Расчет токов короткого замыкания: особенности процесса

Короткое замыкание между проводниками является опаснейшим явлением, как в электрической сети частного домовладения, так и в сложных разводках подстанций и питающих цепей мощного производственного оборудования. Короткое замыкание может стать причиной пожара и выхода из строя дорогостоящих электроприборов, поэтому расчёт токов короткого замыкания, является обязательным этапом перед осуществлением прокладки кабелей для различных потребителей электричества.

Кто занимается вычислением КЗ

Расчёт КЗ, производится квалифицированными специалистами, которые не только производят необходимые вычисления, но и несут ответственность за дальнейшую эксплуатацию электрического оборудования. Домашние электрики также могут осуществить данные вычисления, но только при наличии начальных знаний о природе электричества, свойствах проводников и о роли диэлектриков, в их надёжной изоляции друг от друга. При этом, полученный результат значения короткого замыкания, перед проведением электротехнических работ, необходимо перепроверить самостоятельно, либо воспользоваться услугами специализированных фирм, которые осуществляют данные вычисления на платной основе. Как рассчитать ток короткого замыкания используя специальные формулы, будет подробно описано далее.

Особенности расчёта

Расчёт токов трёхфазного оборудования производится с применением специальных формул.

Если расчёт тока трёхфазного короткого замыкания, необходимо сделать для электрических сетей напряжением до 1000 В, то необходимо учитывать следующие нюансы при проведении расчётов:

1. Трёхфазная система должна считаться симметричной.
2. Питание трансформатора принимается за неизменяемую величину, равную его номинальному значению.
3. Момент возникновения КЗ принято считать при максимальном значении силы тока.
4. ЭДС источников питания, удалённых на значительное расстояния от участка электрической сети, где происходит КЗ.

Также при вычислении параметров КЗ необходимо правильно посчитать результирующее сопротивление проводника, но делать это необходимо через приведение единого значения мощности. Если производить расчёт сопротивления стандартными формулами известными из курса физики, то можно допустить ошибки, по причине неодинакового номинального напряжения в момент возникновения короткого замыкания для различных участков электрической цепи. Выбор такой базисной мощности позволяет значительно упростить расчёты, и значительно повысить их точность.

Напряжение, при вычислении тока короткого замыкания также принято выбирать не исходя из номинального значения, а с превышением данного показателя на 5%. Например для электрической сети 380 В, базисное напряжение для расчёта токов короткого замыкания составит 0,4 кВ.

Для сети переменного тока наприряжением 220 В, базисное напряжение будет равно 231 В.

Формулы вычисления трёхфазного замыкания

Расчёт токов коротких замыканий в электроэнергетических системах трёхфазного электричества производится с учётом особенности возникновения данного процесса.

Из-за проявления индуктивности проводника, в котором происходит короткое замыкание, сила КЗ изменяется не мгновенно, а происходит нарастание данной величины по определённым законам. Чтобы методика расчёта токов короткого замыкания позволила произвести высокоточные вычисления, необходимо высчитать все основные величины вносимые в расчётные формулы.

Часто для этой цели требуется воспользоваться дополнительными формулами или специальным программным обеспечением. Современные возможности вычислительной техники, позволяют осуществлять сложнейшие операций в считанные секунды. Методы расчёта токов короткого замыкания могут быть расширены применением специального программного обеспечения. В данном случае, может быть использована компьютерная программа, которая может быть написана любым квалифицированным программистом.

Если вычисление параметров КЗ в трёхфазной сети осуществляется вручную, то в для получения точного результата этого значения применяется формула:

где:
Хвн — сопротивление между точкой короткого замыкания и шинами.
Хсист — сопротивление всей системы по отношению к шинам источника.
Uс — напряжение на шинах системы.

Если какой-либо показатель отсутствует при проведении расчётов, то его можно высчитать применив для этого дополнительные формулы, или следует применить специальные программы для компьютера.

В том случае, когда расчёт КЗ, необходимо произвести для сложной разветвлённой сети, производится преобразование схемы замещения. Для максимально упрощения вычислений схема представляется с одним сопротивлением и источником электричества.

Для упрощения схемы необходимо:

1. Сложить все показатели параллельно подключённого сопротивления электрических цепей.
2. Сложить последовательно подключённые сопротивления.
3. Вычислить результирующее сопротивлению, путём сложения всех параллельно и последовательно подключённых сопротивлений.

Расчёт однофазной сети

Расчет токов коротких замыканий в электроэнергетических системах однофазного напряжения допускает проведение упрощённых вычислений. Обычно, электроприборы тока однофазного не потребляют много электричества, и для надёжной защиты квартиры или дома от возникновения короткого замыкания, достаточно установить автоматический выключатель рассчитанный на величину срабатывания, равную 25 А. Если требуется
осуществить приблизительный расчёт однофазного короткого замыкания, то его производят по формуле:

где
Uf — напряжение фазы.
Zt — сопротивление трансформатора, при возникновении КЗ.
Zc — сопротивление между фазным и нулевым проводником.

Ik — однофазный ток короткого замыкания.

Вычисление параметров КЗ в однофазной цепи с использованием данной формулы производится с погрешностью до 10%, но в большинстве случаев этого достаточно для осуществления правильной защиты электрической сети. Основным затруднением для получения данных рассчитанных по этой формуле, является сложность в получении значения Zc. Если параметры проводника известны и переходные сопротивления также определены, то сопротивление между фазным и нулевым проводником рассчитывается по формуле:

где:
rf — активное сопротивление фазного провода, Ом;
rn — активное сопротивление нулевого провода, Ом;

ra — суммарное активное сопротивление контактов цепи фаза-нуль, Ом;
xf» — внутреннее индуктивное сопротивление фазного провода, Ом;
xn» — внутреннее индуктивное сопротивление нулевого провода, Ом;
x’ — внешнее индуктивное сопротивление цепи фаза-нуль, Ом.

Таким образом подставляя известные значения в формулы приведённые выше, легко найдём ток короткого замыкания для однофазной сети.

Вычисление параметров КЗ в однофазной сети осуществляется в такой последовательности:

1. Выяснится параметры питающего трансформатора или реактора.
2. Определяются параметры используемого проводника.
3. Если электрическая схема слишком разветвлена, то её следует упростить.
4. Определяется полное сопротивление можду «фазой» и «0».
5. Вычисляется полное сопротивление трансформатора или реактора, если данное значение нельзя получить из документации к источнику питания.
6. Значения подставляются в формулу.

Если вся последовательность действий была проведена верно, то таким образом можно рассчитать силу тока при возникновении КЗ в однофазной сети.

Вычисление КЗ по паспортным данным

Значительно упрощается задача по расчёту КЗ, если имеются паспортные данные реактора или трансформатора. В этом случае достаточно номинальные значения электричества и напряжения подставить в расчётные формулы, чтобы получить значение тока КЗ.

Сила и мощность КЗ могут быть определены по следующим формулам:

В данной формуле значение Iном равно номинальному току электрического трансформатора или реактора.

Определение тока КЗ в сети неограниченной мощности

Если необходимо рассчитать КЗ в системе, где мощность источника электричества несоизмеримо выше суммарной мощности потребителей электричества, то величину напряжения можно условно считать неизменной.

В таких условиях мощность электричества будет равна бесконечности, а сопротивление проводника — нулю. Данные условия могут быть применены только к таким расчётным условиям, когда точка короткого замыкания удалена на значительное расстояние от источника электричества, а результирующее сопротивление цепи в десятки раз превышает сопротивление системы.

Для электрической сети неограниченной мощности сила электрической напряжённости рассчитывается по формуле:

Ik=Ib/Xрез
где:
Ik — сила тока короткого замыкания;
Ib — базисный ток;
Хрез — результирующее напряжения сети.

Подставив значение в формулу можно получить значение параметров КЗ в сети неограниченной мощности.

Руководящие указания по расчёту токов короткого замыкания, изложенные в данной статье, содержат основные принципы, по которым определяется сила тока в проводнике в момент образования этого опасного явления. Если возникает сложность в проведении данных расчётов самостоятельно, то можно воспользоваться услугами профессиональных инженеров-электриков, которые проведут все необходимые вычисления. Расчёт токов короткого замыкания и выбор электрооборудования по совету профессионалов позволит гарантировать бесперебойное и безопасное использование электрических сетей в частном доме или на производстве.

evosnab.ru

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

В этой статье мы ниже рассмотривает пример расчет из курсового проекта тока КЗ. Скажем сразу, расчетов токов КЗ целое исскуство, и если Вам необходимо рассчитать токи КЗ для реальных электроустановок, то лучше скачать следующие методические пособия разработанные Петербурским энергетическим университетом повышения квалификации и всё сделать по ним.

И так:

1. И.Л. Небрат. Расчеты токов короткого замыкания в сетях 0,4 кв — скачать;

2.И.Л.Небрат, Полесицкая Т.П. Расчет ТКЗ для РЗ, часть 1 — скачать;

3.И.Л.Небрат, Полесицкая Т.П. Расчет ТКЗ для РЗ, часть 2 — скачать.

Так же полезно будет иметь под рукой программы, которые помогут Вам точно расчитать токи КЗ. Данных программ в настоящее время много и Вы можете найти большое количество различного софта в интернете, на который Вы можете потратить от часа до нескольких дней, чтобы разобраться как в нём работать. Ниже я выложу перечень программ в файле ворд, в котором указаны производители программ и как и где их можно получить (ссылок на скачивание в файле нет). А также выложу одну программу для расчета токов КЗ в сетях 0.4кВ. Данная программа очень древняя, но и такая же надежная как весь совеский аэрофлот. Работает из под DOSa. Эмулятор в файле скачивания. И так:

1. Переченьпрограмм расчетов ТКЗ и уставок РЗ (если Вы знаете какие-то другие программы, то пишите на pue8(г а в)mail.ru). Мы их включим в перечень.;

2. Программа для расчета токов КЗ в сетях 0.4 кВ.

Если Вам необходим расчет для курсового проекта или учебного задания, то ниже приведен не большой расчет, который в этом Вам поможет.

В задании к курсовому проекту приводятся данные об эквивалентных параметрах сети со стороны высшего напряжения рабочих трансформаторов СН (ТСН) и со стороны высшего напряжения резервных трансформаторов СН (РТСН). В соответствии с рис.2.1, приводятся: ток КЗ на ответвлении к ТСН (3) по I , кА при номинальном напряжении генератора Uгн, кВ или эквивалентное сопротивление сети со стороны ВН ТСН ТСН э X , Ом. Имеет место следующая зависимость:

Рис.2.1. Расчетная схема для определения токов КЗ при расположении точек КЗ на секциях СН 6(10) кВ и 0,4(0,69) кВ.
Для резервных трансформаторов СН задается ток к.з. на шинах ОРУ в точке включения РТСН (3) по I , кА при среднеэксплуатационном напряжении ОРУ ср U , кВ или эквивалентное сопротивление системы в точке включения РТСН РТСН э Х , Ом:

Учитывается возможность секционирования с помощью токоограничивающих реакторов секций РУСН-6 кВ. Это дает возможность применить на секциях за реактором более дешевые ячейки КРУ с меньшими токами термической и электродинамической стойкости и меньшим номинальным током отключения, чем на секциях до реактора, и кабели с меньшим сечением токопроводящих жил.

 Расчет ведется по среднеэксплуатационным напряжениям, равным в зависимости от номинального напряжения 1150; 750; 515; 340; 230; 154; 115; 37; 24; 20; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,66; 0,525; 0,4; 0,23, и среднеэксплуатационным коэффициентам трансформации. В учебном пособии расчеты по определению токов КЗ в относительных (базисных) единицах применительно к схеме Ленинградской АЭС с тремя системами напряжения (750, 330, 110 кВ) и напряжением 6,3 кВ проводились с учетом как действительных, так и среднеэксплуатационных коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов.

Показано, что расчет по среднеэксплуатационным напряжениям не вносит существенных корректировок в уровни токов КЗ. В то же время требуется серьезная вычислительная работа методом последовательных приближений, чтобы связать уровни напряжения генераторов, значения их реактивных мощностей с учетом коэффициента трансформации АТ связи, рабочих и резервных ТСН и напряжений на приёмных концах линий. При сокращении числа переключений трансформаторов и АТ связи с РПН из соображений надежности работы блоков задача выбора отпаек РПН становится менее актуальной.

Схемы замещения для точек КЗ на напряжениях 6,3 и 0,4 кВ приведены на рис.2.2.
Все сопротивления приводятся к базисным условиям и выражаются либо в относительных единицах (о.е.) либо в именованных (Ом). В начале расчета необходимо определиться, в каких единицах будут производиться вычисления, и сохранять данную систему единиц до конца расчетов. Методики определения токов КЗ с использованием относительных и именованных единиц равноправны.

В работе приводятся методики расчетов в относительных и в именованных единицах, как с учетом действительных коэффициентов трансформации, так и по среднеэксплуатационным напряжениям.

В работе приводятся расчеты как в относительных, так и в именованных единицах для простейших схем 0,4 кВ, где нужно учесть не только индуктивное, но и активное сопротивления.

Рис.2.2. Схема замещения в случае наличия реактора при питании секций 6(10) кВ СН: а – от рабочего ТСН; б – от резервного ТСН Для расчета в относительных единицах задают базисную мощность Sбаз, базисное напряжение Uбаз и вычисляют базисные токи Iбаз. В качестве базисной целесообразно принять номинальную мощность трансформатора СН: Sбаз = SТСН, МВА. Базисное напряжение принимают, как правило, равным для точек К1, К2 Uбаз1,2 = 6,3 кВ; для точек К3, К4 Uбаз3,4 = 0,4 кВ. Заметим, что при расчете в относительных единицах можно выбрать любые другие значения Sбаз, Uбаз.

Базисные токи в точках короткого замыкания К1 – К4, кА:

При расчетах в именованных единицах задают только базисное напряжение Uбаз – напряжение той точки, для которой рассчитываются токи КЗ: для точек К1, К2 Uбаз1,2 = 6,3 кВ; для точек К3, К4 Uбаз3,4 = 0,4 кВ.
Сопротивления сети в точках включения рабочего хсист1 и резервного хсист2 трансформаторов СН приводятся к базисным условиям по формулам:
в относительных единицах:
где uкв-н – напряжение короткого замыкания ТСН между обмоткой ВН и обмотками НН, включенными параллельно, о.е.;
uкн-н – напряжение короткого замыкания ТСН между обмотками НН, приведенное к половинной мощности ТСН, о.е.;
SТСН – номинальная мощность ТСН, МВА.

При использовании справочников для определения напряжения короткого замыкания uкн-н следует обращать внимание на указанный в примечаниях смысл каталожных обозначений. Если напряжение короткого замыкания uк НН1-НН2 отнесено в каталоге к номинальной мощности трансформатора, то данное uк НН1-НН2 необходимо пересчитать для половинной мощности, разделив на 2. В случае неверной подстановки в формулы (2.5), (2.5′) зачастую сопротивление хв получается отрицательным. Например, для ТСН марки ТРДНС-63000/35 в табл.3.5 справочника uкв-н = 12,7% и uкн-н = 40% отнесены к полной мощности трансформатора – см. примечание к таблице.

В этом случае в скобках формул (2.5), (2.5′) должно стоять выражение (0,127 – 20,2 ). Например, для РТСН марки ТРДН-32000/150 в табл.3.7 справочника uкв-н = 10,5% и uкн-н = 16,5% отнесены к половинной мощности трансформатора. При этом в скобках формул (2.5), (2.5′) должно быть (0,105 – 20,165 ). На блоках мощностью до 120 МВт используются двухобмоточные трансформаторы собственных нужд без расщепления. В этом случае сопротивление ТСН или РТСН вычисляется по формулам:

в относительных единицах:
где uкв-н – напряжение короткого замыкания трансформатора между обмотками высшего и низшего напряжений, о.е.;
Sбаз, SТСН, SРТСН имеют тот же смысл, что и в формулах (2.5), (2.5′), (2.6),(2.6′).

Сопротивление участка магистрали резервного питания:

в относительных единицах:

где Худ – удельное сопротивление МРП, Ом/км;
МРП – длина МРП, км;
Uср – среднеэксплуатационное напряжение на первой ступени трансформации, кВ.

Сопротивление трансформатора собственных нужд 6/0,4 кВ:

в относительных единицах:
где SТ 6/0,4 – номинальная мощность трансформатора, МВА.
Аналогично рассчитывается сопротивление трансформатора 10,5/0,69 кВ.

Сопротивление одинарных токоограничивающих реакторов Хр задается в Омах и для приведения к базисным условиям используют формулы:

в относительных единицах:
В некоторых каталогах сопротивление токоограничивающих реакторов Хр приводится в процентах и для приведения к базисным условиям используют формулы:

в относительных единицах:

где Iрн – номинальный ток реактора, кА, определяемый по мощности тех электродвигателей, которые предполагается включить за реактором.

Индуктивное сопротивление реактора Хр определяют по допустимому току КЗ за реактором Iп0доп. Значение Iп0доп связано с номинальным током отключения предполагаемых к установке за реактором выключателей (Iп0доп — Iоткл.н). 

Одновременно происходит и снижение теплового импульса тока КЗ за реактором Вдоп, что благоприятно для выбора сечения кабелей по условиям термической стойкости и невозгорания. При определении Iп0доп и Вдоп следует учитывать, что реактор не в состоянии ограничить подпитку точки КЗ от двигателей за реактором Iпд0 и ухудшает условия их пуска и самозапуска, т.е.

где Iпс – периодическая составляющая тока подпитки точки КЗ от ветви, в которую предполагается включить реактор;

Iпд0 – ток подпитки от двигателей за реактором.
Потеря напряжения U в одинарном реакторе при протекании токов рабочего режима I:

Сопротивление эквивалентного двигателя на каждой секции определяется через его мощность или через коэффициент загрузки Кзгр и номинальную мощность трансформатора СН. При отсутствии токоограничивающего секционного реактора и использовании на первой ступени трансформатора с расщепленными обмотками имеем: 

В случае различия расчетных мощностей двигательной нагрузки Sд1, Sд2, в дальнейшем расчете сопротивления эквивалентного двигателя будет участвовать максимальная из них, вне зависимости от способа питания секций 6,3 кВ (от рабочего и резервного ТСН).

При использовании секционного токоограничивающего реактора определяется его проходная мощность Sр по формуле (2.12) и далее – мощности двигателей:

при использовании РТСН для замены рабочего ТСН энергоблока, работающего на мощности. Наличие предварительной нагрузки РТСН характерно для блоков генератор-трансформатор без генераторных выключателей. При наличии выключателя в цепи генераторного токопровода, что предусмотрено действующими нормами технологического проектирования, пуск и останов энергоблока обычно осуществляется от рабочего ТСН и надобности в использовании РТСН в этих режимах не возникает. Поэтому для схем с генераторными выключателями можно принимать ТСН згр к = РТСН згр к = 0,7. При отсутствии выключателей в цепи генераторного токопровода РТСН згр к возрастает.

Наличие секционного токоограничивающего реактора приводит к изменению распределения двигателей по сравнению с вариантом без реактора и к изменению доли подпитки ими точек КЗ до и после реактора. При КЗ в точке К2 не следует учитывать подпитку от двигателей, включенных до реактора, а при КЗ в точке К1 не следует учитывать подпитку от двигателей, включенных за реактором.

По вычисленным мощностям двигателей Sд определяют приведенные сопротивления двигательной нагрузки в вариантах при отсутствии реактора и при его наличии:

в относительных единицах:

pue8.ru

Давайте разберемся, как проводится расчет тока по мощности

Прежде чем приступать к проектированию электрики в вашем доме, необходимо составить схему расчетов с указанием всех предполагаемых нагрузок в помещениях и длины отдельных участков кабеля. Для составления такой схемы и понадобится провести расчет тока «по мощности». Правильно составленная карта электросистемы дома позволит подобрать кабели нужных сечений, что обезопасит вашу проводку от перегрева и, соответственно, от возможности возгорания. Давайте разберемся, а что же представляет собой расчет тока «по мощности».

Правильность подбора коммутационных аппаратов, а также сечения кабеля во многом зависит от различных значений параметров электрических сетей. Наиболее важным среди них считается электрический ток. И на этапе проектирования эти величины можно определить только расчетным математическим методом. Очень важным считается расчет тока «по мощности» в трехфазных сетях, где нагрузку необходимо размещать равномерно среди фаз, чтобы не допустить перекосов. Однако и в городских бытовых сетях эти расчеты необходимо проводить при проектировании не только щитовых, но и жилых помещений.

Расчет тока «по мощности» проводится при условии известных значений мощности электроприборов, характере нагрузок и напряжения сети. Для однофазной питающей сети используют следующую формулу: I = P/(U×cosφ), где:

• U – значение фактического напряжения сети, измеряется в вольтах;
• cosφ – соответствующий коэффициент мощности.

В зависимости от характера нагрузки выбирается коэффициент мощности. Так, для активных нагрузок (нагревательных элементов, ламп накаливания) он будет приблизительно равным единице. Однако если учесть, что в активной нагрузке всегда присутствует реактивная составляющая, то для расчетов принято использовать величину cosφ, равную 0,95. При расчетах нагрузки, которая характеризуется большой реактивной мощностью (дроссели осветительных приборов, электродвигатели, индукционные печи, сварочные трансформаторы и др.) принято среднее значение cosφ, равное 0,8.

Для трехфазной питающей сети формула мощности тока будет иметь следующий вид: I = P/(1,73 × U × cosφ).

Для трехфазных сетей значения коэффициента мощности для активных и реактивных нагрузок полностью идентичны однофазным сетям.

Таким образом, при помощи указанных формул необходимо провести расчеты всех значений электрического тока от мощности нагрузки, которая будет использоваться на том или ином участке.

Следующим этапом наших расчетов, будет выбор сечения кабеля. Хотя в технической литературе часто можно встретить такое понятие, как «расчет кабеля по мощности», на самом деле, это не расчет, а все-таки «выбор». Под расчетом понимают описанные выше формулы для определения нагрузки тока. При наличии определенных значений тока и напряжения сечение кабеля выбирается из справочных таблиц. Таблицы эти весьма наглядны и подробного описания не требуют. Вы сначала выбираете материал провода: медь или алюминий, а затем по напряжению питающей сети и значению тока определяете сечение кабеля.

Вот, собственно, мы и рассмотрели, каким образом рассчитывается электрическая нагрузка и выбирается сечение кабелей для электрификации объектов.

fb.ru

Персональный сайт — Расчет токов при выборе сечений проводов

Расчёт токов при выборе сечений проводов

По условиям нагревания и экономической плотности тока, при выборе сечений отдельных участков электрической сети достаточным условием является известная величина токовых нагрузок данных участков сети. Обязательным условием при выполнении электропроекта, для проведения расчета сети по потере напряжения, необходимо знать нагрузки и длины всех участков сети. Прежде чем приступить к проектированию электрики, необходимо составить расчетную схему, где указываются все нагрузки и длины участков под которые разрабатывается электропроект.

 

 

Надо учесть, что при расчетах трехфазных сетей принимаются одинаковыми нагрузки всех трехфазных проводов. На деле, данное условие актуально лишь для силовых сетей с трехфазными электродвигателями. Примером сетей с однофазными электроприемниками являются городские сети с бытовыми приборами и осветительными лампами, в них присутствует незначительная неравномерность распределения нагрузки по фазам линии. На практике, при расчетах сетей с однофазными приемниками распределение нагрузок по фазам условно принимают равномерным.

В расчетной схеме, при условии равномерного распределения нагрузки всех фаз линии, нет надобности указывать все провода, входящие в состав сети. Вполне достаточно предоставить однолинейную схему, на которой будут отражены присоединенные к сети нагрузки и длины всех участков сети и указаны места расположения плавких предохранителей/защитных аппаратов в данном проекте электрики. 

При разработке расчетной схемы электропроводки внутри помещения необходимо использовать план и разрез здания, на которых ранее была нанесена электропроводка с указанием электротоков и мощности приборов (осветительных ламп, выключателей, розеток, всех электроприемников).

Расчет тока при проектирование основывается на плане промышленного предприятия или населенного пункта. На плане должна быть нанесена вся электросеть с указанием точек присоединения групп электроприемников — отдельные здания промышленного предприятия или дома. Без этого нельзя грамотно выполнить проектирование электрики, согласование электропроекта и произвести качественные электромонтажные работы.

Необходимо помнить, что длины всех участков сети измеряются по чертежу согласно масштабу, в котором выполнен чертеж. В случае отсутствия чертежа, длины всех участков сети измеряются в реальном пространстве и наносятся на план электропроекта. Это позволит безошибочно выполнить проектирование электрики.

Соблюдение масштаба для участков сети не требуется при составлении расчетной схемы сети, потому что никоим образом не влияет на ход выполнения электропроекта. Главное, правильно соблюдать последовательность соединения участков сети между собой.

На рис.1 представлен пример расчетной схемы линии наружной сети 380/220В для некоторого поселка. На схеме длины участков сети указаны в метрах слева и сверху, нагрузки представлены стрелками справа и снизу с указанием расчетных мощностей в киловаттах. На расчетной схеме линия АБВ считают магистралью, участки BE, БД, ВГ — ответвлениями.

По рисунку видно, что отдельные участки сети представлены без масштаба и если длина участков указана верно, то это не помешает точности проведения расчета.

Определение расчетных мощностей электрической сети.

Расчет и определение расчетных мощностей (нагрузок) является сложной задачей. Каждая осветительная лампа, телевизор или нагревательный прибор потребляют определенную номинальную мощность при номинальном напряжении на зажимах, принимаемую как расчетная мощность данного электроприемника. Процесс определения расчетных мощностей электрической сети для электродвигателя несколько сложнее и зависит от крутящего момента связанного с двигателем механизма — вентилятора, станка, транспортера. На корпусе двигателя прикреплена табличка с указанием номинальной мощности. Как правило, фактическая мощность, потребляемая электродвигателем из сети, отличается от номинальной. Так, нагрузка двигателя токарного станка не постоянна, а изменяется в зависимости от толщины снимаемой с детали стружки, размера обрабатываемой детали.

Определение расчетных мощностей двигателя рассчитывается по наиболее тяжелым условиям работы станка. При других режимах работы двигатель будет работать не при полной нагрузке. Поэтому расчетная мощность двигателя меньше его номинальной мощности.

Для группы электроприемников определение расчетной мощности усложнено тем, что необходимо учитывать возможное количество включенных приемников, что является важным условием при выполнении электромонтажных работ.

Для примера произведем расчет нагрузки для линии, питающей мастерскую. В мастерской установлены тридцать электродвигателей. Некоторые из них будут работать в непрерывном режиме, например, двигатели, соединенные с вентиляторами.

При этом, двигатели станков на момент установки для обработки новой детали работают с перерывами. Некоторая часть двигателей работает с неполной нагрузкой. Надо учесть, что величина нагрузки линии, которая питает мастерскую, величина не постоянная. За расчетную нагрузку линии необходимо принять наибольшую возможную нагрузку, как наиболее значимую для проводников линии. Под максимальной нагрузкой принимается максимальное среднее значение за получасовой период времени. 

Расчетная нагрузка (кВт) группы электроприемников определяется формулой:

Р = Кс х Ру,

где Кс — коэффициент спроса для режима наибольшей нагрузки. Коэффициент спроса учитывает наибольшее возможное число включенных приемников группы. Для двигателей коэффициент спроса должен учитывать величину их загрузки;

Ру — установленная мощность группы приемников, по величине равная сумме их номинальных мощностей, измеряется в кВт. 

В случае необходимости, более подробно ознакомиться с методами определения расчетных нагрузок можно по специальной литературе. 

Определение расчетного тока линии для одного электроприемника и группы электроприемников

При выборе сечения проводников необходимо определить величину расчетного тока линии по экономической плотности тока или по условию нагревания. Величина расчетного тока (А) трехфазного электроприемника определяется по формуле: 

где Р — расчетная мощность приемника, кВт; Uн — номинальное напряжение на зажимах приемника, равное по величине межфазному (линейному) напряжению сети, к которой он присоединяется, В;

cos ф — коэффициент мощности приемника. 

Данная формула подходит для определения расчетного тока группы однофазных или трехфазных приемников при условии, соединения однофазных приемников поровну ко всем 3-м фазам линии. Для однофазного приемника или для группы приемников, присоединенных к одной фазе сети трехфазного тока величина расчетного тока (А), рассчитывается по формуле: 

где U н.ф — номинальное напряжение приемников, равное по величине фазному напряжению сети, к которой присоединяются приемники, В.
По данной формуле можно рассчитать величина расчетного тока для группы приемников, присоединенных к линии однофазного тока. 

Для нагревательных приборов и ламп накаливания коэффициент мощности cos ф = 1, что значительно упрощает формулу определения расчетного тока.

Определение величины тока по расчетной схеме электрической сети.

Обратимся к расчетной схеме электрической наружной сети жилого поселка, представленной ранее на рисунке 1. На данной схеме расчетные нагрузки домов, присоединенных к линии, указаны в киловаттах у концов соответствующих стрелок. Для проектирования электрики и выбора сечения проводов необходимо просчитать нагрузку всех участков. 

Данная нагрузка рассчитывается на основании I-го закона Кирхгофа. Закон гласит: для любой точки сети сумма приходящих токов должна быть равна сумме выходящих токов. Данный закон применим для нагрузок, выраженных в киловаттах. 

Рассмотрим схему электрики поселка (рисунок 1). Наша задача — найти распределение нагрузок по участкам линии. На участке длиной 80 м, в конце линии, примыкающей к точке Г, нагрузка 9 кВт равна расчетной нагрузке дома, примыкающего к линии в точке Г. На участке ответвления длиной в 40 м, примыкающем к точке В, нагрузка равна сумме нагрузок домов, примыкающих на участке ответвления ВГ: 9 + 6 = 15 кВт. На участке магистрали длиной 50 м, примыкающем к точке В, нагрузка составляет: 15 + 4 + 5 = 24 кВт. 

Аналогичным образом рассчитывают нагрузки всех остальных участков линии. Для упрощения схемы, все указанные на схеме числа и обозначения располагаются в определенном порядке. На расчетной схеме (рисунок 1) длины участков линии указаны слева и сверху, нагрузки — справа и снизу. 

Вернемся к нашему примеру с мастерской. Четырехпроводная линия, номинальным напряжением 380/220 В, подпитывает мастерскую, где установлены тридцать электродвигателей. Суммарная установленная мощность составляет Py1 = 48 кВт. 
Суммарная мощность осветительных ламп в мастерской составляет Ру2 = 2 кВт.
Коэффициент спроса для осветительной нагрузки Кс2=0,9 и для силовой нагрузки Кс1=0,35. Средний коэффициент мощности для всей установки cos ф=0,75. 
Необходимо определить расчетный ток линии. 

Решение. Подсчитываем расчетную нагрузку электродвигателей: P1 = 0,35 х 48 =16,8 кВт и расчетную нагрузку освещения Р2=0,9 х 2=1,8 кВт. 
Суммарная расчетная нагрузка Р= 16,8 + 1,8= 18,6 кВт. 
Расчетный ток определяем по формуле:

Таким образом, мы произвели приблизительный расчет, который позволит проверить проектирование электрики и электромонтажные работы.

lbochkov.narod.ru

Расчет токов короткого замыкания | Проектирование электроснабжения

Сегодня хочу вашему вниманию представить методику расчета токов короткого замыкания. Самое главное без всякой воды и каждый из вас сможет ей воспользоваться, приложив минимум усилий, а некоторые из вас получат и мою очередную программу, с которой считать будет еще проще.

Это уже вторая статья, посвященная токам короткого замыкания. В первой статье я обратил ваше внимание на защиту протяженных электрических сетей и то, что в таких сетях, порой, не так просто подобрать защиту от токов короткого замыкания. Для того и проектировщик, чтобы решать подобные вопросы.

Теорию по расчету токов короткого замыкания можно найти в следующих документах:

1 ГОСТ 28249-93 (Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ).

2 РД 153-34.0-20.527-98 (Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору элетрооборудования).

3 А.В. Беляев (Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4кВ).

В интернете я не нашел, где все четко было бы расписано от «А» до «Я».

Думаю вы со мной согласитесь, что токи короткого замыкания не так просто рассчитать, поскольку проектировщик не всегда досконально владеет всей необходимой информацией. Данный метод расчета является упрощенным, т.к. в нем не учитываются сопротивления контактов автоматических выключателей, предохранителей, шин, трансформаторов тока.

Возможно, позже все эти сопротивления я учту, но, на мой взгляд, эти значения на конечный результат влияют незначительно.

Последовательность расчета токов короткого замыкания.

1 Сбор исходных данных по трансформатору:

Uкз — напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

Рк — потери короткого замыкания трансформатора, кВт;

Uвн – номинальное напряжение обмоток ВН понижающего трансформатора; кВ;

Uнн (Ел) – номинальное напряжение обмоток НН понижающего трансформатора; В;

Еф – фазное напряжение обмоток НН понижающего трансформатора; В;

Sнт – номинальная мощность трансформатора, кВА;

Zт – полное сопротивление понижающего трансформатора током однофазного к.з., мОм;

Активные и индуктивные сопротивления трансформаторов 6(10)/0,4кВ, мОм

2 Сбор исходных данных по питающей линии:

Тип, сечение кабеля, количество кабелей;

L – длина линии, м;

Хо – индуктивное сопротивление линии, мОм/м;

Zпт – полное сопротивление петли фаза-ноль от трансформатора до точки к.з., измеренное при испытаниях или найденное из расчета, мОм/м;

Полное удельное сопротивление петли фаза-ноль для кабелей или пучка проводов

3 Другие данные.

Куд – ударный коэффициент.

Ударный коэффициент

После сбора исходных можно приступить непосредственно к вычислениям.

Активное сопротивление понижающего трансформатора, мОм:

Активное сопротивление трансформатора

Индуктивное сопротивление понижающего трансформатора, мОм:

Индуктивное сопротивление трансформатора

Активное сопротивление питающей линии, мОм:

Rк=Rуд.к*l/Nк

Индуктивное сопротивление питающей линии, мОм:

Хк=Худ.к*l/Nк

Полное активное сопротивление, мОм:

RΣ = Rт+Rк

Полное индуктивное сопротивление, мОм:

XΣ=Xт+Xк

Полное сопротивление, мОм:

Полное сопротивление

Ток трехфазного короткого замыкания, кА:

Ток трехфазного короткого замыкания

Ударный ток трехфазного к.з., кА:

Ударный ток трехфазного к.з.

Ток однофазного короткого замыкания, кА:

Zпт=Zпт.уд.*L 

Ток однофазного короткого замыкания

Рассчитав токи короткого замыкания, можно приступать к выбору защитных аппаратов.

По такому принципу я сделал свою новую программу для расчета токов короткого замыкания. При помощи программы все расчеты можно выполнить значительно быстрее и с минимальным риском допущения ошибки, которые могут возникнуть при ручном расчете. Пока это все-таки beta-версия, но тем не менее думаю вполне рабочий вариант программы.

Внешний вид программы:

Программа для расчета токов к.з.

Ниже в программе идут все необходимые таблицы для выбора нужных параметров трансформатора и питающей линии.

Также в месте с программой я прилагаю образец своего расчета, чтобы быстро можно было оформить расчет и предоставить всем заинтересованным органам.

Стоит заметить, что у меня появилась еще одна мелкая программа – интерполяция. Удобно, например, находить удельную нагрузку квартир при заданных значениях.

Интерполяция

Жду ваших отзывов, пожеланий, предложений, уточнений.
Продолжение следует… будет еще видеообзор измененной версии.

Советую почитать:

220blog.ru

Расчет токов при выборе сечений проводов

По условиям нагревания и экономической плотности тока, при выборе сечений отдельных участков электрической сети достаточным условием является известная величина токовых нагрузок данных участков сети. Обязательным условием при выполнении электропроекта, для проведения расчета сети по потере напряжения, необходимо знать величины нагрузки и протяженность всех участков сети. Прежде чем приступить к проектированию электрики, следует составить расчетную схему с указанием всех нагрузок и протяженности отдельных участков линий, с использованием которых выполняется проектирование электроустановки.

Расчет мощности по току в трехфазной сети

Надо учитывать, что в трехфазных сетях расчетную нагрузку принято распределять равномерно по всем трем фазам. Но фактически данное условие выполнимо лишь в силовых сетях с трехфазными двигателями — на практике равномерно «нагрузить» три фазы довольно сложно, особенно если в 3-фазных цепях используются 1-фазные потребители. Примером подобных сетей являются городские электросети, в которых имеют место быть 1-фазные электроприемники, вследствие чего между нагрузкой по фазам могут наблюдаться незначительные отклонения. Тем не менее, при проектировании электроустановок величины нагрузки по фазам принимают равными.

В расчетной схеме, при условии равномерного распределения нагрузки на все фазы линии, отсутствует необходимость в обозначении всех задействованных проводов — достаточно составить однолинейную схему, на которой будут отражены присоединенные к сети нагрузки и длины всех участков сети с указанием мест расположения плавких предохранителей/защитных аппаратов в данном проекте электрики.

Расчет тока по мощности на этапе проектирования

При разработке расчетной схемы электропроводки внутри помещения необходимо использовать план и разрез здания, на которых ранее была нанесена электропроводка с указанием электротоков и мощности приборов (осветительных ламп, выключателей, розеток, всех электроприемников).

Расчет тока при проектировании основывается на плане промышленного предприятия или населенного пункта. На плане должна быть нанесена вся электросеть с указанием точек присоединения групп электроприемников, а также отдельные здания промышленного предприятия или дома. Без этого нельзя грамотно выполнить проектирование электрики, согласование электропроекта и произвести качественные электромонтажные работы.

Необходимо помнить, что длины всех участков сети измеряются по чертежу согласно масштабу, в котором выполнен чертеж. В случае отсутствия чертежа длины всех участков сети измеряются в реальном пространстве и наносятся на план электропроекта. Это позволит безошибочно выполнить проект электрики дома.

Соблюдение масштаба для участков сети не требуется при составлении расчетной схемы сети, потому что никоим образом не влияет на ход выполнения электропроекта. Главное — правильно соблюдать последовательность соединения участков сети между собой.

На рис.1 представлен пример расчетной схемы линии наружной сети 380/220В для некоторого поселка. На схеме длины участков сети указаны в метрах слева и сверху, нагрузки представлены стрелками справа и снизу с указанием расчетных мощностей в киловаттах. На расчетной схеме линия АБВ считают магистралью, участки BE, БД, ВГ — ответвлениями.

По рисунку видно, что отдельные участки сети представлены без масштаба, и если длина участков указана верно, то это не помешает точности проведения расчета.

Определение расчетных мощностей электрической сети

Расчет электрической мощности и определение расчетных мощностей (нагрузок) является сложной задачей. Расчет производят не только при проектировании «с нуля», но и если производится реконструкция сетей, например, в случае увеличения мощности или изменения профиля использования здания. Каждая осветительная лампа, телевизор или нагревательный прибор потребляют определенную номинальную мощность при номинальном напряжении на зажимах, принимаемую как расчетная мощность данного электроприемника.

Процесс определения расчетных мощностей электрической сети для электродвигателя несколько сложнее и зависит от крутящего момента, связанного с двигателем механизма: вентилятора, станка, транспортера. На корпусе двигателя прикреплена табличка с указанием номинальной мощности. Как правило, фактическая мощность, потребляемая электродвигателем из сети, отличается от номинальной. Так, нагрузка двигателя токарного станка не постоянна, а изменяется в зависимости от толщины снимаемой с детали стружки, размера обрабатываемой детали и ряда других факторов.

Определение расчетных мощностей двигателя рассчитывается по наиболее тяжелым условиям работы станка. При других режимах работы двигатель будет работать в неполную нагрузку, поэтому расчетная мощность двигателя выше его номинальной мощности.

Для группы электроприемников определение расчетной мощности усложнено тем, что необходимо учитывать возможное количество включенных приемников, что является важным условием при выполнении электромонтажных работ.

Для примера произведем расчет нагрузки для линии, питающей мастерскую. В мастерской установлены тридцать электродвигателей. Некоторые из них будут работать в непрерывном режиме, например, двигатели, соединенные с вентиляторами.

При этом двигатели станков на момент установки для обработки новой детали работают с перерывами. Некоторая часть двигателей работает с неполной нагрузкой. Надо учесть, что величина нагрузки линии, которая питает мастерскую, является величиной переменной (линию можно провести  по штробам в стене здания или, что быстрее, для этих целей используется гофра в проекте при монтаже линий к станкам). За расчетную нагрузку линии необходимо принять наибольшую возможную нагрузку как наиболее значимую для проводников линии. Под максимальной нагрузкой принимается максимальное среднее значение за получасовой период времени. 

Расчетная нагрузка (кВт) группы электроприемников определяется формулой:

Р = Кс х Ру,

где Кс — коэффициент спроса для режима наибольшей нагрузки. Коэффициент спроса учитывает наибольшее возможное число включенных приемников группы. Для двигателей коэффициент спроса должен учитывать величину их загрузки;

Ру — установленная мощность группы приемников, по величине равная сумме их номинальных мощностей, измеряется в кВт. 

В случае необходимости, более подробно ознакомиться с методами определения расчетных нагрузок можно по специальной литературе. 

Определение расчетного тока линии для одного электроприемника и группы электроприемников

При выборе сечения проводников необходимо определить величину расчетного тока линии по экономической плотности тока или по условию нагревания. Величина расчетного тока (А) трехфазного электроприемника определяется по специальной формуле, в которой используется ряд величин, в том числе Р — расчетная мощность приемника, кВт; Uн — номинальное напряжение на зажимах приемника, равное по величине межфазному (линейному) напряжению сети, к которой он присоединяется, В; cos ф — коэффициент мощности приемника. 

Данная формула подходит для определения расчетного тока группы однофазных или трехфазных приемников при условии, соединения однофазных приемников поровну ко всем 3-м фазам линии. Для однофазного приемника или для группы приемников, присоединенных к одной фазе сети трехфазного тока величина расчетного тока (А), рассчитывается по формуле: 

где U н.ф — номинальное напряжение приемников, равное по величине фазному напряжению сети, к которой присоединяются приемники, В. По данной формуле можно рассчитать величину расчетного тока для группы приемников, присоединенных к линии однофазного тока. 

Для нагревательных приборов и ламп накаливания коэффициент мощности cos ф = 1, что значительно упрощает формулу определения расчетного тока.

Определение величины тока по расчетной схеме электрической сети

Обратимся к расчетной схеме электрической наружной сети жилого поселка, представленной ранее на рисунке 1. На данной схеме расчетные нагрузки домов, присоединенных к линии, указаны в киловаттах у концов соответствующих стрелок. Для проектирования электрики и выбора сечения проводов необходимо просчитать нагрузку всех участков. 

Данная нагрузка рассчитывается на основании I-го закона Кирхгофа. Закон гласит: для любой точки сети сумма приходящих токов должна быть равна сумме выходящих токов. Данный закон применим для нагрузок, выраженных в киловаттах. 

Рассмотрим вопросы электроснабжения коттеджного поселка. Наша задача — найти оптимальный вариант распределения нагрузок по участкам линии. На участке длиной 80 м, в конце линии, примыкающей к точке Г, нагрузка 9 кВт равна расчетной нагрузке дома, примыкающего к линии в точке Г. На участке ответвления длиной в 40 м, примыкающем к точке В, нагрузка равна сумме нагрузок домов, примыкающих на участке ответвления ВГ: 9 + 6 = 15 кВт. На участке магистрали длиной 50 м, примыкающем к точке В, нагрузка составляет: 15 + 4 + 5 = 24 кВт. 

Аналогичным образом рассчитывают нагрузки всех остальных участков линии. Для упрощения схемы все указанные числа и обозначения располагаются в определенном порядке. На расчетной схеме (рисунок 1) длины участков линии указаны слева и сверху, нагрузки — справа и снизу. Кроме того, электропроект должен учитывать токи утечки в электроустановках зданий.

Вернемся к нашему примеру с мастерской. Четырехпроводная линия, номинальным напряжением 380/220 В, питает мастерскую, в которой используется тридцать электродвигателей. Суммарная установленная мощность составляет Py1 = 48 кВт.

Суммарная мощность осветительных ламп в мастерской составляет Ру2 = 2 кВт.

Коэффициент спроса для осветительной нагрузки Кс2=0,9 и для силовой нагрузки Кс1=0,35. Средний коэффициент мощности для всей установки cos ф=0,75. Необходимо определить расчетный ток линии. 

Решение. Подсчитываем расчетную нагрузку электродвигателей: P1 = 0,35 х 48 =16,8 кВт и расчетную нагрузку освещения Р2=0,9 х 2=1,8 кВт. 

Суммарная расчетная нагрузка Р= 16,8 + 1,8= 18,6 кВт. 

Расчетный ток определяем по формуле:

Таким образом, мы произвели приблизительный расчет мощности по току, который позволит проверить проектирование электрики и электромонтажные работы.

 

el-sn.ru

пример расчета в сетях 0,4 кВ

Ни один проект по электрике не обходится без расчетов. Одним из них является расчет токов короткого замыкания. В статье рассмотрим пример расчета в сетях 0,4кВ. Файл с примером расчета в Word вы сможете скачать ближе к концу статьи, а также выполнить расчет самостоятельно не покидая сайта (в конце статьи есть онлайн-калькулятор).

Исходные данные: ГРЩ здания запитан от трансформаторной подстанции с двумя трансформаторами по 630кВА.
где:
Е_C – ЭДС сети;
R_т, X_т, Z_т – активное, реактивное и полное сопротивления трансформатора;
R_к, X_к, Z_к – активное, реактивное и полное сопротивления кабеля;
Z_ц – сопротивление петли фаза-нуль для кабеля;
Z_ш – сопротивление присоединения шин;
K1 – точка короткого замыкания на шинах ГРЩ.

Параметры трансформатора:
Номинальная мощность трансформатора S_н = 630 кВА,
Напряжение короткого замыкания трансформатора U_к% = 5,5%,
Потери короткого замыкания трансформатора P_к = 7,6 кВт.

Параметры питающей линии:
Тип, число (N_к) и сечение (S) кабелей АВВГнг 2x (4×185),
Длина линии L = 208 м

Реактивное сопротивление трансформатора:

X_т = 13,628 мОм

Активное сопротивление трансформатора:

R_т = 3,064 мОм

Активное сопротивление кабеля:

R_к = 20,80 мОм

Реактивное сопротивление кабеля:

X_к = 5,82 мОм

Сопротивление энергосистемы:
X_c = 1,00 мОм

Суммарное реактивное сопротивление участка:
X_Σ=X_c+X_т+X_к=20,448 мОм

Суммарное активное сопротивление участка:
R_Σ=R_т+R_к=23,864 мОм

Полное суммарное сопротивление:

R_Σ=31,426 мОм

Ток трехфазного короткого замыкания:

I_K3=7,35 кА (Icn)

Ударный ток трехфазного короткого замыкания:

i_У=10,39 кА (Icu)

Ток однофазного короткого замыкания:

I_K1=4,09 кА

Чтобы не считать каждый раз вручную на калькуляторе и переносить цифры в Microsoft Word, я реализовал эти расчет прямо в Word. Теперь надо только ответить на вопросы, которые он задаёт. Вот так это выглядит:

Весь расчет занял меньше минуты.

Чтобы скачать пример расчета ТКЗ в Word, нажмите на кнопку: СКАЧАТЬ ПРИМЕР

Онлайн-калькулятор для расчет токов короткого замыкания

Для тех, кому нужно быстро рассчитать токи короткого замыкания, сделал калькулятор прямо на сайте. Теперь можете посчитать токи КЗ онлайн. Щелкайте переключателям, двигайте ползунки, выбирайте значения из списка — всё моментально автоматически пересчитается.

Удельные сопротивления меди и алюминия в онлайн-калькуляторе приняты в соответствии с рекомендациями ГОСТ Р 50571.5.52-2011, Часть 5-52 (1,25 удельного сопротивления при 20°С):

• удельное сопротивление меди — 0,0225 Ом·мм/м
• удельное сопротивление алюминия — 0,036 Ом·мм/м.

Если возможностей калькулятора вам недостаточно (нужно несколько участков кабелей разного сечения, у вас другие трансформаторы или просто расчет должен быть оформлен в Word), то смело нажимайте кнопку и заказывайте.

---

Подпишитесь и получайте уведомления о новых статьях на e-mail

Читайте также:

ddecad.ru