CC BY
45
ПОДГОТОВКА И ПЕРЕПОДГОТОВКА ИНЖЕНЕРНЫХ И НА УЧНЫХ КАДРОВ
УДК 621.316.1; 658.26(075.8)
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
ДЛЯ РАСЧЁТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
В.М. Степанов, В.С. Косырихин
Представлена методология решения задач автоматизированного расчёта и проектирования электротехнической части объектов капитального строительства при применении ПЭВМ.
Ключевые слова: программно-методический комплекс САПР-Э, электрические сети, силовое электрооборудование, ПЭВМ.
Программно-методический комплекс САПР-Э предназначен для автоматизированного проектирования электротехнической части объектов капитального строительства.
Подсистема "СЕТЬ" предназначена для решения задач автоматизированного электротехнического проектирования сетей напряжением до 1 кВ в части формирования силовой электрической сети и выбора её основных компонентов на основании выполняемых расчетов.
Исходными данными для программно-методического комплекса САПР-Э являются:
- схема распределительной электрической сети 0,4 (0,69) кВ:
- основные параметры электрической сети системы электроснабжения объекта;
- номинальные мощности и параметры электродвигателей технологического оборудования;
- расположение расчётных точек короткого замыкания и сопротивления элементов электрической сети.
Подсистемой "СЕТЬ" программно-методического комплекса
САПР-Э выпускаются следующие проектные документы раздела "Силовое электрооборудование":
1)таблица электроприводов;
2) основные показатели проекта;
3) предварительные электрические нагрузки (*);
4) данные РП и электроприемников (*);
5) расчет электрических нагрузок (номинальный, аварийный режим);
6) перечень аппаратов и кабелей (*);
7) расчет токов однофазных КЗ и потерь напряжения;
8) принципиальная схема распределительной и питающей сети;
9) кабельно-трубный журнал;
10) сводка проводов и кабелей;
11) ведомость заполнения труб кабелями, проводами;
12) сводка труб
Документы, отмеченные (*), являются вспомогательными и не входят в комплект раздела.
На функционирование программно-методического комплекса
"САПР-Э" наложены следующие ограничения:
1) число электроприемников - не более 500;
2) число распределительных пунктов - 100;
3) число шлейфовых точек - 400;
4) число аппаратов - 1500;
5) число кабелей - 1500;
6) число труб - 500;
7) число дополнительных кабелей - 200;
8) число строк силовых аппаратов в базе данных - 1600;
9) число серий силовых аппаратов в базе данных - 200;
10) число строк аппаратов управления в базе данных - 400;
11) число строк кабелей в базе данных - 1600;
12) число марок кабелей в базе данных - 100.
Функционально "САПР-Э" состоит из одной разработанной подсисте-мы"СЕТЬ" и планируемых подсистем - таких, как:
- "КТП" - проектирование комплектных трансформаторных подстанций;
- "СХЕМА" (принципиальные схемы управления электроприводами);
- "НКУ" - проектирование низковольтных комплектных устройств;
- "СО и ВМ" - спецификация оборудования и ведомости материалов".
Расчет электрических нагрузок производится в соответствии с методикой, изложенной в указаниях по расчету электрических нагрузок ВНИПИ ТПЭП (М788-1068), 1992. Согласно этим указаниям "Расчетная мощность (Рр, Qp) - это мощность, соответствующая такой неизменной токовой нагрузке /р, которая эквивалентна фактически изменяющейся во времени нагрузке по наибольшему возможному тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения. Вероятность превышения фактической нагрузки над расчетной не превышает 0,05 на интервале осреднения, длительность которого принята равной трём постоянным времени нагрева (3То) элемента системы электроснабжения, через который передается ток нагрузки".
Для одиночных электроприемников расчетная нагрузка принимается равной номинальной.
Расчет электрических нагрузок проводится для всех узлов сети: КТП, секций КТП и распределительных пунктов, шлейфовых точек.
Расчет электрических нагрузок выполняется для номинального и аварийного режимов работы.
При номинальном режиме работы (секционные аппараты разомкнуты) в расчетной нагрузке всех распределительных узлов учитываются все электроприемники (рабочие и резервные).
При аварийном режиме работы (секционные аппараты замкнуты) в расчетной нагрузке на секционированном распределительном узле учитываются только рабочие электроприемники, а на несекционированном- все (рабочие и резервные). При этом, если от не секционированного узла питается секционированный, то в расчете нагрузок на не секционированном узле учитываются только рабочие приемники секционированного узла.
Электроприемники, имеющие ки = 0 и Тгод = 0 ("холодный резерв"), в расчете нагрузок не учитываются ни в номинальном, ни в аварийном режимах.
Групповая номинальная мощность:
силовых нагрузок
п
D = Хл,
1
где n - число электроприёмников.
n
й. = Х qi = tg9;
1
осветительных нагрузок;
ni ni ni
D = Хp,Qti = Хq,t = ХPr, ■ ^ф;
i i i
конденсаторных установок
neo
Q = Х q- .
eo / i 1 eo 1
Групповая средняя мощность силовых нагрузок
n ni n
d=Хк • Pi,' Qn=Хкл = Хк • Pi -^Ф;
i i i
осветительных нагрузок
ni ni ni
D_ = Х к ■ р.., Q- = Х k.q.. = Х к- ■ P-- ^фо;
ni / 1 е Гц , ¿L'ni / 1 е hi / < е г ii w 1
i i i
Средневзвешенный коэффициент использования
Ки = Рс/Рн
Эффективное число электроприемников
2D.
пэ = ,
д.....
i i aen
если пэ > n или рн макс < 3рн мин, то пэ = n.
Коэффициент расчетной нагрузки Кр - определяется по таблицам для ТП и РП в зависимости от Ки и пэ.
Расчетная мощность
- активная
Рр = KpPc + Pco; йр = KQc + Qco + йку, где К = Кр - для ТП; К = i,i - для РП, шлейфовых точек при пэ < i0; К = i-для РП, шлейфовых точек при пэ > i0.
Если Рр < рнтах, где рн max - мощность наибольшего приемника, то
Рр = рн max; йр = qн max.
Расчетный ток
1р = Sp/(1,73 ин);
- для конденсаторных установок (см. ПУЭ, п.5.6.15)
Ip = 1.3•/н = 1,3^ку/(1,73ин).
Расчетный
cosф = Pp/Sp.
Пиковый ток
1п = 1пуск + 1р,
где 1пуск - пусковой ток электроприемника наибольшей мощности; 1р-расчетный ток электроприемников группы без учета электроприемника с максимальным пусковым током.
Годовой расход электроэнергии
п
W = Х р. ■ к. ■ О,
/ j г i е а* 1
где Тг - годовой фонд рабочего времени; если коэффициент сменности по энергоиспользованию "А" отличается от 1, то вместо Тг подставляется
Тм = Тг • А,
где Тм - годовое число часов использования максимума нагрузки.
Правила выбора защитной и пусковой аппаратуры, а также аппаратов управления приведены в табл. 1.
Условия выбора аппаратов обозначены:
и - Цном апп. > Цном цепи; Г - кол. полюсов апп. >= кол. фаз цепи; /И - 1ном апп. > 1р цепи; /Р - /расц апп. > /р цепи; /РР - /пл.вст.апп. > /п цепи / 2,5; /М - /тах апп. > /р цепи;
Я - реверсивность аппарата равна реверсивности цепи; В - взрывозащищенность аппарата равна взрывоопасности среды; * - параметр аппарата вводится из базы данных, но не проверяется. Сечения кабелей и проводов должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева максимальным током нагрузки.
Длительно допустимый ток должен удовлетворять условиям:
/доп > /рКд/Кп,
где Кд - поправочный коэффициент учитывающий класс зон; Кп - поправочный коэффициент по условиям прокладки; 1н.э.(н.р.) - ток нагревательного элемента (номинальный ток расцепителя автоматического выключателя).
Таблица 1
Правила выбора защитной и пусковой аппаратуры, аппаратов управления_
Вид аппарата
и,
полюс
Параметр выбора аппа
рата
/дапо.
реверс
взрыв
Силовая аппаратура
Выключатель автоматический Блок управления Б5000 Пускатель серии ПМА Пускатель серии ПМЛ Предохранитель Рубильник
Пакетный выключатель Штепсельный разьем Коробка
Коробка клеммная Ящик клеммный Контактор
Однофид. ящик упр. Я5000 Двухфид. ящик упр. Я5000 Ящик с рубильником Ящик с руб. и предохран. Ящик с руб. и шт.разьемом Ящик с руб., пред.,шт.разьем Шкаф управления комплектный
Аппаратура управления Пост управления Конечный выключатель Пакетный выключатель Коробка
Шкаф управления комплектный
и и и и и и
и и и и и и и
* * * * *
/1 /1
/1 /1 /1 /1 /1
/в
/вв
/I
/I /I
я я я
/I
я я я я
/вв /вв
в в
в в в
*
*
*
*
«
*
*
Если температура среды прокладки кабеля отличается от принятой (+150Й, - в земле, +250Й, - в воздухе), то в условии принимается
/доп = /доп • Кс, где Кс - поправочный коэффициент на температуру среды.
Сечения кабелей определяются в зависимости от марки кабеля или провода, длительно допустимого тока и условий прокладки.
Коэффициенты Кп, Кд и Кс определяются по ПУЭ.
Расчет потери напряжения ведется на каждом участке сети между точками разветвления токовой нагрузки.
Для определения суммарной потери напряжения суммируются значения потерь напряжения на отдельных участках.
Потеря напряжения (в процентах) в конце отдельного участка определяется по формуле:
ёи = 1,73 • (Яо• со^ф + Хо • яту)•/р -¿/(10 • ин),
где ин - номинальное напряжение сети, В; Яо, Хо - активное и реактивное сопротивления проводников на единицу длины, мОм/м; соэф, sinф - значения на данном участке сети; /р - расчетный ток на данном участке сети, А; Ь - длина данного участка сети, м.
В электротехнических сетях напряжением до 1 кВ с глухим заземлением нейтрали должно быть обеспечено надежное отключение защитными аппаратами однофазного короткого замыкания (ОКЗ), что диктуется требованиями техники безопасности.
Расчетными точками для определения величины тока ОКЗ являются наиболее удаленные (в электрическом отношении) точки сети, так как именно в этих точках значение тока однофазного КЗ минимально.
Величина тока ОКЗ может быть определена по приближенной формуле:
/окз = иф / (7т/3 + 2к + 1п\ где иф - фазное напряжение сети, В; 2т - полное сопротивление обмотки трансформатора при ОКЗ в низковольтной сети, мОм; 2к - суммарное сопротивление контактов, мОм; 2п - суммарное полное сопротивление прямых и обратных проводов цепи "фаза -нуль", мОм.
Данные по сопротивлениям трансформаторов и кабелей взяты из работы ГО 1 ПИ ЭЛЕКТРОПРОЕКТ "Рекомендации по расчету сопротивления цепи "фаза - нуль", 1998г.
Расчетные удельные сопротивления цепи "фаза - нуль" 3-х жильных кабелей приведены исходя из использования в качестве заземляющих проводников стальной полосы сечением 40х4 мм.
Надежное отключение защитным аппаратом однофазного короткого замыкания будет при выполнении следующего условия:
Красч = /окз//н.р. > Кдоп, где Красч - расчетная кратность тока ОКЗ номинальному току расцепителя защитного автомата; /н.р. - номинальный ток расцепителя автоматического выключателя; Кдоп - допустимая кратность тока ОКЗ.
Согласно ПУЭ Кдоп=3 для нормальных и Кдоп=6 для взрывоопасных установок, при защите участка сети автоматическими выключателями, имеющими обратно -зависимую от тока характеристику; Кдоп = 4 при защите предохранителями.
Выбор труб проводится по методике "Типовая документация на конструкции, изделия и узлы зданий и сооружений. Серия 5.407-150. Прокладка проводов и кабелей в стальных трубах" УГППКИ Тяжпромэлектропроект (введены с 01.01.92) (табл. 2).
Таблица 2
Значение коэффициента заполнения _
Группа сложности прокладки жил, сечение 1 2 3 Материал
Для 1-го кабеля к1 1,65 1,4 1,25 Cu, Al до 25
Для 1-го кабеля к1 2,3 2,0 1,8 Al25-120
Для 2-х кабелей к2 1,35 1,25 1,2 Cu, Al до 25
Для 3-х и более кабелей к3 1,77 1,58 1,49 Cu, Al до 25
Диаметр трубы должен удовлетворять условиям:
1) для 1-го кабеля
Вт > k1 • d;
2) для 2-х кабелей
Вт > k2 • (d1 + d2);
3) для 3-х и более кабелей
Вт >= k3 • (d1d1 + d2d2 + d3d3 + ... ), где di - диаметр кабеля; ki - коэффициент заполнения.
Список литературы
1. Степанов В.М., Косырихин В.С. Проектирование систем электроснабжения объектов: учебно-методическое пособие для вузов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015, 2015. 372 с.
2. Степанов В.М., Косырихин В.С. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по системам электроснабжения промышленных предприятий: учеб.-методич. пособие для вузов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 227 с.
3. Степанов В.М., Косырихин В.С. Расчёт и проектирование электрических сетей и систем. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 350 с.
4. Степанов В.М., Косырихин В.С. Электронные аппараты электропитающих систем и электропривода: учебно-методическое пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 225 с.
5. Правила устройств электроустановок. Седьмое издание. СПб: ДЕАН. 2007,
330 с.
6. Степанов В.М., Косырихин В. С. Расчет и проектирование систем промышленного электроснабжения: учебное пособие для вузов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 100 с.
Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, директор УТЦ «Энергоэффективность», energy@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Косырихин Виктор Семенович, канд. техн. наук, доцент, energyatsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
APPLICATION OF THE PROGRAM-METHODICAL COMPLEX FOR CALCULATION
AND DESIGN OF ELECTRICAL SUPPLY
V.M. Stepanov, V.S. Kosyrikhin
Presents a methodology for solving problems of automated calculation and design of the electrical part of capital construction objects when using a PC.
Key words: software-methodical complex CAD, electrical networks, power electrical equipment, PC.
Stepanov Vladimir Mikhaylovich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, director of the educational and technical center «Energoeffektivnost», ener-gy@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula state university
Kosyrikhin Victor Semenovich, candidate of technical sciences, docent, energy@tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula state university
УДК 621.316.06
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ
РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
И.М. Базыль, А.В. Верижников
Рассмотрены перспективы развития микропроцессорных защит на базе фундаментальных исследований по информационной теории релейной защиты. Изучены проблемы, связанные с внедрением на объектах новых измерительных органов, которые решены путем создания рекомендаций по расчету уставок и программ для их автоматизированного расчета.
Ключевые слова: релейная защита и автоматика, адаптивная защита, микропроцессорные системы, фильтры информационных параметров.
Автоматика и устройства релейной защиты в последнее время существенно изменились. Это в первую очередь: реализация функций защит, возникновение теории уставок, значительное увеличение степени интеграции. В последнее время всё более актуально применение унифицированного оборудования, которое могло бы быть использовано для разных классов напряжения.
Опыт разработки и эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) позволяет определить основные направления в структуре создания устройств РЗА, дополняя традиционные решения современной теории. Одним из основных направлений совершенствования микропроцессорных систем РЗА является применения всё большего количества измерительных органов с элементами адаптации. В разработках использованы универсальные алгоритмы для распознающего модуля и фильтра информационных составляющих.
Оборудование и новые разработки. Основными направлениями в области разработки устройств автоматики и релейной защиты являются:
- создание автоматизированных систем управления и современных многофункциональных защит на элементной базе микропроцессорной электроники и предполагает осуществление всех необходимых защит в сетях 0.4/6-35 кВ, 110-750 кВ, систем автоматизированного управления, а также системы учета электроэнергии;
- разработка типовых проектных решений их дальнейшая адаптация к конкретным задачам;
- комплексное оснащение оборудования подстанций 0.4/6-35/110-220 кВ системами автоматизации.
Классические алгоритмы защиты оборудования РЗА дополняются измерительными органами, которые дополнены элементами адаптации и выполнены с учётом универсальности решений. Новые алгоритмы, применяемые в измерительных органах устройств защиты, отличаются использованием процедур обработки входных сигналов,
