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十年甲级设计院工作经验 注册电气工程师+注册消防工程师

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目录

0 概述

1 议程

2 ETAP低压交流配电建模

2.1 元件智能建模

2.2 基本参数录入

3 潮流计算

4 电缆选型

4.1 标准及敷设方式

4.2 负荷电流的确定

4.3 相导体截面的选择

4.4 PE导体截面的选择

4.4.1 PE导体配置

4.4.2 接地故障电流计算

4.4.3 预期接触电压与电击防护

4.4.4 保护装置（断路器）的选择

4.4.5 热稳定角度选择PE导体截面

4.4.6 电击防护（安全）角度选择PE导体截面

4.4.7 使用电缆管理器判断电缆选择的正确性

5STAR模块和TCC曲线

6 AC/DC网络的ETAP建模及潮流计算

7 电缆管理器和报告生成

8 总结

0 概述

ETAP为电力系统提供综合、完备的建模和分析，ETAP低压（LV）线缆模块支持三相、两相和单相系统的线缆载流量和选型，并可在软件内设置计算依据的标准，可选BS7671、IEC 60364或NF C 15-100等。

其中，BS是英标，NF是法标，IEC就不用说了，这款软件面向的是全球电气行业及用户，所以兼容大部分国际上的主流标准，有人说了，怎么没有GB

我之前文章提到过，GB50217和常用数据中载流量的理论和数据，都是基于IEC60364，所以ETAP依据的标准（载流量部分）和国内现行标准的依据是相同的，都是IEC60364-5-52，即GB16895.6-2014。

所有的接地系统（TN、TT、IT）均可以通过ETAP进行系统建模，可计算故障回路阻抗和接触电压，用来评估低压电气装置的电气安全和电击防护。

1 提纲

这个网络研讨会重点讨论通过ETAP案例，演示ETAP软件在低压系统建模、电缆载流量、电缆选型和电击防护方面的功能，以及报告生成和项目的可交付成果（计算书等文档）。

议程如下：

首先看一下一些行业难题

以及ETAP提供的解决方案

然后详细介绍ETAP处理这些问题的特性和功能

最后总结

很多软件无法同时将低压中压高压系统的分析集成在一个平台上，需要在不同软件上完成分析工作；另外有的软件无法进行复杂电网的分析；也不集成第三方CAD软件接口和报告生成工具；

而ETAP，就是您的一站式解决方案，以上三个问题完美解决。

ETAP解决方案

  • 一个集合了建模、设计、分析、运行的电气系统平台；
  • 模块化和综合化并且满足现行相关标准的软件；
  • 一个能在同一个平台分析低、中、高压系统的软件；
  • 可以分析复杂的电气供配电网络。

ETAP解决方案

  • 为系统运行、保护和安全提供了全面的建模组件以提供各种分析，实时电源管理解决方案；
  • 优化设备选型；
  • 灵活的本地化解决方案；

-保护装置、电缆载流量和选型标准

-不同经销商的设备库（断路器等）

-本地化语言接口

  • 集成了电源管理解决方案

ETAP 低中高压系统-综合性软件

-智能单线图 & 电气原理图

-直流/交流 三相/单相 设计和分析

-设备选型和修正

-保护

-cad接口和报告生成工具

上图红色字体内容为我们今天重点介绍的ETAP电缆模块的功能

2 ETAP低压交流配电建模

这是etap14.1.0版本的界面，接下来我将使用自动建模功能来创建一个简单的低压配电系统

2.1 元件智能建模

首先，我打开自动建模按钮，然后进入编辑模式

然后进入编辑模式

插入上游的电网grid

母线busbar

变压器transformer

母线busbar

低压断路器lv breaker

电缆cable

母线busbar

配电箱lv panel

自动建模模式下这些元器件会根据点击的顺序自动连接

可以快捷的改变变压器二次侧及下游的电压等级，改为0.4kV

点击应用，apply，所有下游的电缆和母线电压都跟着改为了0.4kV

向你看到的那样，可以很简单快速的在ETAP中建立模型

2.2 基本参数录入

接下来，为方便我们进入今天的主题——电缆编辑器，我先补充元器件的基本参数。

电网的参数，填写短路电流、X/R的值，

变压器参数，填写容量，XR我们取典型阻抗值，接地类型选TN-C

选择一个低压断路器，施耐德的NSX100 4P，脱扣单元可选热磁可调的或不可调的，我们选micrologic2.2 100A

这个页面显示断路器的额定值，这个Min.Delay就是断路器的脱扣时间，需要查产品样本，一般断路器都是毫秒ms级，

ABB塑壳断路器的脱扣时间，

脱扣器（trip device）选项卡显示脱扣器的设定，额定电流设为100A，长延时设置为一倍的Ir，短延时设置为10倍Ir，瞬时（instantaneous）保护取消勾选

现在，来定义电缆参数，长度150米，然后点电缆库（library）

ETAP的电缆库提供的参数信息很全面

一行信息代表一根电缆，例如点击第一行，可以在下面选择该电缆截面

电缆表与Excel相似，可以按电压等级排序，

可以筛选出XLPE的电缆，

也可以筛选出4芯电缆，

然后我们选择16mm²的电缆，BS5467

如果你 打开physical选项卡，我们刚才选择的电缆信息，比如安装方式、是否铠装、屏蔽层厚度等，都会在这里显示

这是低压配电箱选项卡，可以定义额定值（rating），布局可以改为column， 分支回路设置为6路

此时打开低压配电箱的schedules选项卡，可以看到6个回路，按ABC的相序排列

我可以将第一个回路定义为三相回路，第二回路定义为AB相的两相荷载回路，最后的C相作为单相回路。

第一个回路定义为internal load（内部负载），第二回路也如此。第三个回路定义为external connections（外部负载）Ext-1。

这里说的外部负载和内部负载，完全是ETAP自家定义的，什么意思呢？

在配电箱模块中，外部负载和内部负载没有任何实质区别，唯一区别是外部负载在ETAP单线图上可以显示，而内部负载要双击配电箱才能看到。

下面的解释引自ETAP帮助文档。

这里我快速输入容量和功率因数,可以看到ETAP自动计算出电流和功率

负荷系数取100%，

在protection device选项卡可以选择回路的保护设备（断路器等），

也可以从电缆库中为每个回路选择低压电缆

点击OK，我们把一个静态负载接到配电箱

双击这个静态负载进入编辑器，设定其为单相负荷，定义为A相。这个负荷也就是刚才配电箱最后一路的外部负载。

把单相负荷与配电箱连接，可以看到是虚线，ETAP中连接单相负荷的线均为虚线

在静态负载编辑器中，定义额定值，容量2000VA，95%的功率因数

可以看到静态负载的功率已经同步到低压配电箱编辑器内了

3 潮流计算
现在基本参数录入完成了，我们运行潮流计算

可以看到电缆上的电压降，流入电缆的电流、 母线上的电压百分比等等

在这例子中，我们简单模拟了一个低压配电箱及其配电回路。
显然，你也可以模拟其他供配电模型，比如电动机模型等。

ETAP还有其他的交流元件，如感应电动机、同步电动机、lumped load（这个词我不知道咋翻译，lumped load既有静态负荷和也有电动机负荷，翻译成组合负荷是不是可以？）、静态负载。

同样的，还有其他直流建模元件，直流母线、UPS、变频器（VFD）、换流器、逆变器。

4 电缆选型

4.1 标准及敷设方式

现在，我可以进入到电缆编辑器中，进入capacity（载流量）选项卡，来选择电缆载流量的标准，我们选择NF C15-100，

然后，我可以选择敷设方式，下拉列表里是对应标准中可用的安装方式，你可以看到不同敷设方式，载流量的基准值（Base）和修正值（Derated）会变化

又例如，我选无孔托盘敷设方式，选择IEC60364标准，你可以看到基准载流量和修正后的载流量

把标准换成BS7671，你可以观察到，同一种安装方式下不同的标准，修正后的载流量差别很小，94vs96，90.2vs89.4，如图

你看到的修正后的载流量是根据所选标准及敷设方式，考虑修正系数，修正后的计算值。
修正系数有考虑运行环境温度等，

如果是地下敷设的电缆，也会考虑土壤电阻率的修正系数。

4.2 负荷电流的确定

在进入sizing（电缆选型）选项卡进行电缆选型之前，我先进入到Loading（负载）选项卡，在loading current for sizing（用于选择电缆截面的负载电流）设置区，设置采用哪种电流来选择电缆截面。

ETAP给了三种可选方式，

① 运行电流，28.08A（也就是潮流计算的电流，会自动同步至此）

② FLA（full load amps current of a selected element）满载电流

③ 用户自定义电流

我们假定按照运行电流（operating current）选择电缆截面，点击OK，回到潮流计算视图，再次运行潮流计算，你可以看到流入Cable1电缆的电流显示为28.1A。

4.3 相导体电缆截面的选择

现在我打开电缆编辑器，

在相线截面积选型（sizing-phase）选项卡，可以勾选确定截面的条件，如根据潮流计算电流、电压降、功率因数、短路 、过载、谐波等，可多选。

我也可以根据电缆应用场景确定系数（这些平时基本用不到，但可以看看不同情况下系数取的是多少）

也可以勾选负荷增长系数，但需在Loading选项卡设置此系数

这个例子中，ETAP建议的电缆截面是25mm²，主要限值条件是电压降。

你可以看到电缆的电压降限制在2%以内 ，

ETAP不会把最优选型自动应用到元件上，需要手动点击select，然后点OK。

这里可以看到给出了一个最优截面25mm²，下面还给出了小一级的截面，可供选择。
当然，你也可以自己手动选择其他截面的电缆。

4.4 PE导体电缆截面的选择

4.4.1 PE导体配置

然后我们来看PE导体的选型，

先进入configuration选项卡，可以看到是4芯电缆（3芯相线1芯PE线），所以不勾选中性线，勾选PE线，PE线芯数量为1。

4.4.2 计算接地故障电流

然后需要运行短路电流计算，

我们在star模块下演示，并运行短路电流计算，以计算接地故障电流（earth fault current）

运行后，可以看到短路电流计算结果。

现在打开电缆编辑器，进入protection（保护）选项卡，你可以看到短路电流计算结果显示在“short current”表格中，比如我们需要的是接地故障电流，也就是相对地短路电流，计算值为9.088kA，电缆编辑器中也显示相同的值。

4.4.3 预期接触电压与电击防护

我们回顾一下刚才的提纲，补充一个点，看下图。

电击防护的可耐受接触电压曲线，他是一条时间-电压特性曲线。
接触电压取决于保护装置切断故障电流的速度（时间）。

切断时间变化，那么接触电压也随之变化。

三个主要的标准用以评估电击防护

① 最大切断时间
② 最小故障电流

③ 允许的回路阻抗

4.4.4 保护装置（断路器）的选择

我们回到ETAP保护选项卡，我们需要定义切断时间，所以你需要首先选择保护装置（断路器），在此界面的下拉列表选择保护装置的ID（本例为CB1断路器），也可以用户自定义故障切断时间。

现在我们为PE导体截面的选择做好了准备，可以点击PE导线选型选项卡了。
4.4.5 热稳定角度选择PE线截面

左边的选项卡是根据短路热稳定选择PE导体截面

在结果result显示区域，ETAP给出了建议的PE导体所需的最小截面，可以看到是25mm²，是基于短路热稳定能量值来计算PE线截面积。

这个地方，我插一句，低压电缆的截面，怎么校验热稳定？用配四下图公式

这个例子中，143²×(25mm²)² = 截图中的数据

4.4.6 电击防护(安全)角度选择PE线截面

右边选项卡是电击防护

首先接地类型与变压器二次侧接地类型相同，

我们可以打开变压器编辑器的接地选项卡，可以在这里定义TN-C、TN-S、TN-C-S、TT、NEC、IT等接地形式。

ETAP可以根据已经定义的接地类型，智能的来判断电击防护选项卡的接地类型 ，如变压器二次侧、电网、适配器、逆变器等，他会向上追溯，然后传递下来。

来看结果显示区域，

首先，需要从下拉列表中选择允许接触电压的标准，

选择不同的标准后，允许接触电压值会根据选择的标准不同而不同。

可以看到，切断时间、回路故障电流、回路阻抗的计算值均超过了允许值，标红了。

说明，此电缆回路不满足电击防护要求。

我们先点击OK，稍后来解决这个问题。

4.4.7 使用电缆管理器判断电缆选择的正确性

现在我进入电缆管理器，电缆管理器是所有电缆的一个管理视图，电缆的所有参数都在这里显示，你可以在这里查看所有的电缆。

你可以选择多根电缆，点击电缆库更改电缆类型，可以生成电缆明细表或将此表格导入Excel或导入到你的项目报告中。

你也可以用电缆管理器来评判你的配电网络电缆选择的正确性，例如，你可以看到，电击防护选项卡中，切断时间、回路阻抗被标红显示了，说明你的配电网络中，该电缆对应的回路不满足电击防护的要求。

5 star模块和TCC曲线

现在，我们回到刚才的那个错误（标红的），并试图修复这个错误。

关于同类型错误，我之前的文章有写，

通过项目案例对比施耐德Ecodial与ETAP软件在低压配电应用的差异

这里再说一次，关于低压配电TN系统中，

电击防护接触电压不满足规范要求

或故障切断时间不满足故障防护自动切断电源的要求

或灵敏度不满足要求，

其实这三种说法都是同一个问题——安全问题。

解决办法，四个：

① 增加PE导体截面（或整根电缆截面积都增大）

增加成本

② 调节脱扣器短延时或瞬时保护的设定值

有的断路器调不了，比如微断，磁保护为固定值

③ 加RCD

也增加成本

④ 设置SEB辅助等电位联结

设置SEB后，虽然故障接触电压降低到50V以下（干燥条件下），但是仍要求切断电源，只是不必符合故障防护的切断时间要求，但应满足热稳定的规定。

视频中是用第②种方法解决的，继续回到视频。

我们选择断路器CB1和电缆cable1，并创建一个TCC曲线视图。

双击电缆，取消勾选I²T热稳定曲线（按热稳定选择截面没有错误，再在TCC视图显示它没有意义，而错误出现在按电击防护选择截面），我们需要在TCC曲线中显示电击防护故障电流，所以勾选故障电流。

我们右键选中setting，来显示断路器和电缆的参数设置。

可以看到CB1断路器的参数设置，你可以从图中看出CB1短延时保护的动作阈值（Iset2）被设置的过高了，以至于不能在规定时间内断开故障电流。

我们可以调整脱扣器的设置，

可以通过左右拖动“短延时曲线上的小黑点”来调节断路器的短延时设定值，将脱扣单元micrologic2.2的短延时保护设定为5倍的Ir。

并且，通过改变断路器的脱扣曲线，模型中断路器的设定值会同步修改。

我们重新打开电缆编辑器，PE导体截面选型选项卡，点击电击防护选项卡，你可以看到，通过刚才的调节，之前标红的数据（切断时间、故障电流、回路阻抗）都在允许值以内了。

ETAP也遵循最新的BS7671-2015标准，用户可以自定义最小电压系数（minimum voltage factor），例如设置为0.95，这样做，可以降低故障回路阻抗的允许值，实际上提高了安全防护的要求。

6 AC/DC网络的ETAP建模及潮流计算

现在，我快速添加一个 更复杂的相对相（我理解为用AB两相）的AC/DC网络，包含UPS和其他直流元件，用来演示ETAP的功能。

我可以从ETAP的模板中找到需要添加的模型，在编辑模式下，右键选择Template，你可以自定义你自己的模板或者从模板库获取需要的模板，

例如MCC（motor control center电机控制中心）母线，电动机保护、变压器保护。

模板中的元件已经定义了基本参数，例如，变压器、CT、保护装置等都是被预定义好的。

作为演示，我选择一个铁路信号系统，一个PSP加两个FSP(别问，问就是不懂

点击OK，移动模板到合适位置，并与总线连接。

看一下这个直流配电网络，它包括电池、UPS，UPS与AB相连接，它是一个相对相的系统（两相？），相对相电缆、相对相负载，AC负载，DC负载。（这段我没太听懂，铁路信号系统并没有接触过，猜都不好猜）

ETAP中你可以运行潮流计算或者运行不平衡潮流计算得到更准确的结果

你可以发现，三相系统中的每一相的相电压是不相等的，这是因为低压侧的不平衡负载。

可以看到，回路电流计算结果，A相和B相的电流有微小的差异。

我们也可以运行直流潮流计算模块，并显示计算结果。

7 电缆管理器和报告生成

现在我将展示电缆管理器，当配电网络有很多电缆时，它非常有用。

你可以根据条件筛选电缆，如三相、单相电缆，特定电缆类型等

你也得到可以所有电缆的摘要视图，并可以把它导入到Excel

我选择了一根电缆导入，当然你也可以选择多根导入。

接下来，我将展示ETAP的电缆报告生成，你可以用电缆管理器生成报告，选择电缆，点击report，命名报告名称。

你可以生成PDF、Word或Excel格式的报告，可以自定义选择报告内容，如载流量、PE导体截面选型、相导体截面选型。

这是我生成的PDF报告——电缆载流量报告，它包含依据的标准、电缆型号、安装方法、环境温度、修正系数等

对于相导体的选型报告，它包含安装类型、电缆布置、选型限制（压降等）、最优导体截面。

对于PE导体的选型报告，它包含电缆类型、保护装置、接地类型、接地电阻、故障消除时间、短路电流、基于热稳定的截面选型、基于电击防护的截面选型

8 总结

① ETAP是一个集建模、设计、分析、运行于一体的平台，对于简单和复杂的电气系统模型都可以应付
② ETAP是一款模块化和综合化的软件，基于现行的且不断更新的国际标准编制
③ 可以在同一个平台上完成低压、中压、高压的分析

thank you very much and thank u for ur time~

本文完

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