Расчёт низковольтной сети переменного тока выполняется с целью подбора оборудования и проводников, способных обеспечить качественное и бесперебойное электроснабжение конечных потребителей.
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
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.
| Наименование оборудования | Uвн, кВ | Uнн, кВ | R1, мОм | X1, мОм |
|---|---|---|---|---|
| 1 СШ 35 кВ | 35.0 | 0.4 | 0.004 | 0.113 |
| 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 |
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)
| 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 |
| 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
| 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
| 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
6. Проверка аппаратов защиты
Проверка осуществляется по отключающей способности
Icu > Iкз max
и чувствительности к току КЗ
Iкз min/Iсо ≥ 1,25
| 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
| 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 = Qн*еk+228*|еk-1|,
где
k = b*I2кз max*(tоткл.рез+0,01) / S2
| 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 | |||||||
| 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
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:
- Автоматические выключатели и силовые кабели выбраны правильно, отключающей способности и термической стойкости соответствуют.
- По проверке на невозгорание все кабели соответствуют требованиям.
- Сечение головного участка принято большего сечения для соблюдения требований термической стойкости и невозгорания.
- 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.
- Падение напряжения в линиях не превышает допустимого.
- 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.
В телеграм
