Основы расчета тока короткого замыкания при занулении

Расчет тока короткого замыкания выполняется для наиболее мощного, а также наиболее удаленного потребителя.

Методику расчета поясним на примере оборудования сварочного участка (рисунок 3.10). В цеховой подстанции 12, установлен трансформатор 6/0,4 кВ, мощностью 400 кВА. Сеть 6 кВ имеет изолированную нейтраль, а на стороне 0,4/0,23 кВ нейтраль трансформатора заземлена. Подключение сварочных выпрямителей 2 происходит медным четырехжильным кабелем 3 с сечением жил 16 мм ². Сварочные выпрямители ВДУ-504 имеют защитные предохранители с номинальным током плавкого элемента 100 А. Участок от распределительного шкафа 6 до цеховой подстанции 12 выполнен алюминиевым шинопроводом ШРА с сечением шин 100 х 8 мм. Нулевой провод представляет собой стальную шину сечением 40 х 6 мм.

Целью расчета является определение надежности сгорания предохранителей, то есть ток короткого замыкания должен превышать ток плавкой вставки не менее чем в 3 раза.

Ток короткого замыкания определяется по формуле (3.5).

В нашем случае сопротивление петли "фаза - нуль" состоит из сопротивления алюминиевого фазного шинопровода длиной 28 м - , медного фазного провода длиной 40 м - , медного нулевого провода длиной 40 м - , стальной шины длиной 40 м - и индуктивного сопротивления трансформатора - :

, (3.6)

Емкостным сопротивлением проводов и активным сопротивлением трансформатора пренебрегаем из-за их малой величины. В справочниках даны полные сопротивления обмоток трансформаторов , поэтому принимаем . Для трансформатора мощностью 400 кВА индуктивное сопротивление обмотки = 0,129 / 3 = 0,043 Ом.

Активное сопротивление алюминиевого или медного проводника , Ом, вычисляется по формуле:

, (3.7)

где - удельное сопротивление проводника прохождению тока, Ом ^.мм²/м; (для меди = 0,018 Ом ^.мм²/м, для алюминия – 0,028 Ом ^.мм²/м, для стали удельное сопротивление = 0,7 Ом ^.мм²/м (максимальное значение);

- длина проводника, м;

- площадь сечения проводника, мм².

1 - кабина электросварщиков; 2 - сварочные выпрямители; 3 - кабель;

4 - вентилятор; 5 - воздуховоды для подачи свежего воздуха;

6 - комната отдыха; 7 - распределительный шкаф; 8 - полуавтоматические станки для сварки под слоем флюса; 9 - воздуховоды местного отсоса;

10 - алюминиевый шинопровод; 11 - стальная шина зануления;

12 - цеховая подстанция; 13 - силовой трансформатор 6 / 0,4 кВ;

14 - стена из кирпича; 15 - механический участок; 16 - металлическая перегородка высотой 3 м; 17 - металлическая стена

Рисунок 3.10 - Схема расположения оборудования на сварочном участке

Сопротивление петли "фаза - нуль" определяется по формуле (3.6):

= [ ( 0,028 ^. 28 / 800 + 0,018 ^. 40 /16 + 0,018 ^. 40 /16 + 0,7 ^. 28 / 240)² +

+ 0,043² ]^1/2 = 0,24 Ом.

= 0,24 Ом.

Ток короткого замыкания = 220 /0,24 = 916 А.

То есть ток больше тока плавкой вставки предохранителя в 9 раз, что значительно больше требуемого значения (ток должен превышать ток плавкой вставки не менее чем в 3 раза).

Задача 3.9.1

Помещение цеха 20 x 40 м. По одной стороне помещения выполнено заземляющее устройство сопротивлением 30 Ом. В углу помещения расположен распределительный щит (РЩ), а в противоположном углу (по диагонали помещения) – токарный станок. Подключение станка производится с помощью трехжильного медного кабеля, сечение жил 4 мм² . В качестве зануляющего проводника используется стальная полоса сечением 4 x 12 мм, проложенная вдоль всех четырех стен помещения. Силовой трансформатор имеет на вторичной обмотке линейное напряжение 380 В, общее сопротивление обмоток – 0,3 Ом, нулевая точка трансформатора заземлена, сопротивление заземления 4 Ом. Трансформатор расположен на расстоянии 100 м от помещения (от РЩ), ток поступает по алюминиевому четырехжильному кабелю сечением 16 мм². Ток плавкой вставки предохранителя I_пл двигателя станка 50 А.

Нарисовать схему, показать путь тока при занулении, определить ток короткого замыкания и отношение I_к.з / I_пл.

Рисунок 3.11 – Схема зануления токарного станка

Решение

Ток короткого замыкания при занулении токарного станка определяется по формуле:

I_к.з = U_ф / [(R₁ + R₂ + R_3,4 + R₅ ]^1/2, (3.8)

где I_к.з – ток короткого замыкания, А;

U_ф – фазное напряжение сети, В;

R₁, R₂ – активные сопротивления фазных проводников первого и второго участков, Ом;

R_3,4, R₅ – активные сопротивления нулевых проводников третьего, четвертого и пятого участков, Ом;

Z_тр – полное сопротивление трех обмоток силового трансформатора, Ом.

Активное сопротивление проводников прохождению тока определяется по формуле (3.7).

Сопротивление проводника первого участка

R₁ = 0,028 ^. 100 / 16 = 0,175 Ом.

Сопротивление проводника второго участка

R₂ = 0,018 ^. 60 / 4 = 0,27 Ом.

Ток короткого замыкания от станка до распределительного щита идет по двум участкам заземляющей полосы 3 и 4 (рисунок 3.11). При параллельном соединении проводников третьего и четвертого участков общее сопротивление определяется по формуле:

R _3,4 = (R₃ ∙ R₄ ) / (R₃ + R₄ ), (3.9)

Общее сопротивление третьего и четвертого участков

R _3,4 = 0,3125 Ом.

Сопротивление пятого участка равно сопротивлению первого участка

R₅ = R₁ = 0,175 Ом.