Методика проверки эффективности работы защиты при косвенном прикосновении в сетях TN при питании через понижающий трансформатор.

При системе заземленияТN, любое повреждение изоляции превращается в однофазное КЗ между фазным и PE(PEN) проводником из-за непосредственной связи отрытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью источника питания. Таким образом, автоматическое отключение питание эффективно, если ток повреждения изоляции достаточен для срабатывания защиты от сверхтока и время ее работы не превышает максимально допустимого, зависящего от фазного напряжения сети. Это условие должно быть обеспечено на этапе проектирования электроустановки путем наложения минимальных значений тока КЗ на время-токовую характеристику аппарата защиты на всех уровнях системы электроснабжения [20,29].

 

В случае если защитный аппарат предохранитель необходимо проверить, что выполняется условие (рисунок 2.1, а):

 

(2.3)

 

где t₁ – время срабатывания предохранителя при однофазном КЗ I⁽¹⁾_K, с; t₀ – нормированное время срабатывания предохранителя, зависящие от номинального напряжения сети, принимается согласно таблице 1.7.79,[10] с;

В случае если время срабатывания предохранителя, при токе I⁽¹⁾_K находиться в диапазоне 5с ≥ t ₁ ≥ t ₀ защита при косвенном прикосновении согласно [10] гарантируется только в цепях, питающих групповые щиты.

Проверка возможности применения плавких предохранителей по условию отключения участка сети в течение нормируемого времени требует индивидуальной оценки номинальных параметров каждого предохранителя. Очевидно, что при всем разнообразии электроприемников на напряжении 0,4 кВ, сопоставление время-токовых характеристик предохранителей и токов однофазных КЗ очень трудоемкая задача, затягивающая процесс проектирования.

Если защитный аппарат – автоматический выключатель, то достаточно проверить, что величина тока однофазного КЗ превышает уставку тока срабатывания отсечки (рисунок 2.1, б):

 

(2.4)

 

где I_ТО – уставка срабатывания токовой отсечки автоматического выключателя, А. В этом случае размыкание контактов автоматического выключателя происходит за время намного меньшее, чем установленное допустимое время в таблице 1.7.79 [10], так полное время отключения токоограничивающих выключателей составляет менее 10 мс (при отключении предельных токов), нетокоограничивающих выключателей – 40 мс.

Селективные автоматические выключатели должны применяться для питания распределительных щитов, так как при этом допустимо использовать регулировку селективной отсечки (обычно от 0,1 до 0,7 с). Следует отметить, что при определении максимального значения уставки срабатывания токовой отсечки автоматического выключателя необходимо учитывать допустимый разброс по току срабатывания, заявленный производителем оборудования. В общем случае согласно [30] максимально допустимый разброс по току срабатывания токовой отсечки составляет ±20%.

 

а) б)

Рисунок 2.1 – Время-токовая характеристика:

а) предохранителя; б) автоматического выключателя.

 

Анализируя время-токовые характеристики (рисунок 2.1. а, б) аппаратов защиты можно сделать вывод о том, что максимальное время отключения аппаратом защиты тока повреждения будет при минимальном значении тока КЗ. Методика определения минимального тока КЗ по точным и упрощенным метода рассмотрена в [6].

На основании проведенного в [6] сравнения точных и приближенных методов расчета тока КЗ, можно сделать вывод о том, что для практической оценки величины тока однофазного КЗ в сетях типа ТN может быть использовано выражение

 

(2.5)

 

где L – длина проводника; ρ – удельное сопротивление, принимаемое по таблице 2.1 в зависимости от целей расчета; S – сечение фазного проводника, m=S/ S_PE.

Таблица 2.1

Значения сопротивления проводников

Цель расчета	Сопротивление	Величина сопротивления, Ом мм2/м)	Участвующие в расчете проводники
Медь	Алюминий
Максимальные токи КЗ	ρ о = ρ	0,0175	0,0294	Фаза-N
Минимальные токи КЗ Если защитный аппарат:	Предохранитель ρ 2=1,5· ρ о	0,028	0,044	Фаза-N
Авт.выключатель ρ 2=1,25· ρ о	0,023	0,037	Фаза-N
Ток повреждения в схеме TN и IТ	ρ 1=1,25· ρ о	0,023	0,037	Фаза-PE(PEN)N

Примечание: ρ₀ – удельное сопротивление проводников при 20⁰С равные 0,0175 Ом· мм²/м для меди и 0,02941 Ом· мм²/м для алюминия.

 

Выражение (2.5) дает хорошие результаты, если расчетная точка КЗ находится на зажимах электроприемника, подключенного к сборкам II уровня системы электроснабжения. Для двигателей, питаемых непосредственно с ГРЩ (особенно при длинах до 100 м) должны применяться точные методы расчета тока КЗ, так как в этом случае пренебрежение сопротивлением трансформатора и дуги при расчете тока КЗ становится недопустимым и приводит к погрешностям больше допустимых по [24]. Выражение (2.5) применимо в случае, если питающий трансформатор имеет схему соединений Д/Yо или Y/Z и PE (PEN) проводник проложен в непосредственной близости от фазных проводников [6].

Решая совместно (2.4) и (2.5), в которых принято I⁽¹⁾_K = I _ТО, L = L_m, получаем выражение для максимально допустимой длины кабеля L_m, при которой обеспечивается требуемый уровень токов однофазных КЗ для гарантированного автоматического отключения питания:

 

(2.6)

 

 

Таким образом, условие (2.2) преобразуется до следующего вида:

 

 

L < L_m, (2.7)

 

 

где L – фактическая длина проверяемой линии, м; L_m – максимально допустимая длина линии, по условию обеспечения защиты при косвенном прикосновении, м.

На основании выражения (2.6) в [6] были получены максимальные длины кабельной линии, в зависимости от величины уставки срабатывания токовой отсечки автоматического выключателя, при которых обеспечивается защита при косвенном прикосновении. Результаты расчета представлены в таблице 2.2. Данные таблицы 2.2 действительны только в том случае, если PE проводник проложен в непосредственной близости от фазных проводников, без включения между ними ферромагнитных материалов. Таблица 2.2 составлена при условии, что PE и фазный проводники выполнены из одного материала (меди). В случае если защитный проводник выполнен из другого материала данные таблицы 2.2 должны быть скорректированы с учетом проводимости PE проводника в медном эквиваленте.

Таблица 2.2

Максимальная длина (м) кабельной линии в системе TN к однофазному или трехфазному электроприемнику при напряжении питающей сети 220/380 В, при которой обеспечивается защита при косвенном прикосновении.

 

S, сечение проводников, мм2	Ток уставки токовой отсечки автоматического выключателя IТО, А
1,5
2,5