 |
Расчетно-эксперементальное исследование методов расчета токов КЗ в сетях с переходом от системы заземления TN к системе заземления IT
|
|
|
|
На практике переход от системы заземления TN к системе заземления IT может осуществляться за счёт установки в схему электроснабжения разделительного трансформатора с коэффициентом трансформации 1.
На рисунке 4.6 представлена условная схема электроснабжения предприятия, в составе потребителей которого есть ответственный потребители.
Рисунок 4.6 – Схема электроснабжения ответственного потребителя
Как видно из схемы питание ответственного потребителя осуществляется через цеховой трансформатор, шинопровод, кабельную линию КЛ1 (система заземления TN), разделительный трансформатор и кабельную линию КЛ2 (система заземления IT).
Для такого случая сделан ряд расчетных экспериментов по расчету токов КЗ в точке питания ответственного потребителя К1 и на конце линии КЛ1 в точке К2. В ходе экспериментов изменялись следующие параметры:
1. Мощность трансформатора Т1 – от 250 до 2500 кВА (тип ТМ).
2. Мощность трансформатора Т2 – от 6 до 120 кВА (тип ТРТ).
3. Мощность конечного потребителя соответствует мощности разделительного трансформатора Т2, т.е. трансформатор подбирается таким образом, чтобы к нему подключался один потребитель. Потребителем является электродвигатель.
4. В соответствии с мощностью конечного потребителя и мощностью трансформатора Т1 выбирались соответствующие сечения шинопровода Ш1, кабельных линий КЛ1, КЛ2 и номиналы автоматических выключателей.
Длина шинопровода Ш1 принимается 10м, суммарная длина кабельных линий КЛ1 и КЛ2 варьировалась от 20 до 380 метров с шагом 40 м, соотношение длин КЛ1 и КЛ2 между собой менялось в процентном соотношении. Варьирование соотношения длин кабелей КЛ1 и КЛ2 проводилось для того, чтобы проверить есть ли зависимость величины тока КЗ в точке К1 в зависимости от соотношения длин кабелей в сетях с разными системами заземления. Марка кабелей ВВГ.
|
|
|
Целью расчетного эксперимента было:
- оценить влияние соотношения длин кабельных линий КЛ1 и КЛ2 на величину тока двухфазного и трехфазного КЗ в точке К1, при которых должно происходить отключение питания установки;
- вычислить максимальные длины кабельных линий КЛ1 и КЛ2, при которых будет обеспечиваться защита при косвенном прикосновении.
Необходимо отметить, что расчет однофазного тока КЗ в точке К1 не проводился, так как эта точка находится в сети с системой заземления нейтрали IT, для которой отключение при однофазном замыкание не нужно, соответственно и отстройка аппаратов защиты ведется не от величины тока однофазного замыкания, а от меньшей величины тока междуфазного замыкания (двухфазное и трёхфазное замыкание).
В таблице 4.1 приведены параметры всех элементов схемы, используемые дальше в расчетах.
Таблица 4.1
Параметры, используемые в расчетах.
| № опыта | Т1, кВА | Ш1, А | АВ1, А | АВ2, АВ3, А | КЛ1, мм2 | Pпотр, кВт | АВ4, А | КЛ2, мм2 | |
| 4х2,5 | 3х2,5 | ||||||||
| 4х2,5 | 3х2,5 | ||||||||
| 4х4 | 3х4 | ||||||||
| 4х4 | 3х4 | ||||||||
| 4х10 | 3х10 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х25 | 3х25 | ||||||||
| 4х35 | 3х35 | ||||||||
| 4х35 | 3х35 | ||||||||
| 4х70 | 3х70 | ||||||||
| 4х70 | 3х70 | ||||||||
| 4х185 | 3х185 | ||||||||
| 4х2,5 | 3х2,5 | ||||||||
| 4х2,5 | 3х2,5 | ||||||||
| 4х4 | 3х4 | ||||||||
| 4х4 | 3х4 | ||||||||
| 4х10 | 3х10 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х25 | 3х25 | ||||||||
| 4х35 | 3х35 | ||||||||
| 4х35 | 3х35 | ||||||||
| 4х70 | 3х70 | ||||||||
| 4х70 | 3х70 | ||||||||
| 4х185 | 3х185 | ||||||||
| 4х2,5 | 3х2,5 | ||||||||
| 4х2,5 | 3х2,5 | ||||||||
| 4х4 | 3х4 | ||||||||
| 4х4 | 3х4 | ||||||||
| 4х10 | 3х10 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х25 | 3х25 | ||||||||
| 4х35 | 3х35 | ||||||||
| 4х35 | 3х35 | ||||||||
| 4х70 | 3х70 | ||||||||
| 4х70 | 3х70 | ||||||||
| 4х185 | 3х185 | ||||||||
| 4х2,5 | 3х2,5 | ||||||||
| 4х2,5 | 3х2,5 | ||||||||
| 4х4 | 3х4 | ||||||||
| 4х4 | 3х4 | ||||||||
| 4х10 | 3х10 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х25 | 3х25 | ||||||||
| 4х35 | 3х35 | ||||||||
| 4х35 | 3х35 | ||||||||
| 4х70 | 3х70 | ||||||||
| 4х70 | 3х70 | ||||||||
| 4х185 | 3х185 | ||||||||
| 4х2,5 | 3х2,5 | ||||||||
| 4х2,5 | 3х2,5 | ||||||||
| 4х4 | 3х4 | ||||||||
| 4х4 | 3х4 | ||||||||
| 4х10 | 3х10 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х25 | 3х25 | ||||||||
| 4х35 | 3х35 | ||||||||
| 4х35 | 3х35 | ||||||||
| 4х70 | 3х70 | ||||||||
| 4х70 | 3х70 | ||||||||
| 4х185 | 3х185 | ||||||||
| 4х2,5 | 3х2,5 | ||||||||
| 4х2,5 | 3х2,5 | ||||||||
| 4х4 | 3х4 | ||||||||
| 4х4 | 3х4 | ||||||||
| 4х10 | 3х10 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х16 | 3х16 | ||||||||
| 4х25 | 3х25 | ||||||||
| 4х35 | 3х35 | ||||||||
| 4х35 | 3х35 | ||||||||
| 4х70 | 3х70 | ||||||||
| 4х70 | 3х70 | ||||||||
| 4х185 | 3х185 |
|
|
|
|
|
|
Расчетный эксперимент проводился при использовании программного комплекса «Мathcad Professional», в среде которого была создана математическая модель расчета режимов симметричных и несимметричных КЗ в начальный и произвольный момент времени. Разработанная математическая модель позволила получить токи КЗ в точках К1 и К2 при различных параметрах элементов системы электроснабжения.
Исходные данные по сопротивлениям отдельных элементов системы электроснабжения были взяты из соответствующих таблиц [32] и базы данных программы «GUEXPERT».
Расчеты проводились в соответствии с ГОСТ 28249-93 [32,50,51,52].
В таблице 4.2 представлены результаты расчетов для опыта 1.1
Таблица 4.2
Результаты расчета токов КЗ для опыта 1.1
| № опыта | Т1 | RT1, мОм | XT1, мОм | Шинопровод | RШ1, мОм/м | XШ1, мОм/м | АВ1, Iном, А | RАВ1, мОм | XАВ1, мОм |
| ТМ-250 | 9,47 | 27,20 | ШРА4-400 | 0,15 | 0,17 | 0,55 | 0,10 | ||
| № опыта | АВ2, АВ3, АВ4, Iном, А | RАВ2, мОм | XАВ2, мОм | КЛ1, мм2 | RКЛ1.0, мОм/м | XКЛ1.0, мОм/м | RКЛ1.1, мОм/м | XКЛ1.1, мОм/м | |
| 1.1 | 29,00 | 40,00 | 4х2,5 | 28,48 | 0,427 | 7,12 | 0,107 | ||
| Т2 | RT2, мОм | XT2, мОм | КЛ2, мм2 | RКЛ1.0, мОм/м | XКЛ1.0, мОм/м | RКЛ1.1, мОм/м | XКЛ1.1, мОм/м | ||
| ТРТ-6000М | 711,11 | 227,67 | 3х2,5 | 28,48 | 0,427 | 7,12 | 0,107 | ||
| Lсум, м | ZK1, мОм | Iк2, кА | Iк3, кА | ZK2, мОм | Iк1, кА | IТО, кА | |||
| 1024,63 | 0,195 | 0,225 | 1115,96 | 0,621 | 0,10 | ||||
| 1294,80 | 0,154 | 0,178 | 2795,75 | 0,248 | 0,10 | ||||
| 1570,17 | 0,127 | 0,147 | 4497,60 | 0,154 | 0,10 | ||||
| 1848,40 | 0,108 | 0,125 | 6203,38 | 0,112 | 0,10 | ||||
| 2128,38 | 0,094 | 0,109 | 7910,54 | 0,088 | 0,10 | ||||
| 2409,50 | 0,083 | 0,096 | 9618,36 | 0,072 | 0,10 | ||||
| 2691,40 | 0,074 | 0,086 | 11326,53 | 0,061 | 0,10 | ||||
| 2973,86 | 0,067 | 0,078 | 13034,91 | 0,053 | 0,10 | ||||
| 3256,73 | 0,061 | 0,071 | 14743,44 | 0,047 | 0,10 | ||||
| 3539,92 | 0,056 | 0,065 | 16452,06 | 0,042 | 0,10 |
|
|
|
Результаты всех расчетов сведены в таблицы Приложения 1.
Из результатов расчёта видно, что различные соотношения длин линий КЛ1 и КЛ2 никак не влияют на значения двухфазного и трехфазного тока КЗ в точке присоединения ответственного потребителя. Это связано с тем, что при расчете токов двух- и трёхфазного КЗ нам необходимы только значения сопротивлений прямой последовательности. По кабелям КЛ1 и КЛ2 течет одинаковая мощность при одинаковом напряжении, поэтому для простоты принимаем, что сечения этих кабелей одинаковые и не меняются при переходе с одной системы заземления на другую. Таким образом и удельное сопротивление прямой последовательности кабелей одинаковое.
При установке разделительного трансформатора в действующей сети TN имеется ряд ограничений. В первую очередь это ограничение по мощности подключаемого приемника, т.к. разделительные трансформаторы выпускаются на мощность до 120 кВА, то и потребителя большей мощности подключить к сети через такой трансформатор мы не можем.
Из расчетов видно, что при установке разделительно трансформатора в действующей сети с системой заземления TN необходимо убедиться, что трансформатор подключается по линии, длина которой не выходит за предел максимальной допустимой длины с точки зрения обеспечения защиты при косвенном прикосновении.
В таблице 4.3 приведены максимальные длины линии КЛ1, при которых будет обеспечиваться безопасность при косвенном прикосновении при различных мощностях цехового трансформатора и потребителя.
В таблице 4.4 и 4.5 приведены максимальные длины линии КЛ2, при которых будет обеспечиваться безопасность при косвенном прикосновении при длине линии КЛ1 равной нулю и при максимальной длине линии КЛ1.
Таблица 4.3
Максимальные длины линий и сечения кабеля КЛ1, при которых обеспечивается безопасность при косвенном прикосновении, для различных параметров элементов сети.
| Мощность трансформатора | Мощность нагрузки, кВА / Сечение линии, мм2 | ||||||||||||||
| 6 / 2,5 | 8 / 2,5 | 10 / | 12 / | 16 / | 20 / | 25 / | 30 / | 35 / | 40 / | 50 / | 63 / | 80 / | 100 / | 120 / | |
| 250 кВА | |||||||||||||||
| 400 кВА | |||||||||||||||
| 630 кВА | |||||||||||||||
| 1000 кВА | |||||||||||||||
| 1600 кВА | |||||||||||||||
| 2500 кВА |
Таблица 4.4
Максимальные длины линий и сечения кабеля КЛ2 при длине КЛ1 равной нулю, при которых обеспечивается безопасность при косвенном прикосновении, для различных параметров элементов сети.
|
|
|
| Мощность трансформатора | Мощность нагрузки, кВА / Сечение линии, мм2 | ||||||||||||||
| 6 / 2,5 | 8 / 2,5 | 10 / | 12 / | 16 / | 20 / | 25 / | 30 / | 35 / | 40 / | 50 / | 63 / | 80 / | 100 / | 120 / | |
| 250 кВА | |||||||||||||||
| 400 кВА | |||||||||||||||
| 630 кВА | |||||||||||||||
| 1000 кВА | |||||||||||||||
| 1600 кВА | |||||||||||||||
| 2500 кВА |
Таблица 4.5
Максимальные длины линий и сечения кабеля КЛ2 при максимальной длине кабеля КЛ1, при которых обеспечивается безопасность при косвенном прикосновении, для различных параметров элементов сети.
| Мощность трансформатора | Мощность нагрузки, кВА / Сечение линии, мм2 | ||||||||||||||
| 6 / 2,5 | 8 / 2,5 | 10 / | 12 / | 16 / | 20 / | 25 / | 30 / | 35 / | 40 / | 50 / | 63 / | 80 / | 100 / | 120 / | |
| 250 кВА | |||||||||||||||
| 400 кВА | |||||||||||||||
| 630 кВА | |||||||||||||||
| 1000 кВА | |||||||||||||||
| 1600 кВА | |||||||||||||||
| 2500 кВА |
Как видно из таблиц 4.3 и 4.4 установка разделительного трансформатора позволяет увеличить суммарную длину линии питания любого потребителя на величину от 50% до 200% в зависимости от параметров сети.
Так же из результатов расчетов видно, что при маленькой мощности потребителя, а соответственно маленькой мощности разделительного трансформатора, мощность цехового трансформатора оказывает малое влияние на максимальную длину. Это связано с большим значением сопротивления у разделительного трансформатора при его маленькой мощности.
Необходимо отметить, что устанавливать разделительный трансформатор лучше таким образом, чтобы линия питания в системе IT была максимальной. Лучшим вариантом с точки зрения уменьшения вероятности отключения сети будет подключение разделительного трансформатора непосредственно к шинам низкого напряжения цехового трансформатора. Таким образом, мы убираем кабель в системе TN и не беспокоимся, что на этом кабеле может произойти однофазное замыкание на землю, которое мы вынуждены будем отключать.
При расчете параметров в сети IT с распределенной нейтралью величины токов и максимальных длин нужно уменьшить в «корень из трёх» раз. Т.к. в случае с нераспределенной нейтралью токи и длины будут пропорциональны линейному напряжению (двойное замыкание возможно только между фазами), а в случае с распределенной нейтралью токи и длины будут пропорциональны фазному напряжению сети (двойное замыкание возможно между фазой и нейтральным проводником).
В случае, если от разделительного трансформатора питается не один, а несколько потребителей расчеты будут аналогичными, однако изменятся параметры выключателей и линий за разделительным трансформатором.
|
|
|
