Оценка токов КЗ в современных многоэтажках

Сегодня для квартирного электрощита выбирают автоматические выключатели с отключающей способностью 4,5 или 6 кА. Но всегда ли достаточно даже 6 кА? В этой статье представлю случаи, когда 6 кА, а порой и 10 кА может быть недостаточно. Да, именно в жилых многоквартирных домах.

В современных высотных многоквартирных комплексах электропитание может поступать от мощной трансформаторной подстанции, находящейся в паре десятках метров от ВРУ или непосредственно в здании. В таком случае ожидаемые токи короткого замыкания способны превысить 6 кА даже внутри квартиры.

Даже в обычных многоэтажках эсть квартиры, в которых могут потребоваться автоматы на 10 кА для сборки квартирных щитов.

Проверим это на двух расчётных моделях: обычный 17-этажный дом с ТП 2×630 кВА и более тяжёлый случай — нижние этажи жилого комплекса со встроенной ТП 2×1600 кВА. Для каждого варианта рассчитаем токи короткого замыкания L–N, L–PE, L–N–PE, L–L и трёхфазное L1–L2–L3, а также зависимость токов от длины квартирного вводного кабеля. Подробные формулы и исходные сопротивления приведены в конце статьи.

Важное замечание: это воспроизводимые инженерные расчёты для типичных условий, а не результаты замеров в конкретном доме и не статистика по всем новостройкам. Их задача — показать условия, при которых выбор автомата на 6 кА уже нельзя считать безопасным без дополнительной проверки.

Основные выводы

• 6 кА не всегда достаточно. Даже в доме с трансформатором 630 кВА трёхфазный ввод 5×6 мм² длиной 8 м на нижнем этаже в нашей модели даёт около 6,46 кА при трёхфазном КЗ.
• В случае встроенной ТП 1600 кВА для аналогичного ввода длиной 8 м расчётный трёхфазный ток возрастает до 8,30 кА. Однофазный ввод 3×10 мм² той же длины даёт около 8,20 кА при одновременном замыкании L–N–PE.
• С увеличением длины квартирного ввода ожидаемый ток КЗ заметно уменьшается. Поэтому важны не только мощность трансформатора и этаж, но и длина и сечение кабеля от этажного щита до квартирного.
• Для трёхфазного щита необходимо учитывать межфазные и трёхфазные замыкания; оценка только по петле «фаза–ноль» недостаточна.
• Перед окончательным проектированием квартирного щита правильно получить расчётные токи КЗ из проекта здания либо заказать измерение импеданса петель L–N, L–L и L–PE у квалифицированной электролаборатории. Измерения отражают текущий режим сети и требуют пересчёта на расчётный максимальный режим.
• При ожидаемом токе выше 6 кА установка одного вводного автомата на 10 кА не делает автоматически пригодными остальные групповые автоматы на 6 кА. Для них требуется собственная достаточная отключающая способность либо подтверждённая координация с вышестоящей защитой.

Что означает маркировка 4500, 6000 или 10000 на автомате?

Маркировка 4500, 6000 или 10000 на лицевой панели модульного автоматического выключателя в прямоугольной рамкой – это номинальная отключающая способность автомата (Icn), выраженная в амперах.

Она показывает максимальный ожидаемый ток короткого замыкания, который автомат способен безопасно отключить при номинальном напряжении и в условиях испытаний, предусмотренных стандартом ГОСТ IEC 60898-1.

Что означает «безопасно отключить»?

При коротком замыкании ток может за считаные миллисекунды достигнуть тысяч ампер. Контакты автомата размыкаются, между ними возникает мощная электрическая дуга. Температура плазмы в дуге достигает тысяч градусов, а её энергия вызывает интенсивный нагрев и повышение давления внутри корпуса.

Дугогасительная камера автомата должна погасить эту дугу и прервать ток, не допустив опасного разрушения аппарата.

Безопасное отключение означает не просто прекращение протекания тока, но и сохранение безопасности самого аппарата. В частности, при предусмотренных стандартом испытаниях должны выполняться требования к механической целостности, электрической изоляции и работоспособности выключателя после отключения короткого замыкания.

Что произойдёт, если ток КЗ превысит отключающую способность?

Предположим, в распределительном щите установлен автомат с отключающей способностью 6000 А, а ожидаемый ток короткого замыкания в месте его установки составляет 9000 А.

Это не означает, что автомат обязательно взорвётся или разрушится, хотя такой сценарий вероятен. Вполне возможно, что автомат сумеет отключить и такой ток. Однако производитель уже не гарантирует безопасное отключение при превышении установленной отключающей способности.

Возможные последствия:

• Сваривание контактов. Под действием огромного тока и высокой температуры контакты могут свариться, и автомат не сможет разорвать цепь.
• Разрушение дугогасительной камеры. Энергия дуги может превысить возможности конструкции, что приведёт к повреждению внутренних элементов.
• Разрушение корпуса. Избыточное давление и нагрев способны вызвать растрескивание корпуса, выброс раскалённых газов и металлических частиц.
• Повреждение соседнего оборудования. Электрическая дуга и продукты разрушения могут вызвать повреждение соседних аппаратов, изоляции и проводников.
• Пожар и травмирование человека. В наиболее тяжёлых случаях возможно воспламенение материалов внутри щита и опасное воздействие электрической дуги на находящегося рядом человека.

Именно поэтому отключающая способность автомата должна быть не меньше максимального ожидаемого тока КЗ в месте установки. Исключение допускается при наличии подтверждённой координации с вышестоящим защитным аппаратом (каскадной защиты).

Означает ли это, что автомат после отключения предельного тока КЗ необходимо заменить?

Не обязательно. Автоматические выключатели бытового назначения испытывают по ГОСТ IEC 60898-1, в том числе на способность отключать токи КЗ и сохранять предусмотренные стандартом характеристики после испытаний.

Однако номинальная отключающая способность Icn и рабочая отключающая способность Ics — разные характеристики. Ics характеризует способность аппарата выдерживать установленную последовательность операций при коротком замыкании с сохранением требуемой работоспособности.

Поэтому после реального тяжёлого короткого замыкания нельзя автоматически считать выключатель исправным только потому, что его рычаг удалось снова включить. Необходима оценка его состояния в соответствии с документацией изготовителя; при сомнениях аппарат следует заменить.

<Автоматы на 4.5, 6 и 10 кА нельзя выбирать только руководствуясь их ценой или привычкой электромонтажника. Необходимая отключающая способность определяется максимальным ожидаемым током короткого замыкания, который зависит от параметров трансформаторной подстанции, питающей сети, длины и сечения кабелей.

Давайте же посмотрим результаты расчетов по сценариям.

Сценарий № 1. Современный многоквартирный дом с ТП 630 кВА

Принятая схема электроснабжения

Рассматриваем дом на 17 этажей, три подъезда, четыре квартиры на этаже — всего 204 квартиры. Это расчётный пример, а не утверждение о единственной типовой архитектуре многоквартирного дома.

В расчёте КЗ участвует один трансформатор и активный питающий ввод; резервный ввод не рассматривается как параллельная линия. Это важно: при параллельной работе источников результат может оказаться существенно выше.

Токи КЗ в этажных и квартирных щитах при длине квартирного ввода 15 м

Примечание. L–PE при одинаковых сечениях N и PE в принятой упрощённой модели примерно совпадает с L–N, поэтому отдельная колонка не приведена. Для однофазного кабеля 3×10 межфазное и трёхфазное КЗ внутри самого ввода отсутствуют. Значения округлены до 0,01 кА.

Что видно: даже при трансформаторе 630 кВА ожидаемые токи КЗ в этажном щите первого этажа значительно превышают 6 кА. Однако 15-метровый квартирный ввод существенно снижает ток. В указанных квартирных точках значения ниже 6 кА — но этот вывод нельзя переносить на более короткие вводы.

Зависимость от длины трёхфазного квартирного ввода 5×6 мм²

При заданных параметрах нижняя граница длины для снижения трёхфазного тока до 6 кА на первом этаже составляет около 9,1 м. Это не нормативное значение минимальной длины кабеля: оно получено только для нашей схемы и может измениться при другой ТП, стояке и температуре жил.

Зависимость от длины однофазного ввода 3×10 мм²

Для ввода 3×10 Cu на первом этаже более тяжёлым однофазным сценарием оказывается не обычное замыкание L–N, а одновременное замыкание фазы на N и PE. В модели ток превышает 6 кА при длине примерно менее 7,9 м.

Что означает замыкание L–N–PE?

При одновременном соединении фазы с N и PE оба проводника способны участвовать в возврате тока к точке разделения PEN в ВРУ. При одинаковом сечении и приблизительно одинаковом импедансе их эквивалентное сопротивление на участке после ВРУ уменьшается примерно вдвое. При этом фазная жила остаётся одной, а общий PEN до трансформатора не дублируется.

Поэтому общий ток возрастает, но не удваивается. Для точного расчёта потребовалась бы модель многопроводного кабеля с взаимными индуктивностями и фактической схемой соединений. Здесь применена упрощённая линейная модель, подробно изложенная ниже.

Насколько изменят вывод холодные проводники и допуски трансформатора?

Проверим отдельный стресс-сценарий: жилы при 0 °C, их сопротивление дополнительно на 5% ниже табличного, паспортное напряжение КЗ трансформатора на 10% ниже принятого. Это намеренно жёсткие допущения для анализа чувствительности, а не обязательный набор поправок IEC 60909.

Даже в этом сценарии 15-метровые квартирные вводы из примера дают токи ниже 6 кА. Но для коротких вводов такая уверенность исчезает. Кроме того, фактическое расположение вводного аппарата и участка кабеля до него нужно оценивать отдельно.

Сценарий № 2. Тяжёлые условия: высотный ЖК со встроенной ТП 1600 кВА

Теперь рассмотрим более сложный случай: современный высотный жилой комплекс со встроенной трансформаторной подстанцией большой мощности. Такая схема электроснабжения отличается от обычного многоквартирного дома прежде всего мощным источником питания, короткими кабельными линиями до ВРУ и сравнительно небольшим сопротивлением распределительной сети.

Нас интересует вопрос: может ли ожидаемый ток короткого замыкания непосредственно в квартирном щите превысить 6 кА и даже 10 кА?

Для ответа рассмотрим расчётную модель 40-этажной жилой башни на 160 квартир, входящей в состав крупного жилого комплекса.

Исходные условия расчёта

Принимаем двухтрансформаторную подстанцию 2×1600 кВА с раздельной работой трансформаторов. Для расчёта токов КЗ учитываем один питающий трансформатор, без параллельной работы со вторым.

В качестве источника используем сухой трансформатор с литой изоляцией и характеристиками, соответствующими выпускаемым моделям 1600 кВА: напряжение короткого замыкания 6%, потери короткого замыкания 12,2 кВт при 75 °C, группа соединения Dyn11.

Важно отметить, что пункт 6.8 СП 256.1325800.2016 не рекомендует применять во встроенных ТП сухие трансформаторы мощностью более 1000 кВА. Поэтому рассматриваемый вариант 1600 кВА — специальный тяжёлый сценарий, который в реальном проекте требует отдельного обоснования, а не универсальное типовое решение.

Два параллельных кабеля 4×240 мм² рассматриваются как рабочее питание соответствующего ВРУ или распределительного направления комплекса. Они не предназначены для передачи всей номинальной мощности трансформатора 1600 кВА. Фактическое распределение нагрузки между ВРУ зависит от проекта комплекса.

Почему приняты стояки 5×120 мм² Al?

Для распределения квартирной нагрузки башня условно разделена на две зоны по 20 этажей. Каждая обслуживает 80 квартир и получает питание по собственной линии от ВРУ.

Кабель верхней зоны проходит первые 20 этажей транзитом, без ответвлений к квартирам нижней зоны. Поэтому расстояние от ВРУ до щита 21-го этажа значительно больше, чем до щита первого этажа.

Для 80 квартир с электроплитами расчётная активная мощность по принятой модели для Москвы и Московской области составляет приблизительно 85,2 кВт. При коэффициенте мощности 0,93 расчётный ток зонального стояка — около 132 А.

Для кабеля АВВГнг(А)-LS 5×120 мм² допустимый ток при одиночной прокладке на воздухе составляет ориентировочно 213 А. При принятом коэффициенте группировки 0,8 — около 170 А. Таким образом, по длительно допустимому току сечение 120 мм² подходит для рассматриваемой нагрузки при заданных условиях прокладки.

Предварительная проверка падения напряжения также показывает допустимость такого решения: в верхней зоне расчётное снижение напряжения на стояке составляет около 2%. Полные потери напряжения до электроприёмников и другие проектные проверки выполняются отдельно.

Таким образом, 5×120 мм² Al принято не произвольно, а на основании расчётной нагрузки стояка и предварительной проверки его параметров. При этом схема двух зон является принятой инженерной моделью, а не исполнительной документацией конкретного жилого комплекса.

Токи короткого замыкания в этажных щитах

Сначала рассмотрим ожидаемые токи непосредственно в этажных щитах учёта, ещё до подключения квартирных кабелей.

В расчётной модели трёхфазный ток КЗ на первом этаже достигает почти 26 кА, а на последнем снижается примерно до 6 кА.

Столь значительное различие объясняется увеличением сопротивления питающих линий по мере удаления от трансформаторной подстанции.

Это особенно важно при проектировании этажных щитов: отключающая способность установленных в них аппаратов должна соответствовать ожидаемым токам КЗ с учётом возможной согласованной защиты вышестоящими аппаратами.

Токи КЗ непосредственно в квартирных щитах

Теперь добавим кабель от этажного щита учёта до квартирного распределительного щита.

Рассмотрим квартирный ввод длиной 8 метров. Сравним трёхфазное питание кабелем 5×6 мм² Cu и однофазное питание кабелем 3×10 мм² Cu.

Трёхфазный ввод 5×6 мм² Cu, длина 8 м

На первом этаже максимальным из рассмотренных оказывается трёхфазное КЗ — 8,02 кА.

Следовательно, в этих условиях автомат с собственной отключающей способностью 6 кА не подходит, если не предусмотрена подтверждённая каскадная защита.

На 40-м этаже при той же длине квартирного кабеля трёхфазный ток составляет уже 3,92 кА.

Однофазный ввод 3×10 мм² Cu, длина 8 м

Для однофазного ввода рассмотрим два варианта: обычное замыкание L–N и одновременное замыкание фазного проводника на N и PE.

Во втором случае нейтральный и защитный проводники образуют параллельные пути возврата тока от места повреждения до точки их объединения. Это уменьшает эквивалентное сопротивление петли и увеличивает ожидаемый ток КЗ.

На первом этаже уже при обычном замыкании L–N расчётный ток составляет 6,09 кА. При одновременном замыкании L–N–PE он увеличивается до 7,79 кА.

Важно: расчёт L–N–PE выполнен по упрощённой модели одинаковых импедансов N и PE. Фактическое распределение токов зависит от конструкции кабелей, схемы нейтрали, коммутационных аппаратов и расположения точки повреждения.

Как длина квартирного ввода влияет на ток КЗ

В нашем примере длина квартирного вводного кабеля оказывается одним из определяющих факторов.

Чем короче кабель, тем меньше сопротивление цепи и тем выше ожидаемый ток короткого замыкания. Особенно это заметно на нижних этажах, расположенных электрически близко к мощному трансформатору.

Сравним два вида квартирного питания на первом этаже. Для трёхфазного ввода 5×6 мм² укажем трёхфазный ток КЗ, для однофазного 3×10 мм² — ток одновременного замыкания L–N–PE.

При длине 8 метров в обоих случаях ожидаемый ток превышает 6 кА. Если уменьшить длину ввода до 5 метров, ток КЗ может превысить уже 10 кА.

Таким образом, даже в пределах одного жилого комплекса требования к отключающей способности автоматов могут существенно различаться в зависимости от расположения квартиры и длины её вводного кабеля.

График: трёхфазный ввод 5×6 мм² Cu

Красная кривая показывает трёхфазный ток КЗ на первом этаже. При сокращении длины кабеля ток быстро увеличивается и пересекает сначала границу 6 кА, а затем 10 кА.

График: однофазный ввод 3×10 мм² Cu

Здесь особенно заметно влияние параллельных обратных путей N и PE. При одновременном замыкании на оба проводника ожидаемый ток оказывается выше, чем при обычном коротком замыкании L–N.

При какой длине ввода 6 и 10 кА становятся недостаточными?

На основании рассчитанных зависимостей можно определить длины квартирного ввода, при которых ток КЗ достигает 6 и 10 кА.

При длине меньше указанной расчётный ток соответствующего КЗ превышает выбранный порог.

Эти значения не являются нормативными минимальными длинами кабелей. Они характеризуют только принятую расчётную модель. В реальном здании границы могут отличаться из-за других параметров трансформатора, сечений магистралей, сопротивлений контактов и конфигурации сети.

Выводы для жилых комплексов с мощными ТП

1. Отключающей способности 6 кА может оказаться недостаточно непосредственно в квартирном щите. В рассмотренной модели при вводе 5×6 мм² длиной 8 м трёхфазный ток КЗ на первом этаже составляет около 8 кА.
2. В некоторых условиях недостаточно и 10 кА. При сокращении длины того же ввода до 5 м расчётный трёхфазный ток КЗ превышает 11 кА.
3. Для однофазных квартир тоже возможны токи выше 6 кА. При вводе 3×10 мм² длиной 8 м обычное КЗ L–N даёт около 6,1 кА, а одновременное замыкание L–N–PE — около 7,8 кА.
4. Токи КЗ существенно зависят от этажа. При одинаковых квартирных вводах на верхних этажах значения могут быть значительно ниже благодаря сопротивлению длинных питающих линий.
5. Установка вводного автомата на 10 кА сама по себе не позволяет использовать групповые автоматы на 6 кА. При КЗ непосредственно после группового автомата ожидаемый ток может быть почти таким же, как на вводе щита. Для аппаратов с меньшей собственной отключающей способностью необходима подтверждённая координация защиты.

Главный вывод: в современных многоквартирных комплексах с мощными трансформаторными подстанциями нельзя автоматически считать 6 кА достаточной отключающей способностью квартирных автоматов.

Правильное решение — определить максимальные ожидаемые токи КЗ по параметрам питающей сети. Если электроустановка уже находится под напряжением, полезно провести измерения импеданса петель L–N, L–L и L–PE с последующим расчётом максимальных токов КЗ.

Примечание о точности расчёта. Представленные результаты — предварительные инженерные оценки для одной выбранной схемы электроснабжения. Использованы комплексные импедансы трансформатора и кабелей, коэффициент напряжения 1,10 и приближённые реактивные сопротивления линий. Не учтены все возможные допуски характеристик, минимальные сопротивления жил, сопротивление питающей сети 10 кВ, вклад электродвигателей и особенности нулевой последовательности. Следовательно, полученные значения не являются гарантированными максимальными токами КЗ конкретного объекта. Перед окончательным выбором защитных аппаратов необходим проектный расчёт по фактическим исходным данным.

Какую отключающую способность выбирать на практике?

Отключающая способность вводного и групповых автоматов оценивается отдельно. Если КЗ произойдёт на выходе группового автомата, сопротивление отходящей линии практически не уменьшит ток. Поэтому один вводной автомат 10 кА не даёт права без расчёта ставить за ним аппараты 6 кА.

Кроме того, нельзя путать два разных требования: максимальный ток КЗ нужен для выбора отключающей способности, а минимальный ток КЗ на концах линий — для проверки автоматического отключения и времени срабатывания защиты. Автомат 10 кА не обязательно лучше автомата 6 кА с точки зрения отключения небольшого тока на конце длинного кабеля: решающими здесь будут номинал, времятоковая характеристика и петля КЗ.

Почему перед проектированием электроустановки квартиры полезно измерить сопротивление петли «фаза-ноль»

Выбор автоматов по мощности трансформатора и примерной длине кабелей — полезная предварительная оценка, но в реальном объекте редко известны все параметры питающей сети, стояков, контактных соединений и режима резервирования.

Рациональный порядок работы следующий:

1. Запросить у УК или эксплуатирующей организации расчёт максимальных и минимальных токов КЗ в этажном щите или соответствующий раздел проекта электроснабжения.
2. Если данных нет и ввод уже находится под напряжением, заказать у электролаборатории измерение импеданса петель L–N и L–PE; для трёхфазного ввода дополнительно L1–L2, L2–L3, L3–L1.
3. Передать проектировщику протокол с измеренными импедансами и напряжениями, характеристиками прибора и погрешностью. Для малых импедансов требуется подходящий по точности прибор.
4. Выполнить расчёт максимальных токов с поправками на режим питающей сети и параметры источников; отдельно рассчитать минимальные токи на концах будущих отходящих линий.
5. Выбрать автоматы и проверить их собственную отключающую способность либо документированную каскадную защиту, а после монтажа выполнить предусмотренные проверки электроустановки.

Измерение полного сопротивления петли «фаза–ноль» (L–N) позволяет оценить ожидаемый ток однофазного короткого замыкания. Однако в трёхфазной электроустановке возможны также межфазные и трёхфазные замыкания, токи которых могут быть значительно выше.

Поэтому при проектировании трёхфазного щита необходимо дополнительно определить межфазный импеданс L–L и рассчитать максимальный трёхфазный ток КЗ.

Такие измерения выполняются специализированными приборами, например Sonel MZC-310S, позволяющими измерять малые импедансы питающей сети с высоким разрешением. Работы под напряжением выполняются квалифицированным персоналом.

Маркировка «6000» на автомате, установленном застройщиком в этажном щите, не доказывает, что ток КЗ в этой точке не превышает 6 кА: в проекте могла применяться подтверждённая каскадная защита, а сам аппарат мог быть выбран по другим условиям. Значение имеет не только маркировка, но и расчёт, а при каскадной защите — таблица проверенных комбинаций конкретных аппаратов.

Приложение: формулы, допущения и проверка чисел

А. Какие токи считаем?

• L–N: однофазное короткое замыкание фазы на нейтраль.
• L–PE: замыкание фазы на защитный проводник. В нашей модели без дополнительных параллельных путей оно близко к L–N.
• L–N–PE: одновременное металлическое соединение фазы, нейтрали и PE; N и PE работают параллельно на участке после разделения PEN.
• L–L: межфазное замыкание двух фаз.
• L1–L2–L3: симметричное трёхфазное короткое замыкание.

Под «током КЗ» здесь понимается ожидаемое действующее значение начального симметричного тока при металлическом замыкании. Ударный ток, пропускаемая энергия I²t, дуговое сопротивление и переходный процесс отключения отдельно не вычисляются.

Б. Импеданс трансформатора

При номинальном линейном напряжении U = 400 В, мощности S и относительном напряжении короткого замыкания u_k:

|ZT| = (uk / 100) × U² / S

RT = Pk × U² / S²

XT = √(|ZT|² − RT²)

Для ТМГ-630, u_k = 5,5%, P_k = 7600 Вт:

|ZT| = 0,055 × 400² / 630000 = 13,968 мОм

RT = 7600 × 400² / 630000² = 3,064 мОм

XT = √(13,968² − 3,064²) = 13,628 мОм

Для ТМГ-1600, u_k = 6%, P_k = 16500 Вт:

|ZT| = 6,000 мОм; RT = 1,031 мОм; XT = 5,911 мОм.

Для максимального режима по модели эквивалентного источника IEC 60909 используем поправку трансформатора:

KT = 0,95 × cmax / (1 + 0,6 × xT), где xT = XT × S / U².

При c_max = 1,10 получается K_T ≈ 1,0124 для 630 кВА и K_T ≈ 1,0092 для 1600 кВА. В формулы токов подставляем комплексное сопротивление Z′T = KT(RT + jXT).

В. Импедансы кабельных жил

Для предварительной модели применяем активные сопротивления при 20 °C, соответствующие табличным максимумам ГОСТ 22483-2021 (для принятых классов жил), и приближённую индуктивную составляющую 0,08 Ом/км на фазную цепь.

Импеданс фазной цепи каждого участка рассчитывается по формуле:

Zлинии = (r20 + jx) × L / (1000 × n), где L — длина в метрах, n — число одинаковых параллельных кабелей (n = 2 для рабочего ввода ТП–ВРУ).

Для ТП 630 кВА получаем:

Эти сопротивления относятся к одной жиле/одному фазному пути, а не ко всей петле. Для петли необходимо сложить импедансы прямого и обратного пути. В реальной кабельной конструкции индуктивные сопротивления отдельных жил и петли различаются вследствие взаимной индуктивности; именно поэтому получаемые значения следует трактовать как ориентировочные.

Г. Как складываются сопротивления для разных видов КЗ

Обозначим через ZF импеданс одной фазной цепи от ТП до ВРУ, а через ZD — сумму импедансов одной жилы стояка после ВРУ и одной жилы квартирного кабеля. Все величины комплексные.

Для симметричных фазных путей:

Z1 = Z′T + ZF + ZD

Iк3 = cmax × 400 / (√3 × |Z1|)

Iк2 ≈ cmax × 400 / (2 × |Z1|)

При замыкании L–N, когда PEN до ВРУ и N после ВРУ имеют такое же импедансное приближение, что фазная жила:

ZLN ≈ Z′T + 2ZF + 2ZD

ILN ≈ cmax × (400 / √3) / |ZLN|

При одновременном замыкании L–N–PE после разделения PEN возвращающийся ток делится между N и PE. Если их импедансы равны, обратный путь после ВРУ имеет половину импеданса одной жилы:

ZLNPE ≈ Z′T + 2ZF + 1,5ZD

ILNPE ≈ cmax × (400 / √3) / |ZLNPE|

Уточнение: модель L–N–PE — специально введённое приближение для одновременного металлического соединения трёх проводников. Оно не является самостоятельной нормативной «универсальной формулой» и не учитывает матрицу взаимных индуктивностей, детали схемы соединения N и PE, возможные дополнительные параллельные пути и сопротивление места повреждения.

Д. Проверка численного примера: ТП 630 кВА, 1-й этаж, 5×6 Cu, 15 м

После поправки K_T имеем:

Z′T = (3,102 + j13,797) мОм

ZF = (2,870 + j1,400) мОм

ZD = (4,800 + j1,200) + (46,200 + j1,200) = (51,000 + j2,400) мОм

Суммарное фазное сопротивление:

Z1 = (56,972 + j17,597) мОм; |Z1| = 59,628 мОм

Iк3 = 1,10 × 400 / (√3 × 0,059628) = 4,26 кА

Для однофазного замыкания:

ZLN = (110,842 + j21,397) мОм; |ZLN| = 112,888 мОм

ILN = (1,10 × 400 / √3) / 0,112888 = 2,25 кА

Для трёхпроводного замыкания:

ZLNPE = (85,342 + j20,197) мОм; |ZLNPE| = 87,699 мОм

ILNPE = (1,10 × 400 / √3) / 0,087699 = 2,90 кА

По той же схеме рассчитываются остальные строки таблиц и точки графиков.

Е. Проверка численного примера: ТП 1600 кВА, первый этаж, 3×10 Cu, 8 м

Импеданс сухого трансформатора 1600 кВА с учётом поправки K_T:

ZT = (0,769 + j6,005) мОм

Импеданс двух параллельных кабелей 4×240 Al от ТП до ВРУ:

ZF = (1,250 + j0,800) мОм

Импеданс стояка 5×120 Al длиной 15 м и квартирного ввода 3×10 Cu длиной 8 м, для одной жилы:

ZD = (3,795 + j1,200) + (14,640 + j0,640) = (18,435 + j1,840) мОм

Однофазное КЗ L–N:

ZLN = ZT + 2ZF + 2ZD = (40,139 + j11,285) мОм

|ZLN| = 41,695 мОм

ILN = 254,03 / 0,041695 ≈ 6,09 кА

Одновременное замыкание L–N–PE:

ZLNPE = ZT + 2ZF + 1,5ZD

ZLNPE = (30,922 + j10,365) мОм

|ZLNPE| ≈ 32,613 мОм

ILNPE = 254,03 / 0,032613 ≈ 7,79 кА

Следовательно, в принятой расчётной модели ток КЗ превышает 6 кА уже при обычном замыкании L–N, а при одновременном замыкании на N и PE увеличивается приблизительно до 7,8 кА.

Таким образом, превышение 6 кА получается даже для обычного L–N, а одновременное замыкание на N и PE усиливает эффект.

Ж. Что ограничивает точность полученных цифр?

При расчёте мы сознательно использовали несколько упрощений: фиксированные типовые трассы и сечения, условное реактивное сопротивление кабелей, идеальную питающую сеть 10 кВ, один работающий трансформатор, табличные сопротивления жил при 20 °C и упрощённые параметры обратного пути. В частности, табличные сопротивления ГОСТ 22483-2021 — максимально допустимые, а не гарантированные минимальные сопротивления. В реальном кабеле они могут быть ниже, а максимальный ток КЗ — выше.

Детальный расчёт выполняют по фактической схеме и параметрам элементов с учётом сопротивлений прямой и нулевой последовательностей, взаимных индуктивностей, поправок к трансформаторам, режима источников, возможного вклада электродвигателей, кабельных температур и сопротивления коммутационных элементов. Для России применим ГОСТ 28249-93; международная методика — IEC 60909-0.

Показанные графики демонстрируют именно зависимость тока КЗ от длины вводного кабеля при неизменных остальных параметрах. Граница 6 кА на графике не служит разрешением выбирать аппарат без проверки реальной электроустановки.

Итог

Нельзя исходить из того, что в любой квартире достаточно автоматов на 6 кА. Для многих квартир они действительно подходят, особенно при длинном вводном кабеле и удалённом источнике питания. Но в современных жилых комплексах со встроенными мощными ТП и короткими кабельными вводами возможны токи КЗ могут превышать и 6 и даже 10 кА.

Самый разумный подход — сначала определить максимальный ожидаемый ток КЗ для точки установки аппаратов: по данным проекта, инженерным расчётом или измерением петли с последующим пересчётом на неблагоприятный режим. Только после этого выбирать отключающую способность аппаратов защиты.

Нормативные документы и источники данных

1. ГОСТ Р 50571.4.43-2012 — определение токов КЗ и выбор отключающей способности (пп. 434.1, 434.5.1).
2. ГОСТ 28249-93 — расчёт токов КЗ в электроустановках до 1 кВ.
3. ГОСТ 22483-2021 — сопротивления токопроводящих жил кабелей.
4. СП 256.1325800.2016 — проектирование электроустановок жилых и общественных зданий (с изменениями).
5. ТМГ-630 — паспортные данные трансформатора 630 кВА.
6. Каталог ТМГ «Алттранс» — параметры трансформаторов до 1600 кВА.
7. ABB S200 — техническая информация о модульных защитных аппаратах.