Как рассчитать ток КЗ и ток уставки для автоматического выключателя?

Содержание

Выбор автоматических выключателей – по току, мощности, нагрузке: таблица, расчет и условия выбора

Как рассчитать ток КЗ и ток уставки для автоматического выключателя?

В электрической сети иногда возникают перегрузки, способные привести к аварии и даже к пожару. Чтобы этого не допустить, были созданы специальные устройства – автоматические выключатели (АВ), которые способны сами определять, когда цепь близка к опасному режиму, и отключать “плохой” участок, не дожидаясь, пока последствия неисправности примут масштабный характер.

Как они работают

Существует два основных способа отключения автоматов: тепловой и электромагнитный.

Во-первых задействован механизм теплового расширения и сжатия материалов, тогда как во-вторых – способность электрического тока вызывать электромагнитное поле, которое может механически воздействовать на материальные объекты. Эти методы служат разным целям, и, как правило, они оба применяются в любом автоматическом выключателе.

Тепловое расцепление

Этот вид защиты электрической сети оберегает цепь от скачков силы тока, которые иногда случаются при неполадках на линии и у потребителя. В автомате ток проходит не через провод, а через особую биметаллическую пластину (это пластина, изготовленная из разных металлов, соединенных “бутербродом”), и когда его величина становится слишком большой, пластина нагревается.

Но так как разные ее части имеют разную теплоемкость, одна сторона греется сильнее, и потому вся конструкция начинает не просто расширяться, как было бы в случае с обычной металлической пластиной, а изгибаться. Изогнутая часть начинает давить на кнопку отключения от сети, и при определенном усилии, автомат срабатывает.

В автомате ток проходит не через провод, а через особую биметаллическую пластину, и когда его величина становится слишком большой, пластина нагревается

Электромагнитное расцепление

Второй способ выключения – основан на способности электромагнитного поля двигать металлические предметы. Катушка (соленоид) – это аналог постоянного магнита, и при протекании через нее тока, она тоже приобретает свойство притягивать и отталкивать металлы.

Внутрь катушки вставляют стальной сердечник, прикрепленный пружинкой, и когда сила тока в витках катушки достигает порогового значения, магнитное давление превышает силу сопротивления пружины, и выталкивает сердечник прямо на кнопку. От удара она срабатывает, и автомат отключает защищаемый участок от электрической сети.

Примеры выбора плавких предохранителей и автоматических выключателей

Типы автоматов

Электрические сети и их элементы – цепи бывают самых разных видов и конфигураций, и для каждой из них требуются свои автоматические выключатели.

Рассмотрим параметры, по которым следует их выбирать:

Число полюсов

Автоматический выключатель нужно подбирать под конкретную цепь – он должен обязательно контролировать все фазы линии, и можно, но не обязательно, ноль

Электрические сети могут быть одно- и многофазными. Например, в линиях электропередач течет трехфазный ток, а когда он доходит до наших домов, он превращается в двухфазный, поэтому в розетках только две дырки.

Автоматический выключатель нужно подбирать под конкретную цепь – он должен обязательно контролировать все фазы линии, и можно, но не обязательно, ноль.

На нулевой провод ставят автомат, в том случае, если он вводной, или проще говоря, – самый главный, например в подъезде. Это делают для того, чтобы была возможность в любой момент полностью обесточить квартиру для проведения каких-либо ремонтных работ.

Число полюсов автомата отвечает за то, на какую линию он ориентирован. Если на однофазную, то у него 1 полюс, если на двухфазную, то 2 и так далее. А сами полюса представляют собой ни что иное, как клеммы, которые находятся в углублениях на корпусе автоматического выключателя, и обычно клеммы одного полюса расположены вверху и внизу по одной линии друг с другом.

В квартиры, как правило, устанавливают 2-х полюсные АВ.

Важное правило: на разные провода одной линии можно ставить только один выключатель. Например, если имеется 2 провода – фаза и ноль, нельзя ставить на них по одному однополюсному автомату, а только один общий двухполюсный, потому что в первом случае, срабатывание одного не гарантирует срабатывания другого, а во втором отключатся сразу оба провода неисправной линии.

Максимальный рабочий ток

Автомат срабатывает при определенном значении силы протекающего через него тока, или тока уставки. Это также необходимо учитывать при выборе, поскольку, если например, у вас в квартире сила тока в 6 А – это нормальная величина, а вы взяли автомат, который выключается при 5-ти Амперах, то вы явно не сможете проводить у себя дома время с комфортом.

Учтите, что номинальный ток (ток, при котором автоматический выключатель работает нормально) должен быть не меньше максимально возможного тока в вашей квартире, а иначе при любом включении в цепь, он неизбежно будет срабатывать.

Посмотрите на корпусе автомата, на какой номинал он рассчитан, а затем вычислите примерный максимальный ток линии, которую вы защищаете. Для этого:

  1. Сложите мощности всех бытовых устройств, подключенных к линии, их можно узнать в технических паспортах или на упаковке, а иногда даже на корпусе самого изделия.
  2. Затем разделите получившуюся суммарную мощность на номинальное напряжение, которое для квартир равно 220 В, и на косинус фи, который равен, в среднем, 0,97.
  3. Сравните полученный ток с номинальным током автомата. Если он рассчитан на нормальную работу при таком его значении, то все хорошо, и можно переключаться на сверку других параметров, если же автомат при таком токе будет отключаться, то следует поискать еще.

Ток короткого замыкания

КЗ – это аварийное состояние, при котором тoки линии поднимаются до очень больших значений, и плавят проводку. Вот почему они являются причиной возгораний и пожаров.

Одним из назначений АВ является также и защита сети от таких перегрузок.

Однако тoк кз не является какой-то определенной фиксированной величиной и поэтому при выборе автомата необходимо проявить внимательность.

На сегодня по правилам ПУЭ разрешается устанавливать АВ с током кз не менее 6 КА, они же являются самыми распространенными автоматами в жилом секторе.

Но на промышленных предприятиях, где токи кз могут быть в десятки и в сотни раз выше, используют более мощные автоматические выключатели.

Ведь слабый автомат при таких токах просто сгорит и придет в негодность, а постоянно заменять их невыгодно.

Итак, если вы живете в квартире или частном доме, АВ на 6 КА вам хватит, но если дом находится рядом с трансформаторной подстанцией, или по соседству живет какой-нибудь изобретатель-самоучка, из-за которого постоянно отключается свет, то можно взять и на 10.

Рабочее напряжение

Обычные домашние автоматы рассчитаны на переменное напряжение в 220 В в квартире и 380 В в линии. Эти данные можно найти на корпусе АВ.

Селективность выключателя

Это очень полезное свойство, позволяющее отключать от сети поврежденный участок, но при этом оставить в работе максимальное количество других потребителей.

Например, у вас в доме 4 розетки и на одной из них произошло кз.

Обычный, неселективный выключатель отключит от сети всю квартиру, тогда как селективный обесточит лишь только поврежденную розетку, и вы сможете дальше, как ни в чем ни бывало, наслаждаться прелестями электрификации.

Технически это реализуется следующим образом: на каждую последующую ветвь ставится автомат, время срабатывания которого меньше, чем на предыдущей.

Когда в одной из ветвей происходит кз, автомат срабатывает при длительности кз в 0,1 с, поэтому вышестоящий АВ не успевает отключиться, так как он запрограммирован срабатывать, когда замыкание длится 0,5 с.

Маркировка автоматических выключателей

Маркировка автоматических выключателей

Сегодня международным стандартом принята единая маркировка АВ, которая существенно упрощает жизнь электрикам из разных стран:

  • Обозначается производитель.
  • Серия.
  • Время-токовая характеристика и номинал. Для квартир подходит буква “С”, но есть еще “B”, “C” и “D”. Токовый номинал – это величина тока, который может долго протекать через автомат без его срабатывания.
  • Предельный ток кз, при котором автомат будет продолжать функционировать после отключения в режиме кз, или проще говоря, не перегорит.
  • Класс токоограничения. Это та доля тока кз, при которой срабатывает автомат, не давая ему вырасти до максимума.

Блиц-советы

  • Выбирая автомат, не дешевите и не экономьте на здоровье. Китайский хлам не даст вам 100%-ной гарантии, что защита сработает в нужный момент. Отдавайте предпочтение немецкой фирме Шнайдер или АББ, хоть они и дороже, но надежнее.
  • Тщательно подберите все параметры на соответствие номиналу.
  • Обеспечьте селективность, так как электрики смогут починить вашу проводку не ранее, чем через день, вы же не хотите сидеть два дня без света? А если выходные?

Правильно установленная система будет работать долго, поэтому наймите квалифицированного мастера.

Источник: https://housetronic.ru/electro/avtomaticheskie-vyklyuchateli.html

Примеры расчета автоматических выключателей в электрической цепи

Как рассчитать ток КЗ и ток уставки для автоматического выключателя?

Любая электрическая цепь в квартире и доме, должна защищаться автоматом защиты от перегрузок и сверхтоков короткого замыкания. Эту нехитрую истину можно наглядно продемонстрировать в любом электрическом щите квартиры, этажном щите, вводно-распределительном щите дома и т.п. электрическим шкафам и боксам.

Вопрос не в том, ставить автомат защиты или нет, вопрос, как рассчитать автомат защиты, чтобы он правильно выполнял свои задачи, срабатывал, когда нужно и не мешал стабильной работе электроприборов.

Примеры расчета автоматических выключателей

Теорию расчетов автоматических выключателей вы можете почитать в статье: Расчет автоматов защиты. Здесь несколько практических примеров расчета автоматических выключателей в электрической цепи дома и квартиры.

Пример 1. Расчет вводного автомата дома

Примеры расчета автоматических выключателей начнем с частного дома, а именно рассчитаем вводной автомат. Исходные данные:

  • Напряжение сети Uн = 0,4 кВ;
  • Расчетная мощность Рр = 80 кВт;
  • Коэффициент мощности COSφ = 0,84;

1-й расчет:

Чтобы выбрать номинал автоматического выключателя считаем номинал тока нагрузки данной электросети:

Iр = Рр / (√3 × Uн × COSφ) Iр = 80 / (√3 × 0,4 × 0,84) = 137 А

2-й расчет

Чтобы избежать, ложное  срабатывание автомата защиты, номинальный ток автомата защиты (ток срабатывания теплового расцепителя) следует выбрать на 10% больше планируемого тока нагрузки:

  • Iток.расцепителя = Iр × 1,1
  • Iт.р = 137 × 1,1 = 150 А

Итог расчета: По сделанному расчету выбираем автомат защиты (по ПУЭ-85 п. 3.1.10) с током расцепителя ближайшим к расчетному значению:

  • I ном.ав = 150 Ампер (150 А).

Такой выбор автомата защиты позволит стабильно работать электрической цепи дома в рабочем режиме и срабатывать, только в аварийных ситуациях.

Пример 2. Расчет автоматического выключателя групповой цепи кухни

примеры расчета автоматических выключателей

Во втором примере посчитаем, какой автоматический выключатель нужно выбрать для кухонной электропроводки, которую правильно называть розеточная групповая цепь электропроводки кухни. Это может быть кухня квартиры или дома, разницы нет.

Аналогично первому примеру расчет состоит из двух расчетов: расчет тока нагрузки электрической цепи кухни и расчет тока теплового расцепителя.

   Короткое замыкание в электросети квартиры

Расчет тока нагрузки

Исходные данные:

  • Напряжение сети Uн = 220 В;
  • Расчетная мощность Рр = 6 кВт;
  • Коэффициент мощности COSφ = 1;

1. Расчетную мощность считаем, как сумму мощностей всех бытовых приборов кухни, умноженной на коэффициент использования, он же коэффициент использования бытовой техники. 1. Коэффициент использования бытовой техники это поправочный коэффициент, уменьшающий расчетную (полную) потребляемую мощность электроцепи и учитывающий количество одновременно работающих электроприборов.

То есть, если на кухне установлено 10 розеток для 10 бытовых приборов (стационарных и переносных), нужно учесть, что все 10 приборов одновременно работать не будут.

Коэффициент использования

Рассчитать коэффициент использования для простой группы можно самостоятельно.

  • Выпишите на листок планируемые бытовые приборы.
  • Рядом с прибором поставьте его мощность по паспорту.
  • Просуммируйте все мощности приборов по паспорту. Это Pрасчет.
  • Подумайте, какие приборы могут работать одновременно: чайник+ тостер, микровоновка+блендер, чайник+микроволновка+тостер, и т.д.
  • Посчитайте суммарные мощности этих групп. Рассчитайте среднюю суммарную мощность групп одновременно включаемых приборов. Это будет Pноминал (номинальная мощность).
  • Разделите  Pрасчет на Pноминал, получите коэффициент использования кухни.

На самом деле, в теории расчетов коэффициент использования внутри дома (без инженерных сетей) и квартиры принимается равным, единице, если количество розеток не больше 10. Это так, но на практике, именно коэффициент использования позволяет работать современным бытовым приборам кухни на старой электропроводке.

Примечание:

В теории расчетов 1 бытовая розетка планируется на 6 кв. метров квартиры (дома). При этом:

  • коэффициент использования=0,7 –для розеток от 50 шт.;
  • коэффициент использования=0,8 –розеток 20-49 шт.;
  • коэффициент использования=0,9 –розеток от 9 до 19шт.;
  • коэффициент использования=1,0 –розеток ≤10шт.

Вернемся к автоматическому выключателю кухни. Считаем номинал тока нагрузки кухни:

  • Iр = Рр / 220В;
  • Iр = 6000 / 220= 27,3 А.

Ток расцепителя:

  • Iрасчет.= Iр×1,1=27,3×1,1=30А

По сделанному расчету выбираем номинал автомата защиты для кухни в 32 Ампер.

Вывод

Приведенный пример расчета кухни получился несколько завышенным, обычно для электропроводки кухни хватает 16 ампер если учесть, что плиту, стиральную машину, посудомоечную машину выводят в отдельные группы.

Эти примеры расчета автоматических выключателей для групповых цепей, лишь показывают общий принцип расчетов, причем не включают расчет инженерных цепей включающий работу насосов, станков и других двигателей частного дома.

Похожие посты:

  • Шкафы распределительные электрические ШР и ШРС, Рубрика Электрощиток
  • Техническое обслуживание высоковольтного оборудования, Рубрика Ремонт электрики
  • Что влияет на стоимость электромонтажных работ, Рубрика Ремонт электрики
  • Какие бывают бензиновые генераторы, Рубрика Строительство
  • Внутренние электросети: устройство и правила монтажа, Рубрика Монтаж электрики
  • Техническое обслуживание силовых трансформаторов, Рубрика Справочник электрика
  • Светодиодные светильники уличного освещения, Рубрика Строительство

Источник: https://ehto.ru/montazh-elektriki/rozetki/primery-rascheta-avtomaticheskih-vy-klyuchatelej-v-e-lektricheskoj-tsepi

Выбор автоматического выключателя 0,4кВ: расчет защиты, уставок для сетей и двигателей

Как рассчитать ток КЗ и ток уставки для автоматического выключателя?

Автоматический выключатель выбирается исходя из следующих условий:

1. Соответствие номинального напряжения выключателя Uн к номинальному напряжению сети Uс: Uн, Uс. (6.1)

2. Соответствие номинального тока расцепителя Iн.расц номинальному току нагрузки Iдн: Iн.расц , Iдн. (6.2)
3. Соответствие номинального тока расцепителя Iн.расц максимальному рабочему току Iраб.макс группы электроприемников (для вводных выключателей питания сборок и щитов) в длительном режиме: Iн.расц , Iраб.макс. (6.3).

4. Условие предельной коммутационной стойкости (ПКС): каталожное значение ПКС должно быть не менее максимального значения тока короткого замыкания (Iкз.макс), протекающего в цепи в момент расхождения контактов выключателя: ПКС > Iкз.макс. Это необходимо, чтобы автоматический выключатель смог выдержать токовые перегрузки при коротком замыкании в цепи.

Защита от перегрузки

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется из условий возврата защиты после окончания пуска или самозапуска электродвигателя:
где kн – коэффициент надежности, учитывающий некоторый запас по току, неточности настройки и разброс срабатывания защиты (1,0 – для современных АВ фирмы Schneider Electric, 1,15 – для АЕ20, А3700; 1,25 – для А3100, АП-50; 1,2 , 1,35 – для ВА51);

kв – коэффициент возврата защиты.

Защита считается эффективной, если:

Для выключателей с тепловым и электромагнитным (комбинированным) расцепителем условие (6.5) обеспечивается автоматически при выборе номинального тока расцепителя по условию (6.2).

Наилучшая защита от перегрузки обеспечивается, если удается подобрать выключатель, имеющий Iн.расц = Iдн.

В этом случае, имея в виду, что для термобиметаллических тепловых реле kв = 1, ток срабатывания защиты от перегрузки составит:

Токовая отсечка (для АВ с двухступенчатой ВТХ)

Токовую отсечку выключателя отстраивают от пускового тока электродвигателя, который состоит из периодической составляющей, почти неизменной в течение всего времени пуска, и апериодической составляющей, затухающей в течение нескольких периодов. Несрабатывание отсечки при пуске двигателя обеспечивается выбором токовой отсечки по выражению:

где kн.пуск = kз·kа·kр – коэффициент надежности отстройки отсечки от пускового тока электродвигателя;

1,05 – коэффициент, учитывающий, что в нормальном режиме может быть на 5% выше номинального напряжения электродвигателя;

kз – коэффициент запаса;

kа – коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей в пусковом токе электродвигателя;

kр – коэффициент, учитывающий возможный разброс тока срабатывания отсечки относительно уставки.

Мгновенная токовая отсечка (для АВ с трехступенчатой ВТХ)

Для выключателей с трехступенчатой защитной характеристикой мгновенную отсечку выключателя отстраивают от пикового значения пускового тока электродвигателя:

Кроме того, токовая отсечка должна надежно защищать электродвигатель от минимального тока КЗ при повреждении в конце кабельной линии: где (1)

к.R I – минимальный ток однофазного КЗ в конце кабеля, вычисленный с учетом токоограничивающего действия дуги в месте повреждения.

Выбор уставок автоматических выключателей питания сборок и щитов

Выбор тока срабатывания отсечки выполняется по приводимым ниже условиям, из которых принимается наибольшее полученное значение. Соответствие данным условиям позволяет обеспечить селективную работу автоматических выключателей в разных частях электрический цепи.

1) Несрабатывание при максимальном рабочем токе Iраб.макс с учетом его увеличения в kсзп раз при самозапуске электродвигателей:

где kн = kз·kа·kр – коэффициент надежности отстройки отсечки от тока самозапуска.

Ток самозапуска Iсзп = kсзп· Iраб.макс определяется из расчетов самозапуска. При этом без ущерба для точности расчетов допускается считать, что электродвигатели запускаются из состояния покоя.

При отсутствии данных расчетов самозапуска, для отдельных сборок Iсзп принимается приближенно равным сумме пусковых токов электродвигателей и другой нагрузки сборки, участвующих в самозапуске:

где kil – кратность пускового тока l-ого двигателя с номинальным током Iднl.

С другой стороны, в соответствии с источником [11]:

где Iдн – суммарный номинальный ток электродвигателей;

ki – усредненное значение кратности пусковых токов электродвигателей.

Также существует третий способ расчета Iсзп:

где kii – кратность пускового тока i-ого двигателя номинальной мощностью Рднi.

Ввиду того, что среди прочих проверок отстройка от тока самозапуска имеет, как правило, определяющее значение, предпочтение следует отдать расчетам самозапуска с помощью ЭВМ.

2) Несрабатывание при полной нагрузке щита (сборки) и пуске наиболее мощного электродвигателя:

где kн – коэффициент надежности отстройки отсечки от тока самозапуска;

раб макс i I – сумма максимальных рабочих токов электроприемников, питающихся от щита или сборки, кроме двигателя с наибольшим пусковым током Iпуск.макс.

Выбор автоматических выключателей для защиты одиночных асинхронных электродвигателей

Применение изложенной методики продемонстрируем на примере защиты асинхронных электродвигателей 0,4 кВ энергоблока 63 МВт газомазутной ТЭЦ автоматическими выключателями Compact NS с электронными расцепителями. Электродвигатели и их параметры перечислены в табл.6.1.

На основании условий (6.1), (6.2) и (6.4) подберем автоматические выключатели и расцепители, результаты представим в табл.6.1.

Так как рассматриваются автоматические выключатели зарубежного производства, для описания их параметров перейдем к обозначениям МЭК:

• номинальный ток автоматического выключателя – Iн = In;

• номинальное напряжение автоматического выключателя Uн = Un;

• номинальный ток расцепителя – Iн.расц = Ir;

• предельная коммутационная способность ПКС = Icu;

• пусковой ток электродвигателя Iпуск = Ia;

• пиковое значение пускового тока электродвигателя Iпуск.max = Iр.

Переход к другим обозначениям обусловлен спецификой наименования параметров АВ и расцепителей, ориентированной на зарубежную нормативно-техническую документацию.

Более подробно о характеристиках автоматических выключателей можно почитать в нашей статье.

Источник: https://pue8.ru/vybor-elektrooborudovaniya/223-vybor-avtomaticheskih-vyklyuchateley.html

Расчет токов короткого замыкания (пример)

Как рассчитать ток КЗ и ток уставки для автоматического выключателя?

Здравствуйте, уважаемые читатели и посетители сайта «Заметки электрика».

У меня на сайте есть статья про короткое замыкание и его последствия. Я в ней приводил случаи из своей практики.

Так вот чтобы минимизировать последствия от подобных аварий и инцидентов, необходимо правильно выбирать электрооборудование. Но чтобы его правильно выбрать, нужно уметь  рассчитывать токикороткого замыкания.

В сегодняшней статье я покажу Вам как можно самостоятельно рассчитать ток короткого замыкания, или сокращенно ток к.з., на реальном примере.

Я понимаю, что многим из Вас нет необходимости производить расчеты, т.к. обычно этим занимаются, либо проектанты в организациях (фирмах), имеющих лицензию, либо студенты, которые пишут очередной курсовой или дипломный проект. Особенно понимаю последних, т.к.

сам будучи студентом (в далеком двух тысячном году), очень жалел, что в сети не было подобных сайтов. Также данная публикация будет полезна энергетикам и электрикам для поднятия уровня саморазвития, или чтобы освежить в памяти когда-то прошедший материал.

Кстати, я уже приводил пример расчета защиты асинхронного двигателя. Кому интересно, то переходите по ссылочке и читайте.

Итак, перейдем к делу. Несколько дней назад у нас на предприятии случился пожар на кабельной трассе около цеховой сборки №10. Выгорел практически полностью кабельный лоток со всеми там идущими силовыми и контрольными кабелями. Вот фото с места происшествия.

Сильно вдаваться в «разбор полетов» я не буду, но у моего руководства возник вопрос о срабатывании вводного автоматического выключателя и соответствие его номинального тока для защищаемой линии. Простыми словами скажу, что их интересовала величина тока короткого замыкания в конце вводной силовой кабельной линии, т.е. в том месте, где случился пожар.

Естественно, что никакой проектной документации у цеховых электриков по расчетам токов к.з. на эту линию не нашлось, и мне пришлось самому производить весь расчет, который я выкладываю в общий доступ.

Сбор данных для расчета токов короткого замыкания

Силовая сборка №10, около которой случился пожар, питается через автоматический выключатель А3144 600 (А) медным кабелем СБГ (3х150) от понижающего трансформатора №1 10/0,5 (кВ) мощностью 1000 (кВА).

В скобках около марки кабеля указано количество жил и их сечение (как рассчитать сечение кабеля). 

Не удивляйтесь, у нас на предприятии еще много действующих подстанций с изолированной нейтралью на 500 (В) и даже на 220 (В).

Скоро буду писать статью о том, как в сеть 220 (В) и 500 (В) с изолированной нейтралью установить счетчик. Не пропустите выход новой статьи — подпишитесь на получение новостей.

Понижающий трансформатор 10/0,5 (кВ) питается силовым кабелем ААШв (3х35) с высоковольтной распределительной подстанции № 20.

Некоторые уточнения для расчета тока короткого замыкания

Несколько слов хотелось бы сказать про сам процесс короткого замыкания. Во время короткого замыкания в цепи возникают переходные процессы, связанные с наличием в ней индуктивностей, препятствующих резкому изменению тока. В связи с этим ток к.з. во время переходного процесса можно разделить на 2 составляющие:

  • периодическая (появляется в начальный момент и не снижается, пока электроустановка не отключится от защиты)
  • апериодическая (появляется в начальный момент и быстро снижается до нуля после завершения переходного процесса)

Ток к.з. я буду расчитывать по РД 153-34.0-20.527-98.

В этом нормативном документе сказано, что расчет тока короткого замыкания допускается проводить приближенно, но при условии, что погрешность расчетов не составит больше 10%.

Расчет токов короткого замыкания я буду проводить в относительных единицах. Значения элементов схемы приближенно приведу к базисным условиям с учетом коэффициента трансформации силового трансформатора.

Цель — это проверить вводной автоматический выключатель А3144 с номинальным током 600 (А) на коммутационную способность. Для этого мне нужно определить ток трехфазного и двухфазного короткого замыкания в конце силовой кабельной линии.

Пример расчета токов короткого замыкания

Принимаем за основную ступень напряжение 10,5 (кВ) и задаемся базисной мощностью энергосистемы:

  • базисная мощность энергосистемы Sб = 100 (МВА)
  • базисное напряжение Uб1 = 10,5 (кВ)
  • ток короткого замыкания на сборных шинах подстанции №20 (по проекту) Iкз = 9,037 (кА)

Составляем расчетную схему электроснабжения.

На этой схеме указываем все элементы электрической цепи и их параметры. Также не забываем указать точку, в которой нам нужно найти ток короткого замыкания. На рисунке выше я ее забыл указать, поэтому объясню словами. Она находится сразу же после низковольтного кабеля СБГ (3х150) перед сборкой №10.

Затем составим схему замещения, заменив все элементы вышеприведенной схемы на активные и реактивные сопротивления.

При расчете периодической составляющей тока короткого замыкания допускается активное сопротивление кабельных и воздушных линий не учитывать. Для более точного расчета активное сопротивление на кабельных линиях я учту. 

Зная, базисные мощности и напряжения, найдем базисные токи для каждой ступени трансформации:

Теперь нам нужно найти реактивное и активное сопротивление каждого элемента цепи в относительных единицах и вычислить общее эквивалентное сопротивление схемы замещения от источника питания (энергосистемы) до точки к.з. (выделена красной стрелкой).

Определим реактивное сопротивление эквивалентного источника (системы):

Определим реактивное сопротивление кабельной линии 10 (кВ):

  • Хо — удельное индуктивное сопротивление для кабеля ААШв (3х35) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, том 2, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
  • l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим активное сопротивление кабельной линии 10 (кВ):

  • Rо — удельное активное сопротивление для кабеля ААШв (3х35) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, том 2, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
  • l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим реактивное сопротивление двухобмоточного трансформатора 10/0,5 (кВ):

  • uк% — напряжение короткого замыкания трансформатора 10/0,5 (кВ) мощностью 1000 (кВА), берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, табл. 27.6

Активным сопротивлением трансформатора я пренебрегаю, т.к. оно несоизмеримо мало по отношению к реактивному. 

Определим реактивное сопротивление кабельной линии 0,5 (кВ):

  • Хо — удельное сопротивление для кабеля СБГ (3х150) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
  • l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим активное сопротивление кабельной линии 0,5 (кВ):

  • Rо — удельное сопротивление для кабеля СБГ (3х150) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
  • l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим общее эквивалентное сопротивление от источника питания (энергосистемы) до точки к.з.:

Найдем периодическую составляющую тока трехфазного короткого замыкания:

Найдем периодическую составляющую тока двухфазного короткого замыкания:

Результаты расчета токов короткого замыкания

Итак, мы рассчитали ток двухфазного короткого замыкания в конце силовой кабельной линии напряжением 500 (В). Он составляет 10,766 (кА).

Вводной автоматический выключатель А3144 имеет номинальный ток 600 (А). Уставка электромагнитного расцепителя у него выставлена на 6000 (А) или 6 (кА). Поэтому можно сделать вывод, что при коротком замыкании в конце вводной кабельной линии (в моем примере по причине пожара) автомат уверенно сработал и отключил поврежденный участок цепи.

Еще полученные значения трехфазного и двухфазного токов можно применить для выбора уставок релейной защиты и автоматики.

В этой статье я не выполнил расчет на ударный ток при к.з. 

P.S. Вышеприведенный расчет был отправлен моему руководству. Для приближенного расчета он вполне сгодится. Конечно же низкую сторону можно было рассчитать более подробно, учитывая сопротивление контактов автоматического выключателя, контактных соединений кабельных наконечников к шинам, сопротивление дуги в месте замыкания и т.п. Об этом я как-нибудь напишу в другой раз.

Если Вам нужен более точный расчет, то можете воспользоваться специальными программами на ПК. Их в интернете множество.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

Источник: http://zametkielectrika.ru/raschet-tokov-korotkogo-zamykaniya/

10. Пример расчета токов КЗ в сети напряжением 0,4 кВ

Как рассчитать ток КЗ и ток уставки для автоматического выключателя?
Категория: И.Л. Небрат “Расчеты токов короткого замыкания в сетях 0,4 кВ”

Расчет токов КЗ – трехфазных, двухфазных, однофазных в сети 0,4 кВ схемы, приведенной на рис. 7

Рис.8 Расчетная схема к примеру

         Необходимо рассчитать токи КЗ в сети 0,4 кВ собственных нужд электростанции. Расчет выполняется для проверки отключающей способности автоматических выключателей, проверки кабельных линий на термическую стойкость, а также для выбора уставок токовых катушек автоматических выключателей и проверки их чувствительности.

       С этой целью выполняются расчеты металлических и дуговых КЗ трехфазных, двухфазных и однофазных.

   Расчетная схема представлена на рис.7

       Расчет выполняется в именованных единицах, сопротивления расчетной схемы приводятся к напряжению 0,4 кВ и выражаются в миллиомах. Параметры элементов расчетной схемы приводятся в таблицах Приложения 1

       Расчеты выполняются в соответствии с методикой рекомендованной ГОСТ 28249-93 на расчеты токов КЗ в сетях напряжением до 1 кВ.

       Короткие замыкания рассчитываются на шинах 0,4 кВ РУ (точка К1) и на вторичной силовой сборке за кабелем КЛ1 (точка К2).

       В данном примере расчеты дуговых КЗ выполняются с использованием снижающего коэффициента КС , поэтому переходные сопротивления контактов, контактных соединений кабелей и шинопроводов в расчетных выражениях для определения суммарного активного сопротивления R∑ не учитываются, эти сопротивления учтены при построении характеристик зависимости коэффициента Кс от полного суммарного сопротивления до места К3, Кс = ∫(Z∑), полученных экспериментальным путем. Характеристики Кс = ∫(Z∑) приведены на рис. 6.

Трансформатор

ТС3-1000/6,0, схема соединения обмоток ∆/Y0

Sк=1000 кВ•А, UН ВН=0,4 кВ,

Uк=8%.

Сопротивления трансформатора, приведены к UН ВН=0,4 кВ, определяются по таблице 1 Приложения 1:

R1=R2=R0=1.9 мОм,

X1=X2=X0=12.65 мОм.

Шинопровод III 1

IIIМА-4-1600, длина 15м.

Удельное параметры шинопровода по данным таблицы II Приложения1

R1 уд=0,03 мОм/м

прямая последовательность

X1 уд =0,014мОм/м

R0 уд=0,037 мОм/м

нулевая последовательность

X0 уд =0,042мОм/м

Трансформаторы тока ТТ1

Удельные параметры трансформатора тока по данным таблицы 14 Приложения1:

Ктт=150/5,

R1=R0=0,33 мОм,

X1=X0=0.3 мОм.

Кабельная линия КЛ1

АВВГ- (3*185+1*70),

   =100м.

Удельные параметры кабеля по данным таблицы 7 Приложения 1:

R1 уд=0,208 мОм/м

прямая последовательность

X1 уд =0,063мОм/м

R0 уд=0,989 мОм/м

нулевая последовательность

X0 уд =0,244мОм/м

Автоматический выключатель АВ1

Тип “Электрон” , IН =1000А.

Из таблицы 13 Приложения 1 определяем сопротивления катушек АВ1:

Rкв= 0,25 мОм,

Хкв= 0,1 мОм.

Автоматический выключатель АВ2

Тип А3794С, Iн= 400А.

Из таблицы 13 Приложения 1 определяем сопротивления катушек АВ2:

Rкв= 0,65 мОм,

Хкв= 0,17 мОм.

Расчет параметров схемы замещения

Все сопротивления расчетной схемы приводятся к Uбаз= 0,4 кВ.

Система

Сопротивление системы учитывается индуктивным сопротивлением в схеме замещения прямой последовательности. По формуле (3)

Трансформатор

Для трансформатора со схемой соединения обмоток ∆/Y0 активные и индуктивные сопротивления обмоток одинаковы для всех трех последовательностей

R1Т= R2Т= R0Т=1,9 мОм,

X1Т= X2Т= X0Т=12,65 мОм.

Шинопровод III 1

Сопротивление шинопровода III 1 определяем по известным удельным сопротивлениям шинопровода и его длине:

R1Ш= R2Ш= 0,03•15=0,45 мОм;

X1Ш= X2Ш= 0,014•15=0,21 мОм;

R0Ш= 0,037•15=0,555 мОм;

X0Ш= 0,042•15=0,63 мОм.

   Двухфазное КЗ

   Ток металлического двухфазного КЗ определяется по формуле :

   Полное суммарное сопротивление до точки К1 при двухфазном КЗ определяется по формуле :

мОм

   Определяем ток двухфазного металлического КЗ

кА

проверяем                           кА

   Расчет дугового двухфазного КЗ :

   Определяем коэффициенты КС1 и КС2.

для мОм       КС1 = 0,68, а   КС2 = 0,6

   Определяем токи двухфазного дугового КЗ

                                        tКЗ » 0

     tКЗ> 0,05 с.

Однофазное К3

Ток металлического однофазного К3 IКм(1) определяется по формуле IКм(1) =

Полное суммарное сопротивление цепи до точки К1 при однофазном К3 определяем по формуле

;

Предварительно определяем суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности до точки К1 из схемы замещения на рис.10.

R0∑=1,9+0,555+0,25=2,7 мОм

   X0∑=12,65+0,63+0,1=13,38 мОм

Определяем полное сумарное сопротивление цепи для однофазного К3

мОм

Определяем ток однофазного металлического К3

кА

Расчет дугового однофазного К3:

Определяем коэффициенты Кс1 и Кс2.

Для =14,65 мОм   Кс1=0,66 , а Кс2=0,58.

Определяем токи однофазного дугового К3

=15,66•0,66=10,33 кА   tкз ≈0

=15,66•0,58=9,1 кА   tкз>0,05 с

Расчет токов короткого замыкания для точки К2.

Трехфазное К3

Определяем суммарные активное и индуктивное сопротивления до точки К2 в соответствии со схемой замещения на рис. 9.

R1∑=0,33+1,9+0,455+0,25+0,65+20,8=24,38 мОм

X1∑=1.6+0.3+12.65+0.21+0.1+0.17+6.3=21.33 мОм

             Суммарное сопротивление

мОм

Определяем ток однофазного металлического К3

кА

Определяем токи дугового К3.

В соответствии с графиком для мОм

Коэффициенты Кс1 и Кс2 соответственно равны 0,74 и 0,67.

Определяем токи дугового К3

=7,14•0,74=5,28 кА   tкз ≈0

=7,14•0,67=4,78 кА   tкз>0,05 с

Определяем ударный ток iу = Ку· ·

По отношению    Ку = 1,05, тогда

iу=1,05··7,14=10,6 кА.

Двухфазное К3

Для расчета двухфазного К3 в точке К2 определяем следующие величины.

Полное суммарное сопротивление до точки К3 для двухфазного К3

мОм.

Ток двухфазного металлического К3

По кривым на рис. 6 коэффициенты снижения Кс1 и Кс2 при =37,44 мОм соответственно равны 0,78 и 0,69.

Токи двухфазного дугового К3

=6,17•0,78=4,81 кА   tкз ≈0

=6,14•0,69=4,26кА  tкз>0,05 с

Однофазное К3

Для расчета однофазного К3 в точке К2 определяем следующие величины:

Суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности относительно точки К2 в соответствии со схемой замещения нулевой последовательности (рис. 10):

R0∑=1,9+0,555+0,25+0,65+98,9=102,25 мОм

X0∑=12,65+0,63+0,1+0,17+24,4=38 мОм.

Полное суммарное сопротивление до места К3 при однофазном К3

Ток однофазного металлического К3

кА.

Определяем токи дугового К3

По кривым на рис. 6 коэффициенты снижения Кс1 и Кс2 при =57,2 мОм соответственно равны 0,82 и 0,72.

=4,04•0,82=3,31 кА   tкз ≈0

=4,04•0,72=2,91кА   tкз>0,05 с

Все результаты расчетов токов К3 приведены в таблице 4, что представляется удобным для дальнейшего анализа, выбора уставок защитных аппаратов и проверки кабелей.

Результаты расчетов токов К3

Виды К3Точка К3
IКМкАIКД НАЧкАIКД УСТкАiУДкАIКМкАIКД НАЧкАIКД УСТкАIКМкАIКД НАЧкАIКД УСТкА
К115,2710,238,8634,613,28,987,9215,6610,339,1
К27,145,284,7810,66,174,814,264,043,312,91

Этот пример наглядно показывает, что аналитические методы расчетов токов К3 очень трудоемкий, особенно для электроустановок с большим количеством элементов 0,4 кВ.

Поэтому еще раз обращаем внимание на необходимости освоения и более широкого применения для практических расчетов компьютерных программ, в том числе, программа, которая разработана на кафедре РЗА ПЭИпк и успешно используется на многих энергообьектах (описание программы см. на стр. 3).

Источник: http://rza001.ru/komarov/11-knigi/nebrat/53-10-primer-rascheta-tokov-kz-v-seti-napryazheniem-04-kv

Расчёт и выбор автоматических выключателей

Как рассчитать ток КЗ и ток уставки для автоматического выключателя?

< Предыдущая СОДЕРЖАНИЕ Следующая >

Перейти к загрузке файла

1,2,3-ые фидеры: Синхронные генераторы

Выбираем QF1, QF2, QF3 серии ВА 74-40

4-ый фидер: Компрессор пускового воздуха

Выбираем QF4 серии А 3714

6-ой фидер: Шпиль

Выбираем QF6 серии А 3714

8,9,10,11-ые фидеры: Вентиляторы котельного отделения

Выбираем QF8, QF9, QF10, QF11 серии АК 50-3М .

РЩ 7

Выбираем QF7 серии А 3714 .

12-ый фидер: Первичный фидер трансформатора

Параметры трансформатор ТСЗМ-25:

Мощность: 25 кВт, КПД 98%

Выбираем QF12 серии А 3714 .

14-ый фидер: Электросковородка

Выбираем QF14 серии А 3714 .

15-ый фидер: Светильник

Выбираем QF15 серии АК 50-3М .

РЩ 13: Вторичный фидер трансформатор

Выбираем QF13 серии А 3714 .

ГРЩ 5

Выбираем QF5 серии ВА 74-43

Проверка остройки выбранных АВ электродвигателя от тепловых реле

– Четвёртый фидер: проходить.

  • – Шестой фидер: проходить.
  • – 8,9,10,11-ый фидеры: проходить.

Расчёт уставок расцепителя автомата в зоне токов короткого замыкания

4-ый фидер

Кратность пускового тока

Где: р – коэффициент, учитывающий бросок тока при переключении питания

– коэффициент, учитывающий допуск срабатывания расцепителя при токе короткого замыкания;

– коэффициент, учитывающий апериодический составляющий пускового тока.

6-ой фидер

Кратность пускового тока

.

.

8,9,10,11-ые фидеры

Кратность пускового тока

Выбираем АК 50-3М

.

12-ый фидер

Кратность пускового тока при включении трансформатора

.

  • ( – коэффициент, учитывающий отрицательный допуск на точность срабатывания расцепителя, .
  • 13-ый фидер

.

  • 14,15-ый фидеры:
  • 5. Выбор защитных реле

Реле обратного активного тока РОТ – 54Р

Реле активной мощности типа РМ – 55Р

6. Расчёт и выбор кабелей

1,2,3-й фидер:

Где: К1 – коэффициент учитывающий число жил кабеля;

0,85-двухжильный; 0,7-трехжильный.

К2 – коэффициент, учитывающий способ прокладки (при прокладке >6 кабелей в пучке равна 0,85; при прокладке 30 В и не более 10% при Uн 30 В;

силовых потребителей – не более 7% при длительном режиме работы и не более 10% при кратковременном и повторно-кратковременном режиме работы;

щита радиостанции и кабеля для зарядки аккумуляторных батарей – не более 5%.

От РЩ до АД < 6%.

1-ый фидер:

Где: r,x – активное и реактивное сопротивления кабеля, (мОм/м), определить по справочнику для данного сечения кабеля;

l – длина фидера (м).

2-ой фидер:

3-ий фидер:

4-ый фидер:

Принимаем , так как компрессор работает по кратковременному режиму.

По справочнику выбираем сечение 6 , предельно – допустимый ток 67А при кратковременном режиме. S=3×6 .

Потерь напряжения на кабеле:

6-ый фидер:

Принимаем , так как шпиль работает по повторно-кратковременному режиму.

По справочнику выбираем сечение 6 , предельно – допустимый ток 80А при повторно-кратковременному режиме, S=3×6 .

Потерь напряжения на кабеле:

8,9,10,11-ые фидеры:

По справочнику выбираем сечение 1 , предельно – допустимый ток 14А при длительном режиме. S=3×1 .

Потерь напряжения на кабеле:

8-ый фидер:

9-ый фидер:

10-ый фидер:

11-ый фидер:

Вторичный шит 7

По справочнику выбираем сечение 10 , предельно – допустимый ток 55А при длительном режиме. S=3×10 .

Потерь напряжения на кабеле

12-ый фидер:

По справочнику выбираем сечение 16 , предельно – допустимый ток 70А при длительном режиме. S= 3×16 .

Потерь напряжения на кабеле

13-ый фидер:

По справочнику выбираем сечение 35 , предельно – допустимый ток 118А при длительном режиме. S= 3×35 .

Потерь напряжения на кабеле

14-ый фидер:

По справочнику выбираем сечение 1,5 , предельно – допустимый ток 36А при повторно-кратковременному режиме. S=3×1,5 .

Потерь напряжения на кабеле

15-ый фидер:

По справочнику выбираем сечение 1 , предельно – допустимый ток 16А при длительном режиме. S=3×1 .

Потерь напряжения на кабеле

– От РЩ до EL1

.

– От EL1 до EL2

.

7. Расчёт провал напряжения при пуске асинхронного двигателя

Для заданной схемы рассчитаем провал напряжения при пуске шпиля в режиме стоянка в порту.

По таблицы нагрузок и справочнику:

Синхронного генератора:

+ номинальная мощность: ;

+ Индуктивное сопротивление рассеяния статорной обмотки: ;

+ Индуктивное сопротивление по продольной оси: ;

+ Индуктивное сопротивление по поперечной оси: ;

+ Индуктивное переходное сопротивление по продольной оси ;

+ Индуктивное сверхпереходное сопротивление по продольной оси

+ Взаймоиндуктивное сопротивление по продольной оси:

+ Взаймоиндуктивное сопротивление по поперечной оси:

+ Индуктивное сопротивление рассеяния роторной обмотки:

+ Индуктивное сопротивление рассеяния демпферной обмотки:

+ Индуктивное сверхпереходное сопротивление по поперечной оси:

+ Коэффициент взаимоиндукции

Предварительная начальная мощность:

; .

;

;

АД шпиля: ; ;

1. Проводимость асинхронного двигателя в моменте включения

Активная составляющая:

;

Реактивная составляющая:

2. Проводимость предварительной начальной нагрузки

Активная составляющая:

;

Реактивная составляющая:

.

3. Суммарная активных и реактивных проводимостей в моменте включения

;

.

4. Параметры генератора в исходном режиме

Продольная составляющая напряжения:

.

Поперечная составляющая напряжения:

5. Составляющие напряжения генератора с учётом демпферний обмотки

6. Провал напряжения генератора с демпферными обмотками в моменте включения

7. Составляющие напряжения генератора без учёта демпферных обмоток

8. Провал напряжения генератора без демпферных обмоток в первый момент

9. Провал напряжения генератора при пуске АД

10. Провал напряжения на кабеле при пуск АД

Красность пускового тока АД:

При номинальном режиме потерь напряжения на кабеле от ГРЩ до АД занимает 3,6% напряжения генератора. Поэтому провал напряжения на кабеле от ГРЩ до АД: %.

Выбираем кабель от ГРЩ до АД сечением 10

8. Расчёт токов короткого замыкания и проверка автоматических выключателей на термическую и электродинамическую устойчивость

8.1 Короткое замыкание происходит в точке К 1

Схема замещения

Базисные параметры

Сопротивления статорной обмотки генератора, приводящие к базисному

Сопротивления автоматических выключателей QF1, QF2, QF3, приводящие к базисному

Сопротивления кабелей, приводящие к базисному

Сопротивления фидеров

Для определения эквивалентного сопротивления двух генераторных ветвей воспользуемся комплексной формой их выражений:

;

Расчетные результирующие сопротивления цепи короткого замыкания

По расчетной кривой зависимости периодической составляющей тока КЗ от результирующего сопротивления цепи КЗ и времени, определяем:

;

Отношение

По кривой зависимости ударного коэффициента от отношения , определяем

Ударный ток от генератора при КЗ

A

Напряжения на ГРЩ

Где:

Ударный ток от АД при КЗ

Ударный ток в точке КЗ К1:

(

Источник: https://studwood.ru/1108709/matematika_himiya_fizika/raschyot_vybor_avtomaticheskih_vyklyuchateley

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.