Компьютерные программы в электроэнергетике. Практикум

КОМПЬЮТЕРНЫЕ 

ПРОГРАММЫ 

В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

А.М. БАШКАТОВ
Е.А. СУМЕРКИН
Р.С. ЗАСЕДАТЕЛЕВ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ПРАКТИКУМ

Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом 

профессионального образования в качестве учебного пособия 

для учебных заведений, реализующих программу среднего 

профессионального образования по укрупненной группе специальностей 

13.02.00 «Электро- и теплоэнергетика» (протокол № 10 от 12.10.2020)

Москва
ИНФРА-М

2021

УДК [004.4+621.31](075.32)
ББК 32.973-018.2:31.2я723
 
Б33

Башкатов А.М.

Б33  
Компьютерные программы в электроэнергетике: практикум : учебное 

пособие / А.М. Башкатов, Е.А. Сумеркин, Р.С. Заседателев. — Москва : 
ИНФРА-М, 2021. — 455 с. + Доп. материалы [Электронный ресурс]. — 
(Среднее профессиональное образование). — DOI 10.12737/1048798.

ISBN 978-5-16-015738-2 (print)
ISBN 978-5-16-108136-5 (online)
Практикум состоит из двух глав. Первая — базовая, в виде 10 работ, на
правленных на изучение прикладных программ первичного уровня. Вторая — расширенная — содержит методические указания к семи работам 
с программными комплексами (системы «Электрик», DiaLUX) и описание применения программ проектного назначения (расчет ригеля, sPlan, 
«1–2–3 Схема» и др.). Наряду с практическим разделом каждая тема включает и справочно-информационную поддержку в виде теоретического материала. Работы содержат базовые сведения о выполняемых операциях 
с обязательными ссылками на специализированную литературу, включая 
рассмотрение типовых примеров и индивидуальные задания в разделе 
приложений для контроля полученных знаний.

Соответствует требованиям федеральных государственных образова
тельных стандартов среднего профессионального образования последнего 
поколения.

Для учащихся по специальности «Электроснабжение (по отраслям)»  

при проведении лабораторных работ по учебной дисциплине «Электротехника», а также при решении проектных задач, в ходе курсового и дипломного проектирования, организации практик. Может быть полезно 
не только учащимся электроэнергетических специальностей, но и всем, кто 
по роду деятельности сталкивается с необходимостью проведения расчетов электрических сетей с применением ЭВМ.

УДК [004.4+621.31](075.32)

ББК 32.973-018.2:31.2я723

Р е ц е н з е н т ы:

С.Г. Федорченко, кандидат технических наук, доцент, заведующий 

кафедрой программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем Инженерно-технического института При днестровского государственного университета имени Т.Г. Шевченко;

В.М. Погорлецкий , кандидат физико-математических наук, заве 
дую  щий кафедрой электроэнергетики и электротехники Инженернотехнического института Приднестровского государственного университета имени Т.Г. Шевченко

ISBN 978-5-16-015738-2 (print)
ISBN 978-5-16-108136-5 (online)

Материалы, отмеченные знаком 
, 

доступны в электронно-библиотечной системе Znanium.com

© Башкатов А.М., Сумеркин Е.А., 

Заседателев Р.С., 2021

Авторы

А.М. Башкатов, кандидат технических наук, доцент кафедры 
программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем Инженерно-технического института Приднестровского государственного университета имени Т.Г. Шевченко, 
преподаватель профильных дисциплин для студентов электроэнергетических специальностей;
Е.А. Сумеркин, разработчик программного комплекса «Электрик» и серии прикладных программ электроэнергетического направления;
Р.С. Заседателев, мастер производственного обучения и преподаватель электротехнологических дисциплин на факультете среднего профессионального образования Приднестровского государственного университета имени Т.Г. Шевченко.

Список сокращений1

АВ — автоматический выключатель
АВДТ — автоматический выключатель дифференциального тока
АД — асинхронный двигатель
АКП — провода неизолированные для ВЛ с Al проволоками нагревостойкие
АС, АСКС, АСК, АСКП — провода неизолированные для ВЛ 
с Al проволоками
ВВ — высоковольтный
ВЛ — высоковольтная линия
ВМП — выключатель масляный предохранительный
Г.з.ш. — главная защищающая шина
DIN — обобщенное название металлического профиля для крепления
ЗРУ — закрытое распределительное устройство
КПД — коэффициент полезного действия
КЗ — короткое замыкание
КСС — кривая силы света
ЛЭП — линия электропередачи
М — провода неизолированные с медными проволоками
МП — механическая прочность
MF — коэффициент уменьшения освещения
ПВ — повторность включения (электродвигателя)
ПВС — провод в ПВХ изоляции соединительный
ПВХ — поливинилхлорид
ПРА — пуско-регулирующий аппарат
ПС — подстанция
ПТЭЭП — Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей
ПУЭ — правила устройства электроустановок
РВ — разъединитель-выключатель
РЕ — провод заземляющий
РУ — распределительное устройство
CAD — автоматизированное выполнение черчения
СЕ — стереть последнее введенное число

1 
Дополнительную информацию о сокращениях, применяемых в электроэнергетике, можно получить по следующим электронным ссылкам: URL: http://
electra-hvac.ru/decipher.html; URL: http://lazerrf.ru/stat1?modeview&post_
id9929803; URL: http://www.buro-esp.ru/spisok.html

СИП — самонесущий изолированный провод
СЩ — силовой щит
ТП — трансформаторная подстанция
ТЭН — термоэлектрический нагреватель
УЗМ — устройство защиты многофункциональное
УЗО — устройство защитного отключения
ЭДС — электродвижущая сила
ЭП — электропотребители

Введение

Выполнение электротехнических работ любого рода сопряжено 
с необходимостью проведения расчетов различных параметров 
цепи. Многие из них являются табличными значениями, содержатся в справочниках. Другие задаются эмпирически. Точность их 
выбора оказывает влияние не только на работу цепи, но и на безопасность энергетического объекта. Сами расчеты довольно 
сложны, часто требуют высокой оперативности, с чем приходится 
сталкиваться на разных уровнях и главному энергетику, и электромонтерам.
Одним из действенных средств в практическом решении таких 
задач является использование электронно-вычислительных машин 
(ЭВМ). Специализированные программы [49, 50], установленные 
на персональный компьютер (ПК) или ноутбук специалиста, расширяют возможности традиционных средств, предоставляя более 
эффективные инструменты. Это позволяет не только ускорить 
расчет участка электросети, правильнее задав параметры опор и выбрав необходимые провода, но и, используя проверенные временем 
методики, снизить результирующую погрешность. Для большей 
же надежности — помочь выбрать из нескольких вариантов оптимальное решение, провести расчет возможных потерь (например, 
напряжения и токов короткого замыкания на критичных участках), 
подобрать параметры трансформатора, определить границы зон 
молниезащиты и решить другие, не менее важные задачи.
В организационном плане работа энергетика на объекте осуществляется согласно выписанному наряду, оформление которого 
связано с выполнением рутинных операций. Здесь также может 
использоваться программа, которая упрощает его подготовку 
и оформление разрешительных документов, снижая вероятность 
ошибок, повышая безопасность и экономя рабочее время.
Для этих целей и были созданы программы, описание работы 
с которыми составляет основу данного практикума, где наряду 
с пошаговыми операциями приведены и теоретические сведения 
по каждой из выполняемых работ.
Студентам и учащимся такая форма подачи материала дает возможность не только лучше понять назначение тех или иных прикладных программ, но и обосновать правильность их выбора, полезность применения в практической деятельности.

Изложенный в практикуме материал прошел апробацию при 
чтении специализированных учебных дисциплин для студентов 
электроэнергетических специальностей и включен в программу 
прохождения практики учащимися факультета среднего профессионального образования инженерно-технического института.
Авторы не претендуют на всеобъемлющий охват и максимальную полноту излагаемого материала, поскольку практикум 
ориентирован в первую очередь на среднее профессиональное образование, получение базовых, первичных навыков учащимися 
электротехнических специальностей. В свою очередь будем признательны за критические замечания и рекомендации по улучшению 
данного пособия.

Глава 1.

ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММЫ БАЗОВОГО 
УРОВНЯ

1.1. РАСЧЕТ СЕЧЕНИЯ ПРОВОДНИКА

Для расчета сечения провода на практике используют разные 
способы. В ход идут и таблицы, и формулы, и советы электриков 
[58, 74], в основе которых — накопленный опыт, подкрепленный 
результатами наблюдений. Цель одна — попытаться предложить 
простой, но в то же время достаточно эффективный способ расчета 
сечения проводника. Причем упор делается на использование того 
метода (или методов), которые легко запомнить и при необходимости применить в практических условиях.
Существующие приемы сводятся к двум подходам: расчетному 
(с применением формул и таблиц) и опытному (эмпирическому, 
на основе обобщения экспериментальных данных). Начнем с рассмотрения второго.

1.1.1. Эмпирический подход
В основе эмпирического подхода, как говорится в работе [58], 
лежит применение математического подбора сечения провода 
по току, вернее, по его плотности. Суть метода в том, что диаметр 
кабеля рассчитывается так, чтобы электроны, которые образуют 
ток, не создавали такую плотность частиц, которая приводит к частым соударениям и, как следствие, разогреву материала. У проводника при достижении высоких температур изоляция плавится, 
и появляется возможность возгорания. Недопущение этого эффекта и является главным критерием при подборе сечения.
Для этого провели наблюдения и разработали специальные 
таблицы (см. табл. П1.1 и П1.2). Однако возникает вопрос: почему 
расчеты, предлагаемые различными изданиями и производителями, отличаются друг от друга? Причины этого разные.
Как правило, данные многих таблиц зависят от различий 
в условиях работы сети [1], в частности от того, какой выбран 
способ прокладки проводов (скрытый или наружный) и, самое 
главное, каковы значения эксплуатационных токов, которые производитель принимает за норму. Например, один производитель указывает максимально допустимые токи с перегрузкой в 140–200%, 

а другой — не более 120%. Реально принятая величина, о которой 
думал производитель, остается неизвестной.
Главное в данном методе расчета сечения провода — знать плотность тока в проводнике. Чтобы не запутаться, важно запомнить 
цифру: плотность тока в медном проводнике равна 6–10 А на 1 мм2. 
Сегодня приходит эра медных проводов, поэтому запомнить 
нужно только информацию о медных проводниках электрического тока. Отметим, что для алюминия плотность тока составляет 
4–6 А на 1 мм2.
Интервал значений от 6 до 10 А на квадратный миллиметр 
взят из практики. Из курса физики известно следующее: каждый 
проводник обладает определенной величиной сопротивления проходящему по нему электрическому току. Кроме того, существуют 
действующие правила устройства электроустановок (ПУЭ) [30, 
31], где также используется методика расчета сечения проводов 
с учетом плотности тока, времени и температуры эксплуатации. 
Для уточнений в ПУЭ задействуют поправочные коэффициенты, 
благодаря которым значения колеблются в пределах 40% при изменении температуры.
Возникающий при этом интервал (своего рода «вилка» 6–10 А) 
стоит понимать следующим образом. Длительная эксплуатация 
при токе 6 А на 1 мм2 — это нормально и со значительным запасом, 
а если максимально допустимый ток — 10 А, то это применимо 
только при кратковременной эксплуатации.
Рассмотрим расчет сечения провода по току на конкретном примере.
Зная предельное значение плотности тока, нужно установить, 
выдержит ли наш провод подключенную к нему нагрузку. Известно, что провод сечением 1 мм2 выдерживает ток 10 А, а значит, 
провод сечением в 2 мм2 — уже 20 А. В общем случае для расчета 
можно воспользоваться законом Ома для участка электрической 
цепи, где мощность равна произведению тока и напряжения. Если 
в сети установлено напряжение 220 В, то для обеспечения нормального электроснабжения потребителя мощностью 4,5 кВт необходим 
ток 20 А.
Важно учесть, что при подключенной нагрузке провод питания 
вообще не должен нагреваться. Это его нормальный режим, который с запасом безаварийной работы равен установленному производителем ресурсу. Как правило, основное ограничение вызвано 
старением, хрупкостью диэлектрика.
Эмпирический подход определения сечения проводов и основан 
на данном принципе. Он позволил установить, что медный кабель 

сечением 1–1,5 мм2 применяют для осветительной сети, а сечением 
1,5–2,5 мм2 — для подключения более мощной нагрузки (бойлеров, 
стиральных машин, разводки розеток). Не зря на квартирный щиток 
выводят отдельные автоматы для осветительной сети (~16 A) и для 
мощной нагрузки (~25 A). Этого, как правило, бывает достаточно, 
если речь идет о квартире. Для частного дома, производственного 
помещения ситуация может быть иной.
Что будет, если попытаться исходить из величины нагрузки, 
подключенной к проводу? Все зависит от конкретного случая и используемого оборудования. Бытовая техника, включая ПК, потребляет около 3–5 кВт. Общемировой тенденцией являются попытки снизить уровень энергопотребления (установка энергосберегающих ламп, датчиков освещенности и прочих систем). Все это 
в целом направлено на развитие технологии «умного дома».
В отношении отдельного устройства, если рассматривается задача подключения того же персонального компьютера, подход будет 
следующим. Считается, что обычный компьютер потребляет 500–
600 Вт (в зависимости от конфигурации и подключенных к нему 
устройств). Тогда ток в цепи будет 600 Вт/220 В  2,7 А. Получается, что компьютер можно питать даже от бытового удлинителя 
с сечением провода 1/3 мм2 или 1/4 мм2. Чаще всего именно так 
поступают на практике.
В качестве другого примера рассмотрим расчет сечения провода 
по току для электрического чайника. Такие электроприборы имеют 
мощность около 1,8–2 кВт и потребляет соответственно около 
10 А. Радует только то, что такие потери кратковременны, иначе 
затраты на электричество станут неприемлемыми. Значит, провод 
для чайника должен быть сечением около 1 мм2.
Еще один прием — согласовать сечение провода под используемую розетку. Если на ней написано «6 А», значит, в расчет берется сечение провода по току и в этом случае провод с сечением 
провода более 1 мм2 будет избыточным. Если на розетке указано 
16 А, то выбираем медный кабель сечением минимум в 1,5 мм2. 
Не стоит обходить вниманием и то, какие вилки и розетки соответствуют нагрузке в сети.

1.1.2. Расчетный метод определения сечения
Общие положения метода. Рассмотрим применение данного 
метода при выборе сечения провода для осветительной сети, изложенное в работе [19]. Задача такого рода является типичной, часто 
используется на практике при проектировании сетей бытового 
и промышленного назначения.