Расчет потерь напряжения в электрической линии и нагрузки на трансформатор в онлайн САПР SiCAD

В этой статье рассматривается расчет потерь и отклонения напряжения во внешних электрических сетях напряжением 0,4 кВ и его реализация в онлайн САПР для проектирования СИКАД (https://app.sicad.org/ua)

Как и для чего считать потери напряжения в электрической линии?

При проектировании линий электропередач одной из задач проектировщика есть проверка  соответствия допустимого тока провода к току расчетному по мощностям потребителей электроэнергии. Допустимый ток провода должен быть больше расчетного суммарного тока потребителей. Решение сводится к выбору сечение провода или кабеля которое нужно применять для расчетной мощности.

Кроме того одним из критериев которые должны выполнятся есть уровень напряжения на клеммах потребителя, которое должно находится в определенных пределах в соответствии с документом определяющим качество электроэнергии (в Украине это ГОСТ 13109-97 и ДСТУ EN 50160:2014).

Для решения этих двух задач и проводится расчет потерь и отклонения напряжения нагрузки на трансформатор в электрической линии.

Внешние воздушные сети 0,4 кВ могут иметь множество ответвлений (количество потребителей для сельской местности часто в разы превышает количество опор). В таком случае нужно считать потерю напряжения dU на каждом участке (пролете между опорами), учитывая уменьшающееся количество абонентов условно двигаясь от трансформаторной подстанции к наиболее отдаленному потребителю. Общая потеря напряжения dU будет суммой отдельных потерь на участках dUi.

Общий принцип алгоритма расчета падения напряжения:

1. Рассчитать общую мощность потребителей каждого пролета. Сегодня в Украине методикой для расчета суммарной мощности потребителей есть ДБН В.2.5-23:2010 (будет кратко рассмотрен ниже в данной статье).

2. Зная мощность и номинальное напряжение в линии рассчитать ток в каждом пролете линии. По току (и зная сопротивление жилы провода) используя закон Ома рассчитать напряжение теряемое вдоль каждого участка провода (пролета).

3. Суммировать потери напряжения во всех пролетах от ТП до наиболее отдаленного абонента.

Расчет потери напряжения в онлайн САПР SiCAD

Как расчитать суммарную мощность потребителей?

Вероятность одновременной работы потребителей не равна 100% и уменьшается с ростом количества потребителей. Поэтому если один потребитель имеет мощность 10 кВт то если таких потребителей например 3 их расчетная мощность будет не 30 кВт, а 24 кВт.

Принцип сложения мощностей с учетом статистического распределения их одновременной работы заложен в специальные методики и нормативные документы.

В документе ДБН В.2.5-23:2010 алгоритм расчета общей мощности потребителей весьма разветвлен.

Наиболее простой случай – когда все потребители однотипные (на практике практически не встречается). При этом используется таблица 3.1 - для жилья 1 и 2 видов электрификации или Д.1 - для коттеджей (3 вид жилья). Промежуточное значения мощности не указанное в таблице ищется линейной аппроксимацией.

Сложнее когда у Вас есть несколько типов потребителей. В этом случае мощность считают по формуле (5) - если общее потребителей меньше 29 шт, или по формуле (8) - если количество потребителей 30 и больше.

Еще интереснее если у Вас есть промышленные предприятия и индивидуальные мощности потребителей (частая в реальном проектировании ситуация). Сначала считаем общую мощность жилья. Определяем в зависимости от типов жилья какого больше по мощности - с электроплитами или с газовыми плитами. Используя таблицу 3.14. При этом если мощности жилья и предприятия близки то нужно проверить разные варианты суммирования и выбрать больший из них.

Нужно учесть что если Вы считаете каждый пролет для всей сети, а потом изменится хотя бы один потребитель нужно все пересчитать заново.

Иногда для расчета потерь напряжения в сети 0,4 кВ проектировщики используют передаваемый друг другу файл таблицы excel не понимая как проводится расчет и соответствует ли он нормативным документам. В результате все мощности потребителей одинаковы, а общая мощность и сечение выбранного провода занижены. В Киевской области есть много поселков подтверждающих это находясь без света в новогодние праздники.

Таким образом для решения задачи расчета потери и отклонения напряжения в воздушных сетях 0,4 кВ является весьма трудоемким процессом. Но есть и хорошие новости - Описанный выше алгоритм реализован в бесплатном онлайн сервисе для проектирования SiCAD (https://app.sicad.org/ua)

Как построить электрическую линию для расчета в SiCAD

Интерфейс онлайн САПР СИКАД

Для расчета в SiCAD необходимо используя библиотеку кабелей проложить трассу магистрали ЛЭП. Расставить по узлах трассы типовые узлы (опоры). Используя библиотеку "абонентского ответвления" расставить в два клика абонентов (Потребителей электроенергии). Задать мощность и тип каждого возможно при вставке комплектов абонентских ответвлений в блоке "электрические параметры" в левой панели. Индивидуальную мощность потребителя возможно создать через собственную базу данных "моя база даних / мої типи жител".

Создание индивидуальной мощности потребителя для электрического расчета в САПР СИКАД

 

Укажите тип потребителя на вкладке "Свойства" типового узла.

 

SiCAD spozhyvach elektroenergii rozrahunok vtrat naprugy

Укажите схему подключения трас линий электропередач к трансформатору через вкладку "Свойства" типового узла с трансформатором.

SiCAD pidkluchennya transformatora elektrychnyi rozrahunok

Как расчитать падение напряжения в спроектированной электрической линий

Для получения результата электрического расчета нужно выбрать в главном меню пункт «Розрахунки / Розрахувати dU, Iр, Iкз». Если у вас только один источник питания то расчет отобразится сразу. Если в проекте несколько трансформаторных подстанций то нужно выбрать сеть которую Вам нужно рассчитать нажав левой кнопкой мыши на любой элемент сети (трассу провода, типовой узел, КТП).

Результат откроется в отдельном модальном окне – это позволяет ознакомиться с результатом расчета потери напряжения и просматривать проект. Вся сеть по которой произведен расчет выделяется красным цветом.

На первой вкладке отображается таблица со значениями потерь напряжения и отклонения от номинального значения (380 В для трехфазной сети или 220 В для однофазной сети). На вкладке свойств типового узла КТП возможно корректировать значение напряжения на шинах трансформатора.

elektrychnyi-rozrahunok-elektromereji-v-SiCAD

Важно различать понятия:

Потеря напряжения – это разница между значением напряжения на шинах трансформатора и значением напряжения на шинах подключения наиболее удаленного потребителя.

Отклонение напряжения – это разница между расчетным значением напряжения и номинальным значением (380 В) в любой точке сети (в начале линии отклонение может быть положительное и отрицательное в конце линии)

Ограничения в допустимых потерях и отклонении напряжении указаны в документах ГОСТ 13109-97 и ДСТУ EN 50160:2014, но в данной статье не рассматриваются.

Смотрите на рисунке.

Потеря и отклонение напряжения в онлайн САПР СИКАД

Формула расчета потери напряжения:

Формула расчета потери напряжения в онлайн САПР СИКАД

Результаты расчета приведены также на следующих вкладках:

Расчетные токи в пролетах проводов. Значения токов можно сравнить с номинальными значениями токов для данного типа провода.

Токи однофазных коротких замыканий.

Нагрузка на трансформатор - общая мощность от всех потребителей в сети потребляемая от трансформатора. Здесь указываются все типы потребителей, их расчетная суммарная нагрузка. Также отдельно указывается наличие электроотопления. Если от ТП выходит несколько линий то для первого пролета каждой линии (фидера) приводится результат расчета.

На последней вкладке (розгорнутий розрахунок) приведена таблица с результатами расчета для каждого пролета (участка сети). Значение потерь и отклонения напряжения указывается для каждой опоры. Эта таблица практически в готовом виде может вставляться в проект.

Расчет электрических параметров сети 0,4 кВ

Все результаты возможно экспортировать в табличный формат *.xls.

В СИКАДе проектировщику не нужно тратить время на рутинные, а в процессе проектирования и изменения линии результат можно получить по нажатию одной кнопки! В 2018 году Институт электродинамики НАН Украины подтвердил правильность расчета электрических параметров воздушных сетей 0,4 кВ. Заключение можно скачать здесь.

Желаем всем проектировщикам успехов в любимом деле без рутины сложных расчетов.

Ваши пожелания к работе онлайн сервиса Вы можете отправить на почту Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. . Будем благодарны за Ваши идеи и пожелания.

Электрический расчет линии электропередач это лишь часть процесса проектирования возможностей онлайн сервиса СИКАД.

Все возможности онлайн САПР для проектирования внешних электрических цепей 0,4 - 35 кВ SiCAD (https://app.sicad.org/ua) в предыдущей статье.