Черкасов В.Н., Костарев Н.П. Пожарная безопасность электроустановок: Учебник

Подождите немного. Документ загружается.

152

отключение аварийного участка при КЗ в конце защищаемой сети по фор-

мулам (3.12) и (3.13), а его отключающая способность должна соответст-

вовать токам КЗ в начале защищаемого участка сети (согласно формуле

(3.19)). Кроме того, автоматы проверяют на селективность действий (см.

параграф 3.4).

Особенности выбора сечений проводников сетей, подлежащих обя-

зательной защите от перегрузки. Защите

от токов перегрузки подлежат:

сети внутри помещений с открыто проложенными незащищенными

проводами с наружными горючими оболочкой или изоляцией, а также вы-

полненные защищенными проводниками, проводниками, проложенными в

трубах, несгораемых строительных конструкциях и т.п.

осветительные сети в жилых и общественных зданиях, торговых по-

мещениях, служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий,

включая

сети для бытовых и переносных электроприемников, а также в

пожароопасных зонах;

силовые сети на промышленных предприятиях, в жилых и обществен-

ных зданиях, торговых помещениях в случае, когда по условиям техноло-

гического процесса или режиму работы может возникать длительная пере-

грузка проводов и кабелей;

сети всех видов во взрывоопасных зонах (за исключением

зон В-1б и

В-Iг) независимо от условий технологического процесса или режима рабо-

ты. Во всех остальных случаях сети защищаются лишь от токов КЗ.

Сечения сетей, защищаемых от перегрузки, следует выбирать также

по правилу 4. При этом допустимый длительный ток проводников I

доп

должен быть не менее:

а) 125 % номинального тока плавкой вставки или тока уставки авто-

матического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно

действующий (электромагнитный) расцепитель, для проводников с рези-

новой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией. Такой спо-

соб определения допустимого тока распространяется на проводники, про-

кладываемые вне взрывопожароопасных зон промышленных предприятий.

Для

них применима формула (4.23). Это объясняется тем, что плавкие

вставки предохранителей, а также электромагнитные расцепители автома-

тов сравнительно малочувствительны к малым перегрузкам, поэтому сече-

ние проводников приходится выбирать не по рабочему току, а по току,

близкому к току срабатывания защиты, т. е.

доп

≥ 1,25 I

н.вст

доп

≥ 1,25 I

ср.эл.м

; (4.30)

б) 100 % номинального тока плавкой вставки или тока уставки авто-

153

матического выключателя, имеющего только максимальный электромаг-

нитный расцепитель, для кабелей с бумажной изоляцией;

в) 100 % номинального тока теплового расцепителя автоматического

выключателя с нерегулируемой характеристикой (независимо от наличия

или отсутствия отсечки) для проводников всех марок, т.е.

доп

≥ I

н.тепл

; (4.31)

г) 100 % тока трогания тепловых расцепителей автомата с регулируе-

мой характеристикой для проводов и кабелей с резиновой и аналогичной

по тепловым характеристикам изоляцией;

д) 100 % номинального тока электродвигателя для проводников от-

ветвлений к короткозамкнутым электродвигателям в невзрывоопасных по-

мещениях, а также в зонах классов В-1б и В-1г;

е) 80 % тока трогания

тепловых расцепителей автомата с регулируе-

мой характеристикой для кабелей с бумажной изоляцией.

Если допустимый длительный ток в проводнике, определенный по

пунктам а, б, в, г, д, е, не совпадает с данными таблиц допустимых нагру-

зок, возможно применение ближайшего меньшего сечения, но не менее,

чем это требуется по формуле (4.29).

Особенности выбора сечения

проводников сетей, защищаемых

только от токов КЗ. Эти сечения выбирают таким образом, чтобы исклю-

чался недопустимый их перегрев. Недопустимый перегрев проводников

будет тогда, когда номинальные токи плавких вставок предохранителей

или уставок автоматов окажутся намного больше допустимых токов про-

водников. Поэтому номинальные токи плавких вставок предохранителей и

уставок в проводниках должны

иметь кратность:

при защите предохранителями

н.вст

/ I

доп

≤ 3; (4.32)

при защите автоматами только с максимальными электромагнитными

расцепителями (отсечка)

ср.эл.м

/ I

доп

≤ 4,5; (4.33)

при защите автоматами с тепловыми расцепителями без регулирова-

ния тока срабатывания (независимо от наличия или отсутствия отсечки)

н.тепл

/ I

доп

≤ 1; (4.34)

при защите автоматами с тепловыми расцепителями, имеющими регу-

лировку тока срабатывания (если у автоматов есть электромагнитные рас-

цепители, кратность их тока срабатывания не ограничивается)

ср.тепл

доп

≤ 1,5. (4.35)

154

Допускаемое загрубление защиты по формулам (4.32) и (4.33) следует

применять в тех случаях, когда в этом есть необходимость, т.е. в таких

местах и сетях, в которых воспламенение изоляции не грозит пожаром или

взрывом, и только для проводников, проложенных в трубах или имеющих

негорючие оболочки. В некоторых случаях, например для надежной от-

стройки

от токов самозапуска электродвигателей, допускается завышение

номинальных токов плавких вставок предохранителей и уставок автоматов

по сравнению с величинами, приведенными в формулах (4.32) и (4.33), ес-

ли кратность тока КЗ по формуле (3.13) не менее 5 для предохранителей и

не менее 1,5 для автоматов с электромагнитными расцепителями.

Расчет сетей по потере напряжения

Влияние напряжения на работу

электроприемников. Нормальная

работа электроприемников протекает при номинальном напряжении, соот-

ветствующем их паспортным данным. Любое отклонение подведенного на-

пряжения от номинального ухудшает работу электроприемников и условия

техники безопасности, а иногда увеличивает пожаровзрывоопасность при-

меняемого электрооборудования. Например, понижение номинального на-

пряжения на 10 % у асинхронных электродвигателей при номинальной на-

грузке на валу приводит к

увеличению тока статора и повышению темпера-

туры обмотки. Наоборот, повышение напряжения сверх номинального на

10 % вызывает увеличение вращающего момента и пускового тока, умень-

шение коэффициента мощности. Значительное снижение напряжения может

привести к остановке или невозможности запуска электродвигателя, приво-

дящего в движение механизм с тяжелыми условиями пуска.

У электрических ламп накаливания понижение

напряжения по срав-

нению с номинальным на 5 % вызывает уменьшение светового потока

лампы на 17 %, а повышение напряжения на 3 % сокращает срок службы

ламп с нормированных 1000 до 555 ч. Изменение напряжения влияет также

на срок службы газоразрядных ламп и пускорегулирующих аппаратов

(ПРА). У электронагревательных приборов (утюги, электрокамины, плитки

и т.п.) при повышении напряжения

сокращается срок службы, при пони-

жении – резко уменьшается мощность, отдаваемая приборам. Следова-

тельно, увеличивается время, необходимое для нагревания приборов.

Так как напряжение сильно влияет на работу электроприемников, не-

обходимо так проектировать и эксплуатировать сеть, чтобы электроприем-

ники работали под напряжением, близким к номинальному. Отклонение

напряжения на зажимах электродвигателей от номинального

должно быть

не более

± 5 % (в отдельных случаях допускаются отклонения выше номи-

нального до 10 %). Снижение напряжения у наиболее удаленных ламп

155

внутреннего рабочего освещения промышленных предприятий жилых и

общественных зданий, а также аварийного наружного освещения должно

быть не более 5,0 % номинального напряжения ламп. Для отдельных по-

требителей устанавливаются специальные требования к допустимым от-

клонениям напряжения.

Из обычных потребителей наиболее жесткие требования к допусти-

мому отклонению напряжения предъявляются в осветительных установ-

ках. Однако это

не означает, что и потеря напряжения в осветительной се-

ти не должна быть более 5 %. Между допустимой величиной снижения на-

пряжения на источниках света и допустимой потерей напряжения в осве-

тительной сети имеется существенная разница. Это объясняется тем, что в

цеховых трансформаторах, питающих установки напряжением до 1000 В,

вторичное напряжение при холостом

ходе (без нагрузки) выше номиналь-

ного на 5 % (с регулировкой в пределах

± 5 %). Например, если номиналь-

ное напряжение сети равно 380/220 В, вторичное номинальное напряжение

при холостом ходе трансформатора равно 400/230 В. Следовательно, на-

пряжение между фазными и нулевыми проводами на шинах подстанции

при холостом ходе трансформатора будет 230, а не 220 В.

Когда трансформатор нагружается, ток в его обмотках вызывает поте-

рю напряжения, которая зависит от

мощности трансформатора, степени

его загрузки, коэффициента мощности питаемых потребителей и некото-

рых других причин.

В табл. 1 прил. 2 указаны допустимые потери напряжения

ΔU

доп

процентах в осветительной и силовой сетях при питании от трансформато-

ров различной мощности. В сетях напряжением 12 и 36 В потеря напряже-

ния допускается до 10 %, считая от выводов низкого напряжения пони-

жающих трансформаторов (независимо от их мощности).

При расчете сетей на потерю напряжения необходимо иметь в виду

два случая. В первом

случае по заданному сечению проводов в линии оп-

ределяют потерю напряжения

и, сравнивая ее с допустимым значени-

ем

доп

, делают вывод о соответствии сечения проводов. Например,

выбор сечений проводов для силовых сетей обычно производят вначале по

допустимому нагреву, а затем уже проверяют на допустимую потерю на-

пряжения. Этот случай характерен для выполнения пожарно-технической

экспертизы проекта или пожарно-технического обследования действую-

щих электроустановок.

Во втором случае по заданной величине

доп

определяют необходи-

мое сечение проводников сетей. Этот случай характерен для стадии разра-

ботки проектного решения, т.е. при расчете, например, осветительных се-

тей, для которых определяющим является расчет на допустимую потерю

напряжения. Выбранное сечение проводников по этому условию затем

156

проверяют по допустимому нагреву.

Расчет сети по потере напряжения без учета индуктивности

проводников. Потерю напряжения

ΔU в трехфазовой линии с нагрузкой,

сосредоточенной в конце линии (рис. 4.3), в общем случае определяют

по формуле

ΔU =1,73 I l (r

cos ϕ

+ х

sin ϕ), (4.36)

где I – ток нагрузки, А; l – длина нагрузки, км; r

– активное сопротивле-

ние, Ом/км; х

– индуктивное сопротивление, Ом/км; cos

– коэффициент

мощности нагрузки.

Рис. 4.3. Схема сети с нагрузкой на конце

Активное и индуктивное сопротивления r

и х

линии определяются

по справочным таблицам или расчетом. Индуктивное сопротивление ли-

нии зависит от расстояния между проводами. Например, для кабельных

линий и проводов в стальных трубах, у которых расстояние между жилами

невелико, индуктивное сопротивление очень мало (0,06–0,08 Ом/км). У

проводов, проложенных внутри зданий на роликах и изоляторах на рас-

стоянии друг

от друга 50–150 мм, индуктивное сопротивление увеличива-

ется и составляет 0,2–0,25 Ом/км. Для сетей постоянного тока, а также для

сетей только с осветительной нагрузкой и нагрузкой от электронагрева-

тельных приборов и устройств (у которых cos

ϕ = 1, а следовательно,

sin

ϕ = 0) индуктивностью проводов всегда можно пренебречь.

Таким образом, при расчете сетей по потере напряжения индуктивно-

стью проводников можно пренебречь в сетях: постоянного тока, перемен-

ного тока с частотой 50 Гц и cos

ϕ =1; выполненных проводами и кабелями

сечением до 6 мм

включительно и проводами или кабелями внутри зда-

ний, если их сечения не превосходят указанных в табл. 4.4

Таблица 4.4

Сечение проводников, мм

кабелей проводов

Материал

проводника

Коэффициент

мощности

до 1 кВ 6-10кВ в трубах на роликах на изоляторах

Pcosϕ

ΔU = U

-U

, x

157

Медь 0,95

0,9

0,85

0,8

0,75

0,7

Алюми-

ний

0,95

0,9

0,85

0,8

0,75

0,7

120

Формула для определения необходимого сечения проводников сетей

по заданной величине

доп

может быть выведена так. Пусть линия посто-

янного тока имеет три нагрузки (рис. 4.4) и одинаковое сечение из металла

с удельным сопротивлением

ρ на всем протяжении.

Если допустимая потеря напряжения от точки 0 до 3 равна

ΔU

доп

, то

доп

где в правой части равенства – потери напряжения на участках. Они равны:

= r

(2l

/S) I

;

= r

(2l

/S) I

;

= r

(2l

/S)I

Следовательно,

доп

= (2

/S) (l

+ l

). I

= P

= (p

+ p

)/ U

;

= P

= (p

)/U

; I

= P

= p

Ввиду небольшой потери напряжения

ΔU

доп

можно принять напряже-

ние между проводами в любом месте линии равным номинальному. Тогда

получим

доп

= (2

/SU

) [(l

+ p

) +l

+ p

)+ l

] =

= (2

/SU

) [P

+ l

) +P

+ l

0 1 2 3

158

Рис. 4.4. Схема определения необходимого сечения проводника по U

доп

а – схема линии; б – расчетная схема (масштабы не соблюдены)

Согласно рис. 4.4, l

= L

; l

+ l

= L

и l

+ l

= L

Следовательно, L

, L

и L

есть «плечи» нагрузок Р

, Р

и Р

(анало-

гично плечам механических сил при расчетах балок).

Итак,

доп

= (2

/SU

) (Р

+ Р

) =

∑∑

кнккн

)/2()/2(

MSULPSU

ρρ

. (4.37)

Величина

∑

представляет собой сумму моментов электрических

нагрузок (мощностей) относительно начала линий.

Из формулы (4.37) получаем сечение при заданных

ΔU

доп

в В и любом

числе нагрузок в Вт:

S = (2

доп

)

∑

. (4.38)

Если перейти к

ΔU

доп

в процентах и Р

в кВт, получим

S = (2

доп

)

∑

. (4.39)

Обозначив

10ρ2

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

через с, будем иметь

S =

∑

/с

доп

(4.40)

или

S =

∑

/с

доп

, (4.41)

159

где S – сечение жилы провода или кабеля, мм

;

∑

– сумма мо-

ментов, кВт

⋅ м; Р

– расчетная мощность нагрузки, кВт (для ламп накали-

вания Р =

; для люминесцентных ламп Р = 1,25ΣР

; для ртутных

ламп типа ДРЛ Р = 1,12

; для отдельных электродвигателей Р = Р

;

для группы электродвигателей Р =

); L

– расстояние от начала рас-

сматриваемого участка линий до нагрузки, м; с – коэффициент, учиты-

вающий напряжение, систему питания и материал проводов (см. табл.2

прил. 2);

ΔU

доп

– допустимая потеря напряжения для рассчитываемого уча-

стка линии, %.

Общая допустимая потеря напряжения на всех участках осветитель-

ной (или силовой) линии от ТП до наиболее удаленной лампы рассчиты-

ваемого участка определяется по табл.1 прил.2. Так как осветительная сеть

от ТП до светильников состоит обычно из двух отдельных звеньев (пи-

тающего и

группового), необходимо определить, какая часть общей допус-

тимой потери напряжения должна быть отнесена к питающей сети и какая

– к групповой.

Наивыгоднейшее распределение общей допустимой потери напряже-

ния между этими звеньями должно быть определено в каждом конкретном

случае путем выполнения специальных довольного громоздких расчетов.

Следует учитывать, что чем большую протяженность имеет

питающая

сеть, тем большую часть общей допустимой потери напряжения целесооб-

разно к ней отнести. Во многих случаях бывает достаточно принять поте-

рю напряжения в групповой сети, равной 1,5–2,0 %, а остальную часть те-

рять в питающей сети.

Значение коэффициента спроса К

для расчета питающей сети рабочего

освещения следует принимать: 1 – для торговых помещений, мелких зданий

производственного характера и линий, питающих отдельные групповые

щитки; 0,95 – для производственных зданий, состоящих из отдельных круп-

ных пролетов; 0,9 – для библиотек, зданий административного назначения и

помещений общественного питания; 0,85 – для производственных зданий,

состоящих из нескольких отдельных помещений; 0,8 – для лечебных, дет-

ских и учебных учреждений, бытовых и лабораторных зданий.

При расчете групповой сети рабочего освещения зданий, всех звеньев

аварийного освещения, а также сети наружного освещения следует прини-

мать К

= 1. Значение коэффициента спроса для силовых установок зависит

от режима работы механизмов, приводимых в действие электродвигателя-

ми. Поэтому их устанавливают для групп технологического оборудования:

станков, вентиляторов, насосов, сварочных установок, трансформаторов и

т.п.

160

Определение суммы моментов

М зависит от характера распределе-

ния нагрузки и в практических расчетах может быть упрощено. Когда на-

грузка равномерно распределена вдоль всей линии (рис.4.5, а) или по от-

дельным ее участкам (рис. 4.5, б), суммарная нагрузка прикладывается в

середине сосредоточения отдельных нагрузок (аналогично для равномерно

распределенных сил при расчете балок).

Рис. 4.5. Пример упрощенного определения моментов нагрузки:

а – при равномерном распределении; б – при неравномерном распределении

по отдельным участкам линии; в – при разных сечениях и нагрузках

Для линии, согласно рис. 4.5, а,

Р(l

3/2

) =

Р [(L

+ L

)/2] =

PL. (4.42)

Для линии, согласно рис. 4.5, б,

ΣМ = М

+ М

= ΣР

+ l

) + ΣР

+ l

7/2

)

или

[(L

)/2] +

[(L

)/2] =

L+

L. (4.43)

Если по известному сечению проводов участка сети для него необхо-

димо определить фактическую потерю напряжения

ΔU

в процентах (на-

пример, при экспертизе проектных материалов или эксплуатируемой сети),

пользуются следующей формулой, вытекающей из формулы (4.41):

ΣP

∑Р

ΣP

= 8 кВт

= 6 кВт

= 5 кВт

= 100

= 40

= 30

ΣP = р

+ р

∑Р1

∑Р2

161

сS. (4.44)

Часто при расчете по формуле (4.41) сечение проводов получается

больше или меньше стандартного. В таких случаях выбирается ближайшее

большее или меньшее стандартное сечение, а фактическая потеря напря-

жения определяется по формуле

доп

= (S

), (4.45)

где

– сечение проводов, полученное по расчету, мм

; S

– принятое стан-

дартное сечение проводов, мм

Если сеть состоит из нескольких участков (рис.4.5,

в) с различным се-

чением проводников и разными нагрузками, определение потерь напряже-

ния (в процентах) производится для отдельных участков, а суммарная по-

теря напряжения будет суммой потерь на всех участках:

ΣΔ

ф1

ф2

ф3

= (М

/сS

) +(М

/сS

)+ (М

/сS

), (4.46)

где

ф1

= М

/сS

= [(p

+ p

]/сS

;

ф2

= М

/сS

= [(p

]/сS

;

ф3

= М

/сS

= p

/сS

Расчетные формулы (4.37) – (4.46) позволяют определять потери на-

пряжения в сети при заданных ее параметрах (конфигурация, протяжен-

ность, места и величины приложенных нагрузок, сечение проводов) или

сечение проводов отдельных участков (по допустимым или заданным по-

терям напряжения, передаваемой нагрузке, протяженности участков).

Экономичность запроектированной сети может быть обоснована лишь

в том случае, если расход

проводникового материала в данной сети был

наименьшим. Поэтому в целях экономии проводникового материала сечения

проводников осветительной сети выбирают в большинстве случаев неоди-

наковыми на разных участках. Задача расчета сети на наименьшую затрату

проводникового материала сводится в общем виде к решению

вопроса, как распределить расчетные потери напряжения между отдельны-

ми участками

сети, чтобы обеспечить наименьший расход проводникового

материала.

Таким образом, если необходимо рассчитать разветвленную сеть

(рис. 4.5,

в) и при этом соблюсти условия, обеспечивающие минимальный

расход проводникового материала, сечение каждого участка сети опреде-

ляют по формуле

S = (

М+d

m)/с

U, (4.47)

где

S – сечение рассчитываемого участка сети, мм

; ΣМ – сумма моментов