строка Im = 500 A пересекается со столбцом сечения = 10 мм2 со значением Lmax равным 67 м. Таким образом, автоматический выключатель защищает кабель от коротких замыканий при условии, что длина кабеля не превышает 67 метров.

Пример 2

В трехфазной трехпроводной цепи на 400 В (без нейтрального провода), защита производится автоматическим выключателем на 220 A типа NS250N, уставка мгновенного отключения по току КЗ устройства типа MA установлена на 2000 A (± 20%), т.е. в самом худшем случае отключение произойдет при 2400 A. Сечение кабеля = 120 мм2, провод изготовлен из меди.

На рисунке G49 строка lm = 2000 A пересекается со столбцом сечения = 120 мм2 со значением Lmax равным 200 м. Так как это трехфазная трехпроводная цепь на 400 В (без нейтрального провода), должен быть применен поправочный коэффициент рисунка G53. Этот коэффициент должен составлять 1,73. Автоматический выключатель, таким образом, будет защищать кабель от тока короткого замыкания, если длина кабеля не будет превышать 200 x 1,73 = 346 м.

Примечания

[1] Для бо′льшего сечения сопротивление, рассчитанное для проводов, должно быть увеличено, чтобы учесть неоднородную плотность тока в проводе (из-за скинэффекта и воздействия электромагнитного поля, создаваемого рядом расположенными проводниками). Используются следующие значения:
150 мм2: R + 15%
185 мм2: R + 20%
240 мм2: R + 25%
300 мм2: R + 30%

[2] Или для алюминия в соответствии с материалом провода.

[3] Высокий уровень удельного сопротивления возникает из-за повышенной температуры провода при прохождении тока КЗ.zh:最小短路电流的计算