Таблиця 3. Значення коефіцієнтів КТ и С.

	Система мережі, рід струму	Коефіцієнти КТ для	Коефіцієнт С дротів
ЛР	ГЛ при cosφ ком-плекта «Лампа – ПРА»	мідних	алюмінієвих
0,9	0,5	0,35
660/380	Трифазна з нулем	0,875	0,972	1,75	2,5	218,0	133,0
380/220	1,52	1,69	3,04	4,34	72,2	44,0
220/127	2,63	2,92	5,26	7,52	24,2	14,8
	Трифазна без нуля	1,52	1,69	3,04	4,34	72,2	44,0
	2,63	2,52	5,26	7,52	24,2	14,8
	14,4	16,0	28,9	41,2	0,8	0,488
	16,0	17,8	32,1	45,8	0,648	0,395
	48,1	53,5	96,1	137,0	0,072	0,044
660/380	Двофазна з нулем	1,32	1,46	2,63	3,76	96,8	59,0
380/220	2,27	2,52	4,54	6,49	32,1	19,6
220/127	3,94	4,37	7,87	11,2	10,7	6,56
660/380	Однофазна з нулем	2,63	2,92	5,26	7,52	36,1	22,0
	4,54	5,05	9,09	13,0	12,1	7,38
	Двохдротяна змінного і постійного струму	7,87	8,75	15,7	22,5	4,03	2,46
	25,0	27,8	50,0	71,4	0,4	0,244
	27,8	30,9	55,5	79,4	0,324	0,198
	83,3	92,6	167,0	238,0	0,036	0,022

Рис.9. Ілюстрації до визначення моментів навантаження

Приклад. Визначити допустиму втрату напруги в груповій лінії, якщо освітлювальна установка живиться від підстанції, на якій встановлений трансформатор потужністю S_Т = 1000 кВ∙А, коефіцієнт завантаження β = 0,7; живляча 3-фазна 4-дротяна лінія має довжину 30 м; активна потужність навантаження Р = 80 кВт; cos φ_нагр = 0,95; напруга живлячої мережі U = 380/220 В.

Рішення: Розрахункове значення струму в живлячій лінії:

.

Виходячи з умови, що тривало допустимий струм через провідник Iдд повинен перевищувати розрахункове значення струму, тобто I_дд ≥ I, приймаємо по додатку найближче значення струму I = 140 А до розрахункового I = 128,09 А для чотирижильного кабелю АПВ-4 (1×70) з прокладанням в сталевих трубах.

1) Визначаємо момент навантаження в живлячій лінії:

кВт∙м.

2) По відомому перетину живлячої лінії і моменту навантаження визначимо допустиму втрату напруги в живлячій лінії: .

3) По заданным значениям S_T = 1000 кВ∙A, cos φ_нагр = 0,95 и β = 0,7 визначаємо повну допустиму втрату напруги від шин підстанції до самого віддаленого світильника: .

4) Визначаємо допустиму втрату напруги в груповій лінії:

, що узгоджується з результатами пунктів 2 і 3.

 

 

2.7. ВИБІР СИСТЕМИ ЗАЗЕМЛЕННЯ І ПЕРЕРІЗУ НУЛЬОВИХ ПРОВІДНИКІВ

У освітлювальних мережах застосовується, як правило, глухозаземлена нейтраль у вигляді системи TN. Дана система заземлення має декілька варіантів виконання: TN-S - з розділенням нульового провідника на робочий N і захисний РЕ (рис. 10); TN-C - з використанням одного нульового провідника PEN., суміщаючого функції робочого і захисного (рис. 11); TN-C-S- варіант, в якому від трансформаторної підстанції до вводно-розподільного пристрою передбачений суміщений нульовий провідник PEN, а надалі застосовуються два провідники: РЕ, який служить для занулення струмопровідного устаткування (щитків, світильників і т. п.), і N, що використовується для живлення однофазних електроприймачів, що включаються на фазну напругу (рис. 12).

Рис. 10. Схема системи TN-S

L1,L2,L3 - фазні дроти; 1 - робоче заземлення; 2 - система зрівнювання потенціалів; ЭП1 - ЭП3 - електроприймачі

 

Рис. 11. Схема системи TN-C: 1 – робоче заземлення; 2 – система зрівнювання потенціалів; ЭП1 – ЭП3– електроприймачі

 

 

Рис. 12. Схема системи TN-C-S;

 

1 - робоче заземлення; 2 - система зрівнювання потенціалів; ЭП1-ЭПЗ - електроприймачі

 

Вживані в позначенні систем заземлення букви мають наступний сенс. Перша буква Т (від французького слова terre - земля) означає безпосереднє приєднання однієї точки джерела живлення (як правило, нейтралі) до землі. Друга буква N (від французького слова neutre - нейтраль) характеризує безпосередній зв'язок відкритих струмопровідних частин устаткування будівлі з точкою заземлення джерела живлення за допомогою нульового провідника. Буква N зумовлює необхідність занулення в електричних мережах змінного струму.

Подальші букви відносяться до пристрою нульового робочого і нульового захисного провідників:

♦ S (від французького слова separe - сепарація) – функції нульового робочого і нульового захисного провідників забезпечуються окремими провідниками N і РЕ;

♦ С (від французького слова combine - комбінація) - функції нульового робочого і нульового захисного провідників виконує спільний провідник PEN.

У системі TN-S (рис. 10) робочий і захисний нульові провідники розділені по всій електричній мережі. Така мережа має низку переваг: знижується напруга дотику і упорядковуються ланцюги протікання струмів в нормальних і анормальних режимах. Проте збільшення кількості нульових провідників в деяких випадках може викликати додаткову витрату кольорового металу на створення електричної мережі.

У системі TN-C використовується спільний нульовий провідник (рис. 11). Електричні мережі з такою системою заземлення застосовуються в електроустановках напругою до 1 кВ з глухим заземленням нейтралі, спроектованих до введення серії стандартів ГОСТ 30331 «Електроустановки будівель». Широке вживання електроприймачів з нелінійними вольт-амперними характеристиками (газорозрядні лампи, преобразовательные установки, комп'ютерна техніка і т. п.) привело до тому, що через наявність вищих гармонік струм в нульовому провіднику може перевищувати струм у фазному провіднику більш ніж в 1,5 рази. На корпусах устаткування, приєднаного до нульового провідника, можуть бути достатньо високі потенціали, що несприятливо позначається на електробезпеці. У разі використання протяжних ліній з невеликим перетином провідників в системі TN-C може виникнути небезпечна напруга дотику. Вказана обставина істотно обмежує вживання систем заземлення TN-C і пред'являє додаткові вимоги до нульових провідників.

Система TN-C-S, схема якої наведена на рис. 12, на початку мережі (наприклад, від джерела живлення до ввідного пристрою в будівлю) має спільний нульовий провідник PEN, приєднуваний до шини РЕ ввідного пристрою. У ввідному пристрої є ізольована шина N, яка перемичкою пов'язана з шиною РЕ. Нульові робочі провідники електричної мережі підключаються до шини N. а захисні - до шини РЕ. По суті система TN-C-S є поєднанням двох попередніх варіантів і в більшості випадків відповідає вимогам відносно надійності електроустаткування і електробезпеки.

У електроустановках будівель слід застосовувати системи заземлення типів TN-S і TN-C-S. В приміщеннях без підвищеної небезпеки допускається використання підвісних світильників, неоснащених затисками для підключення захисних провідників РЕ, за умови, що крюк для їх підвіски ізольований. Проте це не є підставою для вживання двохдротяних електропроводок.

В освітлювальних установках, на відміну від силових мереж, до трифазних ліній, як правило, приєднуються однофазні електроприймачі. При цьому електричні лампи включаються в мережу між фазами L1, L2 і L3 і нульовим робочим провідником N по схемі зірки (рис. 13).

 

 

Рис.13. Включення лампи на фазну Рис. 14. Включення лампи на

напругу по схемі «зірка» міжфазну напругу при обриві

EL1 – EL3 – електричні лампи нульового дроту; EL1 – EL4 – електричні лампи

 

При такій схемі всі три фази працюють відносно незалежно один від одного і можуть включатися і відключатися окремо. У разі рівності навантажень всіх фаз і вживання ламп розжарювання в нульовому провіднику струм відсутній. При цьому навіть при обриві нульового провідника робота ламп не порушиться. При використанні газорозрядних ламп в нульовому провіднику протікатиме струм, рівний потрійній сумі струмів вищих гармонік, кратних трьом, створюючих систему нульової послідовності:

(32)

где I₃ I₉ I₁₅ - діючі значення відповідних гармонік струму.

Анормальні режими з газорозрядними лампами достатньо складні. Тому для спрощення далі розглядатимемо режими роботи освітлювальних установок з лампами розжарювання однакової одиничної потужності.

При відключенні однієї з фаз, наприклад L1, по нульовому дроту протікає струм, рівний по величині і протилежний по напряму геометричній сумі струмів фаз L2 і L3. При рівності струмів фаз L2и L3 в нульовому дроті протікає такий же струм, що і у фазах L2 і L3

При відключенні двох фаз, а рівно і в однофазних лініях, струм в нульовому робочому провіднику рівний по величині і зворотний по напряму струму фазного провідника.

У разі нерівномірного завантаження фаз в нульовому робочому провіднику протікає зрівняльний струм, що викликає деяку зміну значень фазних напруг. При обриві нульового робочого провідника істотно порушується розподіл лінійної напруги між навантаженнями різних фаз.

Як ілюстрація розглянемо простий випадок, коли в трифазній мережі напругою 400 В нульовий провідник обірваний, фаза L1 відключена або не має навантаження, до фази L2 підключена одна лампа, а до фази L3 - дві лампи такої ж одиничної потужності (рис. 14). Очевидно, що лампи фаз L2 і L3 виявляться послідовно включеними на міжфазну напругу 400 В, яка розподіляється прямо пропорціонально опорам ниток розжарення лампи фази L2. Зниження напруги на лампах фази L3 до величини 0,58 Uном різко зменшує світловий потік ламп. Унаслідок того що в освітлювальних установках навантаження фаз практично не може бути точно однаковим, то стає зрозумілою важливість забезпечення цілісності нульового робочого провідника в освітлювальних мережах. Обрив нульового захисного провідника в системах TN-S і TN-C-S без системи зрівнювання потенціалів в будівлі може привести до масової поразки електричним струмом людей або домашніх тварин при попаданні напруги на корпус струмопровідного устаткування, оскільки даний анормальний режим мережі може бути не помічений. Звідси витікає вимога необхідності вживання в будівлях системи зрівнювання потенціалів.

Розглянемо основні вимоги, які необхідно враховувати при виборі нульових провідників.

Площа перетину нульового робочого (N) провідника в однофазних двохдротяних ланцюгах приймається такій же, як і фазного провідника. Це правило розповсюджується на однофазні трьохдротяні ланцюги і на багатофазні ланцюги при площі перетину фазних провідників FL з мідною жилою до 16 мм², а з алюмінієвою - до 25 мм².

У багатофазних ланцюгах з мідними провідниками при FL>16 мм² і алюмінієвими - при FL > 25 мм² нульовий провідник N може мати перетин, менший, ніж фазні провідники (але не менше ніж 16 мм² мідні і 25 мм² алюмінієві), за умови, що нульовий провідник захищений від надструмів. Зрозуміло, пропускна спроможність нульового провідника повинна відповідати його робочому струму.

Площа перерізу нульового захисного провідника РЕ при переризі фазного провідника FL < 16 мм² приймається рівною FL ; при FL = 25-35 мм^{2 -} 16 мм², а при FL > 35 мм² - не менше 0,5 FL При цьому захисні провідники повинні бути виготовлені з того ж матеріалу, що і фазні. Інакше перетин захисного провідника приймають таким, щоб його провідність була не меншою провідності відповідного провідника РЕ, вибиране за приведених вище умов.

У всіх випадках перетин захисного провідника, що не входить до складу кабелю, повинен бути не менше 2,5 мм² за наявності захисту від механічних пошкоджень і 4 мм² - при її відсутності.

У стаціонарних установках системи TN функції нульових захисного і робочого провідників можна сумістити в одному провіднику PEN за умови, що площа його перетину не менше 10 мм² для міді і 16 мм² для алюмінію, а дана частина мережі не захищена пристроями захисного відключення, що реагують на диференціальні струми. При цьому якщо в якій або точці мережі нульові провідники розділені на провідники N і РЕ, то об'єднувати їх в суміщений провідник PEN за межами цієї точки забороняється. В точці розділення необхідно передбачати окремі шини провідників N і РЕ. Відзначимо, що провідник PEN повинен підключатися до шини нульового захисного провідника.

Отже, в двохдротяних мережах (фазний і нульовий PEN провідники) і чотирьохдротяних мережах (три фазних і нульовий PEN провідники) при використанні системи TN-C мінімальна площа перерізу мідного нульового провідника повинна складати 10 мм², а алюмінієвого - 16 мм². Це практично неприйнятно в групових освітлювальних мережах, в яких в основному застосовуються фазні провідники з площею перетину 1,5-4 мм². Звідси можна зробити висновок про необхідність вживання в системі TN трьохдротяних і п’ятипровідних мереж з розділеними нульовими провідниками N і РЕ. Для забезпечення електробезпеки в будівлях слід передбачати систему зрівнювання потенціалів, а при необхідності - вимикач диференціального струму (пристрій захисного відключення).

 

2.8. ВИБІР ПЕРЕТИНУ ПРОВІДНИКІВ ЗА УМОВОЮ ВІДПОВІДНОСТІ АПАРАТАМ ЗАХИСТУ

Вибрані перетини провідників повинні відповідати їх захисним апаратам, що перевіряється по умові

I_доп≥К_з·I_з/К_n (33)

де Кз - кратність тривало допустимого струму провідника по відношенню до номінального струму або струму спрацьовування захисного апарату;

Iз - номінальний струм або струм спрацювання захисного апарату.

По виразу (33) допускається вживання найближчого меншого перетину провідника, але не меншого, ніж це потрібно по умові нагріву розрахунковим струмом, якщо мережа не потребує захисту від перевантаження.

У мережах, що не вимагають захисту від перевантаження, приймаються наступні мінімальні значення коефіцієнта Кз:

0,33 - для номінального струму плавкої вставки запобіжника;

0,22 - для струму уставки автоматичного вимикача, що має тільки відсічення;

1,0 - для номінального струму розчіплювача автоматичного вимикача з нерегульованою назад залежною відтоку характеристикою;

0,8 - для струму чіпання розчіплювача автоматичного вимикача із звортно регульованою залежністю від струму характеристикою.

Наявність апарату захисту із завищеними значеннями Iз не є обгрунтовуванням для збільшення перетину провідників понад прийняте по розрахунковому струму. Якщо умова (33) не задовольняється, то в мережі до 1 кВ слід розрахувати струм однофазного КЗ і визначити його кратність по відношенню до Iз.

Якщо розрахункова перевірка показала, що кратності струму КЗ менше нормованих значень, то відключення однофазних КЗ в мережі до 1 кВ повинне забезпечуватися спеціальним захистом.

Для електричних мереж, що захищаються від перевантаження, при перевірці умови (33) значення Кз приймаються по табл. 4.

Таблиця 4. Кратності допустимих струмових навантажень на провідники по відношенню до номінальних струмів або струмів спрацювання захисту

Провідник	Вид захисного апарату	Iз	К3
Провідники з полівінілхлориною і гумовою ізоляцією	Запобіжник	Номінальний струм плавкої вставки	1,25*
Автоматичний вимикач, що має тільки відсічення	Струм уставки розчіплювача	1,25*
Кабелі з паперовою ізоляцією	Запобіжник	Номінальний струм плавкої вставки	1,0
Автоматичний вимикач, що має тільки відсічення	Струм уставки розчіплювача	1.0
Провідники всіх марок	Автоматичний вимикач з нерегульованою назад залежною від струму характеристикою	Номінальний струм розчіплювача	1,0
Провідники з полівінілхлориною і гумовою ізоляцією	Автоматичний вимикач з регульованою назад залежної від струму характеристикою	Струм чіпання розчіплювача	1,0
Кабелі з паперовою ізоляцією і з ізоляцією з вулканізованого поліетилену	Автоматичний вимикач з регульованою назад залежної від струму характеристикою	Струм чіпання розчіплювача	0,8