8.5. Тепловий розрахунок електричних мереж

Відповідно до вимог "Правил пожежної безпеки в Україні" електричні машини, апарати, обладнання (апарати керування, пускорегулювання, контрольно-вимірювальні прилади, електродвигуни, світильники тощо), електропроводи й кабелі за виконанням та ступенем захисту повинні не тільки відповідати класу зони згідно з ПУЕ, а й мати апаратуру захисту від струмів КЗ та інших аварійних режимів. Для цього здійснюється розрахунок електричних мереж.

Взагалі електричні мережі розраховуються комплексно: за нагрівом (тепловий розрахунок), за втратою напруги, за економічною густиною струму тощо. 

Метою проведення теплового розрахунку електричних мереж є визначення відповідності номінальних параметрів апаратів захисту, площі поперечного перерізу жил провідників (маркорозміру КВ) відгалужень і магістральної лінії один одному і розрахунковому навантаженню мережі. Правильно виконаний тепловий розрахунок дозволяє запобігати пожежонебезпечним явищам, що виникають при КЗ та перевантаженнях.

Тепловий розрахунок виконується на стадії проектування електричної мережі житлових, громадських або промислових будівель у проектній організації, а також при проведенні Державної експертизи щодо пожежної безпеки електричних розділів проекту будівництва у підрозділах держпожнагляду. Проведення теплового розрахунку також може бути потрібним при дослідженні пожежі при висуненні версії про причетність електроустановок до її виникнення.

Загальний порядок теплового розрахунку електричних мереж:

1-й етап. Визначення класу зони простору або класифікація приміщення, у якому працює електрична мережа.

2-й етап. Визначення потреби у захисті електричної мережі від КЗ або перевантаження. Є електричні мережі, які захищаються від КЗ і струмового перевантаження одночасно, і є електричні мережі, які захищаються тільки від КЗ.

3-й етап. Визначення номінальної потужності навантаження електричної мережі.

4-й етап. Визначення величини розрахункового та максимального (пускового)  струмів в електричній мережі.

5-й етап. Визначення номінальних параметрів апаратів захисту (автоматичних вимикачів, плавких запобіжників, теплових реле) електричної мережі від КЗ і струмового перевантаження.

6-й етап. Визначення маркорозміру КВ, якими підключається навантаження в електричну мережу.  

7-й етап. Виконання, якщо у цьому є потреба, перевірочного розрахунку на надійність відключення від джерел електричного живлення при виникненні КЗ на кінці лінії, що захищається. 

Надійне відключення пошкодженої ділянки електричної мережі забезпечується, якщо відношення величини найменшого розрахункового струму КЗ до номінального струму плавкої вставки плавкого запобіжника або розчіплювача автоматичного вимикача буде не меншим за наступні значення (п. 3.1.8 ПУЕ):

–  для автоматичних вимикачів з електромагнітним розчіплювачем (максимальним розчіплювачем струму миттєвої дії): 

,                                 (8.16)

де  – розрахункове значення величини мінімального струму КЗ; коефіцієнт 1,25 – для автоматичних вимикачів на номінальні струми вище 100 А, коефіцієнт 1,4 – для автоматичних вимикачів на номінальні струми до 100 А;

– для плавких запобіжників (коефіцієнт у дужках відноситься до електромереж у вибухонебезпечних зонах):

;                                         (8.17)

–  для автоматичних вимикачів з максимальним розчіплювачем струму з витримкою часу, обернено залежною від струму (тепловим розчіплювачем), або магнітних пускачів з тепловим реле (коефіцієнт у дужках відноситься до електромереж у вибухонебезпечних зонах):

.                                 (8.18)

Для визначення  необхідно розрахувати усю електричну мережу від об’єктової трансформаторної ПС до приймача електричної енергії. Тому перевірочний (сьомий) етап виконується після повного розрахунку електричної мережі.

Приклад однолінійної схеми електричної мережі від об’єктової трансформаторної ПС до приймачів електричної енергії подано на рис. 7.4. 

Порядок теплового розрахунку відгалуження до силового приймача електричної енергії. Відгалуження до силового приймача електричної енергії – ділянка від РЩ до і-го електродвигуна (рис. 7.4). 

1-й етап. Визначення класу зони простору або класифікація приміщення, у якому працює електрична мережа.

2-й етап. Визначення необхідності захисту електричної мережі від КЗ або перевантаження.

Від КЗ захищаються усі електричні мережі (п. 3.1.8 ПУЕ).

Захист електродвигунів від перевантаження має встановлюватися у випадках, коли можливе перевантаження механізму з технологічних причин  (п. 5.3.57 ПУЕ).

Крім того, від перевантаження захищаються силові мережі:

• усередині приміщень, виконані відкрито прокладеними провідниками з горючою зовнішньою оболонкою або ізоляцією (п. 3.1.10 ПУЕ);
• на промислових підприємствах, у житлових і громадських будівлях, торговельних приміщеннях – тільки у випадках, коли за умовами технологічного процесу або режимом роботи мережі може виникати тривале перевантаження провідників (п. 3.1.10 ПУЕ);
• у вибухонебезпечних зонах (п. 4.10.2 нормативного документа НПАОП 40.1-1.32).

3-й етап. Визначення номінальної потужності і-го електродвигуна , [кВт]. Здійснюється за паспортними даними на електродвигун.

4-й етап. Визначення величини розрахункового та максимального (пускового)  струмів в електричній мережі.

Розрахунковим (номінальним) називається електричний струм, що протікає по провідниках електричної мережі при роботі електродвигуна в номінальному режимі. 

Для визначення величини розрахункового струму і-го трифазного асинхронного двигуна  застосовується математична формула:

                                (8.19)

де  – лінійна напруга, [В] (як правило, );  – коефіцієнт потужності, в частках одиниці;  – коефіцієнт корисної дії, в частках одиниці.

Величина максимального (пускового) струму  трифазного асинхронного двигуна визначається за формулою:

                                (8.20)

де  – кратність пускового струму і-го електродвигуна (визначається з паспортних даних електродвигуна). 

5-й етап. Визначення номінальних параметрів апаратів захисту електричної мережі від КЗ і струмового перевантаження.

Захист електродвигуна від КЗ, як правило, здійснюється автоматичними вимикачами або плавкими запобіжниками, захист від перевантаження – тепловими реле, що вбудовуються у магнітні пускачі.

Номінальні параметри електромагнітного розчіплювача (максимального розчіплювача струму миттєвої дії) і-го автоматичного вимикача, що захищає електричну мережу до і-го трифазного асинхронного двигуна від КЗ, визначаються з умови (п. 3.1.4 ПУЕ):

,                                 (8.21)

де  – номінальний струм електромагнітного розчіплювача (максимального розчіплювача струму миттєвої дії) і-го автоматичного вимикача, [А];  – струм спрацьовування електромагнітного розчіплювача (максимального розчіплювача струму миттєвої дії) і-го автоматичного вимикача, [А]; 

 – коефіцієнт, який враховує неточність характеристик автоматичного вимикача при його серійному виробництві та, відповідно, залежить від типу автоматичного вимикача (для більшості автоматичних вимикачів можна вважати ).

Номінальний струм плавкої вставки і-го безінерційного плавкого запобіжника , що захищає електричну мережу до і-го трифазного асинхронного двигуна від КЗ, визначається з умови (п. 5.3.56 ПУЕ):

,                                        (8.22)

де  – коефіцієнт, який залежить від умов пуску трифазного асинхронного двигуна (за легких умов пуску ; за важких умов пуску ).

Номінальний струм нагрівального елемента і-го теплового реле  магнітного пускача, що захищає і-й трифазний асинхронний двигун від перевантаження, визначається з наступної умови:

.                                 (8.23)

Реальні електромагнітні розчіплювачі (максимальні розчіплювачі струму миттєвої дії), плавкі вставки та нагрівальні елементи апаратів захисту обираються за каталогами з параметрами, найближчими більшими за , ,  з параметричного ряду для визначених типів апаратів захисту.

6-й етап. Визначення маркорозміру КВ, якими підключається навантаження в електричну мережу. 

Вибір марки КВ та способу його прокладання здійснюється відповідно до класу зони простору, в якому розташовано електричну мережу.

Визначення маркорозміру КВ здійснюється за струмовим навантаженням, тривало припустимим за ПУЕ для жил даної марки КВ та способу його прокладання.

Величина допустимого струму для жили КВ  визначається з умови (п. 3.1.12 ПУЕ):

,                                 (8.24)

де  – коефіцієнт, який залежить від місця розташування електричної мережі (у вибухонебезпечних зонах  (для трифазних асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором); у невибухонебезпечних зонах ).

Маркорозмір КВ визначається за таблицями глави 1.3 ПУЕ. При цьому слід обирати мінімально можливий переріз, що відповідає умові (8.24).

Обрана з таблиці глави 1.3 ПУЕ допустима сила струму  для обраного маркорозміру КВ перевіряється за умовою (п. 3.1.11 ПУЕ):

для вибухонебезпечних зон:

;                                 (8.25)

для невибухонебезпечних зон:

.                                 (8.26)

При невиконанні умов (8.25) або (8.26) маркорозмір КВ збільшується до найближчого стандартного значення, що задовольнить цим умовам.

Якщо відгалуження до електродвигуна захищається тільки від КЗ, то необхідно перевірити правильність вибору маркорозміру КВ за наступними умовами (п. 3.1.9 ПУЕ):

• при захисті мережі автоматичними вимикачами: 

;                                (8.27)

• при захисті плавкими запобіжниками:

.                                (8.28)

При невиконанні умов (8.27) або (8.28) необхідно з таблиць глави 1.3 ПУЕ обрати КВ з більшим стандартним маркорозміром, що задовольнить цим умовам. 

Порядок теплового розрахунку розподільної силової мережі. Розподільна силова мережа – ділянка від ГРЩ до РЩ (рис. 7.4).

1-й етап. Визначення класу зони простору або класифікація приміщення, в якому працює електрична мережа. Розподільні пристрої, як правило, виносяться за межі небезпечних просторів та розташовуються в окремих приміщеннях.

2-й етап. Визначення необхідності захисту електричної мережі від КЗ або перевантаження.

Розподільна силова захищається тільки від КЗ (п. 3.1.8 ПУЕ).

3-й етап. Визначення номінальної потужності навантаження електричної мережі.

Від РЩ підключено  однакових трифазних асинхронних двигунів з номінальною потужністю , [кВт].  визначається за паспортними даними.

4-й етап. Визначення величини розрахункового та максимального струмів в електричній мережі.

Для визначення величини розрахункового струму в розподільній силовій мережі застосовується математична формула:

                                (8.29)

де  – коефіцієнт попиту, що характеризує імовірність одночасної роботи всіх електродвигунів (визначається з таблиці 8.3).

Таблиця 8.3 – Величина коефіцієнта попиту електродвигунів

Величина максимального струму в розподільній силовій мережі визначається за формулою:

                        (8.30)

де  – величина найбільшого пускового струму і-го електродвигуна, підключеного від РЩ, [А].

5-й етап. Визначення номінальних параметрів апаратів захисту електричної мережі від КЗ.

Захист від КЗ, як правило, здійснюється автоматичними вимикачами або плавкими запобіжниками.

Електромагнітний розчіплювач (максимальний розчіплювач струму миттєвої дії) автоматичного вимикача, що захищає розподільну силову мережу від КЗ, вибирається з таким номінальним струмом  , для якого виконується умова (п. 3.14 ПУЕ):

.                                 (8.31)

Плавка вставка плавкого запобіжника, що захищає розподільну силову мережу від КЗ, вибирається з таким номінальним струмом , для якої виконується умова:

.                                        (8.32)

При цьому необхідно забезпечити виконання вимоги селективності  (п. 3.1.8 ПУЕ) роботи апаратів захисту у відгалуженнях і в розподільній силовій мережі:

– при захисті мережі автоматичними вимикачами – номінальні струми розчіплювачів суміжних автоматичних вимикачів повинні відрізнятися один від одного на один крок за шкалою номінальних струмів;

• при захисті плавкими запобіжниками за умови:

.                                        (8.33)

6-й етап. Визначення маркорозміру КВ, якими підключається навантаження в електричну мережу. 

Визначення маркорозміру КВ здійснюється за струмовим навантаженням, тривало допустимим за ПУЕ для жил даної марки КВ та способу його прокладання.

Допустима сила струму  для жили КВ визначається з умови 
(п. 3.1.12 ПУЕ):

.                                         (8.34)

Маркорозмір КВ визначається за таблицями глави 1.3 ПУЕ. При цьому слід обирати мінімально можливий переріз, що відповідає умові (8.34).

Після вибору маркорозміру КВ необхідно перевірити його відповідність параметрам апаратів захисту. Оскільки захист здійснюється тільки від КЗ, застосовуються наступні умови (п. 3.1.9 ПУЕ):

– при захисті мережі автоматичними вимикачами: 

;                                        (8.35)

– при захисті плавкими запобіжниками:

.                                        (8.36)

При невиконанні умов (8.35) або (8.36) необхідно обрати КВ з більшим стандартним маркорозміром (з таблиць глави 1.3 ПУЕ), що задовольнить цим умовам. 

Порядок теплового розрахунку групової освітлювальної мережі. Групова освітлювальна мережа – ділянка від ЩО до світильників однієї групи (рис. 7.4).

1-й етап. Визначення класу зони простору або класифікація приміщення, у якому працює групова освітлювальна мережа.

2-й етап. Визначення необхідності захисту електричної мережі від КЗ або перевантаження.

Від КЗ захищаються усі електричні мережі (п. 3.1.8 ПУЕ).

Від перевантаження захищаються (п. 3.1.10 ПУЕ):

• освітлювальні мережі в житлових і громадських будівлях, у торговельних приміщеннях, службово-побутових приміщеннях промислових підприємств, включаючи мережі для побутових і переносних електроприймачів (прасок, чайників, плиток, кімнатних холодильників, пилососів, пральних і швейних машин тощо), а також у пожежонебезпечних зонах;
• мережі всіх видів у вибухонебезпечних зонах.

3-й етап. Визначення номінальної потужності навантаження електричної мережі.

За паспортними даними визначається номінальна потужність p-го електричного світильника , [кВт]. Одна група, як правило, складається з декількох світильників, включених паралельно. Відповідно до вимог п. 6.2.10 ПУЕ кожна групова лінія повинна мати на фазу не більше 20 ламп розжарювання, дугових ртутних люмінесцентних ламп, дугових натрієвих трубчастих ламп.

Номінальна потужність k-ої групи світильників визначається за формулою:

, [кВт].                                (8.37)

4-й етап. Визначення величини розрахункового струму в електричній мережі (для освітлювальної мережі величина пускового струму не визначається).

Світильники, як правило, живляться електричним струмом з фазною напругою. Величина розрахункового струму k-ої групи світильників визначається за формулою:

                                (8.38)

де  – фазна напруга, [В] (як правило, );  – коефіцієнт потужності, в частках одиниці (залежить від типу ламп, що застосовуються у світильниках: лампи розжарювання – , дугові ртутні люмінесцентні лампи – , люмінесцентні лампи – ).  

5-й етап. Визначення номінальних параметрів апаратів захисту електричної мережі від КЗ і струмового перевантаження.

Захист від КЗ та перевантаження, як правило, здійснюється автоматичними вимикачами або плавкими запобіжниками.

Електромагнітний розчіплювач (максимальний розчіплювач струму миттєвої дії) автоматичного вимикача, що захищає k-ту групу освітлювальної мережі від КЗ, вибирається з таким номінальним струмом , для якого виконується умова (п. 3.1.4 ПУЕ):

.                                         (8.39)

Тепловий розчіплювач (максимальний розчіплювач струму з витримкою часу, обернено залежною від струму) автоматичного вимикача, що захищає k-ту групу освітлювальної мережі від перевантаження, вибирається з таким номінальним струмом , для якого виконується умова 
(п. 3.1.4 ПУЕ):        

.                                         (8.40)

Плавкий запобіжник, що захищає k-ту групу освітлювальної мережі від КЗ та перевантаження, вибирається з такою плавкою вставкою, для якої виконується умова (п. 3.1.4 ПУЕ):

.                                         (8.41)

6-й етап. Визначення маркорозміру КВ, якими підключається навантаження в електричну мережу. 

Визначення маркорозміру КВ здійснюється за струмовим навантаженням, тривало допустимим за ПУЕ для жил даної марки КВ та способу його прокладання.

Допустима сила струму для жили КВ  визначається з умови:

.                                         (8.42)

Маркорозмір КВ визначається за таблицями глави 1.3 ПУЕ. При цьому слід обирати мінімально можливий переріз, що відповідає умові (8.42).

Допустима сила струму для обраного маркорозміру КВ  перевіряється за умовами (п. 3.1.11 ПУЕ):

для вибухонебезпечних зон:

  або  ,         (8.43)

для невибухонебезпечних зон:

  або                   (8.44)

та, якщо треба, збільшується до найближчого стандартного значення.

Якщо групова освітлювальна мережа захищається тільки від КЗ, то необхідно перевірити правильність вибору маркорозміру КВ за наступними умовами  (п. 3.1.9 ПУЕ):

• при захисті мережі автоматичними вимикачами: 

;                                (8.45)

– при захисті плавкими запобіжниками:

.                                (8.46)

При невиконанні умов (8.45) або (8.46) необхідно з таблиць глави 1.3 ПУЕ обрати КВ з більшим стандартним маркорозміром, що задовольнить цим умовам. 

Порядок теплового розрахунку розподільної освітлювальної мережі. Розподільна освітлювальна мережа – ділянка від ГРЩ до ЩО (рис. 7.4).

1-й етап. Визначення класу зони простору або класифікація приміщення, в якому працює електрична мережа. Розподільні пристрої, як правило, виносяться за межі небезпечних просторів та розташовуються в окремих приміщеннях.

2-й етап. Визначення необхідності захисту електричної мережі від КЗ або перевантаження.

Розподільна освітлювальна мережа захищається тільки від КЗ.

3-й етап. Визначення номінальної потужності навантаження електричної мережі.

Від ЩО підключено  груп електричних світильників з номінальною потужністю однієї групи , [кВт]. 

4-й етап. Визначення величини розрахункового струму в електричній мережі. Для розподільної освітлювальної мережі величина максимального струму не визначається. 

Для визначення величини розрахункового струму в розподільній освітлювальній мережі застосовується математична формула:

                                        (8.47)

Як правило, живлення освітлювального щита здійснюється трифазним струмом, тому величину розрахункового струму в розподільній освітлювальній мережі визначають за формулою:

                                       (8.48)

де коефіцієнт  – найближче ціле число, що є більшим за число .

5-й етап. Визначення номінальних параметрів апаратів захисту електричної мережі від КЗ.

Захист від КЗ здійснюється автоматичними вимикачами або плавкими запобіжниками.

Електромагнітний розчіплювач (максимальний розчіплювач струму миттєвої дії) автоматичного вимикача, що захищає розподільну освітлювальну мережу від КЗ, вибирається з таким номінальним струмом , для якого виконується умова (п. 3.1.4 ПУЕ):

.                                         (8.49)

Плавкий запобіжник, що захищає електричну розподільну освітлювальну мережу від КЗ, вибирається з такою плавкою вставкою, для якої виконується умова (п. 3.1.4 ПУЕ):

.                                         (8.50)

При цьому є потреба у забезпеченні виконання вимоги селективності (п. 3.1.8 ПУЕ) роботи апаратів захисту у груповій та розподільній лініях.

6-й етап. Визначення маркорозміру КВ, якими підключається навантаження в електричну мережу. 

Визначення маркорозміру КВ здійснюється за струмовим навантаженням, тривало допустимим за ПУЕ для жил даної марки КВ та способу його прокладання.

Допустима сила струму  для жили КВ визначається з умови (п. 3.1.12 ПУЕ):

.                                         (8.51)

Маркорозмір КВ визначається за таблицями глави 1.3 ПУЕ. При цьому слід обирати мінімально можливий переріз, що відповідає умові (8.51).

Після вибору маркорозміру КВ необхідно перевірити його відповідність  параметрам апарата захисту. Оскільки захист здійснюється тільки від КЗ, застосовуються наступні умови (п. 3.1.9 ПУЕ):

– при захисті мережі автоматичними вимикачами: 

;                                (8.52)

– при захисті плавкими запобіжниками:

.                                (8.53)

При невиконанні умов (8.52) або (8.53) необхідно з таблиць глави 1.3 ПУЕ обрати КВ з більшим стандартним маркорозміром, що задовольнить цим умовам. 

Порядок теплового розрахунку мережі живлення. Мережа живлення – ділянка від розподільного пристрою об’єктової трансформаторної ПС до ГРЩ (рис. 7.4).

1-й етап. Визначення класу зони простору або класифікація приміщення, в якому працює електрична мережа. Мережа живлення, як правило, є повітряною лінією електропередачі або кабельною лінією.

2-й етап. Визначення необхідності захисту електричної мережі від КЗ або перевантаження.

Мережа живлення захищається тільки від КЗ.

3-й етап. Визначення номінальної потужності навантаження електричної мережі.

Від ГРЩ підключено РЩ та ЩО.

4-й етап. Визначення величин розрахункового та максимального струмів в електричній мережі.

Для визначення величини розрахункового струму в мережі живлення застосовується математична формула:

                                        (8.54)

де  – коефіцієнт попиту, що визначається з таблиці 8.3.

Величина максимального струму в мережі живлення визначається за формулою:

                                (8.55)

5-й етап. Визначення номінальних параметрів апаратів захисту електричної мережі від КЗ.

Захист від КЗ, як правило, здійснюється автоматичними вимикачами або плавкими запобіжниками.

Електромагнітний розчіплювач (максимальний розчіплювач струму миттєвої дії) автоматичного вимикача, що захищає мережу живлення від КЗ, вибирається з таким номінальним струмом , для якого виконується умова:

.                                                 (8.56)

Плавкий запобіжник, що захищає мережу живлення від КЗ, вибирається з такою плавкою вставкою, для якої виконується умова:

.                                                (8.57)

При цьому є потреба у забезпеченні виконання вимоги селективності   (п. 3.1.8 ПУЕ) роботи апаратів захисту у розподільній силовій, розподільній освітлювальній мережах та мережі живлення.

6-й етап. Визначення маркорозміру КВ, якими підключається навантаження в електричну мережу. 

Визначення маркорозміру КВ здійснюється за струмовим навантаженням, тривало допустимим за ПУЕ для жил даної марки КВ та способу його прокладання.

Допустима сила струму  для жили КВ визначається з умови (п. 3.1.12 ПУЕ):

.                                                         (8.58)

Маркорозмір КВ визначається за таблицями глави 1.3 ПУЕ. При цьому слід обирати мінімально можливий переріз, що відповідає умові (8.58).

Після вибору маркорозміру КВ необхідно перевірити його відповідність параметрам апарата захисту. Оскільки захист здійснюється тільки від КЗ, застосовуються наступні умови (п. 3.1.9 ПУЕ):

– при захисті мережі автоматичними вимикачами: 

;                                                (8.59)

– при захисті плавкими запобіжниками:

.                                                (8.60)

При невиконанні умов (8.59) або (8.60) необхідно з таблиць глави 1.3 ПУЕ обрати КВ з більшим стандартним маркорозміром, що задовольнить цим умовам. 

7-й етап. Виконання (якщо у цьому є потреба) перевірочного розрахунку на надійність відключення від джерел електричного живлення при виникненні КЗ на кінці лінії, що захищається. 

Як вказувалося раніше, 7-й етап виконується після повного розрахунку електричної мережі. Для цього необхідно визначити величину найменшого розрахункового струму КЗ . Для однофазного КЗ (замикаються фазний провідник (позначається літерою L) та нейтральний провідник (позначається літерою N)) струм КЗ  визначається за законом Ома:

                                               (8.61)

де Uф – фазна напруга в мережі, [В];  – повний сумарний опір послідовно з’єднаних елементів кола КЗ, [Ом].

Опір  визначається за формулою:

[Ом],    (8.62)  

де , , [Ом] – відповідно активний та індуктивний опори ділянки фазного кола, протягом якої провідник має однаковий переріз і марку;

, , [Ом] – те ж саме, але для нейтрального провідника;

SL та SN, [мм2] – переріз жил фазного і нейтрального провідників, відповідно;

ρ, [Оммм2/км] – питомий опір матеріалу провідника (ρ=32 Оммм2/км –  для алюмінію, ρ=19 Оммм2/км – для міді);

, [км] – довжина ділянки з однаковим перерізом жил і однаковою маркою провідника;

 – середнє значення індуктивного опору ділянки провідника ( – для кабелю,  – для проводу);

rк, [Ом] –  перехідний опір контактних з’єднань:  – для РЩ на підстанції;  – для розподільних щитків, підключених від підстанції;  –  для вторинних розподільних щитків і на затискачах апаратів, підключених від первинних цехових щитків;  – для апаратури, установленої безпосередньо перед електричними приймачами (вимикачі, контактори, пускачі) і підключеної від вторинних розподільних щитів;

ZT – приведений опір вторинної обмотки трансформатора струму КЗ.

При невиконанні умов надійності (8.16)–(8.18) відключення від джерел електричного живлення при виникненні КЗ на кінці лінії, що захищається, необхідно або замінити кабельні вироби з алюмінієвими жилами на кабельні вироби з мідними жилами, або збільшити переріз жил кабельних виробів та повторити тепловий розрахунок. Для освітлювальних мереж при невиконанні умов надійності (8.16)–(8.18) також можна зменшити навантаження на одну групу.

Приклад виконання теплового розрахунку. В однофазній освітлювальній мережі з напругою Uф=220 В встановлено 50 світильників Н0Б-150 (п’ять груп по 10 світильників у кожній). Світильники з лампами розжарювання. Клас зони простору у приміщенні 2. Групові лінії виконані проводом ПВ2 (11,5) у сталевих трубах і захищені автоматичними вимикачами АЕ1031-11 з . Розподільна лінія від ГРЩ до ЩО довжиною 10 м, виконана кабелем ВВГ (4х4) на скобах, захищається автоматичним вимикачем АЕ2053 з Iном.роз=16 А. Мережа живлення від трансформаторної ПС до ГРЩ виконана кабелем АСРБ (4х10) у землі, захищається автоматичним вимикачем АП50Б з Iном.роз=40 А. Приведений опір вторинної обмотки трансформатора струму КЗ . Довжина мережі живлення 100 м. Розміри приміщення 40х20х5 м3. Розподільні пристрої знаходяться за межами приміщення.

Зробити висновок про відповідність вимогам пожежної безпеки провідників і апаратів захисту електричної мережі.

Розв’язання:

Тепловий розрахунок групової освітлювальної мережі. 

1-й етап. Групова освітлювальна мережа працює у приміщенні з вибухонебезпечною зоною класу 2.

2-й етап. Групова освітлювальна мережа розташована у вибухонебезпечній зоні класу 2. Тому мережа підлягає захисту від КЗ та перевантаження.

3-й етап. Визначаємо номінальну потужність однієї групи світильників за формулою:

 кВт.

4-й етап. Визначаємо величину розрахункового струму в одній групі світильників за формулою:

де ;  – коефіцієнт потужності для ламп розжарювання.

5-й етап. Визначаємо номінальні параметри автоматичного вимикача, що захищає групову освітлювальну мережу від КЗ і струмового перевантаження.

Електромагнітний розчіплювач (максимальний розчіплювач струму миттєвої дії) автоматичного вимикача, що захищає групову освітлювальну мережу від КЗ, вибирається з таким номінальним струмом , для якого виконується умова:

.

Тепловий розчіплювач (максимальний розчіплювач струму з витримкою часу, обернено залежною від струму) автоматичного вимикача, що захищає групову освітлювальну мережу від перевантаження, вибирається з таким номінальним струмом , для якого виконується умова:

.

За проектом для захисту групової освітлювальної мережі застосовується автоматичний вимикач АЕ1031-11 з комбінованим розчіплювачем (автоматичний вимикач АЕ1031-11 комплектується комбінованим розчіплювачем) з Iном.роз=10 А. Автоматичний вимикач обраний правильно.

6-й етап. Визначаємо маркорозмір КВ, якими підключається навантаження в електричну мережу. 

Застосування для групової освітлювальної мережі проводу марки ПВ, прокладеного у сталевих трубах, у вибухонебезпечній зоні класу 2 дозволяється (розділ 4.8 нормативного документа НПАОП 40.1-1.32). 

Допустима сила струму  для проводу марки ПВ, прокладеного у сталевих трубах, визначається за умови:

.

Провід маркорозміру ПВ2(1х1,5) відповідно до таблиці 1.3.4 ПУЕ має припустиму силу струму 19 А. Умова (8.42)  виконується: (>). Також виконується умова (8.43) : . Маркорозмір проводу групової освітлювальної мережі обрано правильно.

Тепловий розрахунок розподільної освітлювальної мережі. 

1-й етап. ЩО розташовано за межами зони класу 2.   

2-й етап. Розподільна освітлювальна мережа захищається тільки від КЗ.

3-й етап. Від ЩО підключено 5 груп електричних світильників з номінальною потужністю однієї групи кВт. 

4-й етап. Визначаємо величину розрахункового струму в розподільній освітлювальній мережі. Живлення ЩО здійснюється трифазним струмом, тому:

5-й етап. Визначення номінальних параметрів апарата захисту електричної мережі від КЗ.

Електромагнітний розчіплювач (максимальний розчіплювач струму миттєвої дії) автоматичного вимикача, що захищає розподільну освітлювальну мережу від КЗ, вибирається з таким номінальним струмом , для якого виконується умова:

.

За проектом для захисту розподільної освітлювальної мережі застосовується автоматичний вимикач АЕ2053 з електромагнітним розчіплювачем (автоматичний вимикач АЕ2053 комплектується електромагнітним розчіплювачем миттєвої дії) Iном.роз=16 А. 16 А>13,6 А. Також виконується вимога селективності роботи апаратів захисту у груповій та в розподільній лініях: 16 А>10 А. Автоматичний вимикач АЕ2053 обрано правильно.

6-й етап. Визначаємо маркорозмір КВ, якими підключається навантаження в електричну мережу. 

Розподільна лінія від ГРЩ до ЩО виконана кабелем марки ВВГ на скобах, що відповідає умовам навколишнього середовища.

Допустима сила струму  для кабелю марки ВВГ, прокладеного на скобах, визначається за умови:

.

Кабель маркорозміру ВВГ(4х4) відповідно до таблиці 1.3.6 ПУЕ має допустиму силу струму . Умова (8.51)  виконується з великим запасом: 35 А>13,6 А. 

Оскільки захист здійснюється тільки від КЗ, необхідно перевірити виконання умови (8.52) : .

Умова виконується. Тому маркорозмір кабелю розподільної освітлювальної мережі обраний правильно.

Тепловий розрахунок мережі живлення. Виконати неможливо, тому що не відоме силове навантаження. Але вимога селективності виконується. Автоматичний вимикач АП50Б мережі живлення має розчіплювач Iном.роз=40 А, а автоматичний вимикач АЕ2053 розподільної освітлювальної мережі має розчіплювач Iном.роз=16 А (40 А>16 А).

Виконаємо перевірочний розрахунок на надійність відключення від джерел електричного живлення при виникненні КЗ на кінці лінії, що захищається. 

Для захисту від КЗ та перевантаження застосовується автоматичний вимикач АЕ1031-11 з комбінованим розчіплювачем з Iном.роз=10 А. Освітлювальне обладнання розташоване у вибухонебезпечній зоні класу 2. Тому повинна виконуватися умова (8.16):

.

Спочатку розраховуємо опір .

 Ом;

 Ом;

 Ом;

Ом;

Ом;

 Ом.     

Визначаємо величину найменшого розрахункового струму КЗ:

Остаточно перевіряємо умову (8.16):

.

Умова виконується. 

Робимо висновок, що провідники й апарати захисту електричної мережі відповідають вимогам пожежної безпеки.