Пожарная безопасность электроустановок / Agunov - Pozharnaya bezopasnost elektroustanovok 2012

130

Глава 3

где rф =ρ (l / Sф ), хф = a l — активное и индуктивное сопротивления проводника фазы участка цепи (Ом); r0 = ρ (l / S0), х0 =a l — активное и индуктивное сопротивление нулевого проводника (Ом) (здесь ρ — расчетное удельное сопротивление, равное 19 для меди

и32 для алюминия (Ом·мм2/км); l — длина участка цепи (км); Sф

иS0 — сечение проводника фазы и соответственно нулевого провода (мм2); а — среднее значение индуктивного сопротивления 1 км проводника, равное 0,07 для кабелей; 0,09 — для проводов, проложенных в трубе; 0,25 — для изолированных проводов, проложенных открыто, на роликах или изоляторах; 0,3 — для воздушных линий

низкого напряжения); rт = c / Sт, хт = d·rт — активное и индуктивное сопротивление фазы питающего трансформатора (Ом) (здесь Sт — мощность трансформатора (кВ·А); с — коэффициент, равный 4 для трансформаторов до 60 кВ·А; 3,5 — до 180 кВ·А; 2,5 — до 1000 кВ·А; 2,2 — до 1800 кВ·А; d — коэффициент, равный 2 для трансформато-

ров до 180 кВ·А; 3 — до 1000 кВ·А; 4 — до 1800 кВ·А); rд — добавочное сопротивление переходных контактов (Ом); zт(1) — расчетное полное сопротивление трансформатора току короткого замыкания на корпус (землю) (Ом).

При отсутствии данных о полном числе контактов и о переходных сопротивлениях в них, включая контакт в точке короткого замыкания, рекомендуется принимать для всех контактов добавочное активное сопротивление rд, равное:

–для распределительных щитов на подстанциях — 0,015 Ом;

–для первичных цеховых распределительных пунктов напряжением 380 В, питаемых радиальными линиями от щитов подстанций, — 0,02 Ом;

–для вторичных цеховых распределительных пунктов, щитов и на зажимах аппаратов, питаемых от первичных распределительных пунктов, — 0,025 Ом;

–для аппаратуры, установленной непосредственно у электроприемников (контакторы, пускатели и т. д.), получающих питание от вторичных распределительных пунктов, — 0,03 Ом.

Значения расчетных сопротивлений zт(1) понижающих трансформаторов со схемой соединения обмоток Y / Y0 и вторичным напряжением 0,4 / 0,23 кВ для случая однофазного короткого замыкания приведены в таблице 3.3.

Пожарная безопасность электрических сетей

131

Таблица 3.3

Расчетные сопротивления zт(1) понижающих трансформаторов мощностью до 1600 кВА с вторичным напряжением 0,4 / 0,23 кВ для случая однофазного короткого замыкания

при схеме соединения обмоток Y / Y0

	Мощность трансформатора, кВ·А	Первичное напряжение, кВ	zт(1), Ом
	25	6 и 10	3,11
	40	6 и 10	1,949
	63	6 и 10	1,237
		20	1,136
	100	6 и 10	0,779
		20 и 35	0,764
	160	6 и 10	0,487
		20 и 35	0,478
	250	6 и 10	0,312
		20 и 35	0,305
	400	6 и 10	0,195
		20 и 35	0,191
	630	6 и 10	0,129
		20 и 35	0,121
	1000	6 и10	0,081
		20 и 35	0,077
	1600	6 и10	0,054
		20 и 35	0,051

5. Отключающая способность Iпр аппарата защиты должна соответствовать токам короткого замыкания в начале защищаемого участка сети, гарантируя надежную работу без разрушения его корпуса. Для этого необходимо, чтобы

Iпр ≥ Iк.з. (н).

Ток трехфазного короткого замыкания периодической составляющей в начале защищаемого участка трехфазной сети (в месте установки аппарата защиты) независимо от режима нейтрали трансформатора определяется по формуле:

.

132

Глава 3

Ток двухфазного короткого замыкания составляет

.

Аппарат защиты должен срабатывать только в том случае, когда короткое замыкание происходит на участке цепи, защищаемом данным аппаратом, т. е. аппарат защиты должен работать избирательно (селективно). Под селективным действием аппаратов защиты следует понимать такую их работу, когда на появление сверхтоков (токов короткого замыкания, перегрузки и т. п.) реагирует только ближайший к месту повреждения защитный аппарат и не отключается последующий аппарат.

Селективность обеспечивается тогда, когда время срабатывания ближайшего к короткому замыканию аппарата защиты значительно меньше времени срабатывания последующего аппарата защиты. С учетом разброса защитных характеристик, для безусловного получения селективности, например предохранителей, необходимо, чтобы время отключения последующего предохранителя превосходило время отключения предохранителя ближайшего к месту повреждения не менее чем

tоткл. (2) ≥ (1,7 – 3)tоткл. (1).

Коэффициент 1,7 принимается для сетей обычного назначения, коэффициент 3 — для сетей особо ответственного назначения.

При одинаковых предохранителях с плавкими вставками из одного и того же материала для обеспечения селективного действия необходимо, чтобы номинальные токи плавких вставок последовательно включенных предохранителей отличались друг от друга на две ступени по шкале, т. е. выполнялось условие:

Iн.вст. (2) / Iн.вст. (1) ≥ 1,6 ÷ 2.

Для автоматов с тепловыми расцепителями селективность может быть обеспечена при условии:

Iн.тепл. (2) / Iн.тепл. (1) ≥ 1,5.

Пожарная безопасность электрических сетей

133

При защите участка сети автоматом с электромагнитным расцепителем максимального тока (электромагнитным реле) и тепловым реле селективность будет соблюдена, если

Iср.эл. м. / Iн.р.(н.нагр.) ≤ 10.

Если на участке сети вышестоящим является предохранитель, а ближайшим — тепловое реле магнитного пускателя, по условиям селективности необходимо, чтобы

Iн.вст. / Iн.р.(н.нагр.) ≤ 4.

Аппараты защиты следует устанавливать во всех местах сети, где сечение жилы проводника уменьшается (по направлению к местам потребления электроэнергии), или в местах, где это необходимо для соблюдения селективности, а также в местах присоединения защищаемых проводников к питающей линии.

3.8. Методика расчета электрических осветительных сетей

При расчете сечения проводов осветительных сетей рабочий ток, как правило, неизвестен. В таких случаях его находят через расчетную мощность электроприемников:

,

где Iр — рабочий ток (А); Uн — номинальное напряжение (В); Pp — расчетная мощность, т. е. фактическая мощность одного или группы электроприемников (Вт). Расчетную мощность определяют по формуле:

Pp = kc · Pу,

где Pу — установленная мощность, т. е. суммарная мощность всех электроприемников, входящих в данную электроустановку (Вт); kс — коэффициент спроса, т. е. величина, показывающая, какая часть

134

Глава 3

установленной мощности фактически расходуется (вследствие неодновременности работы электроприемников или работы их не на полную мощность).

Коэффициент спроса для различных электроустановок определяют опытным путем. Принятые значения коэффициента спроса для некоторых потребителей электроэнергии приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4

Коэффициент спроса осветительных нагрузок

	Наименование помещений и зданий,	Величина
		коэффициента
	в которых прокладываются провода и кабели
		спроса
	Жилые дома, торговые помещения, мелкие мастерские	1
	Библиотеки, столовые, административно-конторские здания	0,9
	Лечебные, детские, учебные заведения	0,8
	Большие производственные объекты	0,95
	Средние производственные объекты	0,85
	Склады, подвалы	0,6

По найденному рабочему току при проектировании также выбирают параметры аппаратов защиты; при этом следует учитывать назначение или вид сети.

В осветительных сетях пусковой ток Iпуск. электроприемников не превышает рабочий ток Iр более чем в 2,5 раза. При защите таких сетей плавкими предохранителями необходимо соблюдать следующее:

1. Номинальный ток плавкой вставки предохранителя во всех случаях должен быть больше или равен рабочему току, т. е.:

Iн. вст. ≥ Iр.

2. Если осветительные сети не подлежат обязательной защите от токов перегрузки, номинальный ток плавкой вставки предохранителя должен быть меньше или равен длительно допустимому току для выбираемого сечения, т. е.:

Iн. вст. ≤ Iдоп..

Пожарная безопасность электрических сетей

135

В силовых сетях пусковые токи электроприемников превышают их номинальные токи в 4–7 раз (например, у асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором). Плавкая вставка должна выдерживать такой пусковой ток. Поэтому в силовых или смешанных сетях номинальный ток плавкой вставки должен быть больше или равен максимальному кратковременному току, протекающему через предохранитель, деленному на коэффициент α, т. е.:

Iн. вст. ≥ Iмакс. / α,

где Iн. вст. — расчетная величина номинального тока плавкой вставки (А); Iмакс. — наибольшая величина кратковременного тока, протекающего через предохранитель (зависит от вида защищаемой сети) (А); α — коэффициент отстройки от тока перегрузки, зависящий от его типа, режима и условий пуска электродвигателей. Значения коэффициента α приведены в таблице 3.5.

								Таблица 3.5
	Коэффициент отстройки от тока перегрузки
		Рекомендуемые значения α
	Плавкий предохрани-	легкие условия пуска				тяжелые условия пуска
	тель (материал плавкой	(холостой ход меха-				(нагруженный механизм,
	вставки)	низма, продолжитель-				продолжительность раз-
		ность разбега до 10 с)				бега до 40 с)
	Инерционный типа ПРС	Iн. вст. ≥ Iр						3,75
	(свинец)
	Малоинерционный типа	3						2
	ПР (цинк)
	Безынерционный типа	2,5						1,6
	ПН (медь)
	Быстродействующий	I2	t			> I2	t
	типа ПНБ (серебро)			пуск.				пуск.
		н. вст.				пуск.

После определения Iн. вст. выбирают предохранитель с равным или ближайшим большим значением Iн. вст. для данного типа предохранителя.

136

Глава 3

Необходимое сечение провода или кабеля сети определяют с учетом того, что допустимый длительный ток прóвода или кабеля должен быть равен рабочему току электроприемников или больше его, т. е.:

Iдоп. ≥ Iр.

Рабочий ток нагрузки в осветительных и силовых сетях, как уже отмечалось выше, определяется расчетом.

При выборе номинальных токов тепловых расцепителей Iн.тепл. или нагревательного элемента теплового реле магнитного пускате-

ля Iн.нагр., а также номинальных токов электромагнитных расцепителей Iн.эл.маг. необходимо следовать формуле:

.

Чтобы избежать ложного отключения сети, правильность выбора указанных параметров необходимо проверить по формулам:

Iср. эл. маг. ≥ 1,5Iмакс.;

Iср. тепл. ≥ 1,25Iр,

где Iмакс. — максимальный кратковременный ток линии. Выбор сечений проводов и кабелей при защите сетей автоматами производится аналогично описанному выше для случая защиты электрических сетей плавкими предохранителями.

Ряд сетей подлежит обязательной защите от перегрузки. Такой защите подлежат:

–сети внутри помещений с открыто проложенными незащищенными проводами с наружными горючими оболочкой или изоляцией, а также выполненные защищенными проводниками, проводниками, проложенными в трубах, несгораемых строительных конструкциях и т. п.;

–силовые сети на промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, торговых помещениях в случаях, когда по

Пожарная безопасность электрических сетей

137

условиям технологического процесса или режиму работы может возникать длительная перегрузка проводов и кабелей;

– сети всех видов во взрывоопасных зонах (за исключением зон В-Iб и В-Iг) независимо от условий технологического процесса или режима работы.

Во всех остальных случаях сети защищаются лишь от токов коротких замыканий.

Сечение сетей, защищаемых от перегрузки, следует выбирать так, чтобы допустимый длительный ток прóвода или кабеля был равен рабочему току электроприемников или больше его. При этом допустимый длительный ток проводников Iдоп. должен быть не менее:

а) 125 % номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий (электромагнитный) расцепитель, для проводников с резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией;

б) 100 % номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный электромагнитный расцепитель, для кабелей с бумажной изоляцией;

в) 100 % номинального тока теплового расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки) для проводников всех марок, т. е.:

Iдоп. ≥ Iн. тепл.;

г) 100 % тока трогания тепловых расцепителей автомата с регулируемой характеристикой для проводов и кабелей с резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией;

д) 100 % номинального тока электродвигателя для проводников ответвлений к короткозамкнутым электродвигателям в невзрывоопасных помещениях, а также в зонах классов В-Iб и В-Iг;

е) 80 % тока трогания тепловых расцепителей автомата с регулируемой характеристикой для кабелей с бумажной изоляцией.

Согласно п. 3.1.8 ПУЭ электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения и требования селективности. В сетях,

138

Глава 3

защищаемых только от токов коротких замыканий (не требующих защиты от перегрузки), за исключением протяженных сетей, например сельских, коммунальных, допускается не выполнять расчетной проверки кратности тока короткого замыкания, если обеспечено условие:

– при защите предохранителями:

Iн. вст / Iдоп. ≤ 3;

– при защите автоматами только с максимальными электромагнитными расцепителями (отсечка):

Iср.эл.маг / Iдоп. ≤ 4,5;

– при защите автоматами с тепловыми расцепителями без регулирования тока срабатывания (независимо от наличия или отсутствия отсечки):

Iн. тепл. / Iдоп. ≤ 1;

– при защите автоматами с тепловыми расцепителями, имеющими регулировку тока срабатывания (если у автоматов есть электромагнитные расцепители, кратность их тока срабатывания не ограничивается):

Iср. тепл. / Iдоп. ≤ 1,5.

Электрические сети не должны допускать значительной потери напряжения. Для определения фактической потери напряжения

Uф в процентах пользуются следующей формулой:

,

где Pp — расчетная мощность (кВт); l — длина линии (м); s — сечение прóвода (мм2); c — коэффициент, учитывающий напряжение, систему питания и материал проводов. Значения коэффициента c приведены в таблице 3.6.

Пожарная безопасность электрических сетей

139

Таблица 3.6

Значение коэффициента с для определения (по упрощенной формуле) сечений проводников и потери напряжения в электропроводках

	Напря-		Коэффициент с
	жение	Система сети и род тока	для проводов
	прием-		мед-	алюми-
	ника, В		ных	ниевых
	500	Трехфазная	132	80
	660	Трехфазная	231	138
	380/220	Трехфазная с нулевым проводом	77	46
	380/220	Двухфазная с нулевым проводом	34	20
	220	Двухпроводная переменного или постоянного тока	12,8	7,7
	220/127	Трехфазная с нулевым проводом	25,6	15,6
	220/127	Двухфазная с нулевым проводом	11,4	6,9
	127	Двухпроводная переменного или постоянного тока	4,3	2,6
	110	Двухпроводная переменного или постоянного тока	3,2	1,4

Если сеть состоит из нескольких участков с разным сечением проводников и разными нагрузками, потери напряжения определяют на каждом участке отдельно и суммируют. Фактическую потерю напряжения (или ее суммарное значение) сравнивают с допустимой потерей напряжения на рассчитываемом участке сети или с общей допустимой потерей напряжения на всех участках силовой или осветительной сети.

3.9. Примеры расчета электрических осветительных сетей

Задача 3.1. Определить соответствие сечения и марки прóвода подачи электроэнергии к распределительному щиту учебного помещения. В помещении установлено электрооборудование на действующее напряжение 220 В: 16 ламп мощностью 150 Вт каждая; 2 лампы мощностью по 75 Вт; 8 ламп мощностью по 25 Вт; электронагревательные приборы мощностью 1,5 кВт. Подача электроэнергии к щиту выполнена открытой проводкой проводом АППВ — 2 × 4.