Проект электроснабжения микрорайона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В настоящем дипломном проекте выполнена разработка системы электроснабжения микрорайона города.

Системой электроснабжения микрорайона города называется совокупность электрических станций, преобразовательных и понижающих подстанций, питающих и распределительных линий, электроприёмников, обеспечивающих снабжение электроэнергией технологических процессов коммунально-бытовых потребителей, расположенных на территории микрорайона.

Источниками питания (ИП) являются городские электрические станции и понижающие подстанции.

Центром питания (ЦП) называется распределительное устройство вторичного напряжения 10 кВ понижающей ПС, к шинам которого присоединяются распределительные сети данного микрорайона.

Потребителями электроэнергии называются группы приемников электроэнергии, расположенные на общей территории.

Задачами проектирования электроснабжения микрорайона является создание экономически целесообразных систем, обеспечивающих необходимое качество комплексного электроснабжения всех потребителей (по надежности питания и качеству электроэнергии), а также обеспечивающих их экономичную эксплуатацию.

Проект электроснабжения микрорайона и всех входящих в данную систему электроустановок выполняются на основе государственных норм, соответствующих технологических инструкций и указаний.

Используя последние справочные данные по расчетным нагрузкам потребителей коммунально-бытового сектора, осветительных нагрузок, выбираются необходимое количество и мощность трансформаторов и трансформаторных подстанций, проводится расчет элементов системы электроснабжения, токов коротких замыканий, затем выбирается и проверяется коммутационно-защитная аппаратура, сечения и марки проводов линий электропередач.

В данном дипломном проекте также представлены разделы экономики и безопасности жизнедеятельности, где рассматриваются задачи организации труда, стоимость электрооборудования и электромонтажных работ, вопросы охраны труда работников, безопасных методов производства электромонтажных работ. Все элементы системы электроснабжения микрорайона должны соответствовать требованиям электробезопасности.

В качестве распределительной системы электроснабжения микрорайона используется трехфазная система напряжением 0,4 кВ с глухо заземленной нейтралью и напряжением 10 кВ с изолированной нейтралью частотой 50 Гц.

Исходными данными для проектирования является генеральный план микрорайона со сведениями о потребляемой мощности на каждой из понижающих подстанций.

В основном в рассматриваемом районном центре преобладают потребители III категории (более 50%), остальные имеют II категорию надежности. К I категории относятся электродвигатели лифтов, системы пожаротушения и охранно-пожарной сигнализации.

электроснабжение электроприемник трансформатор

1. Краткая характеристика объекта проектирования

Рассматриваемый в проекте микрорайон относится к III климатической зоне. Наиболее высокая температура воздуха плюс 42є С, наиболее низкая температура минус 44є С. Годовое количество осадков 358 мм. Средняя толщина снегового покрова 26 см, глубина промерзания 1,3 - 1,8 м.

Площадь микрорайона в красных линиях 24,8 га.

Потребителями электроэнергии являются 5-и и 9-и этажные жилые дома, а также потребители социальной сферы: магазин, торговый центр, поликлиника, детский сад и школа.

Электроснабжение микрорайона запроектировано от потребительских трансформаторных подстанций, питание которых осуществляется от РП-27.

По степени надежности электроснабжения, проектируемые здания относятся к II категории потребителей. К I категории относятся электродвигатели лифтов, насосов, аварийное освещение, пожарная сигнализация.

2. Определение расчетных нагрузок силовых электроприемников

В основу расчета положен свод правил СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий» [2].

Целью расчета электрических нагрузок является определение числа и мощности потребительских ТП. Расчетные электрические нагрузки жилых домов складываются из расчетных нагрузок силовых потребителей электроэнергии и нагрузок питающей осветительной сети.

Приведем методику расчета квартир, включая и общедомовые помещения (подвалы, чердаки, лестничные клетки и т.д.) СП 31-110-2003 [2].

Определим расчетную электрическую нагрузку квартир, приведенную к вводу жилого дома по формуле [2]:

Р_кв= Р_кв.уд • n, кВт, (2.1)

где Р_кв.уд. - удельная расчетная электрическая нагрузка электроприемников

квартир, принимая в зависимости от числа квартир присоединенных

к линии, кВт/квартир;

n - количество квартир, шт.

Расчетная электрическая нагрузка жилого дома (квартир и силовых электроприемников) - Р_р.жд., кВт, определяется по формуле [2]:

Р_р.жд = Р_кв + К_у • Р_с, кВт, (2.2)

где К_у - коэффициент участия в максимуме нагрузки силовых

электроприемников, К_у=0,9;

Р_с - расчетная нагрузка силовых электроприемников жилого дома, кВт.

Расчетная нагрузка силовых электроприемников, приведенная к вводу жилого дома, определяется [2]:

Р_с = Р_р.л. + Р_ст.у, кВт, (2.3)

где Р_р.л. - мощность лифтовых установок, кВт;

Р_ст.у.- мощность электродвигателей санитарно-технических устройств, кВт.

Мощность лифтовых установок определяется по формуле [2]:

Р_р.л. = К_с • Р_л • n, кВт, (2.4)

где К_с - коэффициент спроса [2];

Р_л - установленная мощность электродвигателя лифта, кВт;

n - количество лифтовых установок, шт.

2.1 Расчет нагрузки жилого дома

Приведем пример расчета для жилого дома №1. Жилой дом №1 на 144 квартиры, 9 этажей, установлены четыре лифтовые установки с мощностью, приведенной к ПВ=100%, равной 7 кВт.

Р_кв.уд. - определяется путем интерполяции [2]:

Р_кв.уд144 = 0,81 (кВт/кв),

Р_кв = 0,81 • 144 = 116,64 (кВт).



Расчетная нагрузка для лифтовых установок:

Р_р.л.=0,8 • 7• 4=22,4 (кВт).

Расчетная нагрузка силовых электроприемников дома:

Р_с=Р _р.л. = 22,4 (кВт).

Расчетная электрическая нагрузка жилого дома:

Р _р.ж.д. = 116,64 +0,9 • 22,4 = 136,8 (кВт).

Реактивная нагрузка жилых объектов складывается из реактивной мощности электродвигателей лифтов и реактивной мощности квартир.

Реактивная мощность квартир [2]:

Q_кв = Р_кв • tgц_кв, квар, (2.5)

где tg ц_кв=0,29 [2];

Q_кв = 116,64 • 0,29 = 34,02 (квар).

Реактивная мощность лифтов [2]:

Q_р.л. = Р_р.л. • tgц_л, квар, (2.6)

где tg ц_л=1,17 [2]:

Q_р.л. = 22,4_. • 1,17 = 26,2 (квар);

Q_р.ж.д. = 34,02 + 26,2 = 57,61 (квар).

Полная мощность равна:



(кВ•А).

2.2 Определение расчетных электрических нагрузок общественных зданий

Расчет электрических нагрузок общественных зданий производится по удельным расчетным электрическим нагрузкам [2].

Пример расчета нагрузки школы на 570 мест.

Расчетная мощность определяется по формуле [2]:

Р_р.дс = Р_уд • m, кВт, (2.7)

где Р_р.дс - удельная расчетная нагрузка, кВт/место;

m - число мест, шт.

Р_р.дс = 0,25 • 570 =142,5 кВт.

Расчетная реактивная мощность определяется по формуле [2]:

Q_р.дс = Р_р.дс • tgц_дс, квар, (2.8)

где tg ц=0,2 [2] ;

Q_р.дс = 142,5 • 0,2 = 28,9 (квар).

Аналогично выполняются расчеты силовой нагрузки для других общественных зданий. Результаты расчетов сведены в таблицу 2.2.



Таблица 2.2 - Расчет нагрузок общественных зданий

Номер по плану	Наименование объекта	Число мест	Площадь	Руд, кВт/кв	Рр, кВт	tg ц	Qp, квар	Sр , кВ•А
15	Школа	570	-	0,25	142,5	0,98	0,20	28,9
7	Торг центр	-	1250	0,16	200	0,85	0,62	123,9
14	Дет сад	320	-	0,46	147,2	0,98	0,20	29,9
21	Магазин	-	410	0,25	102,5	0,85	0,62	63,5
32	Поликлиника	-	1400	0,056	78,4	0,85	0,62	48,6
ИТОГО		-	-	-	670,6	-	294,9	732,6

По микрорайону нагрузка составит:

Р_У=Р_р.ж.д+Р_р=3416,4+670,6=4087 (кВт).

3. Выбор места, числа и мощности трансформаторов, КТП

3.1 Выбор числа и мощности трансформаторов КТП

Согласно ПУЭ электроприемники II категории необходимо обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для электроприемников II категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Для выбора мощности трансформаторов определяется максимальная полная мощность, приходящаяся на подстанцию [2]:

,кВ•А, (3.1)

где P_Уmax - суммарная активная мощность, кВт;

cosц_ср.взв - средневзвешенное значение cosц, который определяется через tgц_ср.взв [2]:

. (3.2)

Мощность одного трансформатора определяется по формуле [2]:

, кВ•А, (3.3)

где К₃ - принимаемый коэффициент загрузки трансформатора, К₃ =0,7.

По определенной мощности одного трансформатора находится ближайшая стандартная мощность трансформатора S_ном и выбирается тип трансформатора. Выбранные трансформаторы проверяются по действительному коэффициенту загрузки.

Пример расчета мощности трансформаторов потребительской подстанции № 5 приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Потребители ТП № 5

Номер по плану	Р, кВт	Q, квар	S, кВ•А
19	128	37,33	133,33
20	128	37,33	133,33
21	102,5	63,52	120,59
23	114,8	33,48	119,58
24	128	37,33	133,33
25	128	37,33	133,33
26	114,8	33,48	119,58
28	99,6	29,05	103,75
Итого:	815,70	271,54	859,71

,

cosц_ср.взв. = 0,95.

Суммарная расчетная активная мощность P_Уmax, определяется при питании от трансформаторной подстанции жилых домов и общественных зданий по формуле [2]:

P_Уmax= P_зд.max+P_зд.1•К₁+ P_зд.2•К₂+…+ P_зд.n•К_n , кВт, (3.4)

где P_зд.max - наибольшая из электрических нагрузок, питаемой подстанцией, кВт;

P_зд.1, P_зд -расчетные нагрузки зданий, кВт;

К₁, К_n - коэффициенты, учитывающие несовпадение максимумов

нагрузки ( квартир и общественных зданий ) [2].

P_Уmax=795,2 кВт.

(кВ•А).

Мощность одного трансформатора с учетом осветительной нагрузки (расчет нагрузки приведен в разделе 5) :

(кВ•А).

Произведем технико-экономическое сравнение трансформаторов.

Суммарные затраты на трансформаторы определяются по формуле [1]:

, тыс.руб./год, (3.5)

где Е -нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений,год^-1;

- стоимость трансформатора, тыс.руб.;

- стоимость потерь в трансформаторе, тыс.руб./год;

- затраты на обслуживание ремонт и амортизацию, тыс.руб. /год.



, тыс.руб., (3.6)

где Ц_тр - цена трансформатора, тыс. руб., тыс. руб.;

- индекс цен оборудования (I=1),так как мы берем цены текущего года;

- коэффициент, учитывающий транспортно заготовительные расходы, связанные с приобретением оборудования;

- коэффициент учитывающий затраты на строительные работы;

- коэффициент учитывающий затраты на монтаж и отладку оборудования.

(тыс. руб.),

(тыс. руб.).

Стоимость потерь в трансформаторе [1]:

, руб./год (3.7)

где С₀ - стоимость 1кВт/ч электроэнергии, ;

Т_r - годовое число часов работы трансформатора, Т_r=8760 ч;

ДР_хх - потери холостого хода, кВт, кВт;

ДР_кз - потери короткого замыкания, кВт, кВт;

ф_п- время максимальных потерь, ф_п =2700 ч.

(руб./год);

(руб./год);

Затраты на обслуживание ремонт и амортизацию [1]:

, тыс.руб./год. (3.8)

где норма амортизационных отчислений;

- норма обслуживания оборудования;

- норма ремонта оборудования.

(тыс. руб./год),

(тыс. руб./год),

(тыс. руб./год),

(тыс. руб./год).

Принимаем два трансформатора типа ТМГ-630/10/0,4 кВ

Проверяем выбранные трансформаторы по действительному коэффициенту загрузки:

,

.



Расчет мощности трансформаторов других подстанций проводится аналогично. Результаты расчетов сводятся в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Выбор трансформаторов ТП

№ ТП	Smax, кВ•А	SТР,кВ•А	Кз	Кз.ав
1	697,16	2х630	0,55	1,11
2	476,16	2х400	0,60	1,19
3	379,79	2х400	0,47	0,95
4	282,80	2х250	0,57	1,13
5	838,10	2х630	0,67	1,33
6	845,85	2х630	0,67	1,34

3.2 Выбор места расположения КТП

Важной целью проектирования является выбор оптимального местоположения потребительских ТП. Районирование электрических нагрузок является неотъемлемой частью решения этой задачи.

Согласно [5] трансформаторную подстанцию располагаем ближе к ЦЭН, так как это позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электроэнергии и значительно сократить протяженность распределительной сети низкого напряжения, уменьшив тем самым расход проводникового материала и снизить потери электроэнергии.

Координаты ЦЭН определяются по формулам [3]:

, см, (3.9)

, см. (3.10)



Пример расчета ЦЭН для ТП №3 (здания №13-18).

Данные об электроприемниках, питающихся от ТП №3, и их координаты сведены в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 - Координаты ЦЭН, питающихся от ТП №3

Номер объекта по плану	Рр, кВт	X, см	Y, см
13	54,72	22	17
14	200	22	13
15	51,2	22	2
16	45,92	28	7,5
17	51,2	25	10
18	39,84	31	8

Учтя архитектурные особенности расположения зданий место расположение ТП №3 смещаем в точку с координатами Х_{о факт}=29 см, Y_{о факт}=13,5 см.

Расчеты ЦЭН для остальных ТП проводят аналогично. Расчеты сведены в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 - Координаты ЦЭН остальных ТП

Номер ТП	Xo расч	Yo расч	Xo факт	Yo факт
ТП № 1	12	4	12	1,5
ТП № 2	16,5	25,5	16	29
ТП № 3	23,5	12,4	29	13,5
ТП № 4	21	36	25	38,5
ТП № 5	33	34	12	37,5
ТП № 6	34	14,2	35	15

3.3 Выбор схемы электроснабжения 10 кВ

Питание потребителей осуществляется от шести ТП.

Распределение электроэнергии от РП до потребительских ТП осуществляется по распределительным сетям 10 кВ. Распределительная и питающая сети 10 кВ используются для совместного питания городских коммунально-бытовых объектов. Городские сети 10 кВ выполняются с изолированной нейтралью [1].

Схем построения городских распределительных сетей довольно много. Выбор схемы зависит от требования высокой степени надежности электроснабжения, а также от территориального расположения потребителей относительно РП и относительно друг друга.

Следует учитывать, что к электрической сети предъявляются определенные технико-экономические требования, с учетом которых и производится выбор наиболее приемлемого варианта.

Экономические требования сводятся к достижению по мере возможности наименьшей стоимости передачи электрической энергии по сети, поэтому следует стремится к снижению капитальных затрат на строительство сети. Необходимо также принимать меры к уменьшению ежегодных расходов на эксплуатацию электрической сети. Одновременный учет капитальных вложений и эксплуатационных расходов может быть произведен с помощью метода приведенных затрат. В связи с этим оценка экономичности варианта электрической сети производится по приведенным затратам.

Выбор наиболее приемлемого варианта , удовлетворяющего технико-экономическим требованиям, - это один из основных вопросов при проектировании любого инженерного сооружения, в том числе и электрической сети.

Рассмотрим схемы электрических сетей заданного района, а также проанализируем их достоинства и недостатки, с тем, чтобы выбрать наилучшие варианты для технико-экономического сравнения.

Распределительные сети ВН выполняются по схемам: радиальной (одностороннего питания), двухлучевой, разомкнутой петлевой, по замкнутой кольцевой.

Широко в городских сетях применяется распределительная сеть 10 кВ выполненная по двухлучевой схеме (рис. 3.1). При данной схеме электроснабжение потребителей не прекращается при повреждении на линии 10кВ или в трансформаторе, так как предусматривается АВР на секционном выключателе на стороне 0,4кВ ТП.

Рисунок. 3.1 Двухлучевая схема электроснабжения

Согласно [4] электрические сети 10 кВ на территории городов, в районах застройки зданиями высотой 4 этажа и выше выполняются, как правило, кабельными. Кабельные линии прокладывают в траншеях на глубине не менее 0,7 м [1].

3.4 Выбор схемы электроснабжения 0,38 кВ.

Городские распределительные сети 0,38 кВ могут иметь различные схемы построения. Для питания ЭП II и III категории, в частности жилых и бытовых зданий, применяют радиальную схему с двумя кабельными линиями.

Рисунок. 3.2 Радиальная схема электроснабжения 0,38 кВ

Сети 0,38 кВ выполняются трехфазными четырехпроводными, кабелем марки АВБбШв. Сечения питающих линий выбираются по потере напряжения с проверкой по длительно допустимому току.

4. Расчет токов КЗ

4.1 Расчет токов короткого замыкания 10 кВ

Расчет проводится для выбора и проверки уставок релейной защиты и автоматики или проверки параметров оборудования.

Введем ряд допущений, упрощающих расчет и не вносящих существенных погрешностей:

1. Линейность всех элементов схемы.

2. Приближенный учёт нагрузок.

3.Симметричность всех элементов за исключением мест короткого замыкания.

4. Пренебрежение активными сопротивлениями, если X/R>3.

5. Токи намагничивания трансформаторов не учитываются.

Погрешность расчетов при данных допущениях не превышает 2ч5 %.

Расчет токов короткого замыкания упрощается при использовании схемы замещения. Расчет токов КЗ проводим в именованных единицах.

Расчетные точки короткого замыкания:

К1…К5 - на шинах ТП.

Рисунок. 4.1 Схема замещения 10 кВ

Параметры системы [6]:

, Ом, (4.1)

где U_cp- среднее напряжение, кВ;

I_кз - ток короткого замыкания на шинах РП-27,кА.

(Ом),

(Ом).



ЭДС системы:

, кВ, (4.2)

кВ.

Параметры кабельной линии [6]:

R_КЛ = r₀ • l, Ом, (4.3)

X_КЛ = x₀ • l, Ом. (4.4)

R_РП9-ТП1 = 0,169 • 0,4 = 0,024 (Ом),

X_РП9-ТП1= 0,0596 • 0,4 = 0,068 (Ом).

Параметры линий приведены в таблице 4.1 (выбор кабелей производится в разделе 5.1)

Таблица 4.1 - Параметры линий

Участок	Кабель	l, м	х0, Ом/км	r0, Ом/км	R, Ом	Х, Ом
РП-27-ТП№1	АСБЛ-10 3х150	490	0,0596	0,208	0,102	0,029
ТП№1-ТП№2	АСБЛ-10 3х120	190	0,0602	0,261	0,050	0,011
ТП№2-ТП№4	АСБЛ-10 3х95	180	0,0602	0,329	0,059	0,011
ТП№4-ТП№6	АСБЛ-10 3х95	280	0,0602	0,329	0,092	0,017
ТП№6-ТП№5	АСБЛ-10 3х50	200	0,0625	0,625	0,125	0,013
ТП№5- ТП№3	АСБЛ-10 3х35	120	0,0625	0,762	0,091	0,008

Расчёт токов КЗ выполняется для напряжения той стороны, к которой приводятся сопротивления схемы [6].

, кА, (4.5)



где - полное суммарное эквивалентное сопротивление от источника питания до

расчётной точки КЗ, Ом.

Установившееся значение тока при двухфазном КЗ определяется по значению тока трёхфазного КЗ [6]:

, кА. (4.6)

Ударный ток [6]:

кА, (4.7)

где к_уд - ударный коэффициент.

Постоянная времени и ударный коэффициент находиться по формулам [6]:

, (4.8)

. (4.9)

Расчёт токов КЗ производим без учёта подпитки со стороны нагрузки.

Пример расчета токов КЗ для точки К1:

(кА),

(кА),

(кА),

,

,

(кА).

Расчет токов КЗ сведен в таблицу 4.2

Таблица 4.2 - Расчет токов КЗ

Точка КЗ	I(3)кзmax, кА	I(3)кзmin, кА	I(2)кзmin, кА	Та	kуд	iуд, кА
ТП-1	10,98	8,03	6,94	0,017	1,55	24,1
ТП-2	10,56	7,83	6,77	0,012	1,42	21,2
ТП-3	7,63	6,32	5,46	0,004	1,07	11,5
ТП-4	10,06	7,59	6,56	0,009	1,31	18,6
ТП-5	8,28	6,68	5,78	0,004	1,10	12,9
ТП-6	9,25	7,19	6,22	0,006	1,20	15,6

4.2 Расчет токов короткого замыкания 0,38 кВ

Расчет произведем для потребителя №1 по плану.

Рисунок 4.2 Схема замещения 0,4 кВ

Система С:U_НН = 0,4 кВ.

Трансформатор Т: S_н.тр=630 кВА; U_к=5,5%; ДР_к=7,6кВт.

Линия W: r₀ = 0,329 мОм/м; х₀ = 0,0602 мОм/м; L=77 м.

Выключатель QF1: I_н=630 А.

Выключатель QF2: I_н=400 А.

Сопротивление питающей системы равно [9]:

, мОм, (4.10)

(мОм).

Активное сопротивление трансформатора, приведённое к стороне 0,4 кВ [9]:

, мОм, (4.11)

(мОм).

Реактивное сопротивление трансформатора, приведённое к стороне 0,4 кВ [9]:

, мОм, (4.12)

(мОм).



Сопротивления кабельных линий:

R_W = 0,329 · 77= 25,33 (мОм),

X_W = 0,0602 · 77= 4,64 (мОм).

Сопротивления контактов:

R_К1 = 0,0024 мОм,

R_К2 = 0,021 мОм.

Сопротивления автоматических выключателей:

R_QF1 = 0,41 мОм,

X_QF1 =0,13 мОм.

R_QF2 = 0,65 мОм,

X_QF2 =0,17 мОм.

Суммарное сопротивление до точки К3 :

R_УК1 = R_тр+R_QF1+R_К1 =3,06+0,41+0,0024 =3,47 (мОм);

X_УК1 =X_C+X_тр+X_QF1 = 0,76+13,63+0,13 = 14,52 (мОм);

R_УК2 = R_УК1+R_QF2+R_W+R_К2 = 3,47+0,65+25,33+0,021=29,48 (мОм);

X_УК2 =X_УК1+X_QF2 +X_W=14,52+0,17+4,64 = 19,37 (мОм).

Ток КЗ без учета сопротивления дуги [9]:

, кА. (4.13)

Напряжение в стволе дуги [6]:

U_д = Е_Д·l , В. (4.14)

Сопротивление дуги равно [6]:

, мОм. (4.15)

Ток КЗ с учетом сопротивления дуги [9]:

, кА. (4.16)

Ударный ток определяется по выражению [9]:

, кА, (4.17)

где - ударный коэффициент.

, (4.18)

, (4.19)

где - частота сети,Гц.

Приведем пример расчета для точки К2:

(кА).



Для кабеля сечением 95 мм² расстояние между фазами проводников 2,8 мм, длина дуги 4·2,8=11,2мм.

U_д = 1,6 ·11,2 = 17,92 (В),(мОм),

(кА),

,

,

(кА).

Токи однофазного КЗ в сетях с напряжением до 1кВ, как правило, являются минимальными. По их величине проверяется чувствительность защитной аппаратуры.

Действующее значение периодической составляющей тока однофазного КЗ определяется по формуле [9]:

, кА, (4.20)

где - полное сопротивление питающей системы, трансформатора, а также

переходных контактов точки однофазного КЗ, мОм;

Z_п- полное сопротивление петли фаза-ноль от трансформатора до точки КЗ,мОм.



, мОм, (4.21)

где X_T1, X_T2, R_T1, R_T2- соответственно индуктивные и активные сопротивления

прямой и обратной последовательности силового трансформатора, мОм;

X_T0, R_T0 - соответственно индуктивное и активное сопротивления нулевой

последовательности силового трансформатора.

, мОм, (4.22)

где - удельное сопротивление петли фаза-нуль элемента, Ом/км;

- длина элемента, км.

Значение тока однофазного КЗ в точке К2:

(мОм),

Z_П = 0,78 · 77= 60,06 ( мОм),

(кА).

5 Выбор и проверка электрической аппаратуры

5.1 Выбор кабелей 10 кВ

В соответствии с [3] сечение кабелей с алюминиевыми жилами в распределительных сетях 10кВ при прокладке их в земляных траншеях, следует принимать не менее 35 мм². Выбор экономически целесообразного сечения производится по экономической плотности тока в зависимости от металла провода и числа часов использования максимума нагрузки [1]:

, мм² , (5.1)

где I_р - расчетный максимальный ток, А;

j_э -значение экономической плотности тока, j_э=1,6 А/мм²,

, А, (5.2)

где S_р - максимальная расчетная мощность, передающаяся по кабелю, кВ•А;

Выбираем сечение кабеля на участке РП-27 с ТП №1:

(А),

(мм²).

Выбираем кабель АСБЛ-10 3х150, I_доп = 246 А.

Потери напряжения находятся по формуле:

,%. (5.3)

Необходимо учесть потери в линии питающей РП-27, они составляют 2,1%.

%

Выбор кабелей представлен в таблице 5.1

Применяем кабели марки АСБЛ-10 с маслопропитанной бумажной изоляцией и со свинцовой оболочкой.

Таблица 5.1 - Выбор кабельных линий

Участок	Smax, кВ*А	Ip, А	Кабель	Iдоп, А	l, м	х0, Ом/км	r0, Ом/км	ДU, %
РП-27-ТП№1	3519,9	203,46	АСБЛ-10 3х150	246	490	0,0596	0,208	2,52
ТП№1-ТП№2	2822,7	163,16	АСБЛ-10 3х120	218	190	0,0602	0,261	2,61
ТП№2-ТП№4	2346,5	135,64	АСБЛ-10 3х95	192	180	0,0602	0,329	2,68
ТП№4-ТП№6	2063,7	119,29	АСБЛ-10 3х95	192	280	0,0602	0,329	2,72
ТП№6-ТП№5	1217,9	70,40	АСБЛ-10 3х50	132	200	0,0625	0,625	2,79
ТП№5- ТП№3	379,8	21,95	АСБЛ-10 3х35	110	120	0,0625	0,762	2,83

Потери напряжения в любом режиме работы не превысят 5%.



5.2 Выбор кабелей 0,38 кВ

Выбор сечения кабеля производится аналогично кабелям 10 кВ.

Применяем кабели марки АВБбШв с алюминиевыми жилами в ПВХ изоляции, бронированный.

5.3 Выбор электрических аппаратов

5.3.1 Выбор выключателей

Выключатели выбираются по номинальному значению тока и напряжения, роду установки и условиям работы, конструктивному исполнению и отключающим способностям.

Выбор выключателей производится:

по напряжению:

U_ном ? U_{сети, ном}, кВ, (5.4)

где U_ном - номинальное напряжение выключателя, кВ;

U_{сети, ном} - номинальное напряжение сети, кВ.

2) по длительному току:

I_ном ? I_{раб, max}, А, (5.5)

где I_ном - номинальный ток выключателя, А;

I_{раб, max} - максимальный рабочий ток, А.

3) по отключающей способности:



(5.6)

где i_a,r - апериодическая составляющая тока КЗ, составляющая времени до момента расхождения контактов выключателя;

i_a,норм- номинальный апериодический ток отключения выключателя.

Допускается выполнение условия:

(5.7)

где ?_норм - нормативное процентное содержание апериодической составляющей в токе отключения;

ф - наименьшее время от начала короткого замыкания до момента расхождения контактов.

ф = ф_{з, мин} + t_соб, с, (5.8)

где ф_{з, мин} = 1,5 с - минимальное время действия защит;

t_соб - собственное время отключения выключателя, с.

4) на электродинамическую стойкость выключатель проверяется по сквозному предельному току короткого замыкания:

кА, (5.9)

где I_{пр, скв} - действительное значение предельного сквозного тока короткого замыкания, кА;

- начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания в цепи выключателя, кА.

5) на термическую стойкость:

Выключатель проверяется по тепловому импульсу.

кА²·с, (5.10)

где - предельный ток термической стойкости, кА;

- нормативное время протекания тока термической стойкости, с. Применяем выключатели 10кВ BB-TEL -12,5/630, I_ном =630 А.

Выбор выключателей установленных на стороне 10кВ приведен в таблице 5.3.

Таблица 5.3 - Параметры выключателей, установленных на стороне 10 кВ

Условия выбора	Расчетные данные	Тип оборудования
		BB-TEL -12,5/630
Uном Uсети	Uсети =10 кВ	Uном =10 кВ
Iном Iраб.мах	Iраб.мах =203,46 А	Iном =630 А
Iоткл Iкз	Iкз =11,8 кА	Iоткл =12,5 кА
i дин i уд	i уд =24,1 кА	i дин =31,5 кА
I2t Вк	Вк =417,72 кА2*с	I2t =1200 кА2·с

5.3.2 Выбор предохранителей

Для защиты трансформаторов ТП применим плавкие предохранители Условия выбора предохранителей:

U_ном ?U_{сети, ном} , кВ; (5.11)

I_ном ?2·I_раб.max , А; (5.12)

I_{откл. ном} ?I_КЗ, кА. (5.13)

Выбираем предохранители типа:



ПКТ102-10-80-12,5 У3 I_ном = 80 А (для ТМГ-630);

ПКТ102-10-50-12,5 У3 I_ном = 50 А (для ТМГ-400);

ПКТ102-10-31,5-12,5 У3 I_ном = 31,5 А (для ТМГ-250).

5.3.3 Выбор трансформаторов тока

Условия выбора трансформаторов тока:

U_ном ?U_сети , кВ; (5.14)

I_ном ?I_раб.max , А; (5.15)

i_дин ?i_уд , кА; (5.16)

I²·t ?В_к , кА²·с. (5.17)

Применяем трансформаторы тока ТЛК-10, I_ном =250 А.

Таблица 5.4 - Параметры трансформаторов тока на стороне 10 кВ

Условия выбора	Расчетные данные	Тип оборудования
		ТЛК-10
Uном Uсети	Uсети =10 кВ	Uном =10 кВ
Iном Iраб.мах	Iраб.мах =203,46 А	Iном =250 А
i дин i уд	i уд =24,1 кА	iдин =81 кА
I2t Вк	Вк =417,72 кА2с	I2·t = 768 кА2·с

5.3.4 Выбор ограничителей перенапряжения

Условие выбора ограничителей перенапряжения:

U_ном=U_сети., кВ; (5.18)

POLIM-H11N:

U_ном=10 кВ;

U_{доп. max}=11 кВ;

U_ост.1000=28,7 кВ;

U_{ост. 10000}=33,8 кВ.

6 Разработка системы уличного освещения

Рассчитаем осветительную нагрузку.

Расчет производим методом коэффициента использования 4 .

Для определения шага светильников D ,м, одного ряда запишем формулы вида:

, м (6.1)

, м, (6.2)

где Ф_л - световой поток светильника, лм;

U_Е , U_L - коэффициенты использования светового потока по освещенности и

по яркости;

N - число светильников на одной опоре, примем равным 1;

E_cp - средняя горизонтальная освещенность, лк;

L_cp - яркость дорожного покрытия, кд/м²;

К_з- коэффициент запаса, для светильников с разрядными лампами равен 1,5 4;

b - ширина освещаемой площади, м.

Количество светильников n, шт., необходимых для освещения определим по формуле:

, шт., (6.3)

где l - длина освещаемой поверхности, м;

D - шаг светильников, м.

Расчетная активная мощность осветительных приборов Pр ,кВт, определяется по формуле:

P_р = K_с nP_л , кВт, (6.4)

где K_с - коэффициент спроса, равен 1 в соответствии с 6 ;

n - количество светильников, шт;

P_л - мощность светильника, кВт .

Расчетная реактивная мощность осветительных приборов Q р , квар, определяется по формуле:

Q _р = P_р tg , квар, (6.5)

где P_р - расчетная активная мощность осветительных приборов, кВт ;

tg - коэффициент мощности осветительных приборов, квар.

Полная электрическая мощность S_р., кВ•А, определяется по формуле:

S_р = , кВ•А, (6.6)

где P_р - расчетная активная мощность осветительных приборов , кВт ;

Q_р - расчетная реактивную мощность осветительных приборов, квар.

Рассчитаем освещение улиц, подключенных к ТП №1. Согласно классификации 5 это магистральные улицы районного значения категории Б.

Ширина проезжей части 20 метров, поэтому с учетом рекомендаций 4, табл.9.4 принимаем одностороннюю схему расположения светильников: на опорах с одной стороны проезжей части.

При этом устанавливаем светильники ЖКУ 08-150-001-УХЛ1 с лампами ДНаТ 150 , как наиболее экономичные 2 . Высота установки светильников - 10м.

Определим шаг светильников по формуле (6.2):

D = = 30 ( м) ,

где для данного случая : L_cp= 0,6 кд/м² в соответствии с 5 ,

U_L= 0,066 - в соответствии с 4 ,табл.9.7 ,

Ф_л= 15000 лм в соответствии с 2 .

По формуле (3.3) определим необходимое количество светильников

n = =42 ( шт) ,

где для данного случая : l = 1260 м суммарная протяженность улиц.

Определим расчетную активную мощность осветительных приборов по формуле:

P_р = 142150 = 6300 (Вт) ,

где P_л =150 Вт в соответствии с 2 .

Определим расчетную реактивную мощность осветительных приборов по формуле:

Q _р = 6,30,33 = 2,1 (квар) ,



где tg = 0,33 - в соответствии с 4 .

Далее определим полную электрическую мощность по формуле (6.6):

S_р = = 6,64 (кВ•А) .

7 Выбор и расчет устройств РЗИА

Релейную защиту выполняем на микропроцессорной базе. Современные микропроцессорные устройства защит более чувствительны, чем их электромеханические аналоги. Кроме того, одно небольшое по размерам цифровое реле может заменить целую группу обычных электромеханических реле.

Для работы с выбранным выключателем 10кВ BB-TEL -12,5/630 требуется микропроцессорный терминал хорошо согласующийся с блоком управления выключателем БУ/TEL, данному условию удовлетворяет блок микропроцессорной релейной защиты «Сириус». Платформа «Сириус-2» разрабатывалась как качественно новое отечественное решение для российской энергетики. Она совместила в себе передовой функционал, с современной автоматизированной технологией производства. Устройства, построенные на платформе «Сириус-2» не уступают иностранным аналогам, оставаясь при этом дешевле и являясь более адаптированными для применения в российских электрических сетях.

Релейную защиту линий 10кВ выполняем на базе блоков микропроцессорной релейной защиты «Сириус-2Л».

Устройство «Сириус» является комбинированным микропроцессорным терминалом релейной защиты и автоматики. Применение в устройстве модульной мультипроцессорной архитектуры наряду с современными технологиями поверхностного монтажа обеспечивают высокую надежность, большую вычислительную мощность и быстродействие, а также высокую точность измерения электрических величин и временных интервалов, что дает возможность снизить ступени селективности и повысить чувствительность терминала.

Устройство обеспечивает следующие эксплуатационные возможности:

1) выполнение функций защит, автоматики и управления, определенных ПУЭ и ПТЭ;

2) задание внутренней конфигурации (ввод/вывод защит, автоматики, сигнализации и т.д.);

3) ввод и хранение уставок защит и автоматики;

4) передачу параметров аварии, ввод и изменение уставок по линии связи;

5)непрерывный оперативный контроль работоспособности (самодиагностику) в течение всего времени работы;

6) блокировку всех выходов при неисправности устройства для исключения ложных срабатываний;

7) получение дискретных сигналов управления и блокировок, выдачу команд аварийной и предупредительной сигнализации;

8) гальваническую развязку всех входов и выходов, включая питание, для обеспечения высокой помехозащищенности;

9) высокое сопротивление и прочность изоляции входов и выходов относительно корпуса и между собой для повышения устойчивости устройства к перенапряжениям, возникающим во вторичных цепях.

Питание цепей релейной защиты и автоматики (РЗА) осуществляется на выпрямленном оперативном токе от блока питания и зарядки.

7.1 Расчет релейной защиты отходящих линий 10кВ

На одиночных линиях, согласно ПУЭ, с односторонним питанием от многофазных замыканий должна устанавливаться защита: первая ступень - токовая отсечка, вторая ступень - МТЗ с независимой или зависимой выдержкой времени.

На линиях 10 кВ применяется двухступенчатая защита: отсечка и МТЗ.

Максимальная токовая защита [10]:

, А, (4.27)

где k_зап - коэффициент запаса, учитывающий погрешность реле, неточности

расчета, принимаем k_зап =1,1;

k_в - коэффициент возврата реле, для «Сириус» k_в = 0,95;

k_сз - коэффициент самозапуска, учитывает возможность увеличения тока в

защищаемой линии вследствие самозапуска электродвигателей при

восстановлении напряжения после отключения К.З.;

I_pmax - максимальный ток в линии в нормальном режиме, А.

(А).

Чувствительность защиты считается достаточной, если при К.З. в конце защищаемого участка К_ч>1,5 , а при К.З. в конце резервируемого участка К_ч>1,2 Коэффициент чувствительности защиты [10]:

, (4.28)

где I⁽²⁾_к,min - минимальный ток двухфазного короткого замыкания в конце защищаемой линии;

.

Вторичный ток срабатывания определяется из выражения [10]:



, А, (4.29)

где К_т - коэффициент трансформации трансформатора тока;

k_сх - коэффициент схемы, зависит от способа соединения трансформаторов тока и имеет значения 1 - при соединении в полную и неполную звезду и - при включении реле на разность токов двух фаз.

(А).

Избирательность защиты обеспечивается выбором выдержки времени по условию:

t_с.з.=t_{с.з.пред}+?t, с, (4.30)

где t_{с.з.пред} - время срабатывания защиты предыдущей ступени. в нашем случаеэто время перегорания плавких вставок предохранителей в конце линий 10 кВ,с. Примем время срабатывания плавких вставок t_пл.вст.=0,5 с.

?t - ступень селективности, в расчетах принимается равной 0,6-1с- для защит с ограниченной зависимостью от тока КЗ характеристикой времени срабатывания и 0,2 - 0,6 с - для защит с независимой характеристикой времени срабатывания,с.

t_с.з.=0,4+0,2=0,6 (с),

Токовая отсечка:

1. Отстройка от токов КЗ вне защищаемой зоны:

I_с.о. = k_н ?I⁽³⁾_кз0,4 , А, (4.31)



где k_н - коэффициент надежности, k_н =1,1;

I⁽³⁾_кз0,4 - максимальный ток трехфазного короткого замыкания на шинах 0,4 кВ КТП подключенных к линии.

I_с.о. = 1,1 ? 1237,6 = 1361 (А) .

2. Отстройка от токов намагничивания трансформаторов установленных в линии [10]:

I_с.о. = k_н ??_тр ,А, (4.32)

где k_н - коэффициент надежности, k_н =5;

?_тр - суммарный ток трансформаторов установленных в линии, А.

I_с.о. = 5 ? (3·34,68+2·22,02+1·13,76) = 809 (А).

Принимаем большее значение. I_с.о. = 1361 (А) .

Коэффициент чувствительности [10]:

, (4.33)

где I⁽³⁾_к,з -ток трехфазного короткого замыкания в начале защищаемой линии;

Расчетные данные уставок вводятся в блок «Сириус» с встроенной клавиатуры.

Карта селективности приведена на рисунке 4.2. Все токи на карте селективности приведены к стороне 10 кВ.

Рисунок 4.3Карта селективности

7.2 Защита кабельных линий 0,4 кВ.

Защита кабельных линий 0,4 кВ выполнена автоматическими выключателями установленными ТП.

Условия выбора и проверки автоматических выключателей:

1. По напряжению:

(6.14)



2. По номинальному току:

. (6.15)

3. По отстройке от пиковых токов:

, (6.16)

где I_co - ток срабатывания отсечки, А;

К_н - коэффициент надежности;

I_пик - пиковый ток, А.

4. По условию защиты от перегрузки:

. (6.17)

5.По времени срабатывания:

, (6.18)

где - собственное время отключения выключателя, с;

Дt- ступень селективности, с.

6. По условию стойкости к токам КЗ:

, (6.19)

где ПКС - предельная коммутационная способность.

7. По условию чувствительности:

, (6.20)

где К_р - коэффициент разброса срабатывания отсечки, К_р=1,4-1,5.

На отходящей линии жилому дому №1 выбираем автоматический выключатель марки Tmax T3:

I_н.в. = 250 (А); I_расц = 250 (А); I_мгн = 5I_расц = 1250 (А); ПКС=50 (кА).

1) 660 (В) > 380( В);

2) I_н.в. =250( А)>I_н = 214,5( А);

3) К_н·I_пик = 1,1·643,5= 707,9 (А), I_{э/м.расц} = 1250 (А)> 707,9 (А);

4) I_расц =280 >1,1· 214,5=236 (А);

5) t_мгн = 0,01( с);

6) ПКС=50(кА)>i_уд = 9,32 (кА);

7)

Вводной автоматический выключатель выбирается на номинальный ток трансформатора с учетом коэффициента перегрузки 1,4.

.

Выбираем автоматический выключатель Emax E1:

I_н.в. = 1600 (А); I_.расц = 1600 (А); I_мгн = 5I_расц = 8000(А); I_мтз = 3I_расц = 4800 (А);

I_перегр = 0,99I_расц = 1584 (А); ПКС=105(кА).

1) 660 (В) > 380( В);

2) I_н.в. =1600( А)>I_н = 1275 (А);

3) К_н·I_пик = 3·3825 = 5100 (А), I_мтз = 4800 (А)>3825 (А) ;

4) I_перегр =1584 >1,1· 1275=1402( А);

5) t_мтз = 0,4 (с);

6) ПКС=105 (кА)>i_уд = 32,08 (кА);

7) .

Рисунок 6.3 Карта селективности 0,4 кВ

Заключение

В данном дипломном проекте рассмотрены вопросы электроснабжения микрорайона города. Произведен расчет нагрузок отдельных зданий и всего микрорайона в целом, на основании расчета выбраны пять КТП. Рассчитаны распределительные сети 10 и 0,38 кВ. Сделан расчет токов короткого замыкания.

Произведен выбор и проверка коммутационно-защитной аппаратуры. Рассчитана релейная защита линий 10 кВ.

В экономической части проекта сделан сметно - финансовый расчет объекта проектирования и расчет эффективности инвестиционных вложений в объект проектирования.

Список использованных источников

1. Справочник по проектированию электрических сетей. /под ред. Д.Л. Файбисовича. - М., НЦ ЭНАС, 2006. - 320с.

2. Тульчин, И.К. Электрические сети и электрооборудование жилых и общественных зданий / И.К. Тульчин, Г.И. Нудлер. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 480 с.

3.Производство и распределение электрической энергии: Электротехнический справочник /В. Г. Герасимова, П. Г. Грудинского, И. Н. Орлова и др.: под ред. И. Н. Орлова. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 880 с.

4. Правила устройства электроустановок: все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ 7, с изм. и доп. по состоянию на 15 августа 2005г. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2005.- 854 с.

5.Постников, Н.П. Монтаж электрооборудования промышленных предприятий /Н.П. Постников и др. - Л., Стройиздат, 1991 - 159 с.

6.Рожкова Л.Д., Козулин Д.С. Электрооборудование станций и подстанций. Учеб. для техникумов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 648 с.: ил.

7.Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов: Учеб. пособие для студентов электроэнергетических специальностей вузов, 2-е изд. перераб. и доп. / В.М. Блок, Г.К. Обушев, Л.Б. Паперно и др.; Под ред. В.М. Блок. - М.: Высш. шк., 1990. - 383 с.: ил.

8. Неклепаев, Б.Н. Электрическая часть станций и подстанций: Справочный материал для курсового и дипломного проектирования /Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков: учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.2.

9.Старкова, Л.Е. Проектирование цехового электроснабжения /Л.Е. Старкова, В.В. Орлов: учебное пособие. - Вологда. ВоГТУ, 2003.-175с.

10.Шабад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. - Л.: Энергия, 1972. - 176 с.: ил.

11. Дроздов А.Д., Платонов В.В. Реле дифференциальных защит элементов энергосистем. - М.: Энергия, 1968. - 240 c.: ил.

12. Алексеев В.С., Варганов Г.П. Реле защиты. - М.: Энергия, 1976. - 464 с.: ил.

13. Техника безопасности в электроэнергетических установках. Справочное пособие / Под ред. П.А.Долина. - М.: Энергоатомиздат,1988. - 400 с.: ил.

14. Охрана труда в электроустановках: Учеб. для вузов / Под ред. Б.А. Князевского. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 336 с.: ил.

15. Атаманюк В.Г., Ширшев Л.Г., Акимов Н.И. Гражданская оборона: Учеб. для вузов / Под ред. Д.И. Михайлика. - 2-е изд. - М.: Высш. шк., 1987. - 288 с.: ил.

16. Федоров, А.А. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий /А.А. Федоров, Л.Е. Старкова: учебное пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1987.-368с.

17. ЕНиР. Единые нормы и расценки на строительные, монтажные и ремонтно-строительные работы. Сб. 23. Электромонтажные работы. - М.:Стройиздат,1978. - 152 с.

18. Строительные нормы и правила. Приложение. Сборники расценок на монтаж оборудования. Сб. № 8. Электротехнические установки / Госстрой СССР. - М.:Стройиздат, 2002. - 181 с.

19. Прейскуранты оптовых цен. - М.: Стройиздат, 2006г - 655 с.

Размещено на Allbest.ru

...