Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра электроснабжения промышленных предприятий
Автоматизированное проектирование ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ сетей низкого и среднего напряжения
Методические указания и задания к курсовой работе
для магистрантов специальности 6М071800 – Электроэнергетика
Алматы 2011
СОСТАВИТЕЛЬ: О.Н.Ефимова. Автоматизированное проектирование электрических сетей низкого и среднего напряжения. Методические указания и задания к курсовой работе для магистрантов специальности 6М071800 – Электроэнергетика. – Алматы: АУЭС, 2011. –37 с.
Данная разработка включает в себя задания к курсовой работе, указания по его выполнению и перечень рекомендуемой литературы.
Ил. 24, библиогр. - 11 назв.
Рецензент: канд. техн. наук, доцент В.Б.Фадеев
Печатается по плану издания НАО «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011 год.
© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011 г.
Содержание
|
|
Введение |
4 |
|
1 |
Задание на курсовую работу |
4 |
|
2 |
Методические указания к выполнению курсовой работы |
8 |
|
2.1 |
Схема соединения сети (топология) |
8 |
|
2.1.1 |
Основной экран и управление программой |
8 |
|
2.1.2 |
Рекомендуемая процедура работ в режиме проектирования |
9 |
|
2.1.3 |
Рекомендуемая процедура работы в режиме проверки |
10 |
|
2.2 |
Вид сети и напряжения |
12 |
|
2.3 |
Расчеты параметров сети |
24 |
|
2.3.1 |
Расчет кабелей и защитных приборов |
25 |
|
2.4 |
Проверка логики соединения сети |
26 |
|
2.5 |
Падения напряжения и распределение нагрузки |
26 |
|
2.6 |
Токи короткого замыкания |
27 |
|
2.7 |
Селективность защитных компонентов |
29 |
|
3 |
Порядок выполнения работы |
31 |
|
|
Список литературы |
37 |
Введение
Курсовая работа посвящена автоматизированному проектированию инсталляций низкого напряжения и их защиты в сетях TN, TT и IT, номинальное напряжение которых можно выбирать из возможностей стандартных напряжений, или же ввести произвольное другое напряжение максимально до 1000 В.
Сама конфигурация сети зависит от того, где находится источник энергии и каким образом расположено электрооборудование. Согласно этому магистрант примет решение, как сеть должна выглядеть, провести ли одну магистральную проводку и из нее сделать ответвления к отдельным потребителям электроэнергии, или провести сеть как радиальную с ответвлением прямо около трансформатора, или же как комбинацию обеих упомянутых сетей.
Выполнение курсовой работы производится с применением системы программного обеспечения xSpider являющейся графически ориентированной системой для расчета параметров сетей низкого напряжения с установленными защитными приборами Moeller.
Для радиальных и узловых сетей выполняется расчет падений напряжения, распределения нагрузки и токов короткого замыкания, и впоследствии проверка пригодности использованных кабелей и защитных приборов. Расчетные процедуры исходят из стандартов IEC. Речь идет о самостоятельной программе, требующей только операционную систему Windows. Программа предназначена, прежде всего, для проектировщиков и расчетчиков.
1 Задание на курсовую работу
1. Создать в системе программного обеспечения xSpider электрическую схему цеха, соответствующую заданию.
Состав потребителей определяется из таблицы 1. Номер варианта магистранта соответствует сумме его двух последних цифр зачетной книжки. Для каждого варианта указывается список номеров потребителей в последовательности подключения к шинам. Характеристики потребителей и их нагрузка на СШ 0,4-1 и СШ 0,4-2 приведены в таблице 2.
2. Произвести логическую проверку всей сети для возможности проведения дальнейших расчетов.
3. Выполнить расчет короткого замыкания (трехфазного и однофазного) на 1 и 2 секции шин, в узле с минимальной присоединенной нагрузкой.
4. Выполнить проверку на селективность выключателя защищающего трансформатор и секционного выключателя.
Курсовая работа должна содержать краткое описание выполненных работ, таблицы результатов в Excel и распечатки схем.
Таблица 1 – Исходные данные на проектирование
|
Номер варианта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Состав потребителей СШ1 |
1,2,3,4,5,6, 7,8,9, 10
|
2,1,4,6,8, 9,12,14, 10,18 |
2,3,1,6,8, 9, 12,10, 16,18 |
2,3,4,1,8, 9,10,11, 16,18 |
2,3,4,4, 1,10,10,1115,18 |
|
Состав потребителей СШ2 |
10,22,21,2019,18,17,1615,1 |
22,10,20, 19, 18,17, 16, 6,1,15 |
22,11,10, 19,18,17, 16,1,14,15 |
22,11,11, 10,18,17,1 12,14,15 |
22,11,11 9,10,1,16,12,14,15 |
|
Номер варианта |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Состав потребителей СШ1 |
1,2,3,4,5,6, 7,8,9,9
|
2,1,4,6,8,9 12,14,11, 18 |
2,3,1,6,8,9, 12,6,16,18 |
2,3,4,1,8, 9,11,11,16 18 |
2,3,4,4,6, 10,10,11, 15,18 |
|
Состав потребителей СШ2 |
10,22,21,20 19,18,17,16 15,2 |
22,10,20, 19,8,17,1616,3,15 |
22,11,10,19,18,17,16,13,14,15 |
22,11,11, 10,18,17, 12,12,14, 15 |
22,11,11, 9,10,7,16,12,14,15 |
|
Номер варианта |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Состав потребителей СШ1 |
1,2,2,4,5, 12,7,8,1,9
|
1,5,4,6,8, 9,12,1,11,18 |
1,3,7,6,8,9, 1,6,16,18 |
1,3,4,15,8,1,11,11,1618 |
1,3,4,4,1, 10,10,11, 15,18 |
|
Состав потребителей СШ2 |
10,2,21,20, 19,18,17, 16,1,2 |
10,11,20, 19,18,17, 16,1,3,15 |
10,11,12,19,18,17,1,13, 14,15 |
10,11,11,9 18,1,12,12 14,15 |
10,11,11,9 1,7,16,12, 14,15 |
|
Номер варианта |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Состав потребителей СШ1 |
12,1,2,4,5, 12,1,15,6,9
|
7,1,4,6,8, 1,20,11, 11,18 |
8,1,7,6,1,15,20,6,16,18 |
7,1,4,1,2, 21,11,11, 16,18 |
14,1,1,13,2,10,10, 11,15,18 |
|
Состав потребителей СШ2 |
15,10,21,20 19,18,1,16, 14,2 |
16,10,20, 19,18,1,1115,3,15 |
11,10,12,19,1,9,2,13,14,15 |
13,10,11, 1,8,11,12,12,14,15 |
3,10,1,6, 7,7,16,12, 14,15 |
|
Номер варианта |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Состав потребителей СШ1 |
12,1,2,4,5, 12,3,15,6,9
|
7,1,4,6,8, 3,20,11, 11,18 |
8,1,7,6,3,15,20,6,16,18 |
7,1,4,3,2, 21,11,11, 16,18 |
14,1,3,13,2,10,10, 11,15,18 |
|
Состав потребителей СШ2 |
15,10,21, 20,19,18,4,16,14,2 |
16,10,20, 19,18,4, 11,15,3,15 |
11,10,12,19,4,9,2, 13,14,15 |
13,10,11, 4,8,11,12,12,14,15 |
3,10,4,6, 7,7,16,12, 14,15 |
Окончание таблицы 1
|
Номер варианта |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Состав потребителей СШ1 |
12,1,2,4,5, 12,7,1,6,9
|
7,1,4,6,8, 9,1,11,11,18 |
8,1,7,6,8,1,20,6,16,18 |
7,1,4,15,1, 21,11,11, 16,18 |
14,1,4,1,2, 10,10,11, 15,18 |
|
Состав потребителей СШ2 |
15,10,21, 20,19,18,1,16,14,2 |
16,10,20, 19,18,17,1,15,3,15 |
11,10,12,19,18,1,2,13, 14,15 |
13,10,11, 9,1,11,12,12,14,15 |
3,10,11,1, 7,7,16,12, 14,15 |
Таблица 2 - Характеристики потребителей СШ 0,4-1 и СШ 0,4-2
|
№ пот - ребителя |
Наименование |
Задаваемый параметр |
Значение |
|
|
|
|
|
|
1 |
Общая нагрузка |
Напряжение, В |
400 |
|
Потребляемая мощность, кВт |
5 |
||
|
Косинус мощности |
0,9 |
||
|
Характер нагрузки |
Индуктивная |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
Максимально допустимое падение напряжения, % |
10 |
||
|
2 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
3 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
3 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
5,5 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
4 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
7,5 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
5 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
11 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
6 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
15 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
7 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
22 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
8 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
30 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
Продолжение таблицы 2
|
№ пот - ребителя |
Наименование |
Задаваемый параметр |
Значение |
|
|
|
|
|
|
9 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
45 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
10 |
Общая нагрузка |
Напряжение, В |
400 |
|
Потребляемая мощность, кВт |
30 |
||
|
Косинус мощности |
0,85 |
||
|
Характер нагрузки |
Индуктивная |
||
|
Коэффициент использования |
0,6 |
||
|
Максимально допустимое падение напряжения, % |
10 |
||
|
11 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
55 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
12 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
75 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
13 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
45 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
14 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
30 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
15 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
22 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
16 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
15 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
17 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
11 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
18 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
7,5 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
19 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
5,5 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
20 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
4 |
Окончание таблицы 2
|
№ пот - ребителя |
Наименование |
Задаваемый параметр |
Значение |
|
21 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
3 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
||
|
22 |
Эл.двигатель |
Напряжение, В |
400 |
|
Нагрузка, кВт |
3 |
||
|
Коэффициент использования |
1 |
Создаваемый проект сохраняется в общей папке с именем магистранта до его сдачи преподавателю.
2 Методические указания к выполнению курсовой работы
2.1 Схема соединения сети (топология)
2.1.1 Основной экран и управление программой.
После запуска программы активируется основной экран. Программа использует интерфейс пользователя MDI (Multiple Display Интерфейс - многодокументный интерфейс), позволяющий параллельную обработку нескольких проектов сетей (похоже на то как, например, текстовый редактор Word позволяет параллельно редактировать несколько документов). После запуска программы автоматически активируется новый проект (см. рисунок 1).
Рисунок 1 - Основной экран программы
Работу можно начать одним из следующих способов:
- начать создавать топологию новой сети или дальше создать новый проект сети щелчком значка «Новый проект»;
- открыть какой-либо из демонстрационных примеров щелчком значка «Открыть демонстрационный пример»;
- открыть уже существующий проект сети и продолжить ее редактирование после щелчка значок «Открыть существующий проект»;
- использовать какой-то из самостоятельных модулей для работы с характеристиками отключения, или для администрирования баз данных пользователя.
Для создания схемы соединения в распоряжении имеются два типа компонентов:
- включенные компоненты, т.е. компоненты, параметры которых заранее установлены, и нельзя рассчитывать их в рамках программы (источники питания, трансформаторы, электрооборудование, двигатели, компенсация);
- собственные компоненты, т.е. компоненты, параметры которых являются предметом изучения и оптимизации (проводки - кабели, шинные системы; защитные компоненты – автоматические выключатели, плавкие
предохранители; коммутационные компоненты - выключатели).
Задание параметров для собственных компонентов зависит от того, в каком режиме программа будет использоваться. Имеется возможность следующих основных режимов:
- режим проектирования, т.е. параметры собственных компонентов, у которых пользователь это требует, будут автоматически определены и настроены таким образом, чтобы были выполнены требования по безопасности; однако, предложенные решения необязательно оптимальные;
- режим проверки, т.е. параметры всех компонентов (собственных и включенных) настроены пользователем (на основании предыдущего опыта); после выполнения расчета выполняется проверка критериев безопасной работы сети. Пользователь произведет оценку результатов, и впоследствии он может выполнить оптимизацию проекта.
Основной экран программы - окно с проектом сети развернуто на весь экран, как показано на рисунке 2.
2.1.2 Рекомендуемая процедура работ в режиме проектирования.
1. Черчение схемы соединения сети (топологии) путем составления отдельных компонентов в графическом режиме.
Параметры включенных компонентов должны быть точно заданы (возможность выбора компонентов из баз данных).
Параметры собственных компонентов не должны быть заданы, но у каждого компонента должен быть включен переключатель «Рассчитывать автоматически». При помощи функции «Настройка программы», вставка «Схема» можно настроить автоматическое включение переключателя «Рассчитывать параметры автоматически» как исходное состояние при вставке компонента в схему соединения.
Рисунок 2 – Развернутое окно с проектом сети
В рамках сети могут быть также собственные компоненты, которые уже определены (путем выбора из базы данных), и не требуется их расчет - у этих компонентов переключатель «Рассчитывать автоматически» должен быть выключен.
2. Настройка параметров автоматического расчета при помощи функции «Настройка программы»: определение исходного стандарта проводов (материала, изоляции), определение приоритетов серий изделий защитных компонентов, и т.д.
3. Запуск расчета автоматического расчета параметров при помощи функции «Расчеты». После выполнения расчета выполняется комплексная проверка всей сети и показаны результаты.
4. Поправки, или же оптимизация проекта, обслуживание конфликтов и состояний неисправности (режим автоматического расчета параметров решает стандартные случаи так, чтобы они соответствовали с точки зрения безопасности, однако, он не выполняет никакой оптимизации и не учитывает техническую осуществимость предложения).
5. Печать результатов проекта - функции «Печать» или «Экспорт».
2.1.3 Рекомендуемая процедура работы в режиме проверки.
1. Рисование схемы соединения сети (топология) путем составления отдельных компонентов в графическом режиме (в качестве исходной точки можно использовать какой-то из демонстрационных примеров, поставляемых с программой).
Параметры включенных компонентов должны быть точно заданы.
Параметры собственных компонентов должны быть точно заданы, а переключатель «Рассчитывать автоматически» должен быть выключен.
2. Решение поведения сети в рабочем состоянии и при перегрузке: выполнение расчета «Падения напряжения и распределение нагрузки» при помощи функции «Расчеты». Следуют проверки рассчитанных параметров, если выполнены требования стандартов.
3. Поправка проекта и повторение пункта 2 до тех пор, пока все компоненты не соответствуют. Для оценки защиты кабелей от перегрузки желательно использовать модуль «Характеристики отключения».
4. Решение поведения сети при максимальном коротком замыкании (устойчивость компонентов сети к токам короткого замыкания): выполнение расчета «Проверка всей сети»: трехфазное симметричное короткое замыкание при помощи функции «Расчеты». Следующие проверки рассчитанных параметров - если выполнены требования стандартов.
5. Поправка проекта и повторение пункта 4 до тех пор, пока все компоненты не соответствуют. При решении только части сети можно использовать расчет «Токи короткого замыкания»: трехфазное симметричное короткое замыкание - короткое замыкание только в одном выбранном узлу сети.
6. Решение поведения сети при минимальном коротком замыкании (проверка на время отключения неисправности от источника питания): выполнение расчета «Проверка всей сети»: однофазное несимметричное короткое замыкание при помощи функции «Расчеты». Следуют проверки рассчитанных параметров - если выполнены требования стандартов.
7. Поправка проекта и повторение пункта 6 до тех пор, пока все компоненты не соответствуют. При решении только части сети можно использовать расчет «Токи короткого замыкания»: однофазное несимметричное короткое замыкание - короткое замыкание только в одном выбранном узлу сети.
8. Оценки селективности с использованием модуля «Характеристики отключения» или при помощи специальной функции «Селективность» (сравнение селективности двух автоматических выключателей на основании таблиц селективности, указанных в каталоге).
9. Оценки поведения сети в различных рабочих состояниях - возможность отключения отдельных ветвей (необходимо в случае узловых сетей, питаемых из большего количества источников, например, сети в объектах здравоохранения).
10. Печать результатов проекта - функции «Печать» или «Экспорт».
Примечание: порядок отдельных пунктов в режиме проверки можно произвольно менять. Указанная процедура только рекомендованная.
2.2 Вид сети и напряжения
Первым шагом при проектировании сети является рисование схемы соединения (топологии). Схема соединения сети определяется путем составления отдельных компонентов в графическом режиме. Чертеж можно дополнить произвольными графическими элементами. В рамках программы можно использовать компоненты, приведенные в таблице 3.
Таблица 3 - Компоненты программы
|
Вид кнопки |
Наименование элемента |
Обозначение |
Примечание |
|
|
|
|
|
|
|
Сеть питания |
|
Включенный компонент [1] |
|
|
Генератор |
|
Включенный компонент |
|
|
Трансформатор |
|
Включенный компонент |
|
|
Шина в распределительном щите - логическое разветвление сети (шина, блок клемм, и т. п.) компонент с пренебрежимым импедансом |
|
Включенный компонент |
|
|
Проводка - система закрытых шинопроводов |
|
Собственный компонент [1] |
|
|
Проводка - кабель |
|
Собственный компонент |
|
|
Выключатель |
|
Собственный компонент |
|
|
Автоматический выключатель |
|
Собственный компонент |
|
|
Плавкий предохранитель |
|
Собственный компонент |
|
|
Двигатель |
|
Включенный компонент |
|
|
Электроприемник |
|
Включенный компонент |
|
|
Компенсация |
|
Включенный компонент |
|
|
Группа (добавление типичных групп компонентов - питание, вывод для двигателей с автоматическим выключателем, общий вывод с автоматическим выключателем и плавким предохранителем, ...) |
|
Группа собственных и включенных компонентов |
|
|
Рисование - основные геометрические объекты (отрезок прямой, окружность, прямоугольник, текст) |
|
Включенный компонент |
Вид сети. До начала рисования схемы соединения необходимо настроить вид сети (TN, IT, или TT) и систему напряжения. Вид сети оказывает влияние на расчет несимметричных коротких замыканий. Система напряжения потом влияет на токи в сети и на значения отключающей способности защитных приборов. При добавлении компонента в схему соединения проверяется, пригоден ли компонент для выбранного напряжения сети. Вид сети и систему напряжения можно в любой момент дополнительно изменить с помощью той же функции, однако это изменение, как правило, вызовет необходимость в изменении ряда компонентов в схеме соединения. Исходный вид сети и систему напряжения для нового проекта можно настроить с помощью функции «Настройка программы», вкладка «Расчет» (см. рисунок 3).
Рисунок 3 - Диалоговое окно настройки программы
Сеть питания. Этот компонент представляет собой сеть питания высшего уровня, поставляющую энергию в решаемую цепь. Речь может идти о сети высокого напряжения, питающей трансформатор, или о сети низкого напряжения. Любая сеть должна содержать как минимум один источник питания. Программа позволяет решить сети, питаемые из одного или больше источников питания параллельно.
Примеры присоединения питания из сетей высокого и низкого напряжения показаны на рисунке 4.
Рисунок 4 - Присоединения питания
Кроме сети питания возможно еще питание из генератора. Генератор желательно присоединять через проводки с автоматическим выключателем (см. рисунок 5). Программа позволяет изменить рабочее состояние автоматического выключателя включено-выключено, и таким образом можно анализировать различные рабочие состояния сетей (при питании из генератора или при питании из выше стоящей сети). Программа позволяет только расчет электрически удаленных коротких замыканий и невозможно производить расчеты короткого замыкания прямо на клеммах генератора.
Рисунок 5 - Присоединения генератора
Сеть питания может быть присоединена прямо к трансформатору или к шине в распределительном щите.
Трансформатор. Этот компонент представляет собой либо распределительный трансформатор, отделяющий сеть питания высокого напряжения и решаемую сеть низкого напряжения, или же защитный отделяющий трансформатор, используемый для создания сетей IT .
На стороне высокого напряжения трансформатора может быть присоединена либо сеть питания, либо кабель, как показано на рисунке 6.
На стороне низкого напряжения трансформатора может быть присоединен либо кабель, либо шинная система. Трансформатор не может быть присоединен прямо к компоненту «Шина в распределительном щите» или «Автоматический выключатель».
Рисунок 6 - Присоединения трансформатора
Расчетный узел всегда находится на стороне низкого напряжения трансформатора; результаты расчета, указанные у трансформатора, всегда относятся к стороне низкого напряжения.
Первичное напряжение Ur1 должно точно соответствовать напряжению выше стоящей сети питания. Вторичное напряжение Ur2 должно соответствовать выбранной системе напряжения и присоединенным фазам (линейное напряжение для трехфазного подключения, фазное напряжение для онофазного подключения).
Шина в распределительном щите. Шины в распределительном щите представляют собой произвольное логическое разветвление сети, реализованное, например, как шина, или блок клемм, соединительная шина и т.п., как показано на рисунке 7. Ветвление сети возможно только на этом компоненте.
Рисунок 7 - Проектное обозначение шины
Компонент не должен являться концевым компонентом сети к нему должны быть присоединены минимально два следующих компонента (см. рисунок 8).
Рисунок 8 – Ветвление на компоненте шины
Коэффициент одновременности (simultaneous factor) определяет одновременность отборов из узла. Например, к узлу присоединены три вывода, т.е. три электроприемника с номинальным током 100A, 500A, 1000A и определен коэффициент одновременности Ks=0,5. Ток, притекающий в узел, равен 0,5x(100+500+1000) = 800 A.
Коэффициент одновременности учитывается только в случае радиальных сетей и игнорирован в случае ячеистых сетей.
Проводка - система закрытых шинопроводов. Этот компонент представляет собой проводку, реализованную как систему закрытых шинопроводов (см. рисунок 9).
Рисунок 9 – Система закрытых шинопроводов
При использовании программы в режиме проектирования, вводится только длина проводки и способ укладки (или также материал проводов и конструкцию на закладке «Подробности»), затем включите переключатель «Рассчитывать автоматически». Остальные параметры не нужно вводить, они будут дополнены автоматически после запуска расчета «Расчет кабелей и защитных приборов».
Если используется программа в режиме проверки, то вводится длина проводки, способ укладки и количество параллельных ветвей. Потом щелкнув кнопку «База данных», выбирается требуемая шинная система. Переключатель «Рассчитывать автоматически» должен быть выключен.
Проводка не должна являться концевым компонентом сети, т.е. к каждому концу должен быть присоединен один следующий компонент (см. рисунок 10).
Рисунок 10 – Система подключения шинопроводов
Энергия передается из начальной в концевую точку. Ни отводы, ни ветвления сети вдоль компонента невозможны (для ветвления сети служит компонент «Шина в распределительном щите».
Проводка – кабель. Этот компонент представляет собой проводку, реализованную как кабель, группу одножильных проводов или воздушную линию (см. рисунок 11). Энергия передается из начальной в концевую точку.
Рисунок 11 – Система подключения кабеля
Ни отводы, ни ветвление сети вдоль компонента не возможны (для ветвления сети служит компонент «Шина в распределительном щите»).
Если используется программа в режиме проектирования, то вводится только длина проводки, способ укладки и температура окружающей среды (после щелчка кнопки «Определить укладку»), затем необходимо включить переключатель «Рассчитывать автоматически». Остальные параметры не нужно вводить, они будут дополнены автоматически после запуска расчета «Расчет кабелей и защитных приборов».
При использовании программы в режиме проверки, вводится длина проводки, способ укладки, температура окружающей среды (после щелчка кнопки «Определить укладку») и количество параллельных ветвей. Потом щелкнув кнопку «База данных» выбирается требуемый кабель.
Переключатель «Рассчитывать автоматически» должен быть выключен.
Выберите основной способ укладки кабеля согласно IEC 60 634-5-523 и конфигурацию в случае группирования (для различной укладки в распоряжении имеются различные конфигурации группирования; влияние группирования проявит себя в случае большего количества параллельных ветвей, или в том случае, если количество других цепей в группировке больше нуля).
Количество других цепей в группировке - это количество других кабелей, которые находятся в группировке вместе с решаемой цепью. Общее количество цепей в группировке определено количеством параллельных ветвей решаемой цепи плюс количеством других цепей. Если кабель проводится самостоятельно, то оставьте значение ноль.
В случае температуры окружающей среды необходимо настроить максимальную температуру окружающего воздуха или окружающей почвы, которая разумно при работе оборудования может появляться.
Коэффициент пользователя позволяет учесть прочие влияния, или решать случаи, неописанные в IEC. С его помощью произвольно можно увеличить или понизить токовую нагрузочную способность кабеля. Использование этого коэффициента полностью является ответственностью пользователя.
Программа решает только случаи, описанные в IEC 60 634-5-523. Несмотря на это, однако, она может быть полезным помощником и для тех случаев, которые прямо не указаны, потому что можно выбрать некоторый близкий вариант, и на его основании приблизительно определить случай, который нам нужно решить, или же произвести коррекцию при помощи коэффициента пользователя.
Если уже был выбран кабель, то выполняется текущий расчет коэффициента, учитывающего группирование, температуру окружающей среды и коэффициент пользователя, и далее выполняется расчет токовой нагрузочной способности кабеля. В том случае, если выберете комбинацию укладка/температура/сечение/материал, не содержащуюся в IEC 60 634-5-523, то программа предупредит об этой ситуации. Решение, как правило, состоит в использовании большего количества параллельных ветвей с меньшим сечением, или в использовании коэффициента пользователя.
Количеству присоединенных фаз должно соответствовать количество проводов (трехфазное присоединение: 4 и больше проводов; однофазное присоединение: 2 или 3 провода).
Максимальное допустимое падение напряжения в данной проводке можно выбирать из стандартов, установленных значений или ввести произвольное значение. После расчета падений напряжения проверяется рассчитанное падение напряжения, которое не должно превышать здесь настроенный предел.
Стандартно предлагается значение, определенное с помощью функции
«Настройка программы» на вкладке «Расчет» как исходное принятое для вновь вставляемого компонента.
Номинальное напряжение указывает максимальное возможное напряжение, для которого можно использовать компонент.
При помощи функции «Настойка программы», закладка «Схема» можно настроить автоматическое включение переключателя «Рассчитывать параметры автоматически» как исходное состояние при вставке компонента в схему соединения.
Если будут настроены позиции «Материал проводов» и «Изоляция жил» на закладке «Подробности», то при автоматическом расчете параметров будут учитываться здесь настроенные данные. Если не настроено ничего, то при автоматическом расчете параметров будут использованы исходные значения согласно «Настройке программы», закладка «АвтоРасчет». С помощью соответствующей настройки этих позиций автоматически можно рассчитывать параметры алюминиевых и медных кабелей одновременно в рамках одного проекта.
Выключатель. Коммутационный компонент выключатель служит для отключения отдельных ветвей сети и для наблюдения за поведением сети в различных рабочих состояниях. Используется там, где излишне использование защитного компонента. Выключатель не будет выключать короткое замыкание, а должен выдержать ток короткого замыкания в течение времени, пока не произойдет его отключение. При расчетах проверяется номинальный ток In и кратковременный односекундный выдерживаемый ток Icw.
Если используется программа в режиме проектирования, то включите переключатель «Рассчитывать автоматически». Остальные параметры не нужно вводить, они будут дополнены автоматически после запуска расчета «Расчет кабелей и защитных приборов».
При помощи функции «Настойка программы», закладка «Схема» можно настроить автоматическое включение переключателя «Рассчитывать параметры автоматически» как исходное состояние при вставке компонента в схему соединения.
Если используется программа в режиме проверки, то щелкните кнопку «База данных» и выберите требуемый автоматический выключатель (управление драйвером базы данных). Переключатель «Рассчитывать автоматически» должен быть выключен.
Количество полюсов прибора должно соответствовать количеству присоединенных фаз.
Номинальное напряжение приводит максимальное возможное напряжение, для которого компонент можно использовать. С одной стороны выключателя должна быть всегда присоединена проводка.
Автоматический выключатель. Защитный компонент автоматический выключатель служит для защиты проводки. Защитный компонент должен быть установлен на одном из концов каждой проводки. Рабочее состояние защитного компонента можно настроить: включено/выключено, и этим отключать отдельные ветви сети и наблюдать за поведением сети в различных рабочих состояниях.
Если используется программа в режиме проектирования, то включите переключатель «Рассчитывать автоматически». Остальные параметры не нужно вводить, они будут дополнены автоматически после запуска расчета «Расчет кабелей и защитных приборов»
Если используется программа в режиме проверки, то щелкните кнопку «База данных» и выберите требуемый автоматический выключатель (управление драйвером базы данных). Переключатель «Рассчитывать автоматически» должен быть выключен. С одной стороны автоматического
выключателя должна быть всегда присоединена проводка, как показано на рисунке 12.
Рисунок 12 – Система подключения выключателей
Каскадирование - автоматический выключатель и плавкий предохранитель, как показано на рисунке 13 (плавкий предохранитель служит в качестве резервной защиты автоматического выключателя).
Рисунок 13 – Каскад автоматический выключатель - плавкий предохранитель
Плавкий предохранитель. Защитный компонент плавкий предохранитель служит для защиты проводки. Защитный компонент должен быть установлен на одном из концов каждой проводки. Рабочее состояние защитного компонента можно настроить: включено/выключено, и этим отключать отдельные ветви сети и наблюдать за поведением сети в различных рабочих состояниях.
Если используется программа в режиме проектирования, то включите переключатель «Рассчитывать автоматически». Остальные параметры не нужно вводить, они будут дополнены автоматически после запуска расчета «Расчет кабелей и защитных приборов». При помощи функции «Настойка программы», закладка «Схема» можно настроить автоматическое включение переключателя «Рассчитывать параметры автоматически» как исходное состояние при вставке компонента в схему соединения.
Если используется программа в режиме проверки, то щелкните кнопку «База данных» и выберите требуемый плавкий предохранитель (управление драйвером базы данных). Переключатель «Рассчитывать автоматически» должен быть выключен.
Количество полюсов прибора должно соответствовать количеству присоединенных фаз. Номинальное напряжение приводит максимальное возможное напряжение, для которого можно использовать компонент. Отключающая способность действует для всего диапазона напряжения максимум до Un. Максимальное время отключения плавкого предохранителя с точки зрения защиты перед опасным напряжением на частях, не ведущих ток согласно IEC 60 634-4-41.
При выборе из списка одного из стандартов, предлагаемых значений после расчета 1-фазного короткого замыкания проверяется, отключит ли плавкий предохранитель неисправность раньше настроенного здесь предельного времени. Стандартно предлагается значение, определенное с помощью функции «Настройка программы» на вкладке «Расчет», в качестве исходного для нового добавляемого компонента.
Двигатель. Данный компонент представляет собой вращательную (моторную) нагрузку, потребляющую энергию из решаемой цепи (типично асинхронный двигатель). Этот тип нагрузки проявляет себя во время коротких замыканий тем, что поставляет энергию в цепь короткого замыкания, и таким образом способствует повышению тока короткого замыкания. Речь идет о концевом компоненте сети, который должен быть всегда присоединен в конце проводки. К двигателю может быть присоединена только одна проводка (для ветвления сети служит компонент «Шина в распределительном щите».
Примеры присоединения электродвигателя представлены на рисунке 14.
Номинальное напряжение компонента должно соответствовать количеству присоединенных фаз (3-фазное присоединение - линейное напряжение, 1-фазное присоединение – фазное напряжение) и выбранной системе напряжения.
Максимальное падение напряжения - самое большое допустимое падение напряжения в данном узлу сети по отношению к напряжению источника питания. Его можно выбирать из установленных стандартом значений или вводить произвольное значение. После расчета падений напряжения проверяется, не превышает ли рассчитанное падение напряжения здесь настроенный предел. Стандартно предлагается значение, определенное с помощью функции «Настройка программы» на вкладке «Расчет» в качестве исходного для нового добавляемого компонента. Затем проверяется соответствие между введенными значениями тока и мощности.
Рисунок 14 – Примеры присоединения электродвигателей
в конце проводки
В случае несоответствия изображается сообщение об ошибке. На это сообщение можем не обращать внимание в том случае, если нам нужно решить состояние сети в момент пуска двигателя, и мы временно увеличим номинальный ток до значения пускового тока, или в случае небольшого несоответствия, вызванного округлением.
Коэффициент использования (utilization factor) определяет, насколько двигатель при нормальной работе нагружен (исходное значение равно 1 - двигатель нагружен на 100 %).
Пример: в проекте установлен двигатель 7,5 кВт, в стандартном режиме он нагружен максимально на 80 % - коэффициент использования Ku=0,8. Коэффициент использования учитывается в случае радиальных и ячеистых сетей.
Электроприемник. Этот компонент представляет собой общую невращательную (немоторную) нагрузку, потребляющую энергию из решаемой цепи (типично освещение, отопительные приборы, цепи штепсельных розеток, и т. д.). Речь идет о концевом компоненте сети, который может быть всегда присоединен в конце проводки или прямо к шине в распределительном щите (см. рисунок 15).
Рисунок 15 – Примеры присоединения нагрузок в конце проводки
После расчета падений напряжения проверяется, не превышает ли рассчитанное падение напряжения настроенный здесь предел, как и в случае для электродвигателя.
Коэффициент использования определяет, насколько электроприемник при нормальной работе нагружен (исходное значение равно 1 - электроприемник нагружен на 100%).
Пример: электроприемник вообще представляет собой цепь штепсельных розеток с 10 розетками по 16A. Номинальный ток такого электроприемника равен In=10x16=160A, однако, одновременный отбор равен максимально 10%. Следовательно, коэффициент использования Ku=0,1. Коэффициент использования учитывается в случае радиальных и ячеистых сетей.
Компенсация. Этот компонент представляет собой нагрузку, образованную компенсационным конденсатором. Речь идет о концевом компоненте сети, который может быть всегда присоединен в конце проводки или прямо к шине в распределительном щите.
Номинальное напряжение компонента должно соответствовать количеству присоединенных фаз и выбранной системе напряжения.
Соединение конденсаторов должно соответствовать количеству присоединенных фаз (3- фазное присоединение - звезда или треугольник, 1-фазное присоединение - звезда).
Проверяется согласованность между введенными значениями мощности и емкости. В случае мелкого несоответствия, вызванного округлением, на предупредительное сообщение можно не обращать внимание.
К компенсации может быть присоединена только одна проводка (для ветвления сети служит компонент «Шина в распределительном щите»). Между защитным компонентом и компенсацией должна находиться проводка (аналогичным способом, как и у электроприемника вообще).
После расчета падения напряжения и распределения нагрузки изображается коэффициент мощности в 3-фазных узлах сети, образованных компонентом «Шина в распределительном щите». Программа не позволяет ввести целевой коэффициент мощности, требуемый размер компенсации необходимо определить опытным путем постепенным добавлением конденсаторов различного размера. С выгодой можно использовать возможности изменения рабочего состояния коммутационных и защитных компонентов, и таким образом постепенно присоединять отдельные конденсаторы.
Группа. Функции группы позволяют добавлять типичные группы компонентов, образующие составную часть схемы соединения. Одним щелчком мыши таким образом можно создать группу компонентов, образующих питание (сеть, трансформатор, кабель, защита) или вывод к электроприемнику (защита, кабель, электроприемник) и т. п., как показано на рисунке 16.
Рисунок 16 – Примеры присоединения групп компонентов
Функции «Группа» позволяют вставлять только типичные комбинации компонентов. Любые другие комбинации необходимо составить самостоятельно путем добавления отдельных компонентов.
В случае повторение групп компонентов, параметры которых только незначительно отличаются (например, несколько выводов для двигателей, отличающихся только длиной кабеля), выгодно вставить только одну группу, настроить параметры всех компонентов, и впоследствии скопировать ее.
2.3 Расчеты параметров сети
После создания схемы соединения (топология) сети, можно приступить к расчетам параметров сети. В распоряжении имеется серия вычислительных алгоритмов с одной стороны комплексных (относящихся к сети как целому) и с другой стороны локальных, направленных только на определенный отрезок сети (например, короткое замыкание в одном выбранном узлу).
Отдельные вычислительные алгоритмы запускаются с помощью функции «Расчет» из ниспадающего меню «Инструменты», или же щелчком значка «Расчет» на панели инструментов.
Впоследствии появится диалоговое окно, как показано на рисунке 17, с перечнем вычислительных методов, разбитых на группы:
- «Основные расчеты» - содержат только важнейшие расчеты, требуемые стандартом. Они необходимы для использования при выполнении курсовой работы.
- «Все расчеты» - содержат полностью все расчетные методы, которые находятся в программе Xspider. Функции из этой группы полезны, главным образом, продвинутым пользователям.
«Настройка параметров для расчетов» - содержит функции для изменения поведения программы. Функции из этой группы служат, главным образом, продвинутым пользователям.
Двойным щелчком выбранной строки запускается соответствующий расчет.
Рисунок 17 – Окно «Расчет сети»
2.3.1 Расчет кабелей и защитных приборов.
Если используете программу Xspider в режиме проектирования, то данная функция выполнит автоматический расчет защитных приборов и проводки, у которых был включен переключатель «Рассчитывать автоматически». Параметры остальных компонентов, где переключатель «Рассчитывать автоматически» выключен, должны быть уже определены и с помощью данной функции не будут изменяться. Алгоритм автоматического расчета параметров выполнит определение типов проводов и защитных приборов из таблиц баз данных.
Процесс определения управляется функцией «Настройка программы» (можно вызвать из ниспадающего меню «Инструменты»), закладка «Авто расчет»):
- Для кабелей: если при вставке кабеля в схему пользователем был определен материал проводов и изоляции (закладка «Подробности»), то будут использованы здесь настроенные значения, а если не было настроено ничего, то будут использованы исходные настройки согласно «Настройка программы», закладка «Авто расчет параметров». Количество проводов будет определено автоматически на основании количества присоединенных фаз.
- Для системы закрытых шинопроводов: если при вставке компонента в схему пользователем были определены материал проводов и конструкция (закладка «Подробности»), то будут использованы здесь настроенные значения, а если не было настроено ничего, то будут использованы исходные настройки согласно «Настройка программы», закладка «Авто расчет параметров». Количество проводов будет определено автоматически на основании количества присоединенных фаз.
- Для автоматических выключателей: определяются параметры всех типов автоматических выключателей (модульные и силовые).
Характеристика и тип независимого расцепителя определены автоматически согласно характеру нагрузки. Количество полюсов определено согласно количеству присоединенных фаз и согласно «Настройка программы», закладка «Авто расчет параметров». В случае совпадения параметров использовуется автоматический выключатель из вышестоящей типовой серии.
- Для плавких предохранителей: количество полюсов определено согласно количеству присоединенных фаз. Предпочтения серий изделий определены так же, как у автоматических выключателей согласно «Настройка программы», закладка «Авто расчет параметров».
- Для выключателей: рассчитываются параметры всех типов выключателей (модульные и силовые). Количество полюсов и предпочтения серий изделий определяются тем же способом, как у автоматических выключателей. У компонентов параметры рассчитаны таким образом, чтобы они соответствовали проверкам, требуемым стандартом. Предложенное решение, безусловно, нельзя считать оптимальным, и всегда нужно произвести оценку его технической осуществимости.
2.4 Проверка логики соединения сети
Функция проверяет логические связи между компонентами сети. В случае проблемы выдается сообщение об ошибке с описанием дефекта и указанием по его устранению. Функция вызывается автоматически перед каждым расчетом. Рекомендовано запускать ее самостоятельно после завершения черчения новой схемы, чтобы были устранены ошибки, возникшие при рисовании.
Щелкните значок «Расчет». В далее открытом диалоговом окне выберите из группы «Все расчеты» позицию «Проверка логики соединения» и закройте диалоговое окно щелчком ОК. Будет выполнена проверка логики соединения; в случае ошибки будет изображено сообщение об ошибке. В таком случае лучше всего удалить ошибочную часть (функция «Удалить»)) и снова вставить путем повторения. Если все в порядке, то изобразится информация (см. рисунок 18).
Рисунок 18 - Проверка логики соединения сети
Затем вновь щелкните значок «Расчет». В далее открытом диалоговом окне выберите группы «Все расчеты» позицию «Комплексная проверка всей сети ...» и закройте диалоговое окно щелчком ОК. После выполнения расчета появится диалоговое окно с результатами проверки. Закройте диалоговое окно нажатием клавиши Esc или щелчком значка «Продолжить».
Примеры самых частых логических ошибок с указанием по их устранению приведены в конце глав, описывающих добавление отдельных компонентов сети - см. главы 11.1 - 11.10 [1].
2.5 Падения напряжения и распределение нагрузки
Функция выполняет расчет поведения сети при номинальном рабочем состоянии и при перегрузке. Функцию можно использовать, если используете программу Xspider в режиме проверки. В распоряжении имеются алгоритмы:
Пренебрегающий влиянием падения напряжения: в результате импеданса проводов, находящихся между источником питания и электрооборудованием, напряжение на клеммах электрооборудования ниже напряжения источника питания. Ток, потребляемый нагрузкой, однако, не оказывает влияние на это падение. Иначе говоря, токи нагрузок являются постоянными. Речь идет о классическом расчете, полученные результаты сравнимы с выходами при помощи стандартных методов. Этот алгоритм имеется в версии: для радиальных сетей - учитывающие коэффициенты одновременности (в диалоговом окне «Расчет» находятся в группе «Основные расчеты») и для общих сетей, радиальных и ячеистых, использующих метод матриц проводимости - коэффициенты одновременности игнорированы (в диалоговом окне «Расчет» находятся в группе «Все расчеты»).
Учитывающий влияние падения напряжения: в результате импеданса проводов, находящихся между источником питания и электрооборудованием, напряжение на клеммах электрооборудования ниже напряжения источника. Однако, так как электрооборудование работает с постоянной мощностью, то падение напряжение вызовет увеличение потребляемого тока. Увеличение потребляемого тока вызовет увеличение падений напряжения. Иначе говоря, мощности нагрузок являются постоянными. Итерационным методом найдено уравновешенное состояние сети. Хотя этот расчет более точный, однако, он требует больше времени, и результаты могут немного отличаться от результатов, полученных стандартными методами. Функция находится в диалоговом окне «Расчет» в группе «Все расчеты».
2.6 Токи короткого замыкания
Программа обладает несколькими алгоритмами для расчета токов короткого замыкания. Первая группа алгоритмов рассчитывает на то, что короткое замыкание произойдет только в одном выбранном узлу сети - это выгодно, когда решаем, например, один конкретный вывод. Вторая группа проверяет комплексно всю сеть – короткое замыкание происходит постепенно в любом из ее узлов. Расчет несимметричных коротких замыканий на землю зависит от выбранного вида сети.
Токи короткого замыкания: трехфазное симметричное короткое замыкание Ik3p - анализ поведения сети при коротком замыкании в одном выбранном узлу сети, так же выполняется проверка на нагрузку компонентов сети током короткого замыкания (максимальное короткое замыкание);
- однофазное асимметричное короткое замыкание Ik1p - анализ поведения сети при коротком замыкании в одном выбранном узлу сети, выполняется проверка на нагрузку компонентов сети током короткого замыкания и проверка на время отсоединения места неисправности от источника (минимальное короткое замыкание).
В случае трехфазного симметричного короткого замыкания в выбранном узлу сети изобразится форма волны тока короткого замыкания во времени, как показано на рисунке 19. Изображение графика можно выключить в «Настройке программы».
Рисунок 19 – Форма кривой токов короткого замыкания
Примеры изображения результатов расчета в схеме соединения: расчет «Проверка всей сети - трехфазное симметричное короткое замыкание Ik3p» показан на рисунке 20 (постепенно вызывается короткое замыкание в отдельных узлах сети, где изображены рассчитанные значения для них); расчет «Токи короткого замыкания - однофазное асимметричное короткое замыкание Ik1p» в узле показан на рисунке 21.
Рисунок 20 – Пример расчета «трехфазное симметричное короткое замыкание Ik3p»
Рисунок 21 – Пример расчета «однофазное асимметричное короткое замыкание Ik1p»
2.7 Селективность защитных компонентов
Целью обеспечения селективности является то, чтобы короткое замыкание или перегрузку отключил всегда только тот защитный компонент, который находится ближе всего к месту неисправности, и остаток инсталляции, чтобы остался далее работоспособным.
Селективности двух защитных компонентов (см. рисунок 22) - входного (1) и выходного (2) можно оценить как путем сравнивания характеристик отключения, так и при помощи специальной функции, выполняющей оценку селективности на основании таблиц селективности, указанных в каталоге силовых автоматических выключателей.
Рисунок 22 - Селективности двух защитных компонентов
Селективность - сравнивание двух автоматических выключателей, выбранных из базы данных. Программа позволяет оценить селективности двух автоматических выключателей на основании таблиц селективности независимо от редактируемой схемы соединения. Не нужно ничего рисовать, только выбираются два устройства из базы данных, и далее изобразится селективность с соответствующим комментарием. Пример расчета показан на рисунке 23.
Рисунок 23 – Пример расчета селективности
Щелкните иконку «Расчет» на панели инструментов. В перечне расчетных алгоритмов, в группе «Все расчеты», два раза щелкните строку «Селективность» (сравнивание двух автоматических выключателей, выбранных из базы данных). В далее открытом диалоговом окне (см. рисунок 24) выберите входной автоматический выключатель после щелчка кнопки «База данных». Выберите выходной автоматический выключатель после щелчка кнопки «База данных».
Рисунок 24 – Сравнивание двух автоматических выключателей,
выбранных из базы данных
Поиск комбинации выбранных автоматических выключателей будет выполняться в таблицах селективности, и будет изображен результат и комментарий к нему (или же ограничивающие условия).
3. Порядок выполнения работы
1. Создайте схему соединения сети (топологию).
Электрическая схема цеха, для которого необходимо провести расчеты, включает два сухих трансформатора 10/0,4 кВ мощностью 400 кВА. К каждой системе шин подключено по 10 потребителей. Нагрузка на шине не должна быть более 300 кВА (при среднем коэффициенте мощности 0,85). 1-я и 2-я системы шин соединяются секционным выключателем, который в нормальном режиме отключен. При пропадании напряжения на одной из секций шин работает АВР и включает секционный выключатель. Часть выключателей подключаемой секции должна быть отключена, чтобы на трансформаторе нагрузка была не более ее номинальной. Это потребуется сделать для обеспечения длительной работы трансформатора на нагрузку двух шин.
В рамках сети даны собственные компоненты, которые уже определены (путем выбора из базы данных), и не требуется их расчет - у этих компонентов переключатель «Рассчитывать автоматически» должен быть выключенным.
Двигатель в трехфазном исполнении выбирается из базы данных, по его заданной нагрузке и напряжению 400 В. Если в базе на эту нагрузку и напряжение нет двигателя, то выбирается ближайший в сторону уменьшения, но на напряжении 400 В. При описании общей нагрузки указывается нагрузка в кВт и напряжение.
Следующий этап – выбор параметров кабелей и защитных выключателей.
Параметры собственных компонентов (проводки, защитные компоненты) не заданы, но у каждого компонента должен быть включенным переключатель «Рассчитывать автоматически».
Проектирование начинается с первой ветви. Длины кабелей выбираются произвольно в пределах 10-15 м. Тип кабеля определяется его токовой нагрузкой. Для ветви трансформатор-шина номинальную токовую нагрузку определяют из его паспортных данных. Номинальная нагрузка кабеля должна быть больше номинальной нагрузки трансформатора. Используются комбинации из 2-3 кабелей, чем один кабель большого сечения. Затем необходимо проверить допустимую токовую нагрузку.
При выборе автоматического выключателя, его номинальный ток должен быть больше номинальной нагрузки ветви, но меньше по току расцепителя номинальной нагрузки кабеля.
Расчеты должны быть выполнены для варианта с отключением трансформатора №2 (трансформатор №1 в работе) и трансформатора №1 (трансформатор №2 в работе).
Затем выполните расчет «Проверка напряжения и распределение нагрузки» в однотрансформаторном варианте.
2. Настройте параметры автоматического расчета при помощи функции «Настройка программы».
3. Щелкните значок «Расчет» на панели инструментов. В перечне вычислительных алгоритмов в группе «Основные расчеты» два раза щелкните строку «Расчет кабелей и защитных приборов».
4. Сейчас будет выполнен расчет. Если невозможно найти соответствующий компонент в таблице данных, установленной в «Настройке программы», то алгоритм даст осечку. В этом случае необходимо выполнить расчет параметров компонента вручную, выключить переключатель «Рассчитывать автоматически» и повторить пункт 3.
5. В конце расчета будет выполнена комплексная проверка всей сети, всех компонентов, невзирая на то, были они или не были рассчитаны на достаточно завышенные параметры. Результаты отдельных проверок показаны в диалоговых окнах (каждое окно закроется крестиком в правом верхнем углу или нажатием клавиши Esc).
6. На основании результатов проверки можно выполнить модификацию проекта сети с целью максимальной оптимизации.
Примечания:
- До начала расчета проверьте правильность настройки времени отключения точки неисправности от источника у всех защитных приборов. Технически необоснованные слишком низкие значения могут вести к отказам алгоритма.
- Не рекомендуется определять автоматически параметры соединения у ячеистых сетей.
7. После того, как схема соединения сети (топология) определена, и все компоненты сети рассчитаны на достаточно завышенные параметры, щелкните значок «Расчет» на панели инструментов. В перечне вычислительных алгоритмов в группе «Основные расчеты» два раза щелкните строку «Падения напряжения и распределение нагрузки».
8. Автоматически определяется тип сети. Для радиальных сетей автоматически используется алгоритм, учитывающий коэффициенты одновременности.
Для ячеистой сети выписана информация об игнорировании коэффициентов одновременности. При продолжении расчета будет использован алгоритм, использующий метод матриц проводимости, или расчет может быть завершен, и пригодным изменением рабочего состояния - выключением – некоторых коммутационных компонентов может являться ячеистая сеть, измененная в радиальную.
9. Выполните расчет и следующие отдельные проверки:
- Проверка падений напряжения в узлах по отношению к напряжению источника питания. Не соответствуют узлы, где падение напряжения превышает предел, настроенный при добавлении компонента.
- Проверка падений напряжения в ветвях. Не соответствуют ветви, где падение напряжения превышает предел, настроенный при добавлении компонента.
- Проверка автоматических выключателей и предохранителей на номи -
нальный ток. Не соответствуют компоненты, где ток в ветви превышает номинальный ток компонента (произойдет отключение уже при номинальном состоянии).
- Проверка выключателей на номинальный ток, проверка входной защиты выключателей.
- Проверка шин на нагрузку номинальным током. Не соответствуют компоненты, где ток в ветви превышает номинальный ток компонента. Номинальный ток компонента установлен с учетом укладки.
- Проверка кабелей на нагрузку номинальным током. Не соответствуют компоненты, где ток в ветви превышает номинальный ток компонента (установленный с учетом укладки, температуры окружающей среды, группирования кабелей, и т. д.).
- Проверка защиты кабелей от
перегрузок. Номинальный ток защитного компонента должен быть меньше токовой
нагрузочной способности кабеля, установленной с учетом укладки и температуры
окружающей среды. Должно быть выполнено так же и второе условие согласно
стандарту IEC относительно защиты кабеля от перегрузок: 
. Ампер-секундная характеристика
повышения температуры кабеля должна находиться выше характеристики отключения
автоматического выключателя.
- Проверка нагрузки и защиты трансформатора и генератора.
- Компоненты в ветви с трансформатором проверяются на номинальный ток трансформатора, невзирая на актуальную нагрузку.
Результаты проверок показаны в диалоговом окне (окно закрывается крестиком в правом верхнем углу или нажатием клавиши Esc).
10. На основании результатов проверки можно выполнить модификацию проекта сети и повторить данную функцию. Результаты расчета показаны в схеме соединения сети.
11. Сохранить сбалансированный расчет для варианта 1 и 2 в формате Автокада. Результаты расчета сохранить в формате Excel. Создать перечень компонентов с результатами расчета, и экспортировать в файл данных.
Данную схему распечатать.
Примечания:
- В том случае, если в сети находится хотя бы одно 1-фазное потребление, то расчет выполняется отдельно для каждой фазы. Падения напряжения и токи показаны для каждой фазы отдельно в порядке L1, L2, L3 и N. Таким образом, можно проверить распределение нагрузки на отдельные фазы. Все проверки выполняются с учетом самой нагруженной фазы.
- В 3-фазных узлах сети, образованных компонентом шина в распределительном щите, автоматически определен коэффициент мощности (cos φ) (в случае использования алгоритма для общих сетей, использующего метод матриц проводимости). Программа не позволяет ввести целевой коэффициент мощности, требуемый размер компенсации необходимо определить опытным путем постепенным включением конденсаторов различной величины. С преимуществом можно использовать возможности менять рабочее состояние коммутационных и защитных компонентов, и так постепенно присоединять отдельные конденсаторы. Вставка компонента «Компенсация».
- Коэффициент одновременности учитывается только в радиальных сетях. В ячеистых сетях можно менять рабочее состояние автоматических выключателей (включено/выключено), и таким образом проверять поведение сети в различных рабочих состояниях.
- В случае неуравновешенных сетей с 1-фазными отборами напряжение на мало нагруженной или отключенной фазе может быть больше напряжения источника.
- При помощи функции «Настройка программы» можно:
-включить изображение реальной и мнимой составляющей токов (показывать токи как комплексные числа);
-подавить выделение ошибочных компонентов в схеме;
-включить изображение матриц проводимости и других промежуточных результатов расчета.
12. Произвести расчет токов короткого замыкания (трехфазного и однофазного) для варианта 1 и 2 на секции шин, присоединенной секционным выключателем (сохраняйте схему для распечатки!). Скорректируйте секционный выключатель, если выбранный не проходит по токам КЗ.
Для этого щелкните значок «Расчет» на панели инструментов. В перечне вычислительных алгоритмов в группе «Основные расчеты» два раза щелкните строку, соответствующую требуемому типу короткого замыкания.
Отключите секционный выключатель. Включите отключенные выключатели. Выполните расчеты для схемы 1-й секции и 2-й секции шин.
Выберите алгоритм, рассчитывающий короткое замыкание в выбранном Вами узле с минимальной присоединенной нагрузкой, в котором произойдет короткое замыкание. Два раза щелкните проектное обозначение компонента, образующего узел с коротким замыканием. Изобразится диалоговое окно с определением каскадов, закроете его нажатием Esc. Будет выполнен расчет.
В случае 3-фазного симметричного короткого замыкания, в выбранном узлу сети, изобразится форма волны тока короткого замыкания во времени. Сохраните ее для распечатки. Окно закроется крестиком в правом верхнем углу или нажатием клавиши Esc, этим перейдете к следующей проверке. Изображение графика можно выключить в «Настройке программы».
13. Выполните следующие отдельные проверки:
- Проверка автоматических выключателей и предохранителей на отключающую способность. Не соответствуют компоненты, где отключаемый ток короткого замыкания в ветви превышает отключающую способность компонента. Отключающая способность компонента определена значением Ics или Icu у автоматических выключателей – согласно настройке переключателя «Рассчитывать на...», или значением Icn у плавких предохранителей. Если был определен каскад (т. е. для каждого узла, образованного компонентом «Шина в распределительном щите», были определены защитные компоненты, расположенные вверх по течению (на вводах), и защитные компоненты, расположенные вниз по течению (на выходах), то отключающая способность защитных компонентов, расположенных вниз по течению, оценивается с учетом компонентов, расположенных вверх по течению (соблюдается ограничение тока короткого замыкания плавким предохранителем и взаимодействие авт. выключателей).
- Проверка выключателей на нагрузку током короткого замыкания. Выключатель не будет отключать короткое замыкание, а должен кратковременно выдержать ток короткого замыкания. Несоответствующими компонентами являются те, где эффективный ток повышения температуры в ветви в течение 1 с превышает кратковременно выдерживаемый ток Icw(1s) компонента.
- Защита перед опасным напряжением на частях, неведущих ток (проверка на время отключения неисправности от источника питания). Она проводится только у 1-фазных коротких замыканий. Непригоден компонент, находящийся ближе всего к точке короткого замыкания, где время отключения больше предела, настроенного при вставке компонента.
- Проверка кабелей/шин на нагрузку током короткого замыкания. Не соответствуют компоненты, где эффективный ток повышения температуры в ветви в течение 0,1с превышает кратковременно выдерживаемый ток Icw(0.1s) компонента.
Результаты каждой из проверок показаны в диалоговом окне (окно закроется крестиком в правом верхнем углу или нажатием клавиши Esc, этим перейдете к следующей проверке).
14. На основании результатов проверки можно выполнить модификацию проекта сети и повторить эту функцию. Результаты расчета показаны в схеме соединения сети. Сохранить сбалансированный расчет для варианта 1 и 2 в формате Автокада. Результаты расчета сохранить в формате Excel. Создать перечень компонентов с результатами расчета, и экспортировать в файл данных. Данную схему распечатать.
Примечания:
- В случае IT сетей несимметричное короткое замыкание на землю рассчитывается при второй неисправности.
- В случае TT сетей необходимо ввести сопротивление заземления узла трансформатора Rt и сопротивление заземления в узле сети, где произошло короткое замыкание Ra.
- При расчете времени отсоединение точки неисправности от источника питания (для 1- фазного короткого замыкания) применен установленный стандартом коэффициент безопасности 1,25, повышающий импеданс короткого замыкания цепи.
- Если время отсоединения точки неисправности от источника не соответствует, то можно изменить настройки расцепителей защитного компонента (если компонент позволяет это) или необходимо увеличить сечение проводки в ветви.
- Оценка устойчивости к короткому замыканию защитных приборов, присоединенных к компоненту «Шина в распределительном щите»: предполагается, что короткое замыкание, которое защитный компонент на выходе должен выдержать, может возникнуть не только в конце им защищаемой проводки, но также и непосредственно после автоматического выключателя. Отключающая способность компонента, следовательно, оценивается с учетом тока короткого замыкания, возникшего в узле, к которому защитный компонент присоединен. Это решение в направлении большей безопасности. Изображение характеристик отключения защитных компонентов с целью оценки селективности возможно при помощи модуля «Характеристики отключения».
При помощи функции «Настройка программы» можно:
- подавить выделение ошибочных компонентов в схеме;
- включить изображение матриц проводимости и других промежуточных результатов расчета.
15. Проверить селективность выключателя, защищающего трансформатор и соединительного из базы данных.
Программа позволяет выполнить оценку селективности автоматических выключателей, подключенных к одному узлу, образованному компонентом «Шина в распределительном щите».
Щелкните иконку «Расчет» на панели инструментов. В перечне расчетных алгоритмов, в группе «Все расчеты», 2 раза щелкните строку «Селективность» (сравнивание двух автоматических выключателей, в проекте).
Если для проекта не были определены каскады, то изобразится диалоговое окно с требованием на их определение. Для каждого узла, где происходит ответвление сети (узел, образованный компонентом «Шина в распределительном щите»), должен быть определен входной автоматический выключатель. Для радиальных сетей каскады настроены автоматически. Если каскады уже были определены, то изобразится диалоговое окно с результатами. Для каждого узла, где происходит ответвление сети (узел, образованный компонентом «Шина в распределительном щите»), рассматриваются все пары входной автоматический выключатель - выходной автоматический выключатель. Закройте диалоговое окно щелчком кнопки «Закрыть».
Сохранить сбалансированный расчет для варианта 1 и 2 в формате Автокада. Результаты расчета сохранить в формате Excel. Создать перечень компонентов с результатами расчета, и экспортировать в файл данных.
Данную схему распечатать.
При помощи функции «Сохранить» сохраните изменения в файл на диске, чтобы они были сохранены на случай какой-либо аварии и для использования в будущем.
Примеры решения приведены в электронном виде в компьютерном классе кафедры «ЭПП».
Список литературы
1. xSpider версия 2.8, Справочное руководство. Ing. Petr Slavata, Doc. Ing. Jiří Rez, CSc., Ing. Michal Kříž, Ing. František Štěpán, 2010.
2. Шеховцов В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению. - М.: Форум: Инфра-М, 2006.
3. Маньков В.Д. Основы проектирования систем электроснабжения. Справочное пособие. – СПб.: НОУ ДПО "УМИТЦ "Электро Сервис", 2010.
4. Гужов Н. П., Ольховский В. Я., Павлюченко Д. А. Системы электроснабжения. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008.
5. Справочная книга электрика./ Под ред. В.И. Григорьева.- М.: Колос, 2004.
6. Электрические аппараты. Справочник Автор: Алиев И. И., Абрамов М. Б. Издательство: РадиоСофт, 2004.
7. Анастасиев П.И., Бранзбург Е.З., Коляда А.В. Проектирование кабельных сетей и проводок. Под общ. ред. Хромченко Г. Е. - М.: "Энергия", 1980.
8. Правила устройства электроустановок. РК. Издание 7. 2008.
9. РД 153-34.0-20.527-98 Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования.- Москва: «Издательство НЦ ЭНАС», 2002.
10. ГОСТ Р 52735-2007. Расчёт токов короткого замыкания.
11. IEC 60364-5-523 Электрическое оборудование. Часть 5: Выбор и построение электрического оборудования. Глава 52: Выбор систем и конструкция проводки. Раздел 523: Допустимые токи.