Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
49
6. Расчет зануления на отключающую способность
Цель работы – приобретение практических навыков в выборе параметров электрической сети и самостоятельном решении инженерной задачи расчета зануления на отключающую способность.
6.1.1. Изучить общие сведения о занулении: назначение, область его практического применения и основные принципы защиты человека от поражения электрическим током посредством зануления (ГОСТ 12.1.030-81, раздел 3 настоящих указаний).
6.1.2. Оценить степень своей готовности к дальнейшему выполнению работы, ответив на вопросы для самопроверки (раздел 4 настоящих указаний). Возможно коллективное обсуждение по данному пункту под руководством преподавателя.
6.1.3. Ознакомиться с методикой расчета зануления на отключающую способность (раздел 5 настоящих указаний).
6.1.4. Выполнить расчет зануления на отключающую способность, в том числе выполнить схему сети к расчету для данного варианта, осуществить выбор мощности трансформатора и параметров сети, выбор сечений фазного и нулевого защитного проводников, а так же типа и параметров защитного аппарата (раздел 6 настоящих указаний).
6.1.5. Проанализировать результаты расчета и сделать вывод о выполнении (невыполнении) условий надежного отключения поврежденного потребителя в заданно короткое время.
6.2. Содержание отчета.
6.2.1. Цели расчета.
6.2.2. Исходные данные по выполняемому варианту расчета.
6.2.3. Схема сети к расчету.
6.2.4. Выбор мощности трансформатора.
6.2.5. Расчет номинального тока плавкой вставки предохранителя или уставки тока срабатывания автоматического выключателя и выбор аппарата защиты.
6.2.6. Выбор сечений фазного и нулевого защитного проводников и расчет зануления на отключающую способность.
6.2.7. Анализ результатов расчета и оценка правильности выбора сечения нулевого защитного проводника и аппарата защиты.
6.2.8. Выводы.
6.3 Зануление в электроустановках. Общие положения
6.3.1. Зануление предназначено для защиты человека от поражения электрическим током при замыкании фазы на корпус электрооборудования.
6.3.2. Конструктивно зануление представляет собой преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением.
6.3.3. Принципиальная схема зануления в сети трехфазного тока до 1000В представлена на рис.6.1, где:
|
1 |
|
|
2 |
|
Ф |
|
|
НЗ |
|
|
Ro |
|
|
Rn |
|
|
Iк |
|
|
Iн |
|
|
Iз |
|
Рис.6.1 Принципиальная схема зануления в трехфазной сети до 1000В.
6.3.4. Принцип действия зануления в следующем: превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазным и нулевым защитным проводниками с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты, которая селективно отключит поврежденную электроустановку от сети).
Чем больше ток однофазного короткого замыкания Iк, тем быстрее и надежнее произойдет отключение поврежденного потребителя. Исходя из надежности отключения, ток однофазного короткого замыкания Iк должен значительно превышать уставку защиты, т.е. должно выполняться условие:
|
(6.1) |
||||
|
где |
|
|||
|
||||
|
||||
|
||||
|
Кроме того, заземление корпусов через нулевой защитный проводник снижает в аварийный период их напряжение относительно земли.
6.3.5 Таким образом, зануление осуществляет два защитных действия – быстрое автоматическое отключение поврежденной установки от питающей сети и снижение напряжения зануленных металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжением, относительно земли.
6.3.6. Область применения зануления – трехфазные, четырехпроводные сети до 1000В с глухозаземленной нейтралью источника тока, в том числе, наиболее распространенные сети 380/220В, а также, сети 220/127В и 660/380В [ 1 ].
6.3.7. Из рис.6.1 видно, что для схемы зануления необходимы нулевой защитный проводник (НЗ), глухое заземление нейтрали (Ro), повторное заземление нулевого защитного проводника (Rn).
6.3.8. Назначение нулевого защитного проводника в схеме зануления – обеспечить необходимое для отключения установки значение тока однофазного короткого замыкания (Iк) путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением. С этой целью подбирается нулевой защитный проводник с соответствующей проводимостью: проводимость нулевого защитного проводника должна составлять не менее 50 от полной проводимости фазного проводника:
|
(6.2) |
||
|
где |
|
6.3.9. Назначение заземления нейтрали обмоток источника тока, питающего сеть до 1000В – снижение напряжения зануленных корпусов (а, следовательно, нулевого защитного проводника) относительно земли до безопасного значения при замыкании фазы на землю.
6.3.10. Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника – снижение напряжения относительно земли зануленных корпусов в период замыкания фазы на корпус как при исправной схеме зануления, так и в случае обрыва нулевого защитного проводника.
6.3.11. Полный расчет зануления имеет целью - определить условия, при которых оно выполняет возложенные на него задачи – быстро отключает поврежденную установку от сети и, в то же время, обеспечивает безопасность прикосновения человека к зануленному корпусу в аварийный период. В соответствии с этим, зануление рассчитывают на отключающую способность, а также, на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю (расчет заземления нейтрали) и на корпус (расчет повторного заземления нулевого защитного проводника).
6.3.12. Задачей данной работы является расчет зануления на отключающую способность.
6.4.1. Цель расчета – определение такого сечения нулевого защитного проводника, при котором ток короткого замыкания (Iк) в заданное число раз (k) превзойдет номинальный ток аппарата защиты (Iном.за), что обеспечит селективное отключение поврежденного потребителя в заданное короткое время.
6.4.2. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
6.4.3. Схема сети к расчету зануления на отключающую способность приведена на рис.6.2 , где:
|
Тр |
|
|
РЩ-1 |
|
РЩ-2 |
|
|
АВ |
|
|
ЭД-1, ЭД-2 |
|
|
ПР |
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
ПР
Рис.6.2. Схема сети к расчету зануления на отключающую способность.
6.4.4. Для обеспечения надежного отключения поврежденного электроприемника в минимальное время, необходимо выполнение двух условий – 6.1 и 6.2:
|
или |
Расчет выполняется исходя из условия (6.2) и проверяется на выполнение условия (6.1).
6.4.5. Расчет величины тока короткого замыкания (Iк).
Значение Iк зависит от фазного напряжения сети Uф и сопротивлений цепи, в том числе, от полных сопротивлений трансформатора ZТ и петли (контура) фазный проводник – нулевой защитный проводник (петли фаза – нуль, Zп) и может быть рассчитано по формуле для вычисления действительного значения (модуля) тока короткого замыкания:
|
, A |
(6.3) |
Значение ZT зависит от мощности трансформатора, напряжения и схемы соединения его обмоток, а также от конструктивного исполнения трансформатора. Последовательность определения ZT приводится в 6.5.4.
Полное сопротивление петли фаза-нуль ZП в действительной форме (по модулю) равно :
, Ом (6.4)
где - активное сопротивление соответственно фазного и нулевого защитного проводников, Ом. Определение приведено в 6.5.8;
XП - индуктивное сопротивление петли фаза-нуль.
Индуктивное сопротивление петли фаза-нуль XП определяется выражением:
XП = XФ + XНЗ + Xвз (6.5)
где XФ , XНЗ - индуктивные сопротивления соответственно фазного и нулевого защитных проводников;
Xвз - внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль (сопротивление взаимоиндукции между фазным и нулевым проводами).
Для медных и алюминиевых проводников XФ , XНЗ сравнительно малы (около 0,0156 Ом/км), поэтому ими можно пренебречь.
Внешнее индуктивное сопротивление Xвз зависит от расстояния между проводами (D) и их диаметра (d). Поскольку d изменяется в незначительных пределах, влияние его также незначительно. Следовательно, Xвз зависит в основном от D (с увеличением расстояния растет сопротивление). Поэтому в целях уменьшения внешнего индуктивного сопротивления петли фаза-нуль нулевые защитные проводники прокладываются совместно с фазными или в непосредственной близости от них. При малых значениях D, соизмеримых с диаметром проводов d , т.е. когда фазный и нулевой проводники расположены в непосредственной близости один от другого, сопротивление Xвз незначительно (не более 0.1 Ом/км) и им можно пренебречь.
Тогда расчетная формула (6.3) принимает вид:
(6.6)
6.4.6. Для выбора аппарата защиты определяют величину номинального тока плавкой вставки Iном.вст. , исходя из максимального рабочего тока в цепи Imax с учетом пускового тока электродвигателя Iпуск.. Последовательность определения Iном.вст. и выбора аппарата защиты приведена в 6.5.5.
6.4.7. Проверка надежности отключения поврежденного электроаппарата.
Если значения расчетного тока короткого замыкания IK и номинального тока выбранного аппарата защиты Iном.з.а. удовлетворяют условию (1): IK Iном.з.а. , нулевой защитный проводник выбран правильно, т.е. отключающая способность системы обеспечена.
6.4.8. Таким образом, расчет зануления на отключающую способность является поверочным расчетом правильности выбора проводимости нулевого защитного проводника, а точнее, достаточности проводимости петли фаза-нуль.
6.5. Алгоритм расчета
6.5.1. Сформулировать цель расчета и решаемые при этом задачи (п.п.6.4.1, 6.4.2).
6.5.2. Привести исходные данные для расчета варианта, заданного преподавателем.
(Приложение В, таблица В.1).
6.5.3. Привести схему к расчету, соответствующую исходным данным , и указать участок цепи, выбранный для расчета (п.п.6.5.2. , 6.4.3., рис.6.2).
6.5.4. Определить полное сопротивление трансформатора ZT .
Тип трансформатора, напряжение на обмотках трансформатора (U1 /U2) и схема соединения его обмоток приведены в задании для расчета зануления (п.п. 6.5.2.- исходные данные (и на рис.6.2).
Определить мощность трансформатора Sтр. по формуле
(6.7)
где: Pэд-1 , Pэд-2 - номинальные мощности электродвигателей ЭД-1 и ЭД-2, кВт ;
Росв - осветительная нагрузка, кВт;
cos - коэффициент мощности соответствующей электроустановки (для ЭД-1, ЭД-2 – Приложение В, таблица В.2, для осветительной установки – исходные данные п.6.5.2.);
Кс - коэффициент спроса, определяемый по формуле:
(6.8)
где: Кз - коэффициент загрузки электродвигателя (Приложение В, таблица В.2);
д - к.п.д. электродвигателей (Приложение В, таблица В.2).
Рассчитанное значение мощности трансформатора Sтр округлить до ближайшего стандартного и выбрать расчетное сопротивление трансформатора ZТ (Приложение В, таблицы В.1, В.3, В.4).
6.5.5. Выбрать аппарат защиты в цепи электродвигателя.
Номинальный ток защитного аппарата (плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания расцепителя автоматического выключателя) Iвст. определяется из условия:
Iвст. Imax (6.9)
где: Imax - максимальный рабочий ток в цепи, А.
Максимальный рабочий ток цепи определяется по формуле;
(6.10)
где: Pном. - номинальная мощность нагрузки , присоединенной к линии, кВт (мощность ЭД-1 или ЭД-2 на участке линии l2 (Приложение В, таблица В.2);
Uном. - номинальное напряжение, В;
cos - коэффициент мощности нагрузки (ЭД1 или ЭД2).
При выборе плавких вставок в цепях электродвигателей учитывают их пусковые токи Iпуск.:
(6.11)
(6.12)
где: Iном. = Imax - рабочий ток в цепи, А.
KП - коэффициент пуска, приведенный в характеристике электродвигателя (Приложение В, таблицы В.3, В.4) [1-3].
Плавкую вставку выбирают по наибольшему из токов Iвст. , рассчитанных по (6.9), (6.11) и (6.12) .
Пользуясь данными таблиц 21, 22 [4] или приложения В, таблицы В.15,В.16 выбрать соответствующий защитный аппарат (предохранитель, автоматический выключатель).
6.5.6. Выбрать сечение фазного проводника Sф из условия максимально допустимого нагрева:
(6.13)
где: Iдоп. - длительный допустимый из условий нагрева ток нагрузки проводника, А;
Imax - максимальный рабочий ток в цепи, определяемый по формуле (6.10)
где: Pном. - номинальная мощность нагрузки, кВт; для участка линии l1 (рис.6.2), она равняется мощности трансформатора Sтр, определяемой по формуле (6.7), а для участка l2 - мощности ЭД-1 или ЭД-2 (п. 6.5.2. – исходные данные).
Выбор сечений фазного провода для участков l1 (Sфl1) и l2 (Sфl2) , соответствующих расчетным токам Imaxl1 и Imaxl2 производится по ПУЭ (таблица 1.3.4.-1.3.25) или приложению В,таблицы В.5-В.14, с учетом исходных данных (по заданию преподавателя).
6.5.7. Выбрать сечение нулевого защитного провода Sн.з. , исходя из условия (6.2), Rн.з. 2Rф.
Если фазный и нулевой защитный проводники выполнены из одного металла, то
Sн.з. 0.5Sф. (6.14)
если же из разных металлов, например, фазный - из меди, а нулевой защитный - из алюминия, то
Sн.з. 0.8Sф. (6.15)
По ПУЭ (таблицы 1.3.4.-1.3.25) или приложению В (таблицы В.5-В.14) выбрать ближайшие стандартные значения Sн.з l1 и Sн.з l2 , удовлетворяющие условию (6.14) или (6.15) [1-3].
6.5.8. Определить сопротивления фазного Rф и нулевого защитного Rн.з. проводников.
Расчетная формула для определения активного сопротивления:
, Ом (6.16)
где: - удельное сопротивление проводника, равное для меди 0.018 , а для алюминия - 0.028 Оммм2/м;
l -длина проводника, м;
s - сечение проводника, мм2 .
Значение сопротивлений Rф и Rн.з. определяются как суммы сопротивлений отдельных участков цепи l1 и l2, которые характеризуются разными сечениями:
Rф = Rфl1 + Rфl2 ,Ом (6.17)
Rн.з. = Rн.з.l1 + Rн.з.l2 , Ом (6.18)
Рассчитать сопротивления фазного и нулевого защитного проводников на участке магистрального кабеля 1 длиной l1 (Rфl1 и Rфl1) и на участке ответвления 2 к зануленному электродвигателю длиной l2 (Rфl2 и Rфl2) и определить полное сопротивление фазного Rф и нулевого защитного Rн.з. проводников по формулам (6.16), (6.17) и (6.18) соответственно.
6.5.9. Определить действительное расчетное значение тока короткого замыкания IК по формуле (6.6).
6.5.10. Проверить правильность выбора нулевого защитного проводника.
С этой целью сравнить значение расчетного тока короткого замыкания Iк.расч. , полученное в п.6.5.9. , с величиной требуемого минимально допустимого тока однофазного короткого замыкания Iк. min , определяемой из условия (6.3): Iк. min KIном.з.а. и значения номинального тока, выбранного в п.6.5.5. защитного аппарата Iном.з.а. .
Если значение расчетного тока однофазного короткого замыкания Iк.расч. превышает значение наименьшего допустимого по условиям срабатывания защиты Iк. min , нулевой защитный проводник выбран правильно, т.е. отключающая способность системы зануления обеспечена.
Если Iк.расч. Iк. min , т.е. условие (6.1) не выполняется делается следующее приближение: увеличивается сечение нулевого защитного проводника, выбирается другой защитный аппарат с меньшим значением номинального тока и расчет повторяется, пока условие (6.1) не будет выполнено.
6.5.11. Расчет заканчивается выводом
Выбранные элементы схемы и их параметры обеспечивают надежное срабатывание защиты и отключение электродвигателя в случае его повреждения в заданно короткое время.
Результаты расчета представить в виде табл.6.1.
Таблица 6.1. Результаты расчета зануления на отключающую способность
Трансформатор |
Защитный аппарат в цепи электродвигателя |
Фазный проводник |
Нулевой защитный проводник |
|
- Тип: - Мощность Sтр = - Полное сопротивление Zтр= |
- Вид, тип: - Номинальный ток Iном = |
1)На участке от трансформатора до распределительного щита РЩ-1 (l1); |
|
|
- Тип: - Сечение Sфl1= |
- Тип: - Сечение Sн.з.l1= |
||
|
2) На участке от распределительного щита до электродвигателя (lД) |
|||
|
- Тип: - Сечение Sфl2 |
- Тип: - Сечение Sн.з.l2 |
6.6. Контрольные вопросы
Литература