ПУЭ: Глава 3. 1 Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ

ПУЭ: Глава 3.1 Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ

3.1.1. Настоящая глава Правил распространяется на защиту электрических сетей до 1 кВ, сооружаемых как внутри, так и вне зданий. Дополнительные требования к защите сетей указанного напряжения, вызванные особенностями различных электроустановок, приведены в других главах Правил.

3.1.2. Аппаратом защиты называется аппарат, автоматически отключающий защищаемую электрическую цепь при ненормальных режимах.

Требования к аппаратам защиты

3.1.3. Аппараты защиты по своей отключающей способности должны соответствовать максимальному значению тока КЗ в начале защищаемого участка электрической сети (см. также гл. 1.4).

Допускается установка аппаратов защиты, нестойких к максимальным значениям тока КЗ, а также выбранных по значению одноразовой предельной коммутационной способности, если защищающий их групповой аппарат или ближайший аппарат, расположенный по направлению к источнику питания, обеспечивает мгновенное отключение тока КЗ, для чего необходимо, чтобы ток уставки мгновенно действующего расцепителя (отсечки) указанных аппаратов был меньше тока одноразовой коммутационной способности каждого из группы нестойких аппаратов, и если такое неселективное отключение всей группы аппаратов не грозит аварией, порчей дорогостоящего оборудования и материалов или расстройством сложного технологического процесса.

3.1.4. Номинальные токи плавких вставок предохранителей и токи уставок автоматических выключателей, служащих для защиты отдельных участков сети, во всех случаях следует выбирать по возможности наименьшими по расчетным токам этих участков или по номинальным токам электроприемников, но таким образом, чтобы аппараты защиты не отключали электроустановки при кратковременных перегрузках (пусковые токи, пики технологических нагрузок, токи при самозапуске и т. п.).

3.1.5. В качестве аппаратов защиты должны применяться автоматические выключатели или предохранители. Для обеспечения требований быстродействия, чувствительности или селективности допускается при необходимости применение устройств защиты с использованием выносных реле (реле косвенного действия).

3.1.6. Автоматические выключатели и предохранители пробочного типа должны присоединяться к сети так, чтобы при вывинченной пробке предохранителя (автоматического выключателя) винтовая гильза предохранителя (автоматического выключателя) оставалась без напряжения. При одностороннем питании присоединение питающего проводника (кабеля или провода) к аппарату защиты должно выполняться, как правило, к неподвижным контактам.

3.1.7. Каждый аппарат защиты должен иметь надпись, указывающую значения номинального тока аппарата, уставки расцепителя и номинального тока плавкой вставки, требующиеся для защищаемой им сети. Надписи рекомендуется наносить на аппарате или схеме, расположенной вблизи места установки аппаратов защиты.

Выбор защиты

3.1.8. Электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения и требования селективности.

Защита должна обеспечивать отключение поврежденного участка при КЗ в конце защищаемой линии: одно-, двух- и трехфазных — в сетях с глухозаземленной нейтралью; двух- и трехфазных — в сетях с изолированной нейтралью.

Надежное отключение поврежденного участка сети обеспечивается, если отношение наименьшего расчетного тока КЗ к номинальному току плавкой вставки предохранителя или расцепителя автоматического выключателя будет не менее значений, приведенных в 1.7.79 и 7.3.139.

3.1.9. В сетях, защищаемых только от токов КЗ (не требующих защиты от перегрузки согласно 3.1.10), за исключением протяженных сетей, например сельских, коммунальных, допускается не выполнять расчетной проверки приведенной в 1.7.79 и 7.3.139 кратности тока КЗ, если обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников, приведенным в таблицах гл. 1.3, аппараты защиты имели кратность не более:

300% для номинального тока плавкой вставки предохранителя;

450% для тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку);

100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки);

125% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратной зависящей от тока характеристикой; если на этом автоматическом выключателе имеется еще отсечка, то ее кратность тока срабатывания не ограничивается.

Наличие аппаратов защиты с завышенными уставками тока не является обоснованием для увеличения сечения проводников сверх указанных в гл. 1.3.

3.1.10. Сети внутри помещений, выполненные открыто проложенными проводниками с горючей наружной оболочкой или изоляцией, должны быть защищены от перегрузки.

Кроме того, должны быть защищены от перегрузки сети внутри помещений:

осветительные сети в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников (утюгов, чайников, плиток, комнатных холодильников, пылесосов, стиральных и швейных машин и т. п.), а также в пожароопасных зонах;

силовые сети на промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, торговых помещениях — только в случаях, когда по условиям технологического процесса или по режиму работы сети может возникать длительная перегрузка проводников;

сети всех видов во взрывоопасных зонах — согласно требованиям 7.3.94.

3.1.11. В сетях, защищаемых от перегрузок (см. 3.1.10), проводники следует выбирать по расчетному току, при этом должно быть обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам, приведенным в таблицах гл. 1.3, аппараты защиты имели кратность не более:

80% для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку), — для проводников с поливинилхлоридной, резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией; для проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях промышленных предприятий, допускается 100%;

100% для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку), — для кабелей с бумажной изоляцией;

100% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависящей от тока характеристикой — для проводников с поливинилхлоридной, резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией;

Читайте так же:

1241358 кожух выключателя сигнала поворота

125% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависящей от тока характеристикой — для кабелей с бумажной изоляцией и изоляцией из вулканизированного полиэтилена.

3.1.12. Длительно допустимая токовая нагрузка проводников ответвлений к короткозамкнутым электродвигателям должна быть не менее:

100% номинального тока электродвигателя в невзрывоопасных зонах;

125% номинального тока электродвигателя во взрывоопасных зонах.

Соотношения между длительно допустимой нагрузкой проводников к короткозамкнутым электродвигателям и уставками аппаратов защиты в любом случае не должны превышать указанных в 3.1.9 (см. также 7.3.97).

3.1.13. В случаях, когда требуемая допустимая длительная токовая нагрузка проводника, определенная по 3.1.9 и 3.1.11, не совпадает с данными таблиц допустимых нагрузок, приведенных в гл. 1.3, допускается применение проводника ближайшего меньшего сечения, но не менее, чем это требуется по расчетному току.

Места установки аппаратов защиты

3.1.14. Аппараты защиты следует располагать по возможности в доступных для обслуживания местах таким образом, чтобы была исключена возможность их механических повреждений. Установка их должна быть выполнена так, чтобы при оперировании с ними или при их действии были исключены опасность для обслуживающего персонала и возможность повреждения окружающих предметов.

Аппараты защиты с открытыми токоведущими частями должны быть доступны для обслуживания только квалифицированному персоналу.

3.1.15. Аппараты защиты следует устанавливать, как правило, в местах сети, где сечение проводника уменьшается (по направлению к месту потребления электроэнергии) или где это необходимо для обеспечения чувствительности и селективности защиты (см. также 3.1.16 и 3.1.19).

3.1.16. Аппараты защиты должны устанавливаться непосредственно в местах присоединения защищаемых проводников к питающей линии. Допускается в случаях необходимости принимать длину участка между питающей линией и аппаратом защиты ответвления до 6 м. Проводники на этом участке могут иметь сечение меньше, чем сечение проводников питающей линии, но не менее сечения проводников после аппарата защиты.

Для ответвлений, выполняемых в труднодоступных местах (например, на большой высоте), аппараты защиты допускается устанавливать на расстоянии до 30 м от точки ответвления в удобном для обслуживания месте (например, на вводе в распределительный пункт, в пусковом устройстве электроприемника и др.). При этом сечение проводников ответвления должно быть не менее сечения, определяемого расчетным током, но должно обеспечивать не менее 10% пропускной способности защищенного участка питающей линии. Прокладка проводников ответвлений в указанных случаях (при длинах ответвлений до 6 и до 30 м) должна производиться при горючих наружных оболочке или изоляции проводников — в трубах, металлорукавах, или коробах, в остальных случаях, кроме кабельных сооружений, пожароопасных и взрывоопасных зон, — открыто на конструкциях при условии их защиты от возможных механических повреждений.

3.1.17. При защите сетей предохранителями последние должны устанавливаться на всех нормально незаземленных полюсах или фазах. Установка предохранителей в нулевых рабочих проводниках запрещается.

3.1.18. При защите сетей с глухозаземленной нейтралью автоматическими выключателями расцепители их должны устанавливаться во всех нормально незаземленных проводниках (см. также 7.3.99).

При защите сетей с изолированной нейтралью в трехпроводных сетях трехфазного тока и двухпроводных сетях однофазного или постоянного тока допускается устанавливать расцепители автоматических выключателей в двух фазах при трехпроводных сетях и в одной фазе (полюсе) при двухпроводных. При этом в пределах одной и той же электроустановки защиту следует осуществлять в одних и тех же фазах (полюсах).

Расцепители в нулевых проводниках допускается устанавливать лишь при условии, что при их срабатывании отключаются от сети одновременно все проводники, находящиеся под напряжением.

3.1.19. Аппараты защиты допускается не устанавливать, если это целесообразно по условиям эксплуатации, в местах:

1) ответвления проводников от шин щита к аппаратам, установленным на том же щите; при этом проводники должны выбираться по расчетному току ответвления;

2) снижения сечения питающей линии по ее длине и на ответвлениях от нее, если защита предыдущего участка линии защищает участок со сниженным сечением проводников или если незащищенные участки линии или ответвления от нее выполнены проводниками, выбранными с сечением не менее половины сечения проводников защищенного участка линии;

3) ответвления от питающей линии к электроприемникам малой мощности, если питающая их линия защищена аппаратом с уставкой не более 25 А для силовых электроприемников и бытовых электроприборов, а для светильников — согласно 6.2.2;

4) ответвления от питающей линии проводников цепей измерений, управления и сигнализации, если эти проводники не выходят за пределы соответствующих машин или щита или если эти проводники выходят за их пределы, но электропроводка выполнена в трубах или имеет негорючую оболочку.

Не допускается устанавливать аппараты защиты в местах присоединения к питающей линии таких цепей управления, сигнализации и измерения, отключение которых может повлечь за собой опасные последствия (отключение пожарных насосов, вентиляторов, предотвращающих образование взрывоопасных смесей, некоторых механизмов собственных нужд электростанций и т. п.). Во всех случаях такие цепи должны выполняться проводниками в трубах или иметь негорючую оболочку. Сечение этих цепей должно быть не менее приведенных в 3.4.4.

Токи аппаратов защиты и минимально допустимые значения коэффициентов

Примечание. Для автоматических выключателей, имеющих одновременно тепловой и электромагнитный расцепители, К_защ берут только для теплового расцепителя (регулируемого или не регулируемого).

Б. Проверка линий цеховой силовой сети по потере напряжения

Выбранные по нагреву и согласованные с токами АЗ сечения проводников силовой сети цеха затем должны быть проверены по потере напряжения по условию

где – потеря напряжения в линии от ШНН (трансформатора) цеховой ТП до электроприёмника, в % от номинального напряжения сети U_ном.с;

допустимая потеря напряжения, в % от номинального напряжения сети.

В руководящих документах нормированных значений допустимых потерь напряжения нет. Однако, исходя из допустимой нормы установившегося отклонения напряжения у ЭП, равной 5 % в нормальном режиме (ГОСТ 13109–97), определяется допустимая (располагаемая) потеря напряжения в сети, питающей ЭП.

Читайте так же:

Конструкция воздушных автоматических выключателей

Допустимая потеря напряжения в цеховой электрической сети определяется с учётом потери напряжения в трансформаторах цеховой ТП. Известно, что напряжение холостого хода трансформатора, соответствующее номинальному напряжению на выводах вторичной обмотки (на ШНН цеховой ТП), на 5 % выше номинального напряжения цеховой сети, что необходимо для компенсации потерь напряжения в этой сети. Минимально допустимый уровень напряжения у наиболее удалённого ЭП силовой сети должен быть не менее 95 % номинального напряжения сети. Следовательно, допустимая (располагаемая) потеря напряжения в цеховой электрической сети с учётом потери напряжения в трансформаторах цеховой ТП равна

Так, например, если минимально допустимое напряжение у наиболее удалённого ЭП составляет 95 % номинального и потеря напряжения в питающем трансформаторе оказалась раной 2,78 %, то допустимая потеря напряжения в сети составит

= (105 – 2,78) – 95 = 7,22 %.

Наибольшие допустимые (располагаемые) потери напряжения от ШНН (трансформатора) ТП до наиболее удалённого ЭП силовой сети можно определить по табл. 3.16 [13] или путём расчёта потери напряжения в трансформаторах цеховой ТП.

Потерю напряжения в трансформаторах в процентах от номинального вычисляют по формуле

где К_з – коэффициент загрузки трансформаторов цеховой ТП (см. п. 2.4);

cos φ – коэффициент мощности нагрузки трансформаторов и соответствующий ему sin φ (определяются по данным табл. 2.5);

u_к.а, u_к.р – активная и реактивная составляющие напряжения КЗ трансформаторов, %, которые определяются по формулам:

где ΔР_к – потери короткого замыкания трансформатора, кВт;

S_ном.т – номинальная мощность трансформатора, кВ . А;

u_к – напряжение короткого замыкания, %.

Все параметры трансформаторов приведены в табл. 2.6.

Расчёт потери напряжения , %, в трёхфазной линии с нагрузкой на конце ведут по формуле

где I_р – длительный расчётный ток линии, А;

l – длина линии, км;

r, x – соответственно удельные активное и индуктивное сопротивления линии, Ом/км;

сos φ – коэффициент мощности нагрузки.

Значения удельного активного сопротивления кабелей и проводов с алюминиевыми жилами приведены в табл. 2.9.

Дата добавления: 2020-10-14 ; просмотров: 94 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Немного о практической стороне измерения сопротивления петли “фаза-нуль”

Основой для статьи стала задачка моего постоянного читателя и в ряде статей вдохновителя, Николая:

Имеется два щита (скажем — щиты освещения, ЩО-1 и ЩО-2). ЩО-1 питается от ВРУ-1, ЩО-2 питается от группового авт. выключателя ЩО-1. На вводе ЩО-1 и ЩО-2 установлены авт. выключатели.
Отсюда вопрос: как проверить правильность выбора авт. выключателя в ЩО-2 установленного на вводе?
Мы считаем так:
1. Измеряем Ф-Н на вводе ЩО-1 — тем самым проверяем правильность выбора авт. в ВРУ-1
2. Измеряем Ф-Н на вводе ЩО-2 — тем самым проверяем правильность выбора группового авт. в ЩО-1
3. Проверяем соответствие номинала установленного на вводе ЩО-2 с номиналом группового авт. в ЩО-1. Скажем, если в ЩО-1 установлен авт. С32 А, то на вводе ЩО-2 можно поставить авт. С25.
Иного выбора мы не видим, для вводного авт. в ЩО-2 удаленного участка цепи нет.
А вы что думаете по этому поводу?

ПУЭ

п.1.8.39 (4) Проверка цепи фаза — нуль в электроустановках до 1 кВ с системой TN.

Проверка производится одним из следующих способов:

— непосредственным измерением тока однофазного замыкания на корпус или нулевой защитный проводник;

— измерением полного сопротивления цепи фаза — нулевой защитный проводник с последующим вычислением тока однофазного замыкания.

Кратность тока однофазного замыкания на землю по отношению к номинальному току предохранителя или расцепителя автоматического выключателя должно быть не менее значения, указанного в главе 3.1 ПУЭ.

п.3.1.8. Электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения и требования селективности.

п.3.1.9. В сетях, защищаемых только от токов КЗ (не требующих защиты от перегрузки согласно 3.1.10), за исключением протяженных сетей, например сельских, коммунальных, допускается не выполнять расчетной проверки приведенной в 1.7.79 и 7.3.139 кратности тока КЗ, если обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников, приведенным в таблицах гл. 1.3, аппараты защиты имели кратность не более:

300% для номинального тока плавкой вставки предохранителя;

п.1.7.79. В системе TN время автоматического отключения питания не должно превышать значений, указанных в табл. 1.7.1

Приведенные значения времени отключения считаются достаточными для обеспечения электробезопасности, в том числе в групповых цепях, питающих передвижные и переносные электроприемники и ручной электроинструмент класса 1.

В цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и др. щиты и щитки, время отключения не должно превышать 5 с.

Допускаются значения времени отключения более указанных в табл. 1.7.1, но не более 5 с в цепях, питающих только стационарные электроприемники от распределительных щитов или щитков при выполнении одного из следующих условий:

Читайте так же:

Инфракрасный выключатель от руки

1) полное сопротивление, защитного проводника между главной заземляющей шиной и распределительным щитом или щитком не превышает значения, Ом:

где Z_ц — полное сопротивление цепи «фаза-нуль», Ом;

U — номинальное фазное напряжение цепи, В;

50 — падение напряжения на участке защитного проводника между главной заземляющей шиной и распределительным щитом или щитком, В;

2) к шине РЕ распределительного щита или щитка присоединена дополнительная система уравнивания потенциалов, охватывающая те же сторонние проводящие части, что и основная система уравнивания потенциалов.

Допускается применение УЗО, реагирующих на дифференциальный ток.

п.7.3.139. В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью в целях обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем в 4 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя и не менее чем в 6 раз ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику.

При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель (без выдержки времени), следует руководствоваться требованиями, касающимися кратности тока КЗ и приведенными в 1.7.79.

п.7.3.139 относится к электроустановкам во взрывоопасных зонах.

ПТЭЭП

Здесь все еще проще.

Приложение 3. п.28.4.Проверка срабатывания защиты при системе питания с заземленной нейтралью (TN-C, TN-C-S, TN-S).

При замыкании на нулевой защитный проводник ток однофазного короткого замыкания должен составлять не менее:

трехкратного значения номинального тока плавкой вставки предохранителя;

трехкратного значения номинального тока нерегулиремого расцепителя автоматического выключателя с обратнозависимой от тока характеристикой;

трехкратного значения уставки по току срабатывания регулируемого расцепителя автоматического выключателя обратнозависимой от тока характеристикой;

1,1 верхнего значения тока срабатывания мгновенно действующего расцепителя (отсечки).

Проверяется непосредственным измерением тока однофазного короткого замыкания с помощью специальных приборов или измерением полного сопротивления петли фаза-нуль с последующим определением тока короткого замыкания

У электроустановок, присоединенных к одному щитку и находящихся в пределах одного помещения, допускается производить измерения только на одной, самой удаленной от точки питания установке.

У светильников наружного освещения проверяется срабатывание защиты только на самых дальних светильниках каждой линии.

Проверку срабатывания защиты групповых линий различных приемников допускается производить на штепсельных розетках с защитным контактом.

Теперь вернемся непосредственно к задаче

Тут я изложу свою точку зрения на вопрос.

Во первых я склонен считать щитками освещения такие устройства от которых отходят однофазные линии. А если в них присутствуют трехфазные отходящие линии, то это скорее щитки или пункты распределительные, хотя на ЩО-2 в рассматриваемой задаче вполне может идти однофазная линия. Что касается щитков освещения, то питающие их линии чаще идут шлейфом, т.е. от ВРУ линия приходит на вводной автомат ЩО-1 и идет далее с верхних полюсов вводного автомата на вводной автомат ЩО-2.

Кроме того на вводных автоматах ЩО измерять сопротивление петли “фаза-нуль” не требуется, т.к. например, в старых ЩО с вводным автоматом типа АЕ 2056 или 2046 на 100 А (отсечка 1200А)такое измерение не имеет смысла ( обычно сопротивление петли “фаза-нуль” в ЩО 0,25 –0,3 Ом а то и более тогда Iкз меньше 1000А и автомат не сработает по отсечке ) , да и автоматы используются скорее не для защиты, а как коммутирующие устройства для отключения питания на групповых автоматах для их замены в случае выхода из строя или другой причины. А от короткого замыкания в ЩО прекрасно защитит такой же автомат в ВРУ или в как следует из условия задачи в ЩО-1 (не требуется мгновенное срабатывание, достаточно если автомат сработает в течении 5с, а это уже ток не 1320 А, а примерно 300 – 500 А, что вполне выполнимо), а лучше вставка в ВРУ, которая будет номиналом не более 100А и точно сгорит при 300 А, т.е. сопротивление петли “фаза-нуль” в ЩО может быть даже 0,7 Ом, что вполне реально.

По моему ответ на вопрос задачи таков: Выбирать вводной автомат ЩО-2 не требуется по условию срабатывания его по току короткого замыкания. Выбирать надо автомат от которого запитан ЩО-2, т.е. тот, который установлен в ЩО-1 и автоматы отходящих линий ЩО-2 , поскольку именно последние защищают человека при коротком замыкании на бытовых приборах, электроинструменте, в устройствах освещения, а они выбираются просто – номинальный ток должен соответствовать длительно допустимому току отходящей линии. Если линия медная сечением 2,5 мм 2 , то номинальный ток автомата не может быть больше 25 А, а если сечение провода 1,5мм 2 , то – 16 А.

Что касается их срабатывания при коротком замыкании, то оно должно быть мгновенным (при фазном напряжении 220 В не медленнее 0,4 с ), а ток срабатывания (отсечки) можно подобрать по характеристикам автомата, зная ток короткого замыкания в конце линии ( он определяется отношением фазного напряжения линии к измеренному сопротивлении петли “фаза-нуль”).

Скажем у автомата с характеристикой “С” ток отсечки лежит в интервале от 5Iн до 10Iн (при прогрузке автоматов типа ВА47-29 с характеристикой “С” он обычно составляет (6-7) Iн ). Если нужен автомат с меньшим током отсечки, то следует выбрать автомат с характеристикой “В”. Его ток отсечки лежит в интервале от 3Iн до 5Iн.

Напомню, ток отсечки должен быть меньше тока короткого замыкания хотя бы на 10% для уверенного срабатывания автомата при возникновении тока короткого замыкания.

Т.е. Николай, Вы поступаете так же как поступил бы и я за исключением выбора вводного автомата ЩО-2.

На этом на сегодня все. Подозреваю статья родит больше вопросов чем ответов.

Автоматический выключатель с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой

Владимир Фишман, главный специалист, группа компаний «ЭлектрощитТМСамара», филиал «ЭнергосетьпроектННСЭЩ», г. Нижний Новгород

Если раньше основной причиной пожаров в жилых зданиях считалось «неосторожное обращение с огнем», то теперь всё чаще их причиной называют «короткое замыкание в электропроводке». Бурная электрификация жилого сектора заставляет внимательнее анализировать домашнюю электроустановку (электропроводку, электроприборы, защитную и коммутационную аппаратуру) с точки зрения опасности возникновения пожара.
Владимир Семенович Фишман уже рассказывал об особенностях расчета процессов КЗ в низковольтных сетях («Новости ЭлектроТехники» № 2(32) 2005, № 3(33) 2005). Сегодня он рассматривает условия, при которых короткое замыкание действительно может стать причиной пожара.

Нормативные требования

осветительные сети в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, служебнобытовых помещениях промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников (утюгов, чайников, плиток, комнатных холодильников, пылесосов, стиральных и швейных машин и т. п.), а также в пожароопасных зонах».

80% для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку), – для проводников с поливинилхлоридной, резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией; для проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях промышленных предприятий, допускается 100%;
100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки) – для проводников всех марок».

Читайте так же:

Как соединить выключатель с розеткой схемы подключения

СХЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Рассмотрим характерную схему электроснабжения жилого здания (рис. 1). Источник питания – это, как правило, отдельно стоящая ПС со своим распределительным щитом 10(6)/0,4/0,23 кВ. На вводе в здание расположено вводнораспределительное устройство – ВРУ0,4/0,23 кВ. Следующая ступень – этажный групповой распределительный щиток (ГРЩ), последняя ступень – квартирный распределительный щиток (КРЩ). Упомянутые распредустройства связаны между собой проводниками, минимально допустимые сечения которых указаны в ПУЭ. Номинальные токи аппаратов, защищающие кабели и провода как от токов КЗ, так и от перегрузки, выбираются в соответствии c ПУЭ.

УСЛОВИЯ ВОЗГОРАНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ

Возникает вопрос, может ли при выполнении вышеуказанных и других требований ПУЭ произойти возгорание электропроводки при коротком замыкании (КЗ)? Считается, что возгорание электропроводки происходит при достижении проводником определенной температуры, зависящей от типа изоляции кабеля [2]. Так, для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией, широко применяемых в настоящее время, эта температура равна: Q = 350 O С.
Изменение температуры проводника при протекании тока КЗ описывается формулами, приведенными в [2]. С учетом некоторых особенностей, в частности, кратковременности протекания тока КЗ (о чем будет сказано далее), в рассматриваемых случаях для проводников с медными жилами можно использовать следующую формулу:

Q _кон. = Q _нач. · е к + 228(е к – 1),

(1)

где Q _кон. и Q _нач. – соответственно конечная и начальная температуры токоведущей жилы проводника, О С;
к – показатель степени:

где t – время протекания тока КЗ, с;
S – сечение проводника, мм 2 ;
– интеграл Джоуля или тепловой импульс, кА 2 /с.

В общем случае ток КЗ содержит периодическую и апериодическую составляющие, т.е.:

Однако, как показывает анализ, влияние апериодической составляющей в данном случае невелико ввиду её быстрого затухания (постоянная времени затухания Т 0,003 с). В результате интегрирования на интервале времени действия защитной аппаратуры (0 — 0,02 с) получим:

где I д – действующее значение периодической составляющей тока КЗ.
Тогда формула (1а) примет вид:

Анализируя формулы (1) и (2), можно заметить, что температура проводника зависит в первую очередь от величины тока в проводнике при КЗ и в несколько меньшей степени от времени его протекания. Решая эти формулы относительно тока, получим выражения для предельных значений токов КЗ I_пред, при которых возгорание проводника ещё не произойдет:

Из приведенных формул видно, что предельные значения токов КЗ, при которых возгорание проводника не произойдет, зависят от его сечения и времени отключения КЗ.

ГРАНИЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ТОКОВ КЗ

Минимально допустимые значения токов КЗ

Анализируя защитные времятоковые характеристики автоматических выключателей (рис. 2), мы видим две области: область работы отсечки, предназначенной для отключения токов КЗ, и область работы тепловых расцепителей, предназначенных для защиты от перегрузки.
Время действия отсечки измеряется сотыми и тысячными долями секунды, а время действия защиты от перегрузки – от нескольких секунд до нескольких минут. Очевидно, что КЗ должны отключаться как можно быстрее, т.е. отсечкой автоматического выключателя. Если КЗ будет отключаться медленно действующей тепловой защитой, то неминуемо произойдет повреждение горящей дугой соседних проводников, на которых вследствие этого также произойдут короткие замыкания. При этом пожар неминуем.
Исходя из требований чувствительности, можно определить минимальные значения токов КЗ, при которых будет надежно срабатывать отсечка автоматических выключателей:

где I_ном – номинальный ток автомата;
2 – коэффициент надежности;
5 – кратность тока срабатывания отсечки.

Максимально допустимые значения токов КЗ

Для определения максимально допустимых значений токов КЗ, при которых возгорание электропроводки ещё не произойдет, используем формулы (1) и (2).
Примем начальную температуру проводника Q _нач. = 30 O С. В качестве конечной следует принять такую, при которой изоляция электропроводки ещё не теряет своих свойств и позволяет осуществлять дальнейшую эксплуатацию. Для кабелей и проводов с пластмассовой изоляцией эта температура лежит в диапазоне 160 — 250 О С [2]. Примем среднее значение Q _кон. = 200 О С:

Важную роль играет время срабатывания электромагнитных расцепителей автомата при КЗ. ГОСТ Р 5034599 [3], а также аналогичные зарубежные документы, к сожалению, содержат лишь требование о том, что время действия автоматических выключателей в начальной зоне отсечки («время мгновенного расцепления») должно быть менее 0,1 с.
Однако из каталожных времятоковых характеристик автоматов следует, что на самом деле время срабатывания выключателей намного меньше. Так, для автоматов типа LSN и С 60а это время не превышает 20 мс, а при больших кратностях тока КЗ ещё меньше (рис. 2а и 2б). При времени отключения 20 мс предельно допустимое значение тока КЗ для медного проводника сечением 1,5 мм 2 составит:

Читайте так же:

Каким клеем приклеить выключатель

Задаваясь регламентированными ПУЭ минимально допустимыми значениями сечений медных проводников на разных ступенях системы электроснабжения (табл. 7.1.1), можно аналогичным образом определить максимальные и минимальные значения тока на других ступенях системы электроснабжения. Результаты расчетов приведены в табл. 1.
Следует ещё раз подчеркнуть, что максимально допустимые значения тока КЗ в значительной мере зависят от быстродействия автоматического выключателя при КЗ.

Если необходимо решить другую задачу – определения минимально допустимого сечения кабеля или провода при заданном токе КЗ и времени его отключения, то можно использовать формулу:

Для определения максимально допустимого времени работы защиты при заданных токе КЗ и сечении проводника используем:

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕГРУЗКИ ПРОВОДНИКОВ

Перегрузка электрической сети в быту может наступить, в частности, при использовании дополнительных обогревательных электроприборов в холодное время года, в случае аварии в системе водяного отопления и т.п.
Несмотря на то, что согласно ПУЭ внутренние электросети жилых и административных зданий должны быть защищены от перегрузки, всё же защитные аппараты допускают некоторую перегрузку проводников. Это связано с тем, что надежное срабатывание предохранителей происходит при токах, превышающих 1,6I_ном, а автоматов – 1,45I_ном.
Поэтому, если, например, автомат выбран в соответствии с требованиями ПУЭ, т.е. его номинальный ток равен длительно допустимому току проводника, то последний может длительно работать с нагрузкой 145% I_доп. При этом его температура может достигать:

Q _р = Q _о + ( Q _д – Q _р) · (I_пред / I_р) 2 = 30 + (65 – 25) 1,45 2 = 147 O С.

Эта величина больше длительно допустимой температуры для кабелей с пластмассовой изоляцией, указанной в ПУЭ и равной 65 O С.
При возникновении КЗ в процессе длительной перегрузки температура проводника превысит предельно допустимое значение 350 O С и составит для S = 1,5 мм 2 при I_кз = 1550 А (1):

Q _кон. = 147 · е к + 228 (е к – 1) = 394 O С, где к = 0,506.

На основании вышеизложенного напрашивается вывод о том, что для исключения возможного превышения допустимых температур электропроводки при перегрузках и КЗ номинальные токи защитной аппаратуры следует выбирать несколько ниже, чем требует ПУЭ, как, например, для автоматических выключателей: I_{ном.авт.} 80% I_доп.
Обратим внимание на то, что действующие ПУЭ не требуют проверки проводников до 1 кВ на термическую стойкость к токам КЗ. Однако в отношении жилых и административных помещений с этим трудно согласиться с учетом возможных тяжелых последствий.

РЕАЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ТОКОВ КЗ В СХЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ

необходимостью учета не только реактивных, но и активных сопротивлений элементов схемы;
необходимостью учета сопротивлений контактных соединений;
необходимостью учета увеличения активных сопротивлений проводника при росте температуры;
необходимостью учета сопротивления дуги;
отсутствием точных данных по сопротивлениям нулевой последовательности некоторых элементов системы электроснабжения (кабели с непроводящей оболочкой, силовые трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/Yн, Y/Zн).

Однако это отдельная тема для разговора.
Как показывают расчеты, при установке на подстанциях трансформаторов мощностью 630 кВ·А и более, токи КЗ у потребителя могут превышать указанные в табл. 1 максимально допустимые значения. С целью ограничения токов КЗ в электросети жилого помещения можно применять питающие трансформаторы со схемами соединения обмоток Y/Yн. Такие трансформаторы обладают повышенными сопротивлениями нулевой последовательности, снижающими токи однофазного КЗ [5]. В ряде случаев следует идти на увеличение сечения проводников внутренней электропроводки по сравнению с требуемым по условиям допустимой нагрузки и минимально допустимыми значениями, указанными в ПУЭ.
Из всего вышеизложенного следует, что даже при выполнении действующих нормативных требований, в результате КЗ на отдельных участках электропроводки жилых зданий могут создасться условия для возгорания. Однако в этом случае само КЗ было бы неправильно квалифицировать как причину пожара. Истинными причинами пожара являются либо неправильные технические решения, либо недостаточная надежность и быстродействие примененной защитной аппаратуры, либо превышение нормативного срока эксплуатации электрооборудования и т.п.

Рис. 1.
Характерная схема электроснабжения жилого здания

Рис. 2. Времятоковые характеристики автоматических выключателей:
a) типа LSN

б) типа С 60а Merlin Gerin

Табл. 1. Граничные значения тока КЗ на различных ступенях системы электроснабжения

ВЫВОДЫ

1. В результате коротких замыканий, при значительных величинах тока КЗ и недостаточном быстродействии защитной аппаратуры, существует реальная опасность возгорания или серьезного ухудшения состояния изоляции внутренней электропроводки зданий.
2. Учитывая особую опасность возгорания, целесообразно ввести нормативное требование о выполнении проверки термической стойкости электропроводки в жилых зданиях.
3. Для исключения перегрузок внутренней электропроводки номинальные токи защитных аппаратов необходимо выбирать ниже длительно допустимых токов защищаемых проводников.
4. При выборе защитных аппаратов особое внимание следует уделять надежным автоматическим выключателям с гарантированным быстродействием в зоне мгновенного расцепления 0,02 с и менее.

ЛИТЕРАТУРА

1. Правила Устройства Электроустановок, 6е и 7е изд.
2. Технический циркуляр №Ц0298(э) Департамента стратегии развития и научнотехнической политики РАО «ЕЭС России».
3. ГОСТ Р 5034599. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения.
4. ГОСТ 2824993. Токи короткого замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.
5. Федоровская А.И., Фишман В.С. Силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ. Области применения различных схем соединения обмоток // Новости ЭлектроТехники. – 2006. – № 5.

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

голоса

Рейтинг статьи