Петля фаза — нуль: расчёт и вывод
Петля фаза — нуль — контур, по которому течёт ток однофазного короткого замыкания в сети TN: от обмотки трансформатора по фазному проводнику до места замыкания и обратно по нулевому (PEN или PE) проводнику. Её полное сопротивление Z_п складывается из активного сопротивления обоих проводников и их индуктивности: Z_п = √((R_ф + R_н)² + (X_ф + X_н)²); вместе с сопротивлением трансформатора току однофазного КЗ Z_т/3 оно определяет ток КЗ: I_кз = U_ф / (Z_т/3 + Z_п). Чем больше сопротивление петли, тем меньше ток и тем дольше автомат «думает».
Для медного кабеля 2,5 мм² длиной 50 м активное сопротивление одного проводника при 65 °C — 8,26 Ом/км, индуктивное — 0,06 Ом/км: петля R = 0,826 Ом, X = 0,006 Ом, Z_п = 0,826 Ом. Трансформатор 400 кВА со схемой Y/Yн-0 (звезда — звезда с нулём) добавляет 0,195 Ом, итого 1,02 Ом и ток КЗ 215 А. Тот же кабель, но от ТП Δ/Yн — 249 А, от сельской ТП 100 кВА — 135 А, от 25 кВА — 56 А: слабый трансформатор ограничивает ток сильнее, чем полсотни метров кабеля.
Нормы на саму петлю ПУЭ не задаёт — она вторична: требуется, чтобы ток КЗ отключил защиту за 0,4 с в групповых сетях и 5 с в распределительных (п. 1.7.79). Отсюда практическое правило: Z_п + Z_т/3 ≤ U_ф / (1,1·k·I_н), где k — верхняя кратность отсечки (5 для B, 10 для C, 20 для D). Для автомата C16 допустимо не больше 220 В / 176 А ≈ 1,25 Ом полного сопротивления цепи. Измеряют петлю прибором при приёмке и затем по графику эксплуатации (ПТЭЭП) — расчёт нужен на стадии проекта, чтобы измерение потом не преподнесло сюрприз.
отсечка: Iкз ≥ 1,1 · k · Iн (k = 5 для B, 10 для C, 20 для D)
Ток КЗ по длине линии 2,5 мм² и отсечка автомата C16
Медного проводника 2,5 мм² при 65 °C, кабель (ВВГ, АВВГ, NYM) или провод в трубе, трансформатор 400 кВА (Y/Yн-0). Максимальная длина для C16 — 64 м.
Сечение проводника при длине 50 м
Сечение на ступень выше даёт на 40–60 % больше тока КЗ; последний столбец — предельная длина линии этого сечения для выбранного автомата.
Автоматы B и C: требуемый ток КЗ и предельная длина для 2,5 мм²
Требуемый ток — 1,1 × верхняя граница отсечки (5·I_н для B, 10·I_н для C); предельная длина — при которой ток КЗ в конце линии 2,5 мм² от ТП 400 кВА ещё не меньше требуемого.
Трансформатор подстанции: ток КЗ в конце 50 м линии 2,5 мм²
Схема Y/Yн-0 (звезда — звезда с нулём). Z_т/3 — сопротивление току однофазного КЗ; трёхфазный ток на выводах — для выбора аппаратов по отключающей способности.
В системе TN время автоматического отключения питания не должно превышать 0,4 с при номинальном фазном напряжении 220 В в цепях, питающих переносные и передвижные электроприёмники и ручной электроинструмент; в распределительных цепях допускается 5 с.— ПУЭ-7, п. 1.7.79
Как считать и что делать
- Сопротивление растёт с нагревом: считайте проводники при 65 °C (коэффициент 1,18 к табличному значению при 20 °C) — так требует ГОСТ 28249 для минимального тока КЗ.
- Нулевой проводник меньшего сечения (PEN 10 мм² при фазе 16) поднимает сопротивление петли — калькулятор считает фазу и ноль раздельно.
- Плохие контакты в нулевой шине и скрутки добавляют десятые доли ома — измеренная петля почти всегда хуже расчётной; закладывайте запас 20–30 %.
- Если измеренное Z_п больше допустимого, варианты: автомат B вместо C, больше сечение, дополнительный PE-проводник, УЗО как защита от косвенного прикосновения.
Другие автоматы и линии — в навигации ниже; сечение кабеля по току и падению напряжения — в калькуляторе сечения провода; заземление и повторное заземление PEN — в калькуляторе заземления.
- ГОСТ 28249-93 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ». Госстандарт России. 1993.
- ПУЭ-7, гл. 1.7 (п. 1.7.78–1.7.79 — автоматическое отключение питания, время 0,4 с) и гл. 3.1 (п. 3.1.8–3.1.9 — кратность тока КЗ к току расцепителя). Минэнерго России. 2002.
- Основы техники безопасности в электроустановках — сопротивление трансформаторов току однофазного КЗ (Z_т/3), расчёт петли фаза — нуль. Долин П. А.. Энергоатомиздат. 1984.
- Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (приказ Минэнерго России от 12.08.2022 № 811) — проверка согласования параметров цепи «фаза — нуль» с характеристиками защиты. Минэнерго России. 2022.
- ГОСТ Р 50571.3-2009 (МЭК 60364-4-41) «Требования для обеспечения безопасности. Защита от поражения электрическим током» — максимальное время отключения в системе TN. Росстандарт. 2009.
