Выбираем сечение кабеля по длительно-допустимому току, проверяем по потере напряжения и срабатыванию защитного аппарата при однофазном коротком замыкании.
Выбор сечения кабеля по длительно-допустимому току
Используем ГОСТ 31996-2012 табл. 19-22 "Длительно-допустимые токовые нагрузки для кабелей с ПВХ-изоляцией и изоляцией из сшитого полиэтилена".
ПУЭ Глава 1.3. Обращаем внимание на пункты:
1.3.9 При определении допустимых длительных токов для кабелей, неизолированных и изолированных проводов и шин, а также для жестких и гибких токопроводов, проложенных в среде, температура которой существенно отличается от приведенной в 1.3.12-1.3.15 и 1.3.22, следует применять коэффициенты, приведенные в табл. 1.3.3.
1.3.10 Допустимые длительные токи для проводов и кабелей, проложенных в коробах, а также в лотках пучками, должны приниматься: для проводов - по табл. 1.3.4 и 1.3.5 как для проводов, проложенных в трубах, для кабелей - по табл. 1.3.6-1.3.8 как для кабелей, проложенных в воздухе.
1.3.16 Допустимые-длительные токи для одиночных кабелей, прокладываемых в трубах в земле, должны приниматься как для тех же кабелей, прокладываемых в воздухе, при температуре, равной температуре земли.
табл. 1.3.6, 1.3.7 Длительно-допустимые токовые нагрузки для кабелей с ПВХ-изоляцией.
Расчет выбора сечения кабеля удобно оформлять в виде таблицы
Для кабеля №1 длительно-допустимый ток кабеля АВВГ 4х70мм2, проложенного в земле (в трубе) Iдд=161А (ГОСТ 31996-2012 табл.21, «в воздухе»). С учетом понижающего коэффициента из той же таблицы (К1=0,93 прим.) и понижающего коэффициента на прокладку кабеля в трубе (ПУЭ п.1.3.10) окончательно получаем Iдд=161*0,93*0,92=137,8А. Ток плавкой вставки защитного аппарата для данного кабеля 125А < Iдд, следовательно, от перегрузки кабель защищен.
Для кабеля №2 длительно-допустимый ток кабеля АВБбШв 4х35мм2, проложенного в земле Iдд=123А (ГОСТ 31996-2012 табл.21). С учетом понижающего коэффициента из той же таблицы (К1=0,93 прим.) получаем Iдд=123*0,93=114,4А. Ток плавкой вставки защитного аппарата для данного кабеля 100А < Iдд, следовательно, от перегрузки кабель защищен.
Далее, проверяем кабели по потере напряжения.
Если в траншее прокладывается несколько кабелей, при расчетах Iдд учитывается понижающий коэффициент из табл. 1.3.26 ПУЭ.
Проверка сечения кабеля по потере напряжения
Справочная литература: "Справочник по расчету проводов и кабелей" Ф.Ф. Карпов, В.Н. Козлов.
Потеря напряжения для заданного участка определяется по формуле:
dU=М*du, где:
М – момент нагрузки кВт*км, равный произведению активной нагрузки на данном участке линии (Pрасч, кВт) на длину данного участка (км);
du - потеря напряжения в кабельной линии из расчета на кВт*км, . Зависит от сечения кабеля и коэффициента мощности, определяется по таблицам для конкретного напряжения, марки кабеля и способа прокладки.
Для кабеля №1 dU=М*du=40кВт*0,017км*0,363 =0,247%
Для кабеля №2 dU=М*du=40кВт*0,185км*0,487 =3,604%
Допустимая потеря напряжения от шин ТП до наиболее удаленного электроприемника не должна превышать 5%. Таким образом, если от ГРЩ до наиболее удаленного электроприемника потеря составляет менее 1,4%, то сечение кабеля №2 можно не увеличивать.
Проверка срабатывания защитного аппарата при однофазном коротком замыкании.
ПУЭ п. 7.3.139: В электроустановках до 1кВ с глухозаземленной нейтралью в целях обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем в 4 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя и не менее чем в 6 раз ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику. При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель (без выдержки времени), следует руководствоваться требованиями, касающимися кратности тока КЗ и приведенными в 1.7.79.
ПТЭЭП п.28.4: При замыкании на нулевой защитный проводник ток однофазного короткого замыкания должен составлять не менее:
- трехкратного значения номинального тока плавкой вставки предохранителя;
- трехкратного значения номинального тока нерегулиремого расцепителя автоматического выключателя с обратнозависимой от тока характеристикой;
- трехкратного значения уставки по току срабатывания регулируемого расцепителя автоматического выключателя обратнозависимой от токахарактеристикой;
- 1,1 верхнего значения тока срабатывания мгновенно действующего расцепителя (отсечки).
ПУЭ п.1.7.79: В системе TN время автоматического отключения питания не должно превышать значений, указанных в табл.1.7.1 (ПУЭ).
Приведенные значения времени отключения считаются достаточными для обеспечения электробезопасности, в том числе в групповых цепях, питающих передвижные и переносные электроприемники и ручной электроинструмент класса 1.
В цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и др. щиты и щитки, время отключения не должно превышать 5 с.
Порядок расчета
Используемая литература:
· Шаповалов И. Ф. Справочник по расчету электрических сетей.
· Рекомендации по расчету сопротивления цепи «фаза-нуль» (Главэлектромонтаж).
Формула для определения однофазного тока КЗ, А:
Uф – напряжение сети, В;
Zт – полное сопротивление трансформатора току однофазного КЗ на корпус, Ом; определяется по таблице ниже.
Zц – полное сопротивление «фазный провод – нулевой провод», Ом.; складывается из полного сопротивления цепи току КЗ с учетом активных и индуктивных сопротивлений петли «фаза-нулевой проводник» и сопротивления контактов защитного аппарата на вводе/выводе линии.
Рекомендации по расчету сопротивления цепи «фаза-нуль» (Главэлектромонтаж): если в качестве нулевого защитного проводника используется четвертая жила или металлическая оболочка кабеля, то его внешнее индуктивное сопротивление мало и при расчетах не учитывается. В этом случае учитывается только активное сопротивление.
При отсутствии достоверных данных о контактах и их переходных сопротивлениях рекомендуется при расчете токов КЗ в сетях, питаемых трансформаторами мощностью до 1600 кВ·А включительно, учитывать их суммарное сопротивление введением в расчет активного сопротивления:
1) для распределительных устройств на станциях и подстанциях 0,015 Ом;
2) для первичных цеховых распределительных пунктов, как и на зажимах аппаратов, питаемых радиальными линиями от щитов подстанций или от главных магистралей 0,02 Ом;
3) для вторичных цеховых распределительных пунктов, как и на зажимах аппаратов, питаемых от первичных распределительных пунктов 0,025 Ом;
4) для аппаратуры, установленной непосредственно у электроприемников,
получающих питание от вторичных распределительных пунктов 0,03 Ом.
Исходный данные:
Трансформатор масляный, мощностью 630кВА, соединение обмоток треугольник/звезда. Расчетное сопротивление определяем по таблице выше, Zт/3=0,014 Ом.
Кабель №1: АВВГ 4х70мм.кв, L=17м, линия защищается предохранителем с номиналом плавкой вставки 125А. Полное удельное сопротивление фазной и нулевой жилы определяем по таблице выше 1,054 Ом/км. В перерасчете на длину линии Zп1=1,054*0,017=0,018 Ом.
Кабель №2: АВБбШв 4х50мм.кв, L=185м, линия защищается автоматическим выключателем номиналом 100А. Полное удельное сопротивление фазной и нулевой жилы определяем по таблице выше 1,48 Ом/км. В перерасчете на длину линии Zп2=1,48*0,185=0,274 Ом.
Согласно рекомендаций Главэлектромонтажа, переходное сопротивление контактов принимаем 0,02 Ом, индуктивное сопротивление кабелей не учитываем.
В итоге, получаем полное сопротивление цепи «фаза-ноль»: Zц=Zп1+Zп2+0,02=0,018+0,274+0,02=0,312Ом
Согласно ПТЭЭП, расчтеный ток КЗ должен быть в 1.1 раза больше верхнего значения тока срабатывания мгновенно действующего расцепителя (отсечки). Для автоматического выключателя с характеристикой С это значение 10In. Таким образом, чтобы автоматический выключатель номиналом 100А с характеристикой С отключился за время менее 0,1сек, необходим ток КЗ, превышающий значение 100*10*1,1=1100А.
Расчетный ток КЗ:
В результате расчетов оказалось, что расчетная величина возможного тока КЗ в линии не превышает требуемое значение тока КЗ (1100А). Соответственно, нужно заменить выключатель на аналогичный по номиналу, но с характеристикой В, верхний предел значения тока срабатывания мгновенного расцепления такого выключателя будет равен 100*5*1,1=550А, что < 675А.
Значение тока срабатывания мгновенного расцепления (для защиты от токов КЗ) для выключателей с характеристикой В - 3..5In, с характеристикой С - 5..10In, с характеристикой D - 10..20In. Выбирая характеристику автоматического выключателя необходимо, чтобы расчетный ток КЗ был больше в 1,1 раза верхнего предела значения тока срабатывания, в противном случае отключение может не произойти.
Таким образом, для АВ с характеристикой:
- В Iрасч.КЗ>In*5*1,1;
- С Iрасч.КЗ>In*10*1,1;
- D Iрасч.КЗ>In*20*1,1.
Помимо замены автоматического выключателя, можно увеличить сечение кабеля, что не всегда помогает.
В том случае, если у вас реконструируемый объект и Вы, подключая новых потребителей, ставите щиток, необходимо получить данные о мощности питающего трансформатора и линиях питания до нового щитка. Это весьма проблематично, поэтому на действующих объектах сопротивление цепи «фаза-нуль», как правило, выполняется только путем фактического измерения. На стадии проектирования можно запросить сделать замеры сопротивления цепи «фаза-нуль» существующей цепи (в точке подключения нового щитка), к этому значению добавить сопротивление проектируемой линии и определить токи КЗ.
На новых объектах эти данные предоставляет владелец сети, к которой предполагается выполнить подключение.
Если подключение происходит двумя параллельными кабелями, то для расчета активного сопротивления можно использовать значение активного сопротивления для удвоенного сечения, индуктивное сопротивление оставляем таким же.
