Проектирование электроустановок низкого напряжения с помощью программного обеспечения

 

АННОТАЦИЯ

Тема бакалаврской работы “Проектирование электроустановок низкого напряжения с помощью программного обеспечения”. Необходимо рассмотреть наиболее общие вопросы, связанные с программным обеспечением и его применением. Также надо рассмотреть ряд типовых задач и сравнить их решения с помощью программного обеспечения и в результате вычислений вручную. Рассматриваются задачи по принципу “от простого к сложному” для лучшего понимания рассматриваемого материала. В программном обеспечении имеется ряд опции по каждому изложенному разделу, которые требуется описать и показать их использование в каждом конкретном случае. На примере задач описание данных опций программного обеспечения представлено наиболее наглядно. Фиксируются возможные недочеты программного обеспечения для того, чтобы оценивать правильность подбора оборудования в силовую часть схемы.  

 

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

DOC – программа, выпускаемая компанией ABB, предназначенная для создания и расчета однолинейных схем низкого и среднего напряжения, для выбора коммутационной и защитной аппаратуры, а также для настройки, проверки и координации защит.

Основные функции программы  включают в себя:

• Создание однолинейной электрической схемы.
• Создание вспомогательных электрических схем.
• Вычисление токов в линиях и падений напряжения.
• Вычисление токов короткого замыкания.
• Определение и подбор размеров кабелей низкого и среднего напряжения.
• Подбор коммутационного и защитного оборудования.
• Вычисление превышения температуры в распределительных панелях.
• Настройка и координация защитных устройств.
• Проверка защиты кабеля.
• Вывод на печать однолинейной схемы и проектной документации.

Программа может рассчитывать:

• Среднее напряжение: Un≤36 кВ; 50/60 Гц; изолированная /компенсированная нейтраль.
• Низкое напряжение: Un≤1 кВ; 50/60 Гц; трехфазное питание с нейтралью и без нее; двухфазное и однофазное питание; система распределения TT, TN-S, TN-C, IT.
• Неограниченное число отходящих линий и уровней.
• Конфигурации нескольких систем распределения в одной сети.
• Расчет двухфазных и однофазных нагрузок в трехфазных сетях.
• Установки с вспомогательным генератором.
• Электроустановки с резервными трансформаторами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

В программе DOC существует два способа выбора трансформатора:

• Пользовательский выбор трансформатора (рис.1): выбирается нужный трансформатор из представленного списка и устанавливается замок в верхнем левом углу окна параметров трансформатора, таким образом, программа в процессе расчета не будет менять этот трансформатор на более, по ее мнению, подходящий к данной схеме.

Рис.1. Принудительный выбор трансформатора

• Выбирается трансформатор, который подходит к данной схеме, но замок не устанавливается. Программа в процессе расчета сама изменит тип трансформатора на более подходящий (рис.2).

Рис.2. Выбор трансформатора по собственному предпочтению

После расчета программа подобрала более подходящий по ее мнению вариант. Например: если выбирается трансформатор на полную мощность 100 кВА, а полная мощность нагрузки равняется около 21 кВА, вследствие чего программа при расчете скорректировала параметры трансформатора, выбрав его на полную мощность 50 кВА (рис.3).

Рис.3. Выбор трансформатора, сделанный программой DOC по окончании расчета

Мощности трансформаторов, которые можно принудительно  выбрать в программе DOC, кВА: 25, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500.

Примечание:

Программа DOC автоматически в процессе расчета не изменит трансформатор на трансформатор с полной мощностью 25, 40, 63, 80 и 125 кВА. Также, при выборе параметров трансформатора, в окне можно нажать “искать в базе данных” и найти там трансформаторы на полные мощности 30, 40, 750, 3150 и 4000 кВА и при желании принудительно установить их.

Программа DOC не учитывает коэффициент одновременности.

 

 

3. ВЫБОР СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ. РЕЖИМЫ НЕЙТРАЛИ

В программе DOC можно выбрать следующие системы электроснабжения (рис.4):

• Распределение НН: используется для расчета гражданских, коммерческих, небольших промышленных установок, цепей собственных нужд; единственным параметром, необходимым для описания данного типа питания, является значение тока трехфазного короткого замыкания, которое должно быть известно. Возможно ввести значение коэффициента мощности при КЗ и значения тока КЗ в источнике при авариях фаза-нейтраль и фаза-земля (рис.5) (проценты от трехфазного тока КЗ). Если точное значение тока КЗ в источнике неизвестно, можно использовать значение кратковременно выдерживаемого тока КЗ (I_CW) в вышестоящем ГРЩ или предельную отключающую способность (I_CU) вышестоящего выключателя.

 

• Трансформатор СН/НН: используется для расчета средних по мощности электроустановок, когда нет необходимости в координации защит между сторонами СН и НН трансформаторов.

Параметры, необходимые для  описания данного типа питания: число  трансформаторов, их номинальная мощность и напряжение короткого замыкания.

 

• Распределение СН: используется для расчета электроустановок большой мощности, выбора коммутационной и защитной аппаратуры СН, и координации их со стороной НН электроустановки.

Параметры, необходимые для  определения данного типа питания: номинальное напряжение, ток короткого замыкания, ток замыкания на землю в точке присоединения к сети, режим нейтрали. При помощи кнопки-калькулятора можно рассчитать ток КЗ при известной полной мощности КЗ. Также можно рассчитать ток замыкания на землю при известных параметрах емкости на землю или сопротивления катушки Петерсена (рис.6) (только в случае компенсированной нейтрали).

• Генератор: используется для расчета электроустановок, питающихся автономно (корабли, буровые платформы). Для того чтобы полностью определить данный тип питания, необходимо указать значение номинального напряжения генератора. В дальнейшем можно указать все параметры генератора или выбрать его из базы данных программы DOC. Данный тип питания не должен использоваться в случае параллельной работы с сетью или генераторами собственных нужд. В этих случаях возможно использовать другой тип питания электроустановки и представить генератор объектом “генератор” из меню “объекты НН”.

Рис.4. Основные свойства объекта

Рис.5. Дополнительные настройки данных для расчета токов КЗ при распределении НН

Рис.6. Окно данных для расчета токов КЗ при распределении СН

Для электроустановки низкого  напряжения также указываются: номинальное напряжение (от 0 до 1000 В), число фаз распределения (LLLN, LLL, LLN, LL, L1N, L2N, L3N), система распределения (TN-C, TN-S, TT, IT), номинальная частота, выбор числа полюсов согласно количеству распределительных фаз, выбор стандарта использования модульного оборудования, автоматическая оптимизация нейтрали (если опция включена, сечение нейтрали выбирается 50% от сечения фазного проводника).

В продвинутых опциях, которые, в общем случае, не требуют изменений, можно корректировать стандарты  для расчета токов КЗ и сечения кабелей НН, значения температуры окружающей среды и температуры внутри щита, время срабатывания (защита людей от косвенного прикосновения), максимальное напряжение прикосновения и сопротивление заземления (для системы TT), опцию “автоматический подбор типа выключателя”.

Количество фаз и система  распределения должны быть совместимы друг с другом в проекте. Это не означает, что они обязательно должны быть одинаковыми во всем проекте, но существуют некоторые правила, которым DOC автоматически помогает следовать (возможно управлять распределением, переходя от сети TN-C на вводе к сетям TN-S или TT при распределении или создать однофазную нагрузку, отходящую от трехфазной системы с нейтралью; но невозможно, к примеру, отвести однофазную нагрузку от трехфазной системы без нейтрали или перейти от системы TN к системе IT без разделительного трансформатора, разделяющего две части электроустановки). DOC помогает правильно определять распределение, показывая только те варианты, которые совместимы с вышестоящей системой распределения.

Режимы нейтрали, которые используются в программе DOC:

• Изолированная
• Компенсированная

Данные режимы выбираются в настройках “распределение СН”.

4. ВЫБОР СЕЧЕНИЯ КАБЕЛЯ

Программа DOC выбирает сечение кабеля согласно требованиям стандартов, пропускной способности и падению напряжения. Изменить сечение и длину кабеля можно, зайдя в окно свойств кабеля. Эти действия можно проводить и для уже рассчитанного объекта.

При изменении размера  кабеля меняется и его полное сопротивление, а соответственно и падение напряжения на кабеле, расчетные токи КЗ в конце кабелей. Новые значения токов КЗ могут не соответствовать выбранным ранее защитным устройствам, поэтому необходимо пересчитать всю схему для корректного выбора аппаратуры.

При выборе основных свойств  объекта можно выбрать стандарт, по которому программа рассчитывает кабель. Наиболее распространенный вариант – МЭК 60364 (действует в РФ).

В качестве примера рассматривается  схема, представленная на рисунке 7. Номинальный ток двигателя и ток нагрузки равны по 20 А. С увеличением тока нагрузки или тока в двигателе будет увеличиваться сечение, как и кабелей, в которых увеличивается ток, так и в вышестоящем кабеле. Теперь прослеживается, как изменяется сечение кабелей в зависимости от способа его прокладки.

Рис.7. Схема для определения  зависимости сечения кабеля от токов нагрузки и двигателя и от способа прокладки

 

В программе DOC можно выбрать следующую конструкцию кабеля:

• одножильный
• многожильный
• изолированный проводник

Для одножильного кабеля и  изолированного проводника длительно  допустимые токи при одинаковых токах нагрузки одинаковы, у многожильного кабеля – немного меньше, вследствие чего, начиная с определенных значений, программа подбирает разные сечения для одножильного и многожильного кабелей при одинаковых токах нагрузки.

В случае, который рассматривается  в данной главе (ток нагрузки и ток двигателя равны 20 А), сечение одножильного кабеля равно сечению многожильного. При повышении тока нагрузки до 60 А, в вышестоящем кабеле для многожильного кабеля программа подберет сечение большее, чем для аналогичного одножильного.

Далее выбирается тип изоляции:

• ПВХ (поливинилхлорид)
• EPR/XLPE (теплостойкая экструдированная изоляция; XLPE – сшитый полиэтилен, EPR – этиленпропиленовая резина; в основном используется для среднего напряжения)

Для изоляции EPR/XLPE сечение кабеля берется меньшим, чем для ПВХ (и в нашем случае).

Следующим этапом является выбор материала. В программе DOC предусмотрены два материала кабелей:

• Алюминий
• Медь

Для алюминиевого кабеля длительно  допустимый ток меньше, чем у медного кабеля при равных токах нагрузки, следовательно, сечение для алюминиевого кабеля берется большим (в нашем случае сечения алюминиевого и медного кабелей совпадают для вышестоящего кабеля).

Последним критерием выбора сечения кабеля является способ прокладки.

 

Для изолированного проводника можно выбрать следующие способы:

• В доступных полостях здания
• В кабельном канале
• В недоступных полостях здания
• Воздушный
• Встроенный в структуру
• Наземный монтаж

Для одножильного и многожильного  кабелей имеется также:

• В грунте

В соответствии с выбранным  способом прокладки далее выбирается более точное месторасположение  кабеля (на кронштейнах, на трапах и  т.д). Для одножильного кабеля и изолированного проводника можно также выбрать следующие опции:

• Плашмя, разнесенный
• Плашмя, соприкасающийся
• Трилистник