Проектирование электроустановок низкого напряжения с помощью программного обеспечения

Также можно отметить некоторые  результаты:

• При сечении 120 мм², длине 60 м, токе кз сверху 60 кА - ток кз снизу 18 кА (в таблице 20 кА)
• При сечении 25 мм², длине 10 м, токе кз сверху 10 кА - ток кз снизу 9 кА (в таблице 8 кА)

Имеется некоторое расхождение результатов, полученных с помощью программы и с помощью таблицы, т.к. имеют место поправочные коэффициенты, учитываемые программой DOC.

Если требуется произвести аналогичный расчет для алюминиевого кабеля, необходимо использовать соответствующую таблицу для алюминиевого кабеля.

 

 

 

 

 

 

 

 

7. РАСЧЕТ ТОКОВ ОДНОФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ. ПРОВЕРКА ПРЕДЕЛЬНОЙ ДЛИНЫ ЛИНИИ ДЛЯ СИСТЕМЫ НЕЙТРАЛИ TN

Для того чтобы посмотреть значение тока однофазного короткого  замыкания, которое рассчитала программа DOC, необходимо нажать на соответствующий элемент (кабель, сборная шина) (рис.12) и выбрать вкладку “токи короткого замыкания” (рис.13).

 

Рис.12. Параметры фидера

 

Рис.13. Расчет токов короткого  замыкания с программой DOC

 

На рисунке 13 показаны максимальные значения токов короткого замыкания в начале линии и минимальные значения токов короткого замыкания в конце линии. Однофазный ток кз при замыкании фазы на нейтраль (LN) и на землю (L-PE) также приведены на рисунке. Пример расчета однофазного тока кз имеется в [3].

 

 

 

Теперь исследуется, как программа учитывает данное условие по предельной длине линии. В качестве примера рассматривается схема на рисунке 11. Ставится замок на кабеле (сечение неизменно и равно 120 мм²), находящемся под QF1.2 и выставляется длина кабеля 10000 м. Программа в процессе расчета покажет, что на кабеле выделяется большое напряжение. Если после расчета зайти в модуль Curves (находится справа под калькулятором),  будет показана соответствующая ошибка:

Программа сообщила об ошибке, и теперь необходимо увеличить предельную длину линии (например, увеличить сечение кабеля). В данном случае это сделать не удастся, поскольку 120 мм² – максимально выбираемое сечение, но в подавляющем большинстве примеров это решит данную проблему.

Если замок с кабеля снять, то программа подберет другое сечение (в данном случае 50 мм²), но проблема только усложнится тем, что нижестоящий кабель также будет возвещать об ошибке.

 

 

 

 

 

 

 

 

8. РАСЧЕТ ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В УСТАНОВИВШЕМСЯ РЕЖИМЕ И РЕЖИМЕ ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ

С помощью программы DOC можно проводить расчеты для установившегося режима цепи. На рисунке 14 приведена схема для расчета падения напряжения в установившемся режиме.

Рис.14. Схема для расчета падения напряжения в установившемся режиме

Параметры схемы: длина медного кабеля 100 м, сечение 16 мм², номинальный ток двигателя 5.9 А.

При таких исходных данных программа проведет расчет без ошибок. Падение напряжения на кабеле составит 0.276%.

Если же увеличить длину  кабеля до длины 400 м, программа выдаст сообщение об ошибке. Падение напряжения до двигателя в этом случае составит 1.1%, в то время как максимальное ΔU = 1% (в параметрах двигателя можно изменять эту величину). Можно увеличить максимальное ΔU в параметрах двигателя, а можно увеличить сечение кабеля путем задания в его параметрах максимального ΔU на кабеле. Если задать ΔU на кабеле 1%, программа автоматически изменяет величины сечений с 16 мм² на 25 мм² (можно увеличить сечение вручную) и после расчета получим падение напряжения до двигателя 0.72%.

Теперь требуется проследить, каково падение напряжение на двигателе  в режиме его пуска. Поскольку дополнительных опций для просмотра расчета переходного процесса пуска двигателя нет, увеличивается в 6-10 раз номинальный ток (в данном примере в 7 раз) и фиксируется падение напряжения в режиме пуска двигателя. При длине кабеля 100 м, сечении 16 мм² и токе 41 А падение напряжения до двигателя составит 1.93%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. ВЫБОР АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И ЛЮДЕЙ

При проектировании электроустановки в программе DOC могут быть использованы следующие аппараты защиты :

• Автоматический выключатель с защитой от перегрузки и кз
• Автоматический выключатель с защитой от перегрузки и кз + УДТ
• Автоматический выключатель с защитой только от кз
• Автоматический выключатель с защитой только от кз + УДТ
• Выключатель дифференциального тока
• Предохранитель

В зависимости от того, какую  защиту необходимо обеспечить, выбирается тип защитного аппарата. В программе DOC можно выбрать аппарат защиты двумя способами:

• Пользовательский выбор (если известно, какой аппарат должен находиться в схеме, он выбирается из перечня аппаратов нажатием кнопки “Выбор” в настройках аппарата и устанавливается замок)
• Выбор, при котором программа рассчитывает схему и подбирает правильный по ее мнению аппарат.

 

При выборе автоматического  выключателя в его настройках (рис.15) имеется кнопка “Продвинутые опции”, в которой выставляется минимальное соотношение номинального тока к рабочему току, текущему через аппарат, отключающую способность, по которой будет подбираться аппарат (I_CU или I_CS), а также имеются вкладки “Защищаемые объекты” и “Селективность и резервная защита”. Во вкладке “Защищаемые объекты” можно увидеть, какие объекты находятся под защитой автоматического выключателя. Путем нажатия кнопки “Выбор” (рис.16) и затем нажатием на объект можно увидеть, выполняется ли защита этого объекта данным аппаратом. При выборе вкладки “Селективность и резервная защита” (рис.17) можно указать, какие аппараты необходимо согласовать по селективности. Стоит отметить, что достаточно в опциях одного любого аппарата выбрать его селективность с другим(и) аппаратом(аппаратами).

При выборе выключателя дифференциального  тока или предохранителя имеется  только вкладка “Защищаемые объекты” в продвинутых опциях.

При установке параметров источника можно установить галочку  на кнопке “Автоматический выбор”. В этом случае программа будет подбирать модульные аппараты до 63 А (значение тока можно изменять) и автоматические выключатели в литом корпусе до 800 А(значение тока можно изменять).

Независимо от вкладки  “Селективность и резервная защита” настройку селективности можно производить в модуле Curves (под кнопкой калькулятора на панели справа).

Внешний вид данных окон показан на рисунках ниже.

Рис.15. Окно параметров автоматического выключателя

 

Рис.16. Окно параметров выбора автоматического выключателя

Рис.17. Окно продвинутых параметров автоматического выключателя

10.  РАСЧЕТ КОМПЕНСИРУЮЩЕЙ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Для компенсации реактивной мощности используются конденсаторные батареи [2]. На примере задачи ниже (рис.18) показывается, как это можно сделать при проектировании электроустановки в программе DOС. Напряжение источника СН равно 20 кВ (напряжение в точке 1.1).

Рис.18. Схема до компенсации реактивной мощности

Коэффициент мощности данной схемы равен 0.5. Для его повышения  необходимо к шине подсоединить конденсаторную батарею. Допустим, что требуется повысить коэффициент мощности с 0.5 до 0.94. Устанавливается конденсаторная батарея. Далее в настройках шины показан коэффициент мощности 0.5. При нажатии на вкладку “коррекция” вводится в графу “Желаемый коэффициент мощности” 0.94 и ниже выводится значение реактивной мощности (в данном случае 53.1 кВар), которое надо добавить, чтобы получить коэффициент мощности 0.94. В блоке конденсаторов устанавливается реактивная мощность, равная 53.1 кВар и затем производится новый расчет схемы. Учитывая небольшие погрешности, программа требует добавить еще 0.7 кВар для получения коэффициента мощности 0.94, после чего мы и получим желаемый коэффициент мощности (рис.19).

Рис.19. Схема после компенсации реактивной мощности

11. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ

В системах наружного освещения (рис.20) сечение кабеля рассчитывается не по нагреву, а по допустимому падению напряжения, которое в конце линии по ПУЭ не должно превышать 5%.

В программе DOC наружное освещение можно установить нажатием на кнопку “Осветительная нагрузка”.

Рис.20. Пример схемы с использованием системы наружного освещения

В параметрах осветительной  нагрузки можно изменять следующие  параметры:

• Тип осветительной нагрузки (от него зависит, будет ли компенсироваться реактивная мощность)
• Активная мощность (отдельной лампы)
• Число ламп на фазу
• Начальная длина (длина между распределительным пунктом и первым светильником)
• Длина между светильниками

После выбора данных параметров появляется окно параметров кабеля с  фиксированной длиной, равной 3 м, который  расположен между распределительным щитком светильника и самим светильником. Можно изменить его способ прокладки, сечение и несколько других показателей.

Программа DOC не выдаст сообщение об ошибке или предупреждение, если падение напряжения до светильника превысит 5%, поэтому необходимо в кабеле, расположенном перед осветительной нагрузкой, установить максимальное падение напряжения равным 5% и пересчитать схему. Программа подберет большее сечение, если это необходимо.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ В DOC

12.1. ЗАДАЧИ ПО ВЫБОРУ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ КАБЕЛЯ

12.1.1. Трехжильный медный кабель с изоляцией ПВХ установлен по способу прокладки А2. Ток нагрузки 120 А. Температура окружающей среды +40⁰ С. Определить поперечное сечение кабеля, токопроводящую способность и номинал автоматического выключателя, защищающего кабель.

Решение:

В справочной литературе [3] приведена последовательность, следуя которой можно определить поперечное сечение кабеля и его токопроводящую способность. Для этого:

1. Определяется способ прокладки кабеля.

А2 – многожильные кабели в кабелепроводе в теплоизолированной стене (соответствует №2 в программе DOC)

2. Определяется поправочный коэффициент k₁ для температуры, не равной 30⁰ С, по соответствующей таблице из справочника.

В данном случае, k₁ = 0.87

3. Определяется поправочный коэффициент k₂, учитывающий близкое расположение других кабелей и их тепловое воздействие на данный кабель по соответствующей таблице из справочника.

В данном случае, k₂ = 1

4. Определяется величина рабочего тока  (1)

5. Определяется поперечное сечение кабеля с нагрузочной способностью

По соответствующей таблице определяется I₀ (для данного случая 150 А) и сечение кабеля S (в нашем случае 95 мм²). Номинал автоматического выключателя выбирается равным 120 А, т.к. поправочный коэффициенты на автоматические выключатели вносятся при температурах, больших 40⁰ С (в данном случае 40⁰ С).

6. Определяется реальная нагрузочная способность кабеля:

 (2)

На рисунке 21 показано решение данной задачи в программе DOC. Длина кабеля равна 100 м. Отношение длительно-допустимого тока к рабочему равно 1.05.

Рис.21. Выбор кабеля к задаче 1

 

12.1.2. Трехжильный медный кабель с изоляцией EPR установлени по способы прокладки С. Ток нагрузки 90 А. Температура окружающей среды +35⁰ С. Определить поперечное сечение кабеля, токопроводящую способность и номинал автоматического выключателя, защищиающего кабель.

Решение:

В справочной литературе [3] приведена последовательность, следуя которой можно определить поперечное сечение кабеля и его токопроводящую способность. Для этого:

1. Определяется способ прокладки кабеля.

С – соответствует №20,21,30,57,58 в программе DOC

2. Определяется поправочный коэффициент k₁ для температуры, не равной 30⁰ С, по соответствующей таблице из справочника.

В данном случае, k₁ = 0.96

3. Определяется поправочный коэффициент k₂, учитывающий близкое расположение других кабелей и их тепловое воздействие на данный кабель по соответствующей таблице из справочника.

В данном случае, k₂ = 1

4. Определяется величина рабочего тока
5. Определяется поперечное сечение кабеля с нагрузочной способностью