Всем привет! Настало время поговорить о токах короткого замыкания и их расчетах. Но для начала хотел бы в целом рассказать предысторию написания статьи. Когда-то с расчетом тока короткого замыкания у меня совсем не получалось, и в действительности, как показала практика и дискуссии на моем канале, данный расчет пожалуй самый сложный из всех, если рассматривать область проектирования внутренних электроустановок. Причин на то достаточно:
- необходимо большое количество значений о сопротивлениях элементов групповых цепей;
- необходимы значения сопротивлений цепи от трансформаторной подстанции до нашего распределительного щита;
- необходимы данные о трансформаторе электроснабжения;
- необходимы вспомогательные данные для расчета;
- необходимо дополнительные расчеты на основание токов КЗ;
- устаревший, но действующий ГОСТ 28249-93, который необходимо сделать понятнее.
- плохие (не конкретизированные) примеры в сети интернета и ГОСТах.
Как со всем этим быть? Очень просто, на мой взгляд в 21 веке, когда весь мир напичкан вычислительными машинами, программами и возможностями визуализации, такого быть не должно! Из ситуации есть определенные выходы, например пользоваться какой-нибудь сертифицированной программой, или уже готовым шаблоном. Однако и они не всегда дают понимание, на что они ссылаются при расчетах, откуда и почему выбирали те или иные значения, а самое главное какими документами руководствовались. Ведь для любого проектировщика знание основы дает возможность лучше моделировать все процессы в цепи, подкрепляя интерес к самой деятельности! Эта статья ровным счетом составлялась мной не одну неделю, а то что я применил в шаблоне "расчет тока однофазного КЗ" может приятно удивить каждого специалиста в области проектирования электроустановок! В шаблоне указано все до мелочей и конечно же все ссылки на нормативные документы, которыми я пользовался при разработке данного шаблона. И да, шаблон я тоже составлял не быстро, очень долго, с перерывами конечно, но дело довел до конца. Кстати в конце статьи будет тот самый шаблон, который можно будет скачать за бесплатно, не в каком-то ограниченном варианте, не за подписки и т.д (короче без подводных камней). На канале было несколько видео посвященные этому шаблону. В данной статье я преимущественно буду использовать только созданные мною графические материалы. Ровным счетом и статья эта будет не маленькая, а в привычной для себя манере я постараюсь максимально качественно донести до вас всю необходимую информацию, поэтому пойдем от шага к шагу и разобьем данную статью на необходимые вопросы:
1. Что такое ток короткого замыкания? Правильная терминология. Визуализация!
2. Последствия тока короткого замыкания.
3. Необходим ли расчет токов короткого замыкания при проектирование внутреннего силового электрооборудования и электрического освещения?
4. Где в документации отображается расчет КЗ? Что говорит нормативная литература?
5. Каким документом руководствоваться при расчете?
6. Какой расчет тока коротко замыкания мы рассмотрим?
7. Как обозначается ток короткого замыкания на схемах?
8. Основная формула расчета тока однофазного короткого замыкания и разбор ее значений на примере!
9. Какие еще есть формулы и пособия для расчета токов КЗ?
10. Как выполнить расчет токов КЗ если мы не знаем информации о системе электроснабжение?
11. Минимальные номиналы автоматических выключателей и их номинальная отключающая способность для различных щитков.
12. Как оформить расчет токов короткого замыкания?
13. Какие еще параметры нам необходимо рассчитать по току КЗ и почему?
14. Обзор моего автоматизированного шаблона для расчета КЗ.
15. Скачать мой шаблон!
16. Нормативная литература.
17. Заключение.
1. Что такое ток короткого замыкания. Правильная терминология!
сокращение:
КЗ - короткое замыкание.
АВ - автоматический выключатель.
ГОСТ IEC 60947-1-2017 "Аппаратура распределения и управления низковольтная" Часть1 "Общие правила"
п.2.1.5 короткое замыкание: Случайное или преднамеренное соединение двух или нескольких токопроводящих частей между собой, приводящее к тому, что разность потенциалов этих частей становится равной или близкой к нулю.
[МЭС 151-12-04] [2].
п.2.1.6 ток короткого замыкания: Сверхток, появляющийся в результате короткого замыкания, вызываемого повреждением или неправильным соединением в электрической цепи.
[МЭС 441-11-07]
Примечание — Короткое замыкание может быть результатом аварии или неправильного соединения электрической цепи.
Я очень долго смотрел, возможно ли применить какие-то изображения из интернета, но по итогу не смог найти того, что мне понравилось и решил сделать изображения самостоятельно. В пример привел цепь электрического освещение и аварийной ситуации в ней. На мой взгляд это будет хороший пример иллюстрации КЗ. Сам процесс разделил на три действия:
- цепь в разомкнутом положение
- цепь в замкнутом положение
- в цепи произошло короткое замыкание
Примеры выполнил вне щита и в щите. Это лучше позволит понять специфику аварийных случаев.
Цепь в разомкнутом положение вне щита.
Данное изображение позволяет нам упрощенно изобразить нашу цепь в момент, когда контакты выключателя в разомкнутом положение.
Цепь в замкнутом положение вне щита.
Данное изображение упрощает нам понимание прохождения электронов (красным пунктиром) в цепи через выключатель освещения и лампу накаливания
В цепи произошло короткое замыкание.
Данное изображение визуализирует лишь одну (из множества) аварийных ситуаций, при которой происходит повреждение изоляции фазного и нулевого проводника, а также их замыкание через металлическую часть инструмента.
Если же рассмотреть повреждение в распределительном щите, то выглядеть оно будет почти аналогично изображению выше.
2. Последствия тока короткого замыкания.
В этом пункте я собрал наверное самые интересные художества и фотофиксации из интернета. Однако хочу сказать, что сам неоднократно имел дело с коротким замыканием еще когда служил инженером в армии. Сооружения все старые, еще 60х годов постройки, соответственно и вся проводка давно уже прошла свой срок службы. Работы было очень много, часто даже не получалось поехать домой и заниматься служебными обязанностями, повсюду были аварийные ситуации, порой не имелось возможности даже что-то выполнять без снятия напряжения. В эти года я очень хорошо прознал чем отличается 1-фазное КЗ от 3-фазного), сам конечно избегал подобных случаев, но свидетелем был постоянно. По большей части причиной КЗ может служить механическое воздействие на кабель и повреждения его изоляции, в отдельных случаях неправильная эксплуатация или наладка. Также часто следствием КЗ служит перегрузка в цепи, перегрев ее изоляции (разрушение изоляции) и замыкание между фазным проводником и нулевым. В свою очередь перегрузка цепи может возникнуть при подключение в нее электрооборудования, чей суммарный ток превысит допустимый ток рассчитанный для штепсельной розетки, кабеля или защитного аппарата в щите. В первую очередь при перегрузки значительному термическому воздействию подвергнется любое контактное соединение в цепи. Часто таковыми бывают:
- контактные соединения в распределительных и установочных коробках;
- контактные зажим аппарата и жила провода;
- контактное соединение жилы провода с контактным зажимом электрооборудования;
Все вышеизложенные изображения не являются единственными в своем роде. Последствий от токов короткого замыкания и их фотофиксаций гораздо больше, а некоторые еще страшнее. Глядя на изображения выше, можно понять на сколько может быть опасен ток короткого замыкания для человека (людей), электроустановок, сооружений и окружающей среды.
Ток короткого замыкания является очень опасным и имеет мгновенное действие! Для того чтобы максимально предотвратить данную аварийную ситуацию, в первую очередь необходимо
на стадии проектирования:
- выполнять расчет электрических нагрузок и токов короткого замыкания;
- корректно определять аппараты защиты и их уставки;
- рассчитывать и закладывать правильное сечение токопроводящих жил кабеля;
При монтаже необходимо:
- строго руководствоваться проектными решениями;
- надежно выполнять соединения контактов на всех частях электроустановки;
- обеспечить проверку и устойчивость (без повреждений) кабельных линий;
После монтажа электроустановки:
- организовать проведение электролабораторией измерений и испытаний вновь вводимой и реконструируемой электроустановки;
Обслуживание и реконструкцию электроустановки:
- доверить только надежному специалисту (организации).
При эксплуатации электроустановки:
- не допускать повреждения кабельных линий;
- не подключать на одну розетку количество электрооборудования суммарный ток которого превышает допустимый ток штепсельной розетки;
- не вносить изменений самостоятельно в действующую электроустановку или ее отдельную часть. Только специалистом или специализированной организацией по согласованию и допустимости внесения таких изменений.
- не создавать аварийных ситуаций и корректно эксплуатировать электроустановку. Надежно выполнять контактное соединение (подключение) электрооборудования.
Кстати о необходимости расчета, разберем этот вопрос ниже!
3. Необходим ли расчет токов короткого замыкания при проектирование внутреннего силового электрооборудования и электрического освещения?
Вначале немного поработаем с нормативной литературой, хоть это и скучное занятие, но в конце этого пункта мы сделаем соответствующие выводы, а в процессе посмотрим некоторые разногласия относительно расчетов токов КЗ для электроустановок квартир.
ГОСТ 50571-4-43-2012 "Электроустановки низковольтные"
Часть 4-43 "Требования по обеспечению безопасности. Защита от сверхтока".
п.430.3 Общие требования.
Защитные устройства должны отключать любой сверхток в проводниках
электрической цепи прежде, чем такой ток может вызвать опасность из-за
тепловых или механических воздействий, вредных для изоляции, соединений,
оконцеваний или материалов, окружающих проводники.
п.434.1 Определение ожидаемых токов короткого замыкания.
Ожидаемые токи короткого замыкания должны быть определены для всех
узловых точек цепи. Определение может быть выполнено или вычислением,
или измерением.
Примечание - Ожидаемые значения токов короткого замыкания в точке
присоединения питания могут быть получены от службы коммунального
электроснабжения.
ПУЭ "Правила устройства электроустановок"
п.1.4.2. По режиму КЗ должны проверяться
В электроустановках до 1 кВ - только распределительные щиты, токопроводы и силовые шкафы. Трансформаторы тока по режиму КЗ не
проверяются.
СП 256-1325800.2016 "Электроустановки жилых и общественных зданий" Правила проектирования и монтажа
13 Токи короткого замыкания
13.1 ВРУ, ГРЩ должны проверяться по режиму короткого замыкания в соответствии с требованиями [4], ГОСТ Р 50571.4.43 и ГОСТ Р 50571.16.
В линиях питания электроприемников 1-й категории по надежности электроснабжения по режиму короткого замыкания должны также проверяться аппараты защиты. При этом автоматические выключатели должны быть устойчивыми к токам короткого замыкания в соответствии с 8.8 ГОСТ IEC 60898-2-2011 и ГОСТР50571.4.43.
Также из этого документа приведу термины:
3.1.4 вводно-распределительные устройства; ВРУ: Электротехническое устройство низкого напряжения, содержащее аппаратуру, обеспечивающую возможность ввода, распределения и учета электроэнергии, а также управления и защиты отходящих распределительных и групповых электрических цепей в жилых и общественных зданиях, которая замещена в виде соответствующих функциональных блоков в одной или нескольких соединенных между собой панелях или в одном шкафу, в зависимости от типа здания.
п.3.1.5 главный распределительный щит; ГРЩ: Распределительный щит, через который снабжается электроэнергией все здание или его обособленная часть. Пункты выше я привел для того, чтобы показать, что квартирный щит не попадает под эти наименования (это скорее для тех, кто думал, что если щит в квартире один, то его можно прировнять к ГРЩ)
п.13.3 Токи короткого замыкания следует рассчитывать с учетом активных и индуктивных сопротивлений всех элементов короткозамкнутой цепи, значений параметров синхронных и асинхронных электродвигателей, а также всех переходных сопротивлений, включая сопротивление дуги в месте короткого замыкания по методике ГОСТ 28249. Для проверки защитных аппаратов на наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения должен быть выполнен расчет однофазного короткого замыкания для наиболее удаленных электроприемников.
Из пунктов выше следует, что обязательно по КЗ должны проверяться щиты ГРЩ и ВРУ, но это не говорит о том, что мы не имеем права проверять по токам КЗ другие щиты и их цепи. Также необходимо учитывать, что СП-256-1325800-2016 ссылается на ГОСТ Р 50571.4.43-2012, при этом в этом ГОСТе четко сказано относительно расчетов токов короткого замыкания п.434.1 Определение ожидаемых токов короткого замыкания
"Ожидаемые токи короткого замыкания должны быть определены для всех узловых точек цепи". Определение может быть выполнено или вычислением, или измерением."
По сути, пункт выше говорит о том, что делать расчет токов короткого замыкания не обязательно, при условии выполнения измерений (например со стороны электролаборатории).
Примечание - Ожидаемые значения токов короткого замыкания в точке
присоединения питания могут быть получены от службы коммунального
электроснабжения.
ПТЭЭП "Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей"
п.3.4.4. Вновь смонтированная или реконструированная электроустановка должна быть принята в эксплуатацию в порядке, установленном действующими правилами.
При допуске в эксплуатацию вновь смонтированной или реконструированной установки кроме документации, предусмотренной отраслевыми правилами приемки и настоящими Правилами, должны быть оформлены и переданы Потребителю следующие документы и расчеты:
расчет токов короткого замыкания в сетях напряжением до 1000 В (однофазного - для сетей с глухозаземленной нейтралью и двухфазного - для сетей с изолированной нейтралью). При этом
должна быть проверена кратность токов КЗ относительно номинального тока плавкой вставки ближайшего предохранителя или расцепителя автоматического выключателя для сетей с глухозаземленной нейтралью;
А на кого распространяется ПТЭЭП спросите Вы?
Как было до 2023 года
1.1.1. Правила имеют целью обеспечить надежную, безопасную и рациональную эксплуатацию электроустановок и содержание их в исправном состоянии.
1.1.2. Правила распространяются на организации, независимо от форм собственности и организационно-правовых форм, индивидуальных предпринимателей, а также граждан - владельцев электроустановок напряжением выше 1000 В (далее - Потребители). Они включают в себя требования к Потребителям, эксплуатирующим действующие электроустановки напряжением до 220 кВ включительно. Правила не распространяются на электроустановки электрических станций, блок-станций, предприятий электрических и тепловых сетей, эксплуатируемых в соответствии с правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей.
Теперь первый пункт таков
1. Настоящие Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей электрической энергии (далее - Правила) устанавливают требования к организации и осуществлению технической эксплуатации электроустановок потребителей электрической энергии (далее -
электроустановки) и распространяются на потребителей электрической энергии - юридических лиц, индивидуальных предпринимателей и физических лиц, владеющих на праве собственности или ином законном основании электроустановками, за исключением потребителей - физических лиц, указанных в
пункте 3 Правил (далее - потребитель).
п.3 Правила не распространяются на потребителей - физических лиц, владеющих на праве собственности или ином законном основании электроустановками напряжением ниже 1000 В и использующих данные электроустановки для удовлетворения личных или бытовых нужд.
Т.е ПТЭЭП не может действовать для физических лиц, которые эксплуатируют электроустановку для бытовых или личных нужд. Отсюда следует, что все вновь смонтированные или реконструированные электроустановки (не связанные с п.3) должны следовать правилам ПТЭЭП, а значит при проектирование электроустановок должен выполняться расчет токов короткого замыкания, а что касается проектирования электроустановок для квартир и частных домов, то в этом случае мы можем руководствоваться ПТЭЭП на добровольной основе.
Теперь немного поговорим про ГОСТ Р 21.622-2023 "Правила выполнения
проектной документации по системам внутренних электроустановок, сетям электроснабжения и наружного электроосвещения" относительно свежий, о нем кстати еще сделаем упоминание в следующей главе. В нем в п.7 упоминается про требования к выполнению частей подраздела "система электроснабжения" проектной документации.
ГОСТ 21.622-2023
И многие могут заметить, что расчет токов короткого замыкания есть только в п.7.1 для части подраздела "Подстанции" для внутреннего силового электрооборудования и электрического освещения требований по расчету КЗ нет, однако необходимо четко понимать, что эти части состава проектной документации рекомендуется включать, но не обязывается. Также необходимо понимать, что все расчеты будут производится в пояснительной записке или прилагаемым отдельным документом по требованию, или если это прописано в договоре на выполнение проектных работ.
Если подвести промежуточный итог, то можно определить, что расчет токов короткого замыкания для частных квартир должен производится только в соответствие с ГОСТ 50571-4-43-2012 и ПУЭ. Однако ПУЭ я привел лишь для сравнение и данным документом можно руководствоваться лишь в добровольном порядке, потому как он не является НПА, устарел и требует обновления. ГОСТами в принципе тоже можно руководствоваться в добровольном порядки и все это носит лишь рекомендательный характер, однако в отличие от ПУЭ ГОСТы являются нормативными правовыми актами.
Что касается всех остальных электроустановок то ПТЭЭП, ГОСТ 50571-4-43-2012, ПУЭ и частично СП 256-1325800.2016 говорят о необходимости выполнять расчет однофазных токов короткого замыкания. В других пунктах нашей статьи мы еще проведем сравнительный анализ относительно электроустановок для частных квартир .
4. Где в документации отображается расчет КЗ? Что говорит нормативная литература?
В этом пункте мы конкретно разберем где должен присутствовать расчет токов короткого замыкания в проектной и рабочей документации, и как он должен быть оформлен.
Рассмотрим только три основных нормативных документа по оформлению проектной и рабочей документации:
- ГОСТ Р 21.101-2020 "Система проектной документации для строительства. Основные требования к проектной и рабочей документации"
- Постановление Правительства РФ от 16.02.2008 N 87 "О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию"
- ГОСТ Р 21.622-2023 "Правила выполнения проектной документации по системам внутренних электроустановок, сетям электроснабжения и наружного электроосвещения"
Что касается проектной документации
ГОСТ Р 21.101-2020
п.4.1.7 Расчеты конструктивных, технологических и других решений, являющиеся обязательным элементом подготовки проектной документации, в состав проектной документации не включают, кроме случаев, установленных [2](Постановление правительства №87). Их оформляют в соответствии с требованиями к текстовым документам и хранят в архиве проектной организации. Расчеты представляют заказчику или органам экспертизы по их требованию.
Постановление Правительства РФ от 16.02.2008 N 87
3. Проектная документация состоит из текстовой и графической частей.
Текстовая часть содержит сведения в отношении объекта капитального строительства, описание принятых технических и иных решений, пояснения, ссылки на нормативные и (или) технические документы, используемые при подготовке проектной документации и результаты расчетов, обосновывающие принятые решения.
8. Необходимость разработки проектной документации на объект капитального строительства применительно к отдельным этапам строительства устанавливается заказчиком и указывается в задании на проектирование.
Возможность подготовки проектной документации в отношении отдельных этапов строительства должна быть обоснована расчетами, подтверждающими технологическую возможность реализации принятых проектных решений при осуществлении строительства по этапам.
16. Подраздел "Система электроснабжения" раздела 5 должен содержать:
в текстовой части
б) обоснование принятой схемы электроснабжения, выбора конструктивных и инженерно-технических решений, используемых в системе электроснабжения, в части обеспечения соответствия зданий, строений и сооружений требованиям энергетической эффективности и требованиям оснащенности их приборами учета используемых энергетических ресурсов (за исключением зданий, строений, сооружений, на которые требования энергетической эффективности и требования оснащенности их приборами учета используемых энергетических ресурсов не распространяются);
(в ред. Постановления Правительства РФ от 08.09.2017 N 1081)
ГОСТ Р 21.622-2023
Аналогично п.16 Постановления Правительства РФ от 16.02.2008 N 87
Теперь рассмотрим относительно рабочей документации
ГОСТ Р 21.101-2020
п.3.1.15 прилагаемый документ: Проектный документ, разработанный или примененный в составе рабочей документации для строительства, необходимый для совместного использования с основным комплектом рабочих чертежей и передаваемой заказчику документации.
п.4.2.1 В состав рабочей документации, передаваемой заказчику, включают:
- рабочие чертежи, предназначенные для производства строительных и монтажных работ, объединенные в основные комплекты рабочих чертежей по маркам. Марки основных комплектов рабочих чертежей приведены в таблице Г.1 (приложение Г);
- прилагаемые документы, разработанные в дополнение к рабочим чертежам основного комплекта;
- сметную документацию по установленным формам (при необходимости) *.
п.4.2.6 К прилагаемым документам относят:
- расчеты*;
Прилагаемые документы проектная организация передает заказчику одновременно с основным комплектом рабочих чертежей в количестве, установленном для рабочих чертежей.
*Расчеты в состав рабочей документации, как правило, не включают, если иное не определено в договоре (контракте) и задании на проектирование. Расчеты обозначают согласно 4.2.7 с присвоением им шифра PP.
Например наш шифр рабочей документации 1234-ЭЛ.18-ЭОМ
значит шифр прилагаемого документа с расчетами будет 1234-ЭЛ.18-ЭОМ.РР
5. Каким документом руководствоваться при расчете?
Этот пункт на самом деле не будет объемным по информации. Расчет однофазного, двухфазного и трехфазного тока КЗ выполняется по ГОСТ 28249-93 "Короткие замыкания в электроустановках" Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ." в т.ч на это указывает и СП 256-1325800.2016 п.13.3. Несмотря на то, что ГОСТ очень старый, многие говорят, что он считает очень точно, если сравнивать результат по его вычислениям с лабораторными испытаниями. Однако на мой взгляд его необходимо переиздать и сделать более современным в плане понимания, а также дополнить различными понятными примерами. Простому смертному в нем будет непросто разобраться, это я Вам точно говорю.
Всю необходимую информацию о методике и других важных особенностях расчетов по данному ГОСТу можно посмотреть в п.1.1-1.8.
Стоит отметить, что пунктах статьи ниже будут приводится и другие документы, в которых описываются различные методики, однако для расчета однофазного тока КЗ только методика ГОСТ будет являться основополагающей и верной, расчетное обоснование этому я тоже приведу!
6. Какой расчет тока коротко замыкания мы рассмотрим?
Обращаясь к тому же СП 256-1325800.2016 п.13.3 "Для проверки защитных аппаратов на наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения должен быть выполнен расчет однофазного короткого замыкания для наиболее удаленных электроприемников."
также из вышеизложенного ПТЭЭП п.3.4.4 "расчет токов короткого замыкания в сетях напряжением до 1000 В (однофазного - для сетей с глухозаземленной нейтралью и двухфазного - для сетей с изолированной нейтралью)."
Из вышеперечисленных требований несложно догадаться, что достаточным будет выполнение расчета однофазного тока короткого замыкания и именно для наиболее удаленного потребителя электроустановки. Некоторые ошибочно считают, что в т.ч необходимо выполнять расчет однофазного КЗ для наиболее энергоемкого потребителя, однако необходимо понимать, что сама потребляемая мощность электроприемника не влияет на ток короткого замыкания, если он произошел в цепи до ввода в электроприемник, а влияет сечение его проводника. Также я приведу относительные расчетные данные в статье, которые покажут, что уставки по номинальному отключающему току в 4,5, 6 и 10кА более чем достаточны (тем более для применения в бытовом и общественном секторе)
Бывают различные ситуации, однако частым удаленным электроприемником выступают осветительные приборы, также их протяженность и сечение токопроводящей жилы имеют сопротивление выше чем силового электрооборудования, вследствие чего этот фактор может значительно оказать воздействие на время срабатывания аппарата защиты и по результатам которого нам придется менять уставки аппарата защиты или увеличивать сечение токопроводящей жилы. Ниже мы также будем рассматривать некоторые скриншоты из моего шаблона и лучше поймем о чем идет речь.
7. Как обозначается ток короткого замыкания на схемах?
Показать условное обозначение точки короткого замыкания можно опираясь на ГОСТ 2.721-1974 "Обозначения условные графические в схемах"п.6-7. Таблица 6б
8. Основная формула расчета тока однофазного короткого замыкания и разбор ее значений на примере!
Итак, в соответствие с ГОСТ 28249-93 ниже я приложу скриншот с основной формулой расчета тока однофазного короткого замыкания, описанные в ней значения и их расшифровки.
У многих остался наверное вопрос, какое значение должно быть Uср.нн. Поскольку многие могут посчитать, что необходимо вписывать значение напряжения в однофазной цепи т.е 230В, однако в самом ГОСТе п.3.2 есть расшифровка этого значения
В случае, если у нас однофазный ввод это не значит, что расчет надо вести со значением 230В. Фактические во всех случаях электросеть у нас трехфазная, за исключением где силовой трансформатор электроснабжения однофазный, поэтому значение Uср.НН необходимо принимать 400В.
Получается с верхом формулы мы разобрались полностью, теперь переходим к низу. Весь низ формулы состоит из значений сопротивлений цепи:
- сопротивления силового трансформатора (Zт) (прямой и нулевой последовательности) в зависимости от его схемы обмоток и мощности;
- участков цепи (Zц)(прямой и нулевой последовательности). Начиная от трансформатора электроснабжения до места где произошло КЗ;
- контактные соединения участков цепи (Zк) (прямой и нулевой последовательности) в зависимости от сечения проводника, его длины и материала;
- активное сопротивление дуги (Zд) (прямой и нулевой последовательности) в зависимости от мощности силового трансформатора;
В данном ГОСТе также приведены значения сопротивлений для других контактных соединений, шинопроводов и т.д. Однако в нашем случае мы будем рассматривать упрощенные варианты вычисления сопротивлений участков и элементов цепи, поскольку в самом ГОСТ 28249-93 п.1.6.1 говорится следующее: "При расчетах токов КЗ допускается: 1) максимально упрощать и эквивалентировать всю внешнюю сеть по отношению к месту КЗ и индивидуально учитывать только автономные источники электроэнергии и электродвигатели, непосредственно примыкающие к месту КЗ"
*В своем описание ниже я пренебрегаю сопротивлением шинопроводов, поскольку оно будет совершенно мало по отношению к другим элементам и не будет оказывать особого влияния на конечный результат вычислений (о чем ниже я тоже подробно опишу)
Теперь вернемся к нашим значениям и поговорим о том как можно упростить формулу:
- активное (r) и реактивное (x) сопротивление цепи это составляющие полного сопротивления (z). В приведенной формуле мы можем упростить все выражение оставив всего 2хZ1+Z0 где:
Z1 - полное сопротивление цепи прямой последовательности;
Z0 - полное сопротивление цепи нулевой последовательности;
Ниже я привел ход упрощения формулы
Перед значениям сопротивлений остается цифра 2 - это значение самой формулы расчета однофазного тока короткого замыкания по ГОСТу.
Следующим действием является нахождение всех полных сопротивлений (Z) элементов цепи:
1. Cопротивления силового трансформатора (Zт) (прямой и нулевой последовательности) в зависимости от его схемы обмоток и мощности;
эти значения можно взять из справочных данных (справочник Ю.Г.Барыбина по проектированию электроснабжения 1990г. Таблица 2.50) или по запросу.
Стоит отметить, что в данной таблице уже приведено значение Zт для всего трансформатора, но применить в расчетах это значение не получится, потому как оно уже суммирует Z1(прямой) и Z0(нулевой) последовательности трансформатора, в то время как у нас в формуле эти значения должны быть учтены по отдельности каждое и применить полное просто математически не получится, иначе будет искажено значение сопротивления, что недопустимо.
как видно, эти значения находятся в разных частях, и цифра 2 умножается на сумму значений прямой последовательности и в дальнейшем прибавляет сумму значений нулевых последовательностей. Поэтому нам необходимо выводить полные сопротивления прямой и нулевой последовательности отдельно. Кстати для прямой последовательности эти значения уже приведены, остается только подсчитать Z0(нулевой).
Если взять значение для трансформатора 1600кВА при обмотке звезда-треугольник (Д/Ун) то значения будут следующими:
Zт1 = 8,8 мОм или 0,0088 Ом
Zт0 =√1,9^2+8,6^2 = √3,61+73,96 = √77,57 = 8,807 или 0,008807 Ом
Значения фактически одинаковые, однако таковое будет не для всех номиналов трансформаторов
2. Сопротивление участков цепи (Zц) (прямой и нулевой последовательности). Начиная от трансформатора электроснабжения до места где произошло КЗ;
Выше я специально привел условную структурную схему электроснабжения объекта. Прошу понять, что схема просто для примера и в первую очередь служит для улучшения восприятия информации. На ней отображено четыре участка начиная от трансформаторной подстанции (трансформатора) до места где происходит ток короткого замыкания. Этот путь делится на четыре отрезка:
- от трансформаторной подстанции (трансформатора) до ВРУ
- от ВРУ (вводного распределительного устройства) до ЩЭ (щита этажного)
- от ЩЭ (щита этажного) до ЩК (щита квартирного)
- от ЩК (щита квартирного) до места КЗ
Все эти участки в зависимости от материала токопроводящих жил кабеля, его сечения и метража имеют определенные активные(r) и реактивные(x) сопротивления. Для упрощения я привел медные кабели с различными сечениями на каждом участке, также нам известен метраж каждого участка. Теперь давайте разберем как нам найти полное сопротивление кабелей для 1 метра и перемножить на наши длины, чтобы найти полное сопротивление цепи участка Zц. Также необходимо учитывать температуру окружающей среды, в нашем случае возьмем 30 С.
Но далеко ходить не будем и приведем значение из пособия "Рекомендации по расчету цепи фаза-нуль 1986г стр.8" ниже я привел скриншот уже из моего шаблона выполненного частично в т.ч по справочным данным этого пособия (шаблон можно будет скачать в конце статьи),
В этой таблице приведены данные в Ом/км и чтобы нам получить значение в Ом/м достаточно полученное по таблице значение, для того или иного сечения токопроводящей жилы, разделить на 1000 и перемножить на длину кабеля участка. Выглядеть это будет просто: Zучастка=Zл(табличное)*L(длину кабеля)/1000
Давайте выполним это действие для всех участков нашей схемы:
Участок №1 кабель 5х95мм2, L=30м (значение по таблице для 30С=0,195 Ом/км)
Решение: Z1(прямой последовательности) участка№1 = 0,195*30/1000 = 0,00585 Ом
Аналогично выполним для участков №2,3,4
Участок №2 кабель 5х50мм2, L=40м (значение по таблице для 30С = 0,370 Ом/км)
Решение: Z1(прямой последовательности)участка№2 = 0,370*40/1000 = 0,0148 Ом
Участок №3 кабель 5х6мм2, L=15м (значение по таблице для 30С = 3,085 Ом/км)
Решение: Z1(прямой последовательности)участка№3 = 3,085*15/1000 = 0,0462 Ом
Участок №4 кабель 3х1,5мм2, L=50м (значение по таблице для 30С = 12,341 Ом/км)
Решение: Z1(прямой последовательности)участка№4 = 12,341*50/1000 = 0,617 Ом
Теперь вычислим сумму всех сопротивлений токопроводящих жил кабеля всех участков:
Zц1(прямой последовательности) = Z1уч.№1+Z1уч.№2+Z1уч.№3+Z1уч.№4 =0,00585+0,0148+0,0462+0,617=0,68385 Ом
Сопротивления прямой последовательности будет равно нулевой последовательности при условии, что сечения всех токопроводящих жил кабеля будут равны между собой
Z1=Z0 (при условии одинаковых сечений всех токопроводящих жил кабеля)
3. Cопротивления контактов цепи (Zк)
на странице 37 "Рекомендации по расчету цепи фаза-нуль 1986г стр.8" приведен следующий текст относительно данных вычислений:
"При отсутствии достоверных данных о контактах и их переходных сопротивлениях рекомендуется при расчете токов КЗ в сетях, питаемых трансформаторами мощностью до 1600кВА 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.
Однако, как показывают результаты расчетов для конкретных примеров и выводы, вышеприведенные значения переходных сопротивлений контактов являются завышенными, особенно для сетей, питающихся от трансформаторов мощностью выше 1000кВА."
В своем шаблоне я вывел эти данные отдельной таблицей ниже.
Как видно из таблицы выше, значения идут по нарастающей от непосредственной близости к источнику питания. В нашем случае уместно принять самое последнее значение (п.4) и принять Zк = 0,03 Ом.
Но сразу задается вопрос о прямой и нулевой последовательности. Учитывая что Zк приведен для всей цепи, то было бы уместно (возможно и с минимальной погрешностью) разделить это значение на два для обоих последовательностей. В этом случае Zк1=0,015 Ом, Zк0=0,015Ом
4. Активное сопротивление дуги (Zд) (прямой и нулевой последовательности)
В данном случае я беру значения из ГОСТ 28249-93 Таблица2
О необходимости вести расчет токов короткого замыкания с учетом дуги говорит как сам ГОСТ 28249-93 в первом абзаце п.2.12 "При определение минимального значения тока КЗ следует учитывать влияние на ток КЗ активного сопротивления электрической дуги в месте КЗ"
А также СП 256.1325800.2016
п.13.3 "Токи короткого замыкания следует расчитьmать с учетом активных и индуктивных сопротивлений всех элементов короткозамкнутой цепи, значений параметров синхронных и асинхронных электродвигателей, а также всех переходных сопротивлений, включая сопротивление дуги в месте короткого замыкания по методике ГОСТ 28249."
в нашем случае для трансформатора 1000кВА значение активного сопротивления дуги в месте КЗ приближенно будет равно 5 мОм или 0,005 Ом
как указано в примере ГОСТ 28249-93 данное значение берется как для прямой последовательности, так и для нулевой. Единственное что в конкретном случае значение Zд более точно можно вычислить по Приложению 9 данного ГОСТа.
Теперь давайте выполним расчет тока однофазного короткого замыкания опираясь на полученные нами значения:
Z1 = Zт1+Zц1+Zк1+Zд1 = 0,0088+0,6838+0,015+0,005=0,7126 Ом
Z0 = Zт0+Zц0+Zк0+Zд0 = 0,0088+0,6838+0,015+0,005=0,7126 Ом
Поскольку разница в сопротивлениях прямой и нулевой последовательности у трансформаторов незначительно отличается, то ими можно пренебречь и в таком случае значение сопротивления прямой последовательности будет равно значению нулевой последовательности. Идем дальше:
Iкз = 692,8/(2*Zц1+Zц0) = 692,8/(2*0,7126+0,7126) = 692,8/2,1378 = 324,07 А
Если данный расчет вести без учета сопротивления дуги, то значение выйдет 326,36 А - как видим разница незначительна и меньше 1% между значениями
Что касается параметров сопротивления шинопроводов, то самое высокое значение по сопротивлениям из ГОСТ 28249-93 Таблица 3 это значение 0,210 мОм или 0,00021 Ом т.е примерно 1/25 от значения сопротивления дуги, а ведь это для шины, номинальный ток которой 250А, а для шин другого типа данное значение будет еще меньше, именно поэтому я не беру его в расчет, справедливо аргументируя это цитатой из ГОСТ "При расчетах токов КЗ допускается: 1) максимально упрощать и эквивалентировать всю внешнюю сеть по отношению к месту КЗ"
Однако стоит отметить, что данный расчет, который я привел в примере весьма прост, на деле же мы можем столкнуться с наличием в цепи двигателей и иных устройств, а также большим количество участков. При этом могут быть различные задачи, в т.ч выполнить не только расчет однофазного тока короткого замыкания, но и двухфазного, трехфазного. Для этого настоятельно рекомендую руководствоваться ГОСТ 28249-93 и РД 153-34.0-20.527-98
9. Какие еще есть формулы и пособия для расчета токов КЗ?
- Ранее вы могли наблюдать, что я приводил справочные значения из "Рекомендации по расчету сопротивления цепи «ФАЗА-НУЛЬ» 1986г." разработанное ГЛАВЭЛЕКТРОМОНТАЖ данное пособие есть в открытых источниках интернета.
Если очень коротко, то в нем приводится несколько методик расчета однофазного тока КЗ в т.ч по методике ГОСТ 28249-93, но основной, на которую сделан упор пособия, выполняется по следующей формуле:
Из примеров этого пособия есть несколько отличий от методике ГОСТ.
1. Uф в данном случае = 230В;
2. Значение трансформатора считается из расчета полного сопротивления трансформатора Zт разделенное на 3.
Стоит отметить, что данная методика и ее результаты не отличны от методики ГОСТ 28249-93 более чем на 10%. И это значение частично удовлетворяет требованиям самого ГОСТа 28249-93 п.1.3 "величины, подлежащие расчету, и допускаемая погрешность их расчета зависят от указанных в п.1.1 целей. Допускается упрощенные методы расчетов токов КЗ, если их погрешность не превышает 10%". Однако необходимо отметить, что в разработанном мною шаблоне можно отследить динамику погрешности между обоими методиками и чем меньше сопротивление цепи тем больше погрешность. При токе короткого замыкания выше 2500А значение становится выше 10% и использовать методику "Рекомендации по расчету сопротивления цепи «ФАЗА-НУЛЬ» 1986г." уже не рекомендовано. При этом стоит отметить, что данная методика не включает в себя активное сопротивление дуги, но в своих расчетах сравнения методик я это значение добавил. Во вкладке "сравнение формул" можно отследить всю динамику.
- На просторах интернета в определенные моменты своей деятельности я заметил одну очень интересную формулу и ее методику, которая выводила значение тока однофазного короткого замыкания при отсутствие данных о питающей сети "Устройства защитного отключения." Учебно-справочное пособие. Москва. Энергосервис. 2004г.
Ниже представлю методику этого пособия
В шаблоне я привел сравнение значений ГОСТ 28249-93, "Рекомендации по расчету сопротивления цепи «ФАЗА-НУЛЬ» 1986г." и методику указанную выше. Если очень коротко, и в моем шаблоне это тоже отражено, то полученные значения токов однофазного короткого замыкания по методике "Устройства защитного отключения" отличны от значений ГОСТ 28249-93 в среднем от 50% до 70%. Поэтому данную методику нельзя рассматривать для расчетов. Даже в том случае, когда мы не владеем достаточной информацией о системе электроснабжения. Ниже я прикрепляю скриншот из своего шаблона по части сравнения результатов методик.
10. Как выполнить расчет токов КЗ если мы не знаем информации о системе электроснабжение?
В этом вопросе я постараюсь поделиться собственными мыслями на этот счет. Актуальность вопроса заключается в том, что проектировщик не всегда может выехать на объект по тем или иным соображениям. Большинство проектировщиков по современной тенденции работают удаленно, или выполняют проект для объекта в другом городе, и выезжать в командировку ради сбора только этой информации не совсем целесообразно. Как поступить в таком случае и выйти из ситуации? Ниже приведу мои соображения на эту тему относительно проектирования электроустановок для внутреннего силового электрооборудования и электрического освещения (ЭОМ)
1. Постараться через гугл или яндекс карты найти необходимую трансформаторную подстанцию и узнать ее технические характеристики
Иногда возникает сложность, что некоторые трансформаторные подстанции не маркируются. В том случае если маркировка есть (как например приведенное изображение выше), то нам неизвестна схема обмоток. Далее, примерными вычислениями определить возможное сечение токопроводящих жил кабеля и его участки. Конечно в данном случае значения сечений лучше брать с запасом по утолщению, а метраж меньше. Так мы сможем получить максимально приближенные значения токов КЗ с теоретическим запасом. Однако выполнять расчет и приводить там эти данные не следует (тем более выполняя рабочую документацию), потому как они не будут иметь никакой силы и детальной конкретики. Такой способ выполняется лишь для личной проверки и если полученные значения сомнительны, то лучше выполнить рекомендации следующих пунктов.
2. Если мы выполняем проектную документацию, то информация питающей сети может приводится в техническом задание на проектирование. В отдельных случаях по договорным обязательствам составление ТЗ может быть возложено на исполнителя. В таком случае исполнителю лучше самостоятельно выезжать на объект или запрашивать существующие схемы электроснабжения у компетентных органов или управляющей компании.
3. Если вдруг нам понадобились расчеты для коммерческого помещения или какого либо объекта находящегося внутри какого-либо сооружения, то такую информацию можно запросить у управляющей компании (в т.ч через заказчика) если такие расчеты требует управляющая компания, то пусть она предоставит информацию о схеме электроснабжения.
ГОСТ 50571-4-43-2012 "Электроустановки низковольтные"
Часть 4-43 "Требования по обеспечению безопасности. Защита от сверхтока".
п.434.1
Примечание - Ожидаемые значения токов короткого замыкания в точке
присоединения питания могут быть получены от службы коммунального
электроснабжения.
4. Вариант действует для рабочей документации (в том случае если выполнение расчетов не оговорено договором). В том случае, когда отсутствует информация электроснабжения и все не хотят прилагать усилий для ее получения. Нам ничего не остается как выполнить расчет при наихудших условиях. Условно выбрать самый мощный трансформатор в пределах до 2500кВА, сечение кабелей и проверить полученные данные, если они будут в пределах нормы, то отлично, если будут значения близкие к предельным, то лучше запросить схему электроснабжения или указать в проекте об отсутствии схемы электроснабжения и невозможности произвести подобный расчет, за подписью заказчика, или сообщить ему отдельным письмом снимая с себя ответственность. При этом уставки аппаратов защиты по номинальной отключающей способности выбирать опираясь на:
- ГОСТ 32395-2020 "Щитки распределительные для жилых зданий"
- ГОСТ 32397-2020 "Щитки распределительные для производственных и общественных зданий"
- ГОСТ 32396-2021 "Устройства вводно-распределительные для жилых и общественных зданий"
В заключение к этому пункту хочется сказать, что по номинальной отключающей способности, как показывают экспериментальные расчеты, в первую очередь расчет токов однофазного короткого замыкания необходимо выполнять для проектов раздела ЭС. Для проектов раздела ЭОМ любых помещений влияние номинальной отключающей способности фактически не происходит и номиналов 4,5кА и 6кА для аппаратов защиты вполне хватает. А вот что касается времени срабатывания аппаратов защиты, то на это стоит обратить внимание. Однако ГОСТами выше определен минимальный номинал для различных щитов, рассмотрим это в пункте ниже.
11. Минимальные номиналы автоматических выключателей и их номинальная отключающая способность для различных щитков.
В этом пункте для всех типов щитков я приведу минимальные номиналы и номинальные отключающие токи для аппаратов защиты групповых цепей. Данная картина даст нам четкое представление в границах выбора уставок, что в будущем значительно может облегчить расчет тока короткого замыкания.
- ГОСТ 32395-2020 "Щитки распределительные для жилых зданий"
Начнем с номинальных отключающих токов аппаратов защиты
Ниже представлены минимальные номинальные токи аппаратов защиты
- ГОСТ 32397-2020 "Щитки распределительные для производственных и общественных зданий"
По току примечательно что минимальный номинал начинается от 10А в отличие от щитков для жилых зданий
- ГОСТ 32396-2021 "Устройства вводно-распределительные для жилых и общественных зданий"
п.6.5.7 В блоках распределения для защиты распределительных и групповых цепей следует применять: а) одно- и трехполюсные автоматические выключатели с комбинированными расцепителями в соответствии с типом нагрузки. По согласованию между потребителем и изготовителем допускается применять двух- и четырехполюсные выключатели. Автоматические выключатели на номинальные токи до 63 А рекомендуется применять с единым размерным модулем и с безметизным их креплением на унифицированных рейках; б) автоматические выключатели, управляемые дифференциальным током, со встроенной защитой от сверхтоков и без встроенной защиты от сверхтоков, функционально не зависящие или зависящие от напряжения сети, для бытового и аналогичного применения [расцепители согласно перечислению а)] или без нее, если в защищаемых цепях предусматривают защитные аппараты от сверхтока; в) плавкие предохранители, предпочтительно с указателем срабатывания (в одно- и многопанельных ВРУ).
п.6.5.9 Отключающая способность защитных аппаратов по 6.5.7 должна быть (если иное не оговорено потребителем) не ниже 4,5 кА на номинальные токи до 25 А, 6 кА — на номинальные токи до 63 А и 10 кА — на номинальные токи до 125 А.
п.6.5.8 Номинальные токи защитных аппаратов по 6.5.7 — согласно таблице 2.
Из всех вышеизложенных таблиц и скриншотов нормативных документов следует, что минимальный номинальная отключающая способность аппаратов защиты групповых цепей должна быть не ниже 4,5кА, а минимальный номинальный ток 10А для ВРУ и щитков общественных зданий, а для жилых 6А.
Если выполнить определенные расчеты в моем шаблоне, то можно понять, что номинальной отключающей способности 4,5кА действительно хватит, в случае если например розетку или освещение не подключать непосредственно от панели ВРУ. Однако если мы выполняем проект, распределительный щит которого питается и отдален от ВРУ и при этом выполняем расчет токов КЗ, то с вероятностью 99% номинальный отключающий ток всех групповых потребителей не будет превышать 4,5кА, но для страховки можно использовать 6кА. Если говорить о самом удаленном потребителе, то с огромной долей вероятности это будет цепь освещения. В моем шаблоне я условно предположил 7 участков цепи и наиболее мощный трансформатор, последний участок кабелем сечением 1,5мм2 и длинной 200м. При таких параметрах начальный ток КЗ выходит около 82А и любой автомат номиналом 6А или 10А будет выдерживать условия отключения менее чем за 0,4с. Как видим значения и в этом случае указывают, что надо уж слишком постараться, чтобы не удовлетворять данным условиям.
12. Как оформить расчет токов короткого замыкания?
Из всего изложенного выше можно еще раз повторить:
1. Для проектной документации - выполняются, но не включаются и передаются заказчику или надзорному органу по требованию, если иное не прописано в договоре
2. Для рабочей документации - не выполняется или выполняется отдельным прилагаемым документом, если это прописано в договоре
В любом случае при оформление расчета однофазного тока короткого замыкания необходимо указать следующие данные:
- указать пункт технического задания или договора, где прописано требование о выполнение такого расчета;
- указать в соответствие с какими нормативными документами выполняется расчет;
- указать исходные данные системы электроснабжения;
- указать точку для которой будет определяться расчет и обоснование выбранной точки;
- указать расчетные формулы;
- описать ход расчета;
- выполнить схему замещения;
- выполнить дополнительные расчеты (при необходимости) тесно связанные с расчетом токов КЗ;
- выполнить сравнение полученных значений с требуемыми значениями нормативных документов;
- описать вывод(заключение) опираясь на требования нормативных документов и их удовлетворения;
Саму техническую часть расчета и схему замещения можно взять по подобию с ГОСТ 28249-93, другие пункты можно также взять по образцам. При необходимости можно также запросить образец расчета, который удовлетворял бы требования заказчика или надзорных органов. Если расчет выполняется в специализированном программном комплексе, то в конце необходимо приложить его сертификаты или иной документ соответствия. Все пункты описанные мною выше вполне достаточны и логичны.
13. Какие еще параметры нам необходимо рассчитать по току КЗ и почему?
Итак, на данном этапе мы с вами разобрали значения токов КЗ, и поговорили о таких параметрах как номинальная отключающая способность и время срабатывания аппарата защиты. Это пока два главных параметра которые описываются нормативными документами. Но есть еще два параметра:
1. Кратность тока КЗ к номинальному току АВ - данный параметр тесно связан с временем срабатывания АВ и при определенных значениях тока КЗ к номиналу выбранного автоматического выключателя будет выполняться определенная кратности, которая на ВТХ (время-токовых характеристиках) (они кстати тоже будут в шаблоне) будет указывать время за которое автоматический выключатель разомкнет цепь при различных его состояниях. Фактически определив для цепи номинал автоматического выключателя и зная возможный ток КЗ мы сразу решаем вопрос с кратностью и соответственно временем размыкания цепи автоматическим выключателем.
из ПУЭ п.7.3.139 (пункт для электроустановок во взрывоопасных зонах)
п.7.3.139. В электроустановках до 1 кВ 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.
из ПТЭЭП (Приложение 3 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 нерегулируемого расцепителя автоматического выключателя с обратнозависимой от тока характеристикой;
- трехкратного значения уставки по току срабатывания регулируемого расцепителя автоматического выключателя обратнозависимой от тока характеристикой;
Из указанного выше можно сделать простой вывод, что ПУЭ хоть и не нормативный документ, однако пользоваться его определенными пунктами все-таки целесообразно (возможно меня кто-то поправит), и если выполнять расчет токов КЗ для для электроустановок во взрывоопасных зонах, то выбрать значение номинального тока АВ к току КЗ кратному 6 не так уж и сложно. А что касается ПТЭЭП, то сложно представить что для автоматического выключателя номиналом 6А ток короткого замыкания умудрится быть, например, 17А! В любом случае проверить эти значения при расчете для нас не составит труда.
2. Расчет времени нагрева (разрушения)
Тут немного интереснее и сложнее. Обратимся к ГОСТ Р 50571.4.43-2012 "Электроустановки низковольтные. Часть 4-43. Требования по обеспечению безопасности. Защита от сверхтока"
434.5 Характеристики устройств защиты от токов короткого замыкания
Любое устройство защиты от токов короткого замыкания должно
удовлетворять требованиям, приведенным в 434.5.1.
п.434.5.1 Расчетная отключающая способность должна быть не меньше
ожидаемого максимального значения тока короткого замыкания в месте
установки устройства защиты. - пункт привел просто для сведений.
п.434.5.2 Для кабелей и изолированных проводников время отключения
полного тока короткого замыкания в любой точке цепи не должно превышать
время, в течение которого достигается допустимая температура изоляции
проводников.
Таблица 43А - Значения для проводников
Теперь своими словами. Данная таблица приводит сведения начальной и конечной температуры изоляции проводников. Если конкретнее, то того температурного диапазона, в котором изоляция проводника не подвергнется деформации. Также в данной таблице приведен коэффициент К для различных изоляций зависящий от материала проводника. В пояснение к таблице приведена формула определяющая время нагрева изоляции проводника от номинальной до предельно допустимой. Другими словами формула определяет за какое время при токе короткого замыкания проводник достигнет предельного значения температуры и изоляция подвергнется разрушению, которое очень опасно и может при определенных обстоятельствах вызвать не только замену проводника, но вероятность возникновения пожара.
Теперь немного к формуле и ее особенностях. Для нахождение времени нагрева нам требуются:
1. Коэффициент К, который приводится для материала проводника. В нашем случае для меди и PVC изоляции он будет равен 115.
2. Площадь поперечного сечения проводника (S). Если рассматривать наш ранее пример, то оно будет ровняться 1,5мм2
3. Действующее значение тока короткого замыкания (Iкз). Если рассматривать наш ранее пример, то оно будет ровняться 324,07 А
Теперь давайте выполним расчет: t=(K*S/Iкз)^2 = (115*1,5/324,07)^2= 0,283с.
Данное значение говорит о том, что при КЗ кабель будет нагрет до предельной температуры 160С за 0,283с. Но как нам узнать, за какое время сработает наш аппарат защиты? Ведь он должен сработать быстрее, чем нагреется токопроводящая жила. На самом деле данный вопрос решается путем определения кратности номинала АВ к току КЗ и по полученному значения для конкретной характеристики расцепителя по время-токовым характеристикам можно определить время срабатывания аппарата защиты.
Разберем пример для АВ С10А. Для этого, определив конкретную марку и ее серию, необходимо по паспорту найти ВТХ для определенной нами характеристики "С". Рассмотрим пример марки ИЕК ВА47-29. Чтобы определить кратность значения КЗ к АВ необходимо значение тока КЗ разделить на значение номинала АВ и получим кратность равную 32,4. Теперь перейдем к время-токовым характеристикам
красным - изображена характеристика при горячем состояние АВ (продолжительно работающий АВ под нагрузкой)
синим - при холодном состояние АВ (первый пуск АВ под нагрузку)
фиолетовым пунктиром - изображена характеристика при горячем состояние для АВ номиналом до 32А (продолжительно работающий АВ под нагрузкой)
Желтым пунктиром, в соответствие со значением кратности, я провел вертикальную прямую, и на перекрестье с каждой характеристикой провел горизонтальные прямые для определения времени отключения АВ для горячего и холодного состояния. Как итог мы получаем значения:
- для горячего состояния = 0,0069с
- для холодного и горячего до 32А = 0,013с
Если сравнить полученные результаты с временем нагрева (разрушением) изоляции проводника, то АВ сработает для любого состояния быстрее чем нагреется кабель.
И вроде все коротко и понятно, но есть одно "но".
Примечание под таблицей 43А
И тут сразу намечается неверный расчет, но я стал плотно разбираться в этом вопросе и искать концы. Как итог, для меньших сечений я так и не нашел ГОСТа где приводились бы эти значения коэффициентов К. Перерыто было в прямом смысле не мало. Тогда я решил проверить данное выражение по-другому, и найти значение температуры для действующего значения тока короткого замыкания. Как оказалось это тоже дело весьма не простое. Поскольку некоторые вычисления просто нереально сложны, но я все-таки нашел приемлемый вариант в ГОСТ Р МЭК 60949-2009 "Расчет термически допустимых токов короткого замыкания с учетом неадиабатического нагрева"
И тут многие скажут, что я слишком далеко зашел и все очень сложно. Однако хочу вас обрадовать, все не так сложно, потому как все значения уже даны на этой же странице. А экспаненту можно посчитать через простой Excel. Кстати как я сделал у себя в шаблоне, который в конце статьи вы сможете бесплатно скачать.
Причем выполнил сразу для адиабатического и неадиабатического метода.
А теперь к самому интересному. Выполнив этот расчет пазл встал.
Подставив значение время отключения для токопроводящей жилы 1,5мм2 в расчет, получилось что температура проводника в момент отключения ровнялась бы 160С, т.е предельной температурой! Что из этого следует?
Формула описанная в самом начале t=(K*S/Iкз)^2 - является правильной и применимой для всех сечений токопроводящих жил, в т.ч для сечений менее 10мм2. Зачем было писать то самое примечание про значение К для токопроводящих жил менее 10мм2 я понять не могу.
Чем еще хорош расчет температуры токопроводящей жилы при КЗ в определенный момент? Если мы подставим длительность КЗ время срабатывания автомата, то сможем определить температуру жилы к моменту отключения АВ
Зеленым я выделил окошко температуры которая зафиксировалась в конце перед отключением АВ. Можно попробовать сделать эксперементальные расчеты и посмотреть как зависит влияние нагрева от времени срабатывания АВ.
Многим покажется все сложно, да, для меня в какой-то промежуток времени создания шаблона было тоже непросто. Ушло громадное количество времени и надеюсь не зря. Надеюсь сам шаблон поможет Вам освободится от рутины поиска и сбора информации. А теперь давайте перейдем к обзору моего шаблона. Сделаю это коротко по скриншотам и запишу небольшое видео
14. Обзор моего автоматизированного шаблона для расчета КЗ.
Мой шаблон по расчету однофазного тока короткого замыкания разработан в Excel. Состоит из 8 вкладок и теперь по каждой вкладке максимально коротко:
1. Вкладка "расчет однофазного КЗ" - основная вкладка где мы выбираем параметры системы электроснабжения и каждого участка цепи до места КЗ. все вкладки с выбором, что значительно упрощает работу с шаблоном и вероятность допустить ошибку.
2. Вкладка "кратность тока КЗ" - основная вкладка где вычисляется расчет кратности тока КЗ к номинальному току АВ. Вкладки выполнения условий удовлетворения кратности и удовлетворения требований ПУЭ по времени отключения. Поскольку кратность тесно связана с временем отключения то часть таблиц из вкладки ВТХ была для удобства перенесена в эту вкладку.
3. Вкладка "ВТХ" - основная вкладка где мы можем отследить каждый график ВТХ для любого состояния и характеристики в момент тока КЗ. и условий удовлетворения по каждому типу расцепителя и его состояниям. Поскольку информации, даже у производителей, не всегда можно найти в интернете, то данная вкладка по настоящему уникальна для расчета.
4. Вкладка "расчет времени нагрева" - основная вкладка где мы производим расчеты времени нагрева проводника и расчет термически допустимых токов КЗ с учетом неадиабатического нагрева (другими словами температуру проводника при КЗ и его длительности до отключения АВ)
5. Вкладка "выполнение условий" - общая таблица по результатам всех условий:
- выдержка номинальной отключающей способности;
- соблюдение кратности токов КЗ к номинальному току уставки АВ;
- соблюдение условий времени расцепления;
- время нагрева (разрушения изоляции проводника) при токе КЗ;
6. Вкладка "сравнение формул" - таблицы сравнения методик расчета однофазных токов КЗ, а также таблица для расчета наихудших условий, которую можно подстроить индивидуально под свой случай (при отсутствие информации о системе электроснабжения)
7. Вкладка "Таблица ВТХ справка" - таблица кратности тока КЗ к номинальному значению АВ и значение время расцепления для каждого типа расцепителя и его состояния. На данную таблицу опираются значения вкладки ВТХ.
8. Вкладка "Zкабеля справка" - справочные таблицы по сопротивлениям системы электроснабжения. Они же частично дублируются в первой вкладке для упрощения ведения расчета однофазного тока КЗ.
Также для вас я решил записать пример расчета тока КЗ, а заодно и сделать небольшой обзор моего шаблона.
Посмотреть можно по ссылке ниже: https://disk.yandex.ru/i/afusuuey1B6yCA
15. Скачать мой шаблон!
Коллеги, прежде чем скачать шаблон, хотелось бы рассказать о том что фактически весь 2023 год он подвергался сплошным переделкам, доработкам направленным на улучшение. Я думаю, что подробнее шаблон не найдешь в интернете. И надеюсь это будет мой хороший подарок для вас перед новым годом. На его создание ушло много сил и в т.ч денежных средств. Поэтому прошу ценить такую вещь. И да, нет каких-либо подводных камней, которые куда-либо будут вести или открывать дополнительный материал за какие-либо деньги. Просто скачивайте и пользуйтесь без пароля.
Скачать можно по ссылке: https://disk.yandex.ru/i/nRnqexED0KZ-Pw
Многие спросят, зачем я раздаю бесплатно или вообще этим занялся. Самое важное, это то, что не хочется чтобы будущий специалист или кто-то другой тратили уйму времени на разбирательство в ГОСТе, перебирательстве в большом количестве нормативных документов. Все забыли, что на дворе 2024 год, а мы до сих пор думаем как же вычисляется ток короткого замыкания. Хочется сэкономить ваше время!!!
Еще хочется сказать, что наверное в 2024 году я дополню шаблон расчетами токов короткого замыкания 2-фазного, 3-фазного, ударного, а еще придумаю автоматизированную схему замещения. Возможно и вы что-то порекомендуете после скачки и испытании моего шаблона.
16. Нормативная литература.
Коллеги, для вас в привычной форме собрал всю нормативную литературу используемую при написание данной статьи.
Скачать ее можно ссылке: https://disk.yandex.ru/d/ncGvbHl36cptiw
17. Заключение.
Подводя итог, хочется сказать, что на данную статью с определенными перерывами я затратил чуть меньше двух месяцев. Хотелось сделать под новых год что-то особенное для всех подписчиков и я верю, что отправленный в открытый доступ шаблон сможет помочь многим упростив их расчет! Но не только шаблоном расчета я хотел поделиться с вами! Наверное вы заметили, что данная статья вышла еще длиннее чем статья про принципы работы АВР или выбор номинала тока автоматического выбирать номинал автоматического выключателя и сечение проводников и она затрагивает очень много вопросов начиная от оформления и заканчивая подробным описанием формул, расчетов, а также применение большого количества изображений. Все это шире открывает для нас понимание тока короткого замыкания. Я уверен, что в статье можно еще много о чем написать или исправить некоторые моменты. Мне хотелось бы от вас получить максимально конструктивную критику и отзывы, все описанное в статье исключительно личная работа и взгляд. Ваши комментарии возможно помогут дополнить статью или исправить какие-то моменты (при необходимости) с недавних пор я понял, что наличие статьи на платформе позволит каждому в любое время зайти и освежить память в этом вопросе. Говоря о современном подходе, я уже неоднократно выражался в том, что необходимо идти в ногу со временем, переделать некоторые ГОСТы, некоторые корректно перевести, сделать дополнение к ГОСТам в виде каких либо шаблонов (почему бы и нет), все это позволило бы сэкономить тонну времени для всех, а расчеты и их качество значительно улучшить, всегда надо помнить, что мы живем в современном мире, с современными технологиями, которые имеют тенденцию быстрого развития! Также в моей статье все без подводных камней и скрытых комиссий, это на мой взгляд важно и современно!
Коллеги, для меня будет очень значить ваш отзыв и комментарий, а также подписка на мой канал https://dzen.ru/electroproject
На нем я ежедневно выкладываю полезные видео о изучение электроустановок и их проектированию. Большое внимание уделяю обучению проектирования электроустановок и созданию программных комплексов автоматизации проектирования электроустановок, а также визуализации щитов и коммутационных аппаратов.
Также мой канал есть и в других социальных сетях для вашего удобства. Ссылки на них оставлю ниже.
YouTube: https://www.youtube.com/channel/UCpAl1cHeOzt0nW_a4trz..
Telegram канал ЭлектроПроект: https://t.me/ElectroProjectOMA
Telegram chat ЭлектроПроект: https://t.me/+5Db4wQ7QARVkYjky
Telegram chat OMA: https://t.me/+z6NOgkLHcHhlOWYy
VK группа ЭлектроПроект: https://vk.com/electroprojectoma
VK группа ОМА: https://vk.com/omaprogramm
VK группа курсы обучения: https://vk.com/electrocourses
Сайт ЭлектроПроект: elektroskhem.ru/
Сайт по обучающим курсам: rosette-design.ru/
Сайт программного комплекса ОМА: omaproject.ru/