Автоматизированные системы проектирования электрических сетей низкого и среднего напряжения

Некоммерческое акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий Курсовая работа по дисциплине «Автоматизированные системы проектирования электрических сетей низкого и среднего напряжения»

Специальность: 6M071800 — Электроэнергетика Выполнил: Булатов Е.С.

Группа: МЭППп-14

Алматы 2014

Содержание Введение

1. Задание на курсовую работу

2. Создание схемы соединения сети (топологии)

3. Расчет падения напряжения и распределения нагрузки

4. Расчет токов короткого замыкания

5. Проверка селективности выключателя, защищающего трансформатор и соединительного из базы данных Заключение Список литературы

сеть ток автоматический трансформатор

Введение

Проектирование систем электроснабжения является очень ответственной, трудоемкой и долговременной процедурой при составлении проектно-сметной документации.

На сегодняшний день в процесс проектирования систем электроснабжения все больше и больше внедряется компьютерная техника и технологии.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) на сегодняшний день достаточно неплохо справляются со многими проектными задачами.

Основная цель создания и использования САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая:

— сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;

— сокращения сроков проектирования;

— сокращения себестоимости проектирования и изготовления,

— уменьшение затрат на эксплуатацию;

— повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;

— сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.

В данной курсовой работе рассматривается САПР компании Moeller — xSpider. Согласно описанию это программное обеспечение обладает рядом возможностей, которые будут проверены.

1. Задание на курсовую работу 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.

Таблица 1 — Характеристики потребителей СШ 0,4−1 и СШ 0,4−2 по варианту

2. Создание схемы соединения сети (топологии) 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.

Настройте параметры автоматического расчета при помощи функции «Настройка программы». Щелкните значок «Расчет» на панели инструментов. В перечне вычислительных алгоритмов в группе «Основные расчеты» два раза щелкните строку «Расчет кабелей и защитных приборов».

Если при проведении расчета 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».

В конце расчета выполняется 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.

На основании результатов проверки можно выполнить модификацию проекта сети с целью максимальной оптимизации.

3. Расчет падения напряжения и распределения нагрузки 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».

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.

Выполнен 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 номинальный 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).

На основании результатов проверки можно выполнить модификацию проекта сети и повторить данную функцию. Результаты расчета показаны в схеме соединения сети.

Сбалансированный расчет для варианта 1 и 2 в формате Автокада, представлен в приложении А.

Таблица 2 — Перечень компонентов схемы соединения сети с результатами расчета падения напряжения для варианта 1

Таблица 3 — Перечень компонентов схемы соединения сети с результатами расчета падения напряжения для варианта 2

4. Расчет токов короткого замыкания Произведен расчет токов короткого замыкания (трехфазного и однофазного) для варианта 1 и 2 на секции шин, присоединенной секционным выключателем. Скорректирован секционный выключатель.

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.

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).

Таблица 4 — Перечень компонентов схемы соединения сети с результатами расчета токов 3-х фазного короткого замыкания для варианта 1

Таблица 5 — Перечень компонентов схемы соединения сети с результатами расчета токов 3-х фазного короткого замыкания для варианта 2

Результаты расчета показаны в схеме соединения сети, сбалансированный расчет для варианта 1 и 2 в формате

Рисунок 1 — Форма волны тока 3-х фазного короткого замыкания

5. Проверка селективности 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 Рисунок 2 — Проверка селективности выключателей всей сети Для тех выключателей, у которых программа по тем или иным причинам не может произвести проверку селективности, данную проверку необходимо производить вручную с помощью характеристик отключения.

Рисунок 3 — Проверка селективности выключателей FA1 и FA6

Рисунок 4 — Проверка селективности выключателей FA2 и FA16−17

Заключение

Система автоматизированного проектирования xSpider — это надежный помощник современного проектировщика систем электроснабжения.

По результатам курсовой работы установлено, что данная САПР обладает рядом возможностей, такими как:

— проверка логики соединения;

— автоматизированный расчет кабелей и защитных аппаратов;

— расчет падения напряжения и распределения нагрузки;

— расчет токов короткого замыкания;

— различные проверки сети (селективность, проверка на отключающую способность и т. д.)

— возможность экспорта данных расчетов и схем в программы общего пользования (Excel, Word, Autocad).

Использования xSpider существенно ускоряет процесс проектирования, дает более наглядное представление о допущенных ошибках и предоставляет возможность модификации сети, для дальнейшей работы.

1. xSpider версия 2.8, Справочное руководство. Ing. Petr Slavata, Doc. Ing. Jiri Rez, CSc., Ing. Michal Kriz, Ing. Frantisek Stepan, 2010.

2. Маньков В. Д. Основы проектирования систем электроснабжения. Справочное пособие. — СПб.: НОУ ДПО «УМИТЦ «Электро Сервис», 2010.

3. Гужов Н. П., Ольховский В. Я., Павлюченко Д. А. Системы электроснабжения. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008.

4. Электрические аппараты. Справочник Автор: Алиев И. И., Абрамов М. Б. Издательство: РадиоСофт, 2004.

5. Правила устройства электроустановок. РК. Издание 7. 2008.

6. ГОСТ Р 52 735−2007. Расчёт токов короткого замыкания.

7. IEC 60 364−5-523 Электрическое оборудование. Часть 5: Выбор и построение электрического оборудования. Глава 52: Выбор систем и конструкция проводки. Раздел 523: Допустимые токи.