Калькулятор для расчета токов короткого замыкания

Введение

Обращаю Ваше внимание, данная программа работает только с операционной системой Windows XP. Программа предназначена для расчетов токов КЗ в сети напряжением 0,4 кВ электрических станций и
подстанций с последующим выбором уставок релейной защиты, параметров автоматических выключателей и силовых кабелей

Программа предназначена для расчетов токов КЗ в сети напряжением 0,4 кВ электрических станций и
подстанций с последующим выбором уставок релейной защиты, параметров автоматических выключателей и силовых кабелей.

В основу расчетов положены рекомендации ПУЭ (гл. 3.1 Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ), ГОСТ — 28249-93 на расчет коротких замыканий в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ, а также рекомендации типового проекта института «Атомэнергопроект» «Релейная защита элементов в сети с.н. атомных станций», фирмы ОРГРЭС и др. В качестве расчетной схемы используется наиболее распространенная схема сети 0,4 кВ собственных нужд электростанций, в которой рабочий трансформатор с.н. 6(10)/0,4 кВ подключен к энергосистеме через эквивалентное сопротивление ХС.

Сеть 0,4 кВ питается от одного главного щита РУ-0,4 кВ. В схеме выделены три функционально однородные группы потребителей: отдельные электродвигатели, групповые линии питания вторичных силовых сборок, групповые линии питания реактированных вторичных сборок РТЗО. Это дает возможность пользователю изменять количество электродвигателей, силовых кабелей в соответствии со своей расчетной схемой.

Для создания расчетной схемы в программе создана информационная база данных, доступ к которой осуществляется при задании каждого элемента схемы.

База данных содержит необходимые для расчетов параметры всех типов и марок оборудования, используемого в расчетной сети 0,4 кВ. При необходимости информационная база данных может быть откорректирована самим пользователем.

Исходная база данных имеет следующие данные:

• параметры трансформаторов 6(10)/0,4 кВ со схемами соединения обмоток Y/YO и D/YO;
• параметры кабелей;
• параметры шинопроводов;
• марки автоматических выключателей с указанием времени отключения АВ зависимыми расцепителями;
• параметры трансформаторов тока.

Открытая и закрытая прокладка проводов

В зависимости от размещения проводка делится на 2 основных вида: закрытая и открытая.

Сегодня в квартирах монтируют скрытую проводку. В стенах и потолках создаются специальные углубления, предназначенные для размещения кабеля. После установки проводников углубления штукатурят. В качестве проводов используют медные. Заранее всё планируется, т. к. со временем для наращивания электропроводки или замены элементов придется демонтировать отделку. Для скрытой отделки чаще используют провода и кабели, у которых плоская форма.

При открытой прокладке провода устанавливают вдоль поверхности помещения. Преимущества отдают гибким проводникам, у которых круглая форма. Их легко установить в кабель-каналы и пропустить сквозь гофру. Когда рассчитывают нагрузку на кабель, то учитывают способ укладки проводки.

Как рассчитать сечение кабеля по мощности: формула

Перед выбором сечения кабеля по мощности надо рассчитать ее суммарное значение, составить перечень электроприборов, находящихся на территории, к которой прокладывают кабель. На каждом из устройств должна быть указана мощность, возле нее будут написаны соответствующие единицы измерения: Вт или кВт (1 кВт = 1000 Вт). Затем потребуется сложить мощности всего оборудования и получится суммарная.

Первый шаг. Рассчитывается суммарная мощность всех электроприборов, которые могут быть подключены к сети:

P_сум = (P₁ + P₂ + .. + P_n) × K_с

• P₁, P₂ .. – мощность электроприборов, Вт;
• Kс – коэффициент спроса (вероятность одновременной работы всех приборов), по умолчанию равен 1.

Второй шаг. Затем определяется номинальная сила тока в цепи:

I = P_сум / (U × cos ϕ)

• P_сум – суммарная мощность электроприборов;
• U – напряжение в сети;
• cos ϕ – коэффициент мощности (характеризует потери мощности), по умолчанию равен 0.92.

Третий шаг. На последнем этапе используются таблицы, согласно ПУЭ (Правила устройства электроустановок).

Таблица сечения медного кабеля по току по ПУЭ-7

Таблица сечения алюминиевого кабеля по току по ПУЭ-7

Создание расчетной схемы электрической сети

Наличие в EnergyCS ТКЗ встроенной базы данных типового силового оборудования энергосистем позволяет затрачивать минимум времени на ввод расчетной схемы электрической сети. Для ввода ветви, например, достаточно выбрать необходимый элемент в базе: марка провода, тип трансформатора и т.п. Кроме того, базу данных можно самостоятельно дополнять и редактировать.

Как видно на рис. 3, при вводе узлов и ветвей в EnergyCS ТКЗ сразу отображается вся необходимая информация об элементе электрической сети: номер узла, класс напряжения, тип элемента. Перечень выводимых на чертеж параметров определяется пользователем и применяется для всей схемы сразу, что обеспечивает ее однородность. При этом исключается возможность вывода однотипных параметров, таких как «напряжения узлов» и «напряжения с углами», что позволяет не перегружать схему лишними данными.

В свою очередь, в АРМ СРЗА вывод параметров расчетной схемы осуществляется вручную для каждого элемента. Для этого используются интерфейсы, показанные на рис. 4.

Эта особенность программы требует больших затрат времени. Кроме того, схема может оказаться частично непрорисованной.

Существенно различается и графический вид расчетных схем в рассматриваемых программах. В АРМ СРЗА электрическая сеть представлена принципиальной схемой, в то время как в EnergyCS ТКЗ используется однолинейная схема соединений электрических элементов. Это делает схему наглядной и удобной для чтения. Часто однажды созданная схема используется для разных расчетов, которые могут выполнять специалисты различных направлений профессиональной деятельности. В случае работы со схемой, созданной в EnergyCS ТКЗ, расчетчик может легко «привязать» ее к реальной энергосистеме, даже если схема была создана другим человеком.

Кроме того, представление электрической сети однолинейной схемой вместе со встроенной базой данных позволяет избежать ошибок при наборе схемы с «бумаги». Это наглядно видно на рис. 5, где показан один и тот же участок сети, созданный в разных программах.

Необходимо отметить такие важные функции EnergyCS ТКЗ, как Калька

и возможность импорта графического изображения абстрактной схемы, например, введенной в формате CDU, которые позволяют снизить время создания чертежа расчетной схемы (рис. 6). Так можно получить графику, например, из ПК RastrWin.

С помощью функции Калька

программа позволяет вместо фона использовать любое растровое изображение. Это особенно удобно, если необходимо ввести распределительную сеть, «подложив» вместо фона однолинейную схему в формате AutoCAD или графического редактора.

Также в EnergyCS ТКЗ, в отличие от АРМ СРЗА, существует такая важная для любого пользователя функция, как Отмена

Что такое короткое замыкание?

Если говорить нормальным человеческим языком, короткое замыкание — это соединение двух противоположных проводов между собою, то есть соприкосновение фазного и нулевого провода без нагрузки между ними.

Почему же так происходит? Почему же происходит именно короткое замыкание, а не появляется джин или не рождается очередной электрик? Из курса  школьной физики вам должно быть известно  то, что любая электрическая цепь -это контур. С одной стороны которого находится источник питания, а с другой нагрузка (потребитель). Источником питания, в обычных электрических сетях, является трансформаторная подстанция, куда в свою очередь энергия поступает от электростанций (ТЭЦ, ГЭС, АЭС). Также источником питания в цепи может быть простая батарейка, аккумулятор или генератор. А нагрузкой или потребителем — может быть любой электроприбор (лампочка, двигатель, обогреватель и .т.п).

Электрическая цепь

Так вот, когда в электрической цепи источник питания есть, а нагрузка (потребитель) отсутствует. При замыкании цепи (закорачивании двух проводов) сила тока (Амперы) мгновенно увеличивается до своих предельных значений. За короткий промежуток времени, выделяется больше количество тепловой энергии. Этот процесс и называется коротким замыканием.

Короткое замыкание в электрической цепи

Почему ток короткого замыкания, практически всегда вызывает значительное повышение температуры и может привести к возгоранию? Потому что, в момент КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, происходит мгновенный выплеск всей энергии источника. Если сравнивать ток с водой, то просто представьте что у ведра оторвалось дно.

Можно взять обычную пальчиковую батарейку и закоротить её фольгой или тонкой проволокой. При это вы увидите что, вся энергия батарейки выплескивается за короткий промежуток времени. Этого будет вполне достаточно, чтобы что-нибудь поджечь.

Пример приближенного расчета токов короткого замыкания в сети 0,4 кв

Часто инженерам для проверки отключающей способности защитных аппаратов (автоматические выключатели, предохранители и т.д.), нужно знать значения токов короткого замыкания (ТКЗ). Но на практике не всегда есть возможность быстро выполнить расчет ТКЗ по ГОСТ 28249-93, из-за отсутствия данных по различным сопротивлениям, особенно это актуально при расчете однофазного тока короткого замыкания на землю.

Для решения этой задачи, можно использовать приближенный метод расчета токов короткого замыкания на напряжение до 1000 В, представленный в книге: «Е.Н. Зимин. Защита асинхронных двигателей до 500 В. 1967 г.».

Рассмотрим на примере расчет ТКЗ в сети 0,4 кВ для небольшого распределительного пункта, чтобы проверить отключающую способность предохранителей, используя приближенный метод расчета ТКЗ представленный в книге Е.Н. Зимина.

Обращаю Ваше внимание, что в данном примере будет рассматриваться, только расчет ТКЗ для предохранителей FU1-FU6 из условия обеспечения необходимой кратности тока короткого замыкания. Расчет

Расчет

Известно, что двигатели получают питание от трансформатора мощность 320 кВА. Кабель от трансформатора до РЩ1 проложен в земле, марки АСБГ 3х120+1х70, длина линии составляет 250 м. На участке от распределительного щита ЩР1 до распределительного пункта РП, проложен кабель марки АВВГ 3х25+1х16, длина линии составляет 50 м. Однолинейная электрическая схема представлена на рис.1.

Рис.1 – Однолинейная электрическая схема 380 В

Расчет токов к.з. для точки К1

Для проверки на отключающую способность предохранителя FU1, нужно определить в месте его установки ток трехфазного короткого замыкания.

1. Определяем активное и индуктивное сопротивление фазы трансформатора:

где:

• Sт – мощность трансформатора, кВА;
• с – коэффициент, равный: 4 – для трансформаторов до 60 кВА; 3,5 – до 180 кВА; 2,5 – до 1000 кВА; 2,2 – до 1800 кВА;
• d – коэффициент, равный: 2 – для трансформаторов до 180 кВА; 3 – до 1000 кВА; 4 – до 1800 кВА;
• k = Uн/380, Uн — номинальное напряжение на шинах распределительного пункта.

2. Определяем активное и индуктивное сопротивление кабеля марки АСБГ 3х120+1х70:

где:

• L – длина участка, км;
• Sф и S0 – сечение проводника фазы и соответственно нулевого провода, мм2;
• а – коэффициент, равный: 0,07 – для кабелей; 0,09 – для проводов, проложенных в трубе; 0,25 – для изолированных проводов, проложенных открыто;
• b – коэффициент, равный: 19 – для медных проводов и кабелей; 32 – для алюминиевых проводов и кабелей;

3. Определяем полное сопротивление фазы:

4. Определяем ток трехфазного короткого замыкания:

Для проверки на отключающую способность предохранителей FU2 – FU6, нужно определить однофазный ток короткого замыкания на землю в конце защищаемой линии.

Расчет токов к.з. для точки К2

5. Определяем суммарные активные и индуктивные сопротивления кабелей цепи короткого замыкания:

6. Определяем полное сопротивление петли фаза-нуль:

где: Zт(1) = 22/Sт*k2 – расчетное полное сопротивление трансформатора току короткого замыкания на землю, k=Uн/380.

7. Определяем ток однофазного короткого замыкания на землю:

Аналогично выполняем расчет ТКЗ для точек К3-К6, результаты расчетов заносим в таблицу 1. Зная токи к.з., можно теперь выбрать плавкие вставки для предохранителей FU1 – FU6, исходя из условия обеспечения необходимой кратности тока короткого замыкания.

Таблица 1 – Расчет токов к.з.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Кто выполняет эти расчеты

Расчеты выполняет организация или электрик на стадии составления схемы электрической цепи. Если есть некоторые познания в области электроники, можно выполнить расчет самостоятельно или с помощью специальных программ (например, программы «Электрик», «БНТУ»). Кроме того, можно использовать специальные онлайн-калькуляторы.

Вам это будет интересно Особенности переходного сопротивления

Программа «Электрик»

Важно! Дополнительные данные могут потребоваться в случае проведения экспертизы. Согласно Постановлению Правительства РФ № 145 (п

17) такие данные следует предоставлять в течение трех дней.

Методы поиска короткого замыкания

Заранее найти место возникновения этого явления довольно сложно. В большинстве случаев до него нет дела ни специалистам, ни обычным пользователям. Однако это поможет вовремя нейтрализовать его, что приведет к невозможности появления пагубных последствий. Благодаря своевременному реагированию, экономятся финансовые средства и время. Методов как определить короткое замыкание существует несколько:

• визуальный осмотр проводки (на не должно быть разрывов и оголенных проводов);
• использование мультиметра или мегаомметра;
• по звуку;
• исключение.

Провода, являющиеся составной частью токоведущего кабеля, могут соприкасаться между собой. Если они оголены, то именно это и является явной причиной КЗ. Подобные повреждения, как правило, находятся в распределительных коробках и других узлах электроснабжения (розетки, выключателях и так далее). Подгорелая изоляция кабеля — явное место, где потенциально может образоваться КЗ.

Применение специальных приборов помогает измерить значение сопротивления цепи. В их составе имеется 2 провода: один из них подключается к фазе, а другой — к нолю (далее к заземлению). Если на дисплее прибора отображается 0, значит целостность проводки в норме, если какое-либо другое значение — контакты соприкасаются

Обратите внимание, что напряжение мультиметра довольно маленькое. Им можно измерять цепи, протяженностью не более 3 метров

Поиск места возникновения короткого замыкания по звуку — народный метод определения этого явления. Для этого необходимо тщательно прислушиваться у всех соединений. В месте контакта будет слышно характерное потрескивание. Иногда возникает запах горелой пластмассы и изоляции. Пользоваться таким способом нахождения КЗ следует пользоваться только в крайнем случае при недоступности других методов.

Очень часто бывает, что виновником является подключенный электроприбор. Его включение сразу приведет к срабатыванию предохранителя. Это приведет к моментальному отключению электроснабжения участка. Найти такой прибор можно методом исключения, поочередно включая все устройства.

Специалисты настоятельно рекомендуют не применять устаревшие способы поиска КЗ. В большинстве случаев они не показывают должной точности и эффективности. Если возникла необходимость найти место КЗ, необходимо пригласить профессионалов, которые будут использовать качественное и точное оборудование.

Обращение к базе данных (edt.exe)

Файл edt.exe находится в подкатологе RU04EXP. Установить курсор на этом файле и нажать на ввод (ENTER), на экране появится заставка программы, ещё раз нажать на ввод. На экране появилось чистое поле для заполнения данными. Для того, чтобы появились данные необходимо выйти в верхнее меню по клавише F10.

Установить курсор на слове ФОРМАТ и нажать на ввод. Картинка на экране поменяется, в правом углу экрана будет меню, где надо выделить курсором фразу “Выбрать форму таблицы” и нажать на ввод. Выделите курсором данные которые Вы хотели бы изменить или посмотреть и нажмите на ввод, а затем на ESC.

Теперь таблица подготовлена для просмотра Ваших параметров. Для просмотра надо выйти опять по F10 в верхнее меню и выделить курсором ЧТЕНИЕ, нажать на ввод, а затем из меню конкретных параметров выделить интересующую Вас марку кабеля, тип автомата и т.д. и нажать на ввод.

Таблица заполнится параметрами. Для корректировки таблицы Вы пользуетесь клавишами:

• F4 — редактировать
• F7 — удалить строку
• F8 — вставить строку

После корректировки данных необходимо выйти опять в верхнее меню и установив курсор на слове ЗАПИСЬ нажать на ввод. Теперь при работе с программой по расчетам токов КЗ программа будет обращаться к откорректированной Вами базе данных.

Общее понятие короткого замыкания и его связь с силой тока

Любое подключение устройства потребления электроэнергии можно считать коротким замыканием. При этом само изделие является сопротивлением и всю нагрузку принимает на себя. Таким образом осуществляется штатная работа электроприбора. Но если сопротивление по какой-либо причине будет уменьшаться (стремиться к нулю), то сила тока будет возрастать. Из школьной программы всем известен закон Ома, который определяет взаимосвязь ЭДС (электродвижущей силы или напряжения), величиной тока и сопротивлением.

Сила тока при коротком замыкании участка цепи

Формула, по которой можно вычислить силу тока при коротком замыкании имеет следующий вид:

I=U/R,

• -I – величина тока (его сила);
• U – разность потенциалов (напряжение сети);
• R – электрическое сопротивление.

Это упрощенная формула и она верна для участка цепи

При этом подразумевается, что проводники однородные, а в цепи присутствует резистор (сопротивление), но не принимается во внимание сам источник тока

Для полной сети формула будет иметь несколько усложненный вид, но в нашем случае для понимания сущности короткого замыкания в электрической цепи и его влияния на нее, это не принципиально.

Возвращаясь к формуле можно заметить, что при уменьшении сопротивления, сила тока будет возрастать. Казалось бы, что в этом нет ни чего страшного, если б в свое время Джоуль и Ленц не вывели закон, названный их именем. На основе своих опытов они пришли к заключению что при протекании электрического тока по проводнику выделяется тепло. Причем эта связь имеет не только количественную, но и временную характеристику. Кратко суть закона состоит в следующем – чем выше сила тока, тем большее количество тепла будет выделяться за единицу времени.

Сила тока при коротком замыкании источника питания

Любой источник тока, такой как батарея или аккумулятор состоит из отрицательного (анода) и положительного (катода) контакта разделенных жидким или твердым электролитом. Под действием химической реакции происходит формирование электрического заряда, который при замыкании на устройство потребления обеспечивает его функционирование. В упрощенном варианте батарею можно рассматривать как участок цепи для которого будут действовать вышеприведенные правила.

Причиной замыкания электродов по короткому пути, как правило, является нарушение изоляционного слоя. При этом сила тока многократно возрастает с выделением тепла, что приводит к перегреву и разрушению источника электроэнергии. При использовании жидкого электролита, как например, в большинстве автомобильных аккумуляторов. Это может привести к закипанию жидкости и разрушению корпуса.

Простейший, но достаточно эффективный автоматический «выключатель» показан на первой картинке. При увеличении плотности тока в цепи выше определенного уровня плавкая вставка разрушается.

Подобное устройство стоит недорого. Минусы:

• медленное срабатывание;
• отсутствие регулировок;
• однократное применение.

Чтобы исключить перечисленные недостатки, рекомендуется применить специализированный автомат. Корректный выбор модели сопровождается оценкой чувствительности. Для упрощения оборудование этой категории разделено на группы. Класс В, например, будет отключать питание не более, чем за 0,015 с после регистрации двукратного увеличения тока, по сравнению с номиналом.

Сравнительный анализ результатов расчета ТКЗ

Анализ результатов расчета ТКЗ в первой из рассматриваемых схем был построен следующим образом.

Первый этап расчетов был проведен в индуктивной схеме без учета взаимоиндукций линий с наибольшим номинальным напряжением узлов сети 110 кВ. Далее за счет ввода автотрансформаторных связей схема последовательно наращивалась ступенчато до класса напряжения 750 кВ. Точность расчета в обеих программах принималась как 1 А.

Результаты расчетов представлены в таблице 1 для схемы сети 110 кВ и на рис. 1 и 2 для схем с классами напряжений 110, 220, 330 и 750 кВ. Здесь Ik3 — величина тока трехфазного КЗ (в кА), Ik1 — величина тока однофазного КЗ (в кА), γIk3(γIk1) — величины относительной погрешности (в %). На рис. 1 и 2 показаны диаграммы, которые отражают изменение величины погрешности результатов расчета в EnergyCS ТКЗ по сравнению с результатами АРМ СРЗА при увеличении числа автотрансформаторных связей в схеме (то есть при росте класса напряжения рассматриваемой сети).

Таблица 1. Сравнительный анализ расчета ТКЗ в сети с высшим напряжением 110 кВ

Согласно табл. 1 и рис. 1, 2, величина максимальной относительной погрешности результатов расчета ТКЗ в программе EnergyCS ТКЗ по сравнению с результатами АРМ СРЗА не превышает 0,25%.

Второй этап расчетов был проведен в схеме с учетом активных сопротивлений элементов рассматриваемой энергосистемы с учетом и без учета взаимоиндукций линий. При этом для ветвей трансформаторного типа в EnergyCS ТКЗ не была использована функция Шунт 0-й последовательности

. Вместо этого была произведена замена идеальных шунтов на землю в АРМ СРЗА на аналогичные, но с малым активным сопротивлением нулевой последовательности, равным 0,01 мОм.

Следует подчеркнуть, что формат исходной информации о взаимной индукции линий в обеих рассматриваемых программах имеет практически схожий вид, что, в свою очередь, упрощает процесс конвертирования схем.

Результаты расчетов представлены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2. Сравнительный анализ расчета ТКЗ в схеме без учета взаимоиндукций линий

Общее число взаимноиндуктивных связей линий, проходящих в одном коридоре, учитываемое при получении результатов в табл. 3, равно 301. При этом максимальный ранг матрицы взаимной индукции, описывающей один из коридоров, равен 11. Следует отметить, что данные матрицы коридоров взаимной индукции описывают магнитосвязанные контуры линий как одного, так и разных классов напряжения.

Таблица 3. Сравнительный анализ расчета ТКЗ в схеме с учетом взаимоиндукций линий

Согласно табл. 2 и 3, величина максимальной относительной погрешности результатов расчета ТКЗ, полученных в программе EnergyCS ТКЗ, по сравнению с результатами, полученными в АРМ СРЗА, не превышает 1,45%.

Кто выполняет эти расчеты

Расчеты выполняет организация или электрик на стадии составления схемы электрической цепи. Если есть некоторые познания в области электроники, можно выполнить расчет самостоятельно или с помощью специальных программ (например, программы «Электрик», «БНТУ»). Кроме того, можно использовать специальные онлайн-калькуляторы.

Вам это будет интересно Особенности дифференциального тока

Программа «Электрик»

Важно! Дополнительные данные могут потребоваться в случае проведения экспертизы. Согласно Постановлению Правительства РФ № 145 (п

17) такие данные следует предоставлять в течение трех дней.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине