Obliczenia

 

Po zaprojektowaniu instalacji elektrycznej i nadaniu jej określonych parametrów program ArCADia-INSTALACJE ELEKTRYCZNE dokonuje standardowych technicznych obliczeń:

 

•      obliczanie początkowego prądu zwarciowego jednofazowego (najmniejszego i największego przy zwarciu doziemnym) na poszczególnych obwodach zaprojektowanej instalacji,

•      obliczanie prądów obciążeniowych (1-f lub 3-f) dla poszczególnych obwodów instalacji,

•      obliczanie spadków napięcia na każdym obwodzie,

•      obliczanie przewidywanej impedancji pętli zwarcia,

•      obliczanie mocy szczytowej zaprojektowanej instalacji oraz mocy szczytowych każdego projektowanego obwodu,

•      wyznaczanie prądu zadziałania zabezpieczenia podczas zwarcia dla czasu określonego przez użytkownika,

•      wyznaczanie prądu zadziałania zabezpieczenia w wyniku przeciążenia obwodu,

•      wyznaczanie długotrwałej obciążalności prądowej.

 

Po wykonaniu obliczeń technicznych i wyznaczeniu niezbędnych parametrów program ArCADia-INSTALACJE ELEKTRYCZNE raportuje użytkownikowi wszystkie wielkości elektryczne wyszczególnione dla linii zasilającej oraz każdego obwodu wychodzącego z tablicy rozdzielczej, niezbędne do poprawnego doboru przewodów elektrycznych (ze względu na długotrwałą obciążalność prądową oraz spadek napięcia), poprawność doboru zabezpieczeń (zachowanie ochrony przeciwporażeniowej) oraz koordynację przewodów z zabezpieczeniami.

 

W raporcie projektant może zweryfikować ewentualne błędy zaprojektowanej instalacji elektrycznej. Raport jest generowany w formacie RTF i zawiera wszystkie niezbędne informacje wykorzystywane w profesjonalnej dokumentacji technicznej.

 

Obliczenia techniczne rozpoczynają się od zdefiniowania punktu rozdziału energii, którym w naszym programie jest tablica rozdzielcza.

 

Użytkownik określa wartość impedancji pętli zwarcia, jaka wystąpiła na drodze od transformatora zasilającego n.n. do projektowanej tablicy rozdzielczej. Dzięki określeniu impedancji pętli zwarcia użytkownik uzyska w raporcie obliczony prąd zwarcia początkowego na końcu każdego obwodu.

 

Jeżeli projektant doprowadzi do tablicy rozdzielczej wewnętrzną linię zasilającą wyprowadzoną ze złącza (nakładka ArCADia-SIECI ELEKTRYCZNE), to program wykorzysta wartość impedancji pętli zwarcia obliczoną za pomocą programu ArCADia-SIECI ELEKTRYCZNE:

 

W tablicy rozdzielczej użytkownik definiuje wartości współczynników zapotrzebowania oraz współczynnika jednoczesności w celu obliczenia szczytowego zapotrzebowania na moc (czynną), jakie wystąpi na każdym projektowanym odcinku instalacji elektrycznej.

 

Współczynnik zapotrzebowania k_z jest stosunkiem szczytowego zapotrzebowania na moc P_o (moc obliczeniowa) do mocy zainstalowanej P_i:

 

 

(1)      

 

Współczynnik jednoczesności k_j jest stosunkiem mocy szczytowej wewnętrznej linii zasilającej tablicę rozdzielczą do sumy mocy szczytowych wszystkich obwodów wyprowadzonych z tablicy rozdzielczej:

 

(2)      

 

Po określeniu przez projektanta wartości współczynników zapotrzebowania oraz współczynnika jednoczesności program oblicza wartości mocy szczytowych zgodnie ze wzorami (1) i (2).

 

Po wykonaniu obliczeń mocy obciążeniowych [kW] program dokonuje obliczenia prądu obciążenia [A], jaki wystąpi w linii zasilającej tablicę rozdzielczą oraz we wszystkich obwodach wyprowadzonych z rozdzielni.

 

Jeżeli projektant podłączy przewód do zdefiniowanego odbiornika o jednofazowej strukturze, to program korzysta ze wzoru (4). Jeżeli będzie to trójfazowa struktura, wtedy korzystamy ze wzoru (3). Strukturę fazową odbiornika możemy definiować zarówno w obiekcie odbiorczym (gniazdo), jak i w tablicy rozdzielczej.

 

I_L – prąd obciążenia płynący w projektowanym obwodzie zasilającym

 

(3)      – prąd obciążenia trójfazowego płynący w danym obwodzie,

gdzie:

P_O      – moc obliczeniowa (P_o = k_z ∙ P_i),

U_N      – napięcie międzyprzewodowe równe 400 [V],

cos φ           – współczynnik mocy podawany przez użytkownika w obiekcie Tablica rozdzielcza.

 

(4)      – prąd obciążenia jednofazowego płynący w danym obwodzie,

gdzie:

U_Nf     – napięcie fazowe równe 230 [V].

 

Kolejnym etapem obliczeń wykonywanych przez ArCADia-INSTALACJE ELEKTRYCZNE są obliczenia spadków napięcia w danym obwodzie. W tym celu program korzysta ze wzorów:

 

wzór na spadek napięcia dla obwodów trójfazowych:

 

(5)    

 

wzór na spadek napięcia dla obwodów jednofazowych:

 

(6)     ,

gdzie:

s     – przekrój przewodu (ten parametr projektant wprowadza samodzielnie),

γ     – konduktywność przewodu:

                   dla aluminium γ = 35 [m/(Ω ∙ mm²)]

                   dla miedzi γ = 55 [m/(Ω ∙ mm²)],

l_i      – najdłuższy i-ty odcinek obwodu w [m] (liczony od poprzedniego punktu do punktu następnego, w którym występuje obciążenie P_i),

P_i    – moc obciążenia w i-tym punkcie obwodu [W],

Polskie wartości znamionowe napięcia

U_Nf   – napięcie fazowe, tzn. 230 V,

U_N    – napięcie międzyprzewodowe, tzn. 400 V.

W celu obliczenia prądów zwarciowych w danym obwodzie w pierwszej kolejności program oblicza rezystancję R_L (wzór nr 8) i reaktancję X_L (program przyjmuje, że reaktancja dla przewodów o przekroju 16 mm² jest pomijalnie mała) projektowanego obwodu zasilającego i w efekcie impedancję pętli zwarcia Z_K (wzór nr 7). W tym celu wykorzystywane są wzory:

(7)     ,

gdzie:

R_k = 2 R_L1 + 2 R_L2 + … – suma rezystancji poszczególnych odcinków zaprojektowanej instalacji (trasa od tablicy rozdzielczej do odbiornika),

R_L1 – każdy przewód el-en posiada swoją rezystancję uzależnioną od materiału przewodu (miedź czy aluminium), przekroju przewodu oraz od długości zaprojektowanego odcinka.

Z_k1 – impedancja pętli zwarcia wpisana przez użytkownika w obiekcie Tablica rozdzielcza, która występuje na odcinku między transformatorem zasilającym n.n. a tablicą rozdzielczą lub wartość impedancji pętli zwarcia, obliczona za pomocą programu ArCADia-SIECI ELEKTRYCZNE.

 

(8)     ,

gdzie:

l      – długość kabla zasilającego [m],

s     – przekrój przewodu (ten parametr projektant wprowadza samodzielnie),

γ     – konduktywność przewodu:

                   dla aluminium wynosi γ = 35 [m/(Ω ∙ mm²)]

                   dla miedzi wynosi γ = 55 [m/(Ω ∙ mm²)]

X_k = 2 X_L1 + 2 X_L2 + … – suma reaktancji poszczególnych odcinków zaprojektowanej instalacji. Program przyjmuje, że reaktancja dla przewodów o przekroju 16 mm² jest pomijalnie mała.

Obliczenia początkowego prądu zwarciowego najmniejszego i największego (prąd zwarciowy jednofazowy, jaki wystąpi przy zwarciu doziemnym L1-PE) na poszczególnych obwodach zaprojektowanej instalacji elektrycznej wykonywane są za pomocą następującego wzoru:

 

– Prąd zwarciowy jednofazowy:

 

(10)     – prąd początkowy przy zwarciu jednofazowym (zwarcie L1-PE),

 

gdzie:

U_nf  – napięcie fazowe sieci zasilającej, czyli 230 V,

c    – współczynnik napięciowy,

Z_K  – impedancja pętli zwarcia przy zwarciu jednofazowym (L1-PE), równa sumie impedancji transformatora, przewodów fazowych i przewodów ochronnych.