База знаний

Расчёт сети переменного тока 0,4 кВ

Расчёт низковольтной сети переменного тока выполняется с целью подбора оборудования и проводников, способных обеспечить качественное и бесперебойное электроснабжение конечных потребителей.

Электрическая схема

Какие расчёты необходимо (и достаточно) выполнить, чтобы правильно подобрать аппараты защиты и кабели в сети 220/380 В, и по каким параметрам нужно их проверить — читайте в нашем материале.

СОДЕРЖАНИЕ:

  1. Теория.
  2. Исходные параметры.
  3. Расчёт падения напряжения в отходящих линиях.
  4. Расчёт токов КЗ.
  5. Схема замещения.
  6. Проверка аппаратов защиты.
  7. Проверка кабелей на термическую стойкость.
  8. Проверка кабелей на невозгорание.
  9. Карта селективности.

1. Теория

Первое, с чего нужно начать, — это установить нормальные и аварийные режимы работы сети. В нормальном режиме определяются номинальные параметры аппаратов защиты и пропускная способность линий. В аварийном режиме оценивается термическое и динамическое воздействие тока короткого замыкания и защитные функции аппаратов.

Пример расчёта нагрузок в нормальных режимах подстанции можно найти в статье Выбор ТСН⎘. Ниже рассмотрим пример аварийных режимов.

Расчёт токов короткого замыкания произведём для двух режимов:

  • максимального (металлическое КЗ);
  • минимального (дуговое КЗ, с введением переходного сопротивления дуги Rд или поправочного коэффициента Кc).

Максимальный режим необходим для проверки на отключающую способность, термическую стойкость и невозгорание. В минимальном режиме проверяется чувствительность срабатывания защит.

В дополнение к этому выполним расчёт падения напряжения, который становится особенно актуальным на длинных участках отходящих линий.

2. Исходные параметры

Исходные параметры сети наглядно показаны на электрической схеме. В качестве примера выбрана простая схема с односторонним питанием, для которой характерен один нормальный режим работы, — в случае кольцевой схемы с двусторонним питанием количество возможных режимов может вырасти в разы.

Электрическая схема
Таблица 1. Параметры системы, приведенные к напряжению 0,4 кВ
Наименование оборудования Uвн, кВ Uнн, кВ R1, мОм X1, мОм
1 СШ 35 кВ 35.0 0.4 0.004 0.113
Таблица 2. Параметры ТСН, приведенные к напряжению 0,4 кВ
Наименование оборудования Sном, кВА Uвн, кВ Uнн, кВ Iнн max, А Uк, % Pк, кВт R1, мОм X1, мОм R0, мОм X0, мОм
ТСН-1 ТМН-2500/35 У1 2500 35.0 0.4 3969 7.0 7.0 0.2 4.5 2.2 54.0
Параметры аппаратов защиты 0,4 кВ

Для ввода

Iрасч = 1,1*Sном / (√3*Uнн)

Для потребителей

P = Pуд*n*Kс,

где Pуд – расчётная мощность потребителя;

n – количество потребителей;

Kс – коэффициент спроса.

Iрасч = P / (√3*U*cos φ)

Таблица 3. Параметры аппаратов защиты 0,4 кВ
Наименование оборудования P(S), кВт(кВА) Iрасч, А Тип аппарата защиты In (Ir), А Параметры расцепителя Откл. способность R1, мОм X1, мОм
Iотс tоткл, с
о.е. А Icu, кА
ЩСН 0,4 кВ
Ввод 1 СШ 0,4 кВ от ТСН 2500 3969 OptiMat A1600N-D-MR8 1600 2.5 4000 0.4 85 0.14 0.08
САВ 0,4 кВ - 1985 OptiMat A1600N-D-MR8 1600 2.5 4000 0.2 85 0.14 0.08
Групповой АВ 11,45 18,14 OptiMat D250N-MR1 125 6 750 0.2 40 1.10 0.50
Питание оборудования ОРУ 7.47 11.84 OptiMat D100N-MR1 50 5 250 0.1 40 2.15 1.20
Шкаф питания привода и обогрева
Питание привода 3.60 22.36 ВА47-063Про 40 4.5 180 0.01 4.5 3.0 5.0
Таблица 4. Параметры кабельных линий
Наименование оборудования Марка кабеля (провода) Iдд, А R1, мОм/м X1, мОм/м R0, мОм/м X0, мОм/м Длина, м R1, мОм X1, мОм R0, мОм X0, мОм
Ввод 1 СШ 0,4 кВ от ТСН 6х (АВВГ 3х185+1х50) 1812 0.164 0.063 0.989 0.244 130 3.55 1.37 21.43 5.29
Питание оборудования ОРУ (головной участок) ВВГ(А)нг-LS 5х50 167 0.367 0.086 1.05 0.58 320 117.44 27.52 336.00 185.60
Питание оборудования ОРУ (межшкафные перемычки) ВВГ(А)нг-LS 5х25 112 0.727 0.089 1.630 0.910 180 130.86 16.02 293.40 163.80
Питание привода ВВГ(А)нг-LS 3х6 46 3.080 0.100 4.240 1.490 50 154.00 5.00 212.00 74.50

3. Расчёт падения напряжения в отходящих линиях

Примем, что падение напряжения на зажимах электроприёмников не должно превышать 5% (от нормируемого). Список регламентирующих документов по этому вопросу можно найти по ссылке⎘ в нашей таблице НТД, а почему они противоречат друг другу — здесь⎘.

Для трёхфазной нагрузки

ΔU(%) = (P*R*L+Q*X*L)*100 / U2л;

ΔU(%) = √3*I(R*cos φ*L+X*sin φ*L)*100 / Uл

Для однофазной нагрузки

ΔU(%) = 2(P*R*L+Q*X*L)*100 / U2ф;

ΔU(%) = 2*I(R*cos φ*L+X*sin φ*L)*100 / Uф

Таблица 5. Расчёт падения напряжения в отходящих линиях
Наименование оборудования Pпотр, кВт R, мОм/м X, мОм/м Длина, м cos φ tg φ ΔU, % U, В Вывод
Питание оборудования ОРУ 1 СШ 0,4 кВ
Ячейка №1 0.45 0.68 397.3
Ячейка №2 0.45 0.22 396.5
Ячейка №3 0.45 0.23 395.5
Итого -4.00 395.5 в норме
Питание привода Начало
ШУВ 1.03 2.38 223.7
Итого -1.78 223.7 в норме

Голубым цветом залиты изменяемые ячейки. Расчётные итоги выводятся с зелёной или красной заливкой. В результатах таблицы по умолчанию сделаны ошибки. Нажмите «Выполнить расчёт» и ошибки будут исправлены. Для возвращения к исходному документу просто обновите страницу

4. Расчёт токов КЗ

Нормативные документы по расчёту токов КЗ можно найти здесь⎘.

Трёхфазный ток металлического КЗ

I(3)кз мет = Е / (√3*√(R21+X21)).

Двухфазный ток металлического и дугового КЗ

I(2)кз мет = Е / (2*√(R21+X21));

I(2)кз дуг = Е / (2*√((R1+Rд/2)2+X21));

I(2)кз дуг = Кс*I(2)кз мет

Однофазный ток металлического и дугового КЗ

I(1)кз мет = √3*Е / √((2R1+R0)2+(2X1+X0)2);

I(1)кз дуг = √3*Е / √((2R1+R0+3Rд)2+(2X1+X0)2);

I(1)кз дуг = Кс*I(1)кз мет

Таблица 6. Расчёт токов КЗ
Наименование оборудования Место КЗ Е, В R1, мОм X1, мОм Z1, мОм I(3)кз мет, кА I(2)кз дуг, кА R0, мОм X0, мОм I(1)кз дуг, кА
1 СШ 0,4 кВ на шинах 400 7.194 32.102 19.461 6.218
Питание оборудования ОРУ в начале КЛ 400 10.536 21.919 13.288 5.784
через 20м КЛ 400 17.296 13.352 8.094 4.177
Ячейка №1 400 129.466 1.786 1.469 0.960
Ячейка №2 400 180.300 1.283 1.055 0.723
Ячейка №3 400 260.527 0.887 0.730 0.519
Питание привода в начале КЛ 400 264.488 0.874 0.719 0.515
через 20м КЛ 400 325.294 0.710 0.585 0.444
в конце КЛ 400 416.957 0.555 0.457 0.368

Голубым цветом залиты изменяемые ячейки. Важные расчётные значения выводятся с зелёной заливкой

5. Схема замещения

Электрическая схема замещения

6. Проверка аппаратов защиты

Проверка осуществляется по отключающей способности

Icu > Iкз max

и чувствительности к току КЗ

Iкз min/Iсо ≥ 1,25

Таблица 7. Проверка аппаратов защиты
Наименование оборудования In (Ir), А Уставка, А Место КЗ Токи КЗ, кА Откл. способность Чувстви-
тельность
Вывод
Iкз max Iкз min Icu, кА k
Ввод 1 СШ 0,4 кВ от ТСН 1600 4000 на шинах 0,4 кВ 32.102 85 отключающей способности соответствует
15.516 3.88 чувствителен
Питание оборудования ОРУ 50 250 в начале линии 21.919 40 отключающей способности соответствует
в конце линии 0.518 2.07 чувствителен
Питание привода 40 180 в начале линии 0.873 4.5 отключающей способности соответствует
в конце линии 0.367 2.04 чувствителен

7. Проверка кабелей на термическую стойкость

Все документы, в которых определён метод расчёта проводников на термическую стойкость, можно легко найти по ссылке⎘, добавив в окно ТРЕБОВАНИЕ — «термическое действие».

Проверку сечения кабелей на термическую стойкость произведём по максимальному току КЗ

Sтер min = Iкз max*√tоткл / С

где С — параметр, значение которого зависит от материала шин

Таблица 8. Проверка кабелей на термическую стойкость
Наименование оборудования S, мм2 Место КЗ Iкз max, кА tоткл, с парам. С Sтер min, мм2 Вывод
Питание оборудования ОРУ (головной участок) в начале КЛ 48.6 термически стойкие
Питание оборудования ОРУ (межшкафные перемычки) в начале КЛ 4.0 термически стойкие
Питание привода в начале КЛ 0.7 термически стойкие

Голубым цветом залиты изменяемые ячейки. Расчётные итоги выводятся с зелёной или красной заливкой

8. Проверка кабелей на невозгорание

Существует два основных документа, в которых прописаны условия расчёта: пройдите по ссылке⎘ и добавьте слово «невозгорание» в окно ТРЕБОВАНИЕ.

Определение начальной температуры нагрева жилы кабеля рабочим током (таблица 9)

Qн = Q0+(Qдд-Qокр)(Iраб/Iдд)2

Определение нагрева жилы кабеля после КЗ (таблица 10)

Qкон = Qнk+228*|еk-1|,

где

k = b*I2кз max*(tоткл.рез+0,01) / S2

Таблица 9. Определение начальной температуры нагрева жилы кабеля рабочим током
Наименование оборудования Каталожные данные кабеля Iраб, А Qокр, °С Q0, °С tоткл.рез, с Qн, °С
S, мм2 Iдд, А Qдд, °С b, мм4/кА2с
Питание оборудования ОРУ (головной участок) 25 23.5
Питание оборудования ОРУ (межшкафные перемычки) 25 23.5
Питание привода 25 34.0
Таблица 10. Определение нагрева жилы кабеля после КЗ
Наименование оборудования Место КЗ Iкз max, кА k Qкон, °С Qневозг, °С Вывод
Питание оборудования ОРУ (головной участок) через 20м КЛ 0.294 109.3 350 условие невозгорания удовлетворяет
Питание оборудования ОРУ (межшкафные перемычки) в начале КЛ 0.022 28.9 350 условие невозгорания удовлетворяет
Питание привода через 20м КЛ 0.030 42.1 350 условие невозгорания удовлетворяет

Голубым цветом залиты изменяемые ячейки. Важные расчётные значения выводятся с зелёной или красной заливкой

9. Карта селективности

Карта селективности

При создании карты селективности необходимо учитывать следующее:

  • по оси абсцисс отмечают величину тока в Амперах, а по оси ординат — время в секундах;
  • карта селективности должна отражать характеристики автоматов, подключённых последовательно друг за другом: характеристики срабатывания представляются кривыми, одна из которых указывает наибольшее время срабатывания, другая — наименьшее;
  • на карте селективности могут быть показаны характеристики защищаемого оборудования, пусковые токи, минимальные и максимальные токи КЗ;
  • для включения в карту всех важных расчётных точек — единицы по осям размечаются в логарифмическом масштабе.

ВЫВОД

Если следовать указанной инструкции и выполнить все необходимые расчёты, то можно быть уверенным, что проводники и оборудование низковольтной сети будут выбраны правильно, а настроить аппараты защиты для ввода в работу не составит труда.

В нашем случае:

  1. Автоматические выключатели и силовые кабели выбраны правильно, отключающей способности и термической стойкости соответствуют.
  2. По проверке на невозгорание все кабели соответствуют требованиям.
  3. Сечение головного участка принято большего сечения для соблюдения требований термической стойкости и невозгорания.
  4. Чувствительность выключателей при КЗ в наихудших условиях соблюдается, но для вводного выключателя рекомендуется введение в работу защиты от однофазных коротких замыканий (Ig), что позволит в разы увеличить его чувствительность.
  5. Падение напряжения в линиях не превышает допустимого.
  6. Селективность аппаратов в расчётных точках обеспечивается.

Большинство представленных таблиц адаптированы под различные исходные условия — не стесняйтесь изменять в них параметры и нажимайте кнопку «выполнить расчёт».

СЛУЧАЙ ИЗ ПРАКТИКИ

Рассмотренный пример является упрощённым вариантом реальной низковольтной сети на крупной подстанции. Помимо стандартных решений в нём заложен один не самый распространённый ход, на который мы обращали внимание в одной из наших статей⎘. А именно, необходимость включения в цепь группового автомата . Но зачем он там нужен? Об этом вам «расскажет» проверка на невозгорание. В отсутствии группового автомата резервной защитой для всех отходящих кабелей будет выступать — вводной, что не позволит соблюсти требования по невозгоранию для межшкафных перемычек, так как они не входят в зону его резервной защиты. Групповой же отлично справляется с этой задачей.

Заказать подобный расчёт можно через форму обратной связи на сайте

РЕКОМЕНДУЕМ К ПРОЧТЕНИЮ

  • Энергетик
  • 29 ноября 2023

Выбор ТСН

Подробнее

  • Энергетик
  • 10 июля 2024

Выбор аккумуляторной батареи подстанции

Подробнее

Сверхпроводник

Моделирование подстанции

Представляем вашему вниманию видеообзор сборки нашей подстанции

Смотреть
Пройди тестирование —
проверь свои знания в сфере
энергетики
Пройти тест
Лучшее, что Вы можете сделать для нас, выразив благодарность, — это подписаться на наш телеграм-канал
Обратная связь через Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
©2024. Энергетик.ру — все права защищены