Проектування електричних мереж населених пунктів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Оцінка кількості жителів заданого району населеного пункту, що проектується. Розрахунки виробничих показників громадсько-комунальних підприємств та адміністративних будівель

1.1 Розрахунок кількості жителів населеного пункту

1.2 Розрахунок виробничого показника громадсько-комунальних підприємств та адміністративних будівель

2. Розрахунки електричного навантаження житлових будинків та громадських будівель

2.1 Розрахунки навантаження житлових будинків

2.2 Розрахунок навантаження громадсько-комунальних підприємств та адміністративних будівель

3. Визначення категорії електричних приймачів із забезпечення надійності електропостачання

4. Вибір кількості та потужності трансформаторів 10/0,4 кв. Розрахунки навантаження на шинах 0,4 кВ трансформаторних підстанцій

5. Визначення розташування трансформаторних підстанцій

6. Розрахунки сумарного навантаження району населеного пункту, що проектується

7. Вибір кількості та потужності силових трансформаторів підстанції глибокого вводу з урахуванням компенсації реактивної потужності

7.1 Вибір кількості та потужності трансформаторів ПГВ

7.2 Вибір кількості та потужності трансформаторів власних потреб

8. Вибір схеми електричних мереж

9. Розрахунки розподільчої мережі 10 кВ

9.1 Визначення потокорозподілу мережі

9.2 Вибір перерізу кабеля

9.3 Розрахунок струмів короткого замикання

9.4 Перевірка кабелів на допустиме відхилення напруги

10. Вибір обладнання на напругу 10 кВ

10.1. Вибір вимикачів

10.2 Вибір запобіжників

10.3 Вибір засобів релейного захисту і автоматики мережі 10 кВ

10.4 Розрахунки ємнісного струму замикання на землю в мережі 10 кВ. Вибір дугогасних реакторів

11. Вибір схеми та розрахунок розподільчої мережі 0,38 кВ

11.1 Вибір схеми та перерізу кабеля

11.2 Розрахунок втрат напруги

11.3 Вибір обладнання захисту

12. Розрахунок відхилення напруги

Висновок

Вступ

Електрифікація, тобто виробництво, розподіл і застосування електроенергі в усіх галузях народного господарства і побуту населення - це один: найважливіших факторів технічного прогресу. Підвищення рівня розвитку міської електрифікації стає одним з визначальних факторів інтенсифікації міст і може серйозно вплинути на умови життя.

Для забезпечення подачі електроенергії в необхідній кількості і відповідної якості від енергосистем промисловим і побутовим об'єктам, установкам, пристроям і механізмам служать системи електропостачання, що складаються з мереж напругою до 1000В и вище, трансформаторних, перетворюючих і розподільних підстанцій.

Споживачі електроенергії мають свої специфічні особливості, чим обумовлені певні вимоги до їх електропостачання - надійність живлення, якість електроенергії, резервування і захист окремих елементів і т. ін. При проектуванні, спорудженні й експлуатації систем електропостачання промислових підприємств необхідно правильно в техніко-економічному аспекті здійснювати вибір напруг, визначати електричні навантаження, вибирати типаж, число і потужність трансформаторних підстанцій, види їхнього захисту.

1. Оцінка кількості жителів заданого району населеного пункту, що проектується. Розрахунки виробничих показників громадсько-комунальних підприємств та адміністративних будівель

1.1 Розрахунок кількості жителів населеного пункту

Кількість жителів району визначається за формулою:

(1.1)

де - кількість типів будинків відповідно до вихідних даних;

- загальна кількість будинків i-го типу;

- сумарна кількість квартир j-го типу (однокімнатні, двокімнатні і т.п.);

- кількість жителів , які проживають у квартирі: приймається 2 особи в однокімнатній, 3 особи у двокімнатній, 4 особи трикімнатній і 5 осіб у чотирикімнатній квартирах.

Таблиця 1.1 Розрахунок кількості жителів району

№ будівлі на плані	Тип будівлі	Загальна кількість будинків даного типу	Кількість квартир	Кількість жителів
			1-кім.	2-кім.	3-кім.	4-кім.
1	18	7	9	1	18	8	931
2	26	4	-	50	46	-	1336
3	17	4	27	9	-	-	324
4	30	4	13	14	52	-	1104

Отже, загальна кількість жителів враховуючи два гуртожитки по 400 чол., дорівнює 4495 чол.

1.2 Розрахунок виробничого показника громадсько-комунальних підприємств та адміністративних будівель

Для громадсько-комунальних та адміністративних будівель визначається виробничий показник за формулою:

(1.2)

де - питомий розрахунковий показник, який визначається згідно з табл. 1.2.

Виробничий показник П необхідний для подальших розрахунків електричних навантажень громадсько-комунальних підприємств та адміністративних будівель.

Таблиця 1.2 Розрахунок виробничого показника

Заклад	Розрахунковий показник, mo	Виробничий показник,П
Продовольчий магазин	70	314,65
Промтоварний магазин	40	179,8
Середня школа	150	674,25
Дитячий садок-яслі	80	359,6
Поліклініка	30	134,85
Кафе-ресторан	8	35,96
Бібліотека	3	13,485
Комбінат побутового обслуговування	2,1	9,44
Спорткомплекс	10	44,95
Ринок	100	449,5

2. Розрахунки електричного навантаження житлових будинків та громадських будівель

2.1 Розрахунки навантаження житлових будинків

Розрахункове навантаження квартир будинку , кВт, приведене до вводу житлового будинку, визначається за формулою:

(2.1)

де - питоме розрахункове навантаження квартири, яке приймається залежно від типу кухонних плит та кількості квартир у будинку, кВт/кв;

n - кількість квартир.

Таблиця 2.1 Розрахункове навантаження квартир будинків

№ будівлі на плані	Тип будівлі	Загальна кількість квартир, n	Питоме розрахункове навантаження , Ркв.пит, кВт/квартиру	Розрахункове навантаження, Ркв, кВт
1	18	36	1,75	63,00
2	26	96	1,22	117,12
3	17	36	1,75	63,00
4	30	79	1,31	103,49

Розрахункове навантаження силових електроспоживачів (ЕС) P_c, кВт, яке приведене до вводу житлового будинку визначається за формулою:

(2.2)

де - розрахункове навантаження ліфтових установок, кВт;

- розрахункове навантаження електродвигунів насосів водопостачання, вентиляторів та інших санітарно-технічних установок, кВт.

Розрахункове навантаження ліфтових установок у кВт визначається наступним чином:

(2.3)

де - кількість ліфтових установок, що живляться від лінії;

- коефіцієнт попиту;

- встановлена потужність двигуна і-го ліфта, кВт.

Таблиця 2.2 Розрахунок навантаження ліфтових установок

№ будівлі на плані	Тип будівлі	Коефіцієнт попиту,	Кількість під'їздів	Встановлена потужність двигунів ліфтів, кВт	Розрахункове навантаження, Рр.л. кВт
				пасажирські	вантажні
1	18	0,8	1	3,0	4,0	5,6
2	26	0,8	2	3.0	4,0	11,2
3	17	0,8	1	3,0	4,0	5,6
4	30	0,9	2	3,0	4,0	12,6

Отже, розрахункове навантаження ліфтових установок 35 кВт.

Розрахункове навантаження електродвигунів насосів водопостачання, вентиляторів та інших санітарно-технічних установок у кВт визначається за їх встановленою потужністю з урахуванням коефіцієнта попиту .

(2.4)

де п - кількість електродвигунів насосів;

- встановлена потужність електродвигунів насосів водопостачання, кВт.

Таблиця 2.3 Розрахунок навантаження насосів водопостачання

Кількість електродвигуні, п	Коефіцієнта попиту,	Встановлена потужність електродвигунів, кВт.	Розрахункове навантаження, Рст.у., кВт
2	1	4	8
4	0,8	4	12,8
2	1	4	8
4	0,8	4	12,8

Отже, розрахункове навантаження електродвигунів насосів водопостачання, та інших санітарно-технічних установок 41,6 кВт.

Розрахункове навантаження силових електроспоживачів (ЕС) P_c, кВт, яке приведене до вводу житлового будинку розраховане за формулою 2.2 наведено в таблиці 2.4.

Таблиця 2.4 Розрахункове навантаження силових електроспоживачів (ЕС)

Розрахункове навантаження ліфтових установок Рр.л., кВт	Розрахунок навантаження електродвигунів насосів водопостачання, вентиляторів та інших санітарно-технічних установок Рст.у., кВт	Розрахункове навантаження силових електроспоживачів (ЕС) Pc, кВт
5,6	8	13,6
11,2	12,8	24
5,6	8	13,6
12,6	12,8	25,4

Потужність резервних електродвигунів, а також електропостачання (ЕП) протипожежних пристроїв при розрахунку електричних навантажень не враховується.

Розрахункове навантаження житлового будинку (квартир та силових ЕС) у кВт, визначається за формулою:

(2.5)

де = 0,9 - коефіцієнт участі у максимумі навантаження силових ЕС.

Таблиця 2.5 Розрахунок навантаження житлового будинку

№ будівлі на плані	Розрахункове навантаження, Ркв, кВт	Розрахункове навантаження силових електроспоживачів (ЕС) Pc, кВт	Розрахункове навантаження Рр.ж.б., кВт
1	63,00	13,6	75,24
2	117,12	24	138,72
3	63,00	13,6	75,24
4	103,49	25,4	126,35

Розрахункове реактивне навантаження для житлового будинку у кВар, визначається за формулою:

(2.6)

де - розрахункове реактивне навантаження квартир, кВар;

- розрахункове реактивне навантаження силових ЕС, кВар.

(2.7)

(2.8)

де - розрахункові коефіцієнти реактивної потужності.

Отже, tgцкв = 0,2; tgцр.л. = 1,17; tgцст.у. = 0,75.

Таблиця 2.6 Розрахунок реактивне навантаження для житлового будинку

Розрахункове навантаження квартир, Ркв, кВт	Розрахункове реактивне навантаження квартир Qкв,кВар	Розрахункове навантаження двигунів ліфтів, Рр.л. кВт	Розрахункове навантаження, Рст.у., кВт	Розрахункове реактивне навантаження силових ЕС Qс,кВар	Розрахункове реактивне навантаження для житлового будинку Qр.жб.,кВар
63,00	12,60	5,6	8	12,55	23,9
117,12	23,42	11,2	12,8	22,70	43,85
63,00	12,60	5,6	8	12,55	23,9
103,49	20,7	12,6	12,8	24,34	42,61

Розрахункове навантаження гуртожитків у кВт, приведене до вводу, орієнтовно визначається за формулою:

(2.9)

де - питоме навантаження гуртожитку приймається рівним 75 Вт/м²;

- корисна (жила) площа гуртожитку, м².

Розрахункове навантаження гуртожитків, що визначається згідно з (2.9), включає в себе навантаження силових ЕС.

Розрахункова реактивна потужність гуртожитку у кВар,

(2.10)

де = 0,25.

Таблиця 2.7 Розрахунок активного і реактивного навантаження гуртожитків

Питоме навантаження гуртожитку ,Вт/м2	Корисна (жила) площа гуртожитку, ,м2	Розрахункове навантаження гуртожитків Р гурт, кВт	Розрахункова реактивна потужність гуртожитку Qгурт, кВар
75	2400	180	45

2.2 Розрахунок навантаження громадсько-комунальних підприємств та адміністративних будівель

Розрахункові електричні навантаження на вводах в громадсько-комунальні підприємства та адміністративні будівлі у кВт, при орієнтовних розрахунках необхідно визначати за укрупненим питомим навантаженням залежно від їх виробничих показників:

(2.11)

де - питоме розрахункове навантаження одиниці виробничого показника (робочого та посадочного місця, квадратного метра площі торговельного залу, койко-місця і т.п.);

П - виробничий показник, який характеризує пропускну здатність підприємства, обсяги виробництва і т.п., визначений у розділі 1.

Розрахункова реактивна потужність громадсько-комунальних підприємств та адміністративних будівель у кВар, визначається за формулою:

(2.12)

де - розрахунковий коефіцієнт реактивної потужності.

Таблиця 2.8 Розрахунок активної і реактивної потужності громадсько-комунальних підприємств та адміністративних будівель

Заклад	Питоме розрахункове навантаження	Виробничий показник, П	Розрахунковий коефіцієнт реактивної потужності	Розрахункова активна потужність Рбуд, кВт	Розрахункова реактивна потужність Qбуд, кВт
Продовольчий магазин	0,22	314,65	0,75	69,22	51,92
Промтоварний магазин	0,14	179,8	0,48	25,17	12,08
Середня школа	0,22	674,25	0,38	148,34	56,37
Дитячий садок-яслі	0,4	359,6	0,25	143,84	35,96
Поліклініка	0,15	134,85	0,48	20,23	9,71
Кафе-ресторан	0,9	35,96	0,2	32,36	6,47
Бібліотека	0,3	13,485	0,48	4,05	1,94
Комбінат побут. обслуговування	0,5	9,44	0,48	4,72	2,27
Спорткомплекс	0,15	44,95	0,2	6,74	1,35
Ринок	0,18	449,5	0,55	80,91	44,50

3. Визначення категорії електричних приймачів із забезпечення надійності електропостачання

Для надійного електроживлення заданого мікрорайону, враховуючи, що в ньому переважають споживачі другої категорії за надійністю, вибираємо кільцеву мережу 10 кВ з двостороннім живленням кожної підстанції.

Електроприймачі другої категорії - це такі електроприймачі, перерва електропостачання яких призводить до масового недовідпуску продукції, до масового простою робочих механізмів, промислового транспорту, порушення нормальної діяльності значної кількості міських і сільських жителів. Електроприймачі другої категорії рекомендується забезпечувати електроенергією від двох незалежних джерел живлення.

Для даної категорії при порушенні електропостачання одного джерела живлення допустимі перерви електропостачання на час, необхідний для включення резервного живлення діями чергового персоналу або виїзної оперативної бригадою.

4. Вибір кількості та потужності трансформаторів 10/0,4 кв. Розрахунки навантаження на шинах 0,4 кВ трансформаторних підстанцій

Підстанції вибираємо двотрансформаторні. При забудові 9 поверхів і вище є доцільним вибирати трансформатори потужністю не більше 630 кВА.

Номінальна потужність у кВА трансформаторів споживчих ТП визначається за умовою:

(4.1)

де - повне розрахункове навантаження споживачів, які приєднані до даної ТП, кВА;

N - кількість трансформаторів ТП;

- коефіцієнт завантаження трансформатора, який береться для двотрансформаторних підстанцій рівним 0,7.

Розглянувши розташування будівель на плані забудови мікрорайону, ділимо район на 7 частин, кожна з яких буде отримувати живлення від окремої споживчої трансформаторної підстанції (Рисунок 1). Повне розрахункове навантаження , кВА, на шинах 0,4 кВ ТП визначається з урахуванням того, що для житлових та громадських будівель компенсація реактивного навантаження не передбачається.

Рис. 1. Поділ проектованого мікрорайону міста на частини для встановлення споживчих ТП.

Повне розрахункове навантаження , кВА, на шинах 0,4 кВ ТП визначається з урахуванням того, що для житлових та громадських будівель компенсація реактивного навантаження не передбачається.

(4.2)

де - активне розрахункове навантаження на шинах 0,4 кВ ТП, кВт;

- реактивне розрахункове навантаження на шинах 0,4 кВ ТП, кВар.

Активне розрахункове навантаження визначається за формулою:

(4.3)

де - найбільше розрахункове навантаження житлового будинку або групи однотипних житлових будинків із числа електричних приймачів, підключених до шин 0,4 кВ ТП, кВт;

- розрахункове навантаження інших будівель, підключених до шин 0,4 кВ ТП, кВт;

- коефіцієнт участі у максимумі електричного навантаження громадських будівель або житлових будинків.

Аналогічно визначається розрахункове реактивне навантаження на шинах 0,4 кВ ТП:

(4.4)

Таблиця 4.1 Розрахунок навантаження ТП 10/0,4 кВ

№ будівлі на плані	Активне,реакт навантаж. кВт, кВар.	№ТП
		І	ІI	ІII	ІV	V	VІ	VIІ
		Кількість споживачів
1	75,24	-	-	1	4	1	-	1
	23,9
2	138,72	1	-	1	-	1	-	1
	43,85
3	75,24	1	-	1	-	1	-	1
	23,9
4	126,35	2	-	-	-	-	-	2
	42,61
5	69,22	-	1	-	-	-	1	-
	51,92
5а	25,17	-	-	-	1	-	-	-
	12,08
6	148,34	-	1	-	-	-	1	-
	56,37
7	143,84	1	1	-	-	-	2	-
	35,96
8	20,23	-	1	-	-	-	-	-
	9,71
9	32,36	-	-	1	-	-	-	-
	6,47
10	4,05	-	-	-	-	-	1	-
	1,94
11	4,72	1	-	-	-	-	-	-
	2,27
12	180	-	-	1	-	1	-	-
	45
13	6,74	-	-	-	-	1	-	-
	1,35
14	80,91	-	-	1	-	-	-	-
	44,50
Розрахунков потужності ТП	Pp	567,14	334,97	530,9	321,1	445,67	436,7	501,58
	Qp	172,42	134,44	168,26	105,26	128,57	156,8	163,57
Повна потужність	Sp	592,77	360,94	556,93	337,91	463,85	464	527,58

За величинами здійснюється вибір потужності трансформаторів ТП 10/0,4 кВ згідно зі стандартною шкалою.

Таблиця 4.2 Вибір трансформаторів на ТП 10/0,4 кВ

№ споживчої ТП	Сумарне навантаження споживачів ТП	Кількість трансформаторів на ТП та їх номінальна потужність, кВА	Марка трансформатора	Коефіцієнт завантаження трансформаторів
1	592,77	2Х400	ТМ-400	0,74
2	360,94	2Х250	ТМ-250	0,72
3	556,93	2Х400	ТМ-400	0,7
4	337,91	2Х250	ТМ-250	0,68
5	463,85	2Х400	ТМ-400	0,58
6	464	2Х400	ТМ-400	0,58
7	527,58	2Х400	ТМ-400	0,66

5. Визначення розташування трансформаторних підстанцій

Вибір місця розташування ТП 10/0,4 кВ здійснюємо з урахуванням наступних вимог:

· бути в центрі електричних навантажень;

· бути поблизу від існуючої під'їзної або запроектованої дороги з урахуванням забезпечення зручних підходів повітряних і кабельних ліній;

· розташовуватись на не затоплюваних місцях і, як правило, на місцях з рівнем ґрунтових вод нижче закладення фундаментів.

Центр навантажень будинків приймаємо співпадаючим з центром ваги будинків. Це допущення обумовлене тим, що невідомий розподіл приймачів електроенергії по площині будинку. Для визначення місця розташування трансформаторної підстанції знаходимо центр електричних навантажень підстанції за допомогою аналітичного методу додавання паралельних навантажень, що базується на теорії проекцій.

Координати центрів електричних навантажень (або місць розташування ТП) визначаються за формулами:

(5.1)

(5.2)

де n - загальна кількість будівель, які живляться від даної ТП;

x_i, - координата центру ваги і-ої будівлі до осі абсцис;

y_i - координата центру ваги і-ої будівлі до осі ординат.

Виконаємо розрахунок для ТП №1:

Аналогічно проводимо розрахунок для інших трансформаторних підстанцій та заносимо дані в таблицю 5.1.

Таблиця 5.1 Координати розміщення ТП

№ споживчої ТП	xi, мм	yi, мм
1	39	30
2	58	76
3	10	125
4	96	152
5	192	126
6	140	68
7	163	25

6. Розрахунки сумарного навантаження району населеного пункту, що проектується

Розрахункове електричне навантаження району населеного пункту, що проектується, визначається у кВт за формулою:

(6.1)

де - розрахункові навантаження трансформаторів всіх ТП району населеного пункту, що проектується, кВт;

n - кількість трансформаторів всіх ТП;

k_у - коефіцієнт, який враховує суміщення максимумів навантажень трансформаторів (коефіцієнт участі у максимумі навантаження).

PpУ = 2478 кВт

Розрахункове реактивне навантаження у кВар

(6.2)

де = 0,43 коефіцієнт реактивної потужності.

QpУ = 1065,54 кВар

7. Вибір кількості та потужності силових трансформаторів підстанції глибокого вводу з урахуванням компенсації реактивної потужності

7.1 Вибір кількості та потужності трансформаторів ПГВ

При проектуванні схем електропостачання населених пунктів як правило, передбачаються двотрансформаторні підстанції глибокого вводу (ПГВ) 110 кВ і вище для живлення окремих житлових районів.

У даному курсовому проекті передбачається, що від ПГВ, яка проектується, живиться декілька житлових районів. При цьому сумарне навантаження заданого району, що проектується, складає 25 % від навантаження всіх споживачів ПГВ. Таким чином, необхідно передбачити по три додаткових відгалуження від кожної секції шин ПГВ, поряд з відгалуженням для живлення навантаження заданого району населеного пункту, що проектується.

Вибір номінальної потужності трансформаторів ПГВ виконується згідно з повною розрахунковою потужністю:

(7.1)

де - розрахункова активна потужність ПГВ, кВт;

- розрахункова реактивна потужність ПГВ, кВар;

- потужність компенсуючих установок, кВар.

Для спрощення розрахунків потужність компенсуючих установок врахувати величиною 10% від .

SpУ = 10747,86 кВА

Потужність силових трансформаторів двотрансформаторної ПГВ рекомендується вибирати за формулою:

, кВА. (7.2)

де N - кількість трансформаторів ПГВ;

0,7 - коефіцієнт, який враховує 40% перевантаження трансформатора у післяаварійному режимі.

Sтр = 7677,04 кВА

Номінальну потужність трансформаторів .

Вибираємо два трансформатори по 10000 кВА.

Коефіцієнти завантаження у нормальному та аварійному режимах.

(7.3)

(7.4)

7.2 Вибір кількості та потужності трансформаторів власних потреб

На ПГВ трансформатори власних потреб (ТВП) використовуються для живлення засобів освітлення; приладів обігрівання (приміщення чергових, розподільні пристрої закритого типу, прилади); приводів вимикачів; блоків живлення кіл релейного захисту і автоматики; систем обдування радіаторів силових трансформаторів; компресорів (при наявності повітряних вимикачів) та ін.

Кількість трансформаторів власних потреб, що встановлюють на ПГВ, відповідає кількості силових трансформаторів (або кількості секцій шин РП-10 кВ). Розрахункове навантаження ТВП знаходять за виразом:

, кВА. (7.5)

де S _Ун - сумарна номінальна потужність силових трансформаторів ПГВ.

S_TBП = 100 кВА

Загальна потужність споживачів власних потреб першої черги забезпечення електроживленням (за умов надійності) складає:

, кВА. (7.6)

Sтвп1 = 60 кВА

За величиною S_ТВП1 здійснюється вибір потужності кожного із трансформаторів власних потреб. При цьому, повинна виконуватись умова:

, (7.7)

де S_{НОМ.ТВП} - номінальна потужність одного трансформатора власних потреб ПГВ, яка вибирається із стандартної шкали трансформаторів 10/0,4 кВ.

S_{НОМ.ТВП} вибираємо 63 кВА.

8. Вибір схеми електричних мереж

Оскільки в даному мікрорайоні переважають споживачі другої категорії за надійністю, то для живлення мікрорайону ми вибираємо кільцеву мережу 10 кВ в поєднанні з радіальною мережею 0,38 кВ. Кільцева мережа 10 кВ буде розглядатись, як лінія з двостороннім живленням, яка працює в нормально розімкненому режимі. Для даного мікрорайону схема буде такою як показана на рис. 2.

Рис. 2. Схема мережі 10 кВ мікрорайону, що проектується.

9. Розрахунки розподільчої мережі 10 кВ

Згідно з ПУЕ та Інструкцією по проектуванню міських електромереж лінії електропередачі напругою до 20 кВ на заселеній території у районах забудови будівлями висотою 4 поверхи і вище повинні виконуватись, як правило, кабельними.

Кабельні лінії прокладаються у землі (траншеях) по непроїжджій частині вулиць (під тротуарами), по дворах та технічних відведеннях у вигляді газонів. житловий електричний трансформаторний

Переріз жил кабелів повинен вибиратися за економічною густиною струму в нормальному режимі та перевірятися за допустимим довготривалим струмом в аварійному та післяаварійному режимі, а також за допустимим відхиленням напруги. При перевірці кабельних ліній за допустимим довготривалим струмом повинні бути враховані поправочні коефіцієнти: на кількість задіяних кабелів, які прокладені поряд у землі; на допустиме перевантаження в післяаварійному режимі; фактичну температуру середовища; питомий опір землі та різницю між номінальною напругою кабелю і номінальною напругою мережі.

Мінімальний переріз кабелю з алюмінієвими жилами в розподільчих мережах 10 кВ при прокладанні їх у траншеях рекомендується приймати перерізом не менше 70 мм².

Переріз кабелів по ділянках лінії необхідно приймати з урахуванням зміни навантаження ділянок по довжині. При цьому на одній лінії допускається використання кабелів не більше трьох різного перерізу.

Перед тим, як приступити до вибору перерізу кабельних ліній, необхідно визначити потокорозподіл у вибраній схемі електричної мережі 10 кВ, як лінії з двостороннім живленням.

9.1 Визначення потокорозподілу мережі

Для визначення потокорозподілу мережі зобразимо її як лінію з двостороннім живленням. Після чого визначимо потужності, що протікають по кожній з ділянок.

Рис. 3. Лінія з двостороннім живленням.

Для визначення активних потужностей, що протікають на ділянках використовуємо вираз:

, кВт. (9.1)

де - потужність і-ої підстанції;

- сумарна довжина мережі, що розраховується;

- довжина і-ої ділянки.

Аналогічно виконуємо розрахунки для перетоків реактивної потужності:

, кВар (9.2)

Та повне розрахункове навантаження для кожної ділянки, користуючись виразом:

, кВА (9.3)

Таблиця 9.1 Розрахунок потокорозподілу лінії

Ділянки	Довжина, км	Перетоки на ділянках
		P, кВт	Q, кВар	S, кВА
La-1	0,210	1547,49	507,79	1628,67
L1-2	0,150	980,35	335,37	1036,13
L2-3	0,210	645,38	200,93	675,94
L3-4	0,270	114,48	32,67	119,05
L4-5	0,294	206,62	72,59	219
L5-6	0,231	652,29	201,16	682,6
L6-7	0,138	1088,99	357,96	1146,31
L7-a`	0,174	1590,57	521,53	1673,89

9.2 Вибір перерізу кабеля

Згідно ПУЕ дозволяється виконувати мережу одним перерізом кабелю. Для вибору перерізу кабелю скористаємося економічно доцільним перерізом жил за густиною струму, що визначається за формулою:

(9.4)

де - розрахунковий струм і-ої ділянки лінії в нормальному режимі, А;

- нормоване значення економічної густини струму, А/мм².

Струм і-ої ділянки розраховується як:

, А. (9.5)

де - повне навантаження і-ої ділянки лінії згідно з даними розрахунків, як лінії з двостороннім живленням, кВ.А;

- номінальна напруга кабельної лінії, кВ.

Виконуємо розрахунок струму для а-1 ділянки, так як в цій лінії протікає найбільша потужність.

Iроз,і = 94,03 А

Для кабелів з алюмінієвими жилами економічна густина струму приймається рівною =1,4 А/мм²

Se,і = 67,17 мм²

Вибираємо кабель ААПБШв-70 мм².

Фактичний переріз жил кабелів перевіряється за умовами довготривалого допустимого нагрівання. При цьому повинне виконуватися наступне співвідношення:

(9.6)

де - максимальний розрахунковий струм у післяаварійному режимі;

= 1,25 - коефіцієнт аварійного перевантаження;

- поправочний коефіцієнт на температуру зовнішнього середовища;

- поправочний коефіцієнт, який враховує відмінність питомого опору землі від 120 см·К/Вт;

- поправочний коефіцієнт на кількість працюючих кабелів, прокладених поряд у землі;

- поправочний коефіцієнт для кабелів, які працюють при напрузі, відмінній від номінальної, при рівності номінальної напруги кабелю і мережі =1;

- довготривалий допустимий струм одиничного кабелю при нормальних умовах прокладання.

Виконуємо перевірку:

94,03 ? 1,25*1*1*1*1*195

94,03 ? 243,75

Умова виконується.

9.3 Розрахунок струмів короткого замикання

Розраховуємо струми короткого замикання на шинах центру живлення та на шинах кожної з споживчих підстанцій по стороні 10 кВ. Струми розраховуємо для випадку найбільшої віддаленості від центру живлення.(Рисунок 4)

Рис. 4. Розрахункові точки короткого замикання в мережі.

Беручи до уваги, що на шинах 110кВ підстанції глибокого вводу потужність короткого замикання S_КЗ=100 МВА і прийнявши базисну потужність S_б=100 МВА, розрахунки проводимо у відносних одиницях за формулою:

, (9.7)

де - базисний струм короткого замикання;

- опір короткого замикання.

, (9.8)

А

Складаємо схему заміщення лінії для визначення опорів точок короткого замикання:

Визначаємо струм короткого замикання у точці К1.

Визначаємо струм короткого замикання у точці К2.

Zкз_К2 = 1,075 Ом

Ікз_К2 = 5370,7 А

Визначаємо струм короткого замикання у точці К3.

Zкз_К3 = 1,096 Ом

І кз_К3 = 5267,795 А

Визначаємо струм короткого замикання у точці К4.

Zкз_К4 = 1,131 Ом

І кз_К4 = 5104,777 А

Визначаємо струм короткого замикання у точці К5.

Zкз_К5 = 1,185 Ом

І кз_К5 = 4872,154 А

Перевірка кабелів на термічну стійкість до струмів короткого замикання.

Ступінь термічної дії струму КЗ на провідники та електричні апарати визначається за значенням інтегралу Джоуля В_к.

Для однопроменевої схеми інтеграл Джоуля може бути розрахований за формулою:

(9.9)

де - діюче значення періодичної складової струму КЗ від еквівалентного джерела енергії (системи), А;

- постійна часу затухання аперіодичної складової струму КЗ від еквівалентного джерела, приймається рівною 0,05 с;

- розрахунковий час дії струму КЗ, с.

(9.10)

де - повний час відключення вимикача, с;

- час дії релейного захисту, с.

У тих випадках, коли , інтеграл Джоуля можна визначати за більш простою формулою:

(9.11)

Розраховуємо інтеграл Джоуля для кожної точки короткого замикання, де tк = 0,6 с, а = 0,05с.

Для точки К1:

Вк_К1 = 19540496

Для точки К2:

Вк_К2 = 18748872

Для точки К3:

Вк_К3 = 18037282

Для точки К4:

Вк_К4 = 16938186

Для точки К5:

Вк_К5 = 15429625

Кабель має достатню термічну стійкість, якщо його кінцева температура нагрівання струмом КЗ не перевищує допустиму , оскільки виконується умова:

(9.12)

де С для кабелів з паперовою насиченою ізоляцією напругою до 10 кВ.

Кінцева температура нагрівання визначається за кривою залежності цієї температури від функції , А²с/мм⁴, яка розраховується наступним чином

(9.13)

де s - переріз жили кабелю, мм²;

В_к - інтеграл Джоуля, А²с;

- значення функції , яке відповідає початковій температурі нагрівання кабелю, А²с/мм⁴

При відсутності даних про попереднє навантаження кабелю його початкову температуру приймають рівною допустимій температурі довготривалого режиму. Для кабелів з алюмінієвими жилами напругою до 10 кВ С. Цій температурі відповідає = 0,510⁴ А²с/мм⁴. Розраховуємо значення функції для кожної з точок короткого замикання і з графічної залежності зображеної на рисунку 5 визначаємо кінцеву температуру нагріву кабелю, де = 0,5 *10⁴ А²с/мм⁴ Отже:

Для точки К1:

А_К1 = 0,8988*10⁴ А²с/мм⁴

Для точки К2:

А_К2 = 0,8826*10⁴ А²с/мм⁴

Для точки К3:

А_К3 = 0,8681*10⁴ А²с/мм⁴

Для точки К4:

А_К4 = 0,8457*10⁴ А²с/мм⁴

Для точки К5:

А_К5 = 0,8149*10⁴ А²с/мм⁴

За графіком виконуємо перевірку на кінцеву температуру нагрівання кабелю.

Як видно з розрахунків, значення температури кабелю =100-110С це задовольняє умову .

9.4 Перевірка кабелів на допустиме відхилення напруги

Згідно норм, щодо якості електричної енергії, нормально допустимі значення відхилення напруги на затискачах енергосистеми складають ±5%, а гранично допустимі ±10 %. Для забезпечення таких параметрів на затискачах споживачів 0,38 кВ необхідно,щоб в розподільчій мережі 10 кВ значення відхилення напруги знаходилось в межах максимально допустимих втрат напруги. Оскільки ми проектуємо мережу, то прийнято брати значення усереднених втрат напруги, що складають ±6%() . Значення втрат напруги на ділянках лінії 10 кВ кільцевої мережі розраховуємо за формулою:

(9.14)

де Рі - активна потужність і-ої ділянки мережі, кВт;

Qі - реактивна потужність і-ої ділянки мережі, кВар;

rі, xі - активний і реактивний опір і-ої ділянки мережі, Ом;

U - напруга мережі, В;

U_ном - номінальна напруга мережі, кВ.

Розраховуємо втрати напруги на ділянках кільцевої мережі до точки потокорозподілу, для кабелю ААПБШв-70 мм² rі, xі відповідно 0,443 і 0,086

?Uл1 = 0,153 В

?Uл2 = 0,069 В

?Uл3 = 0,064 В

?Uл4 = 0,014 В

Визначимо напругу на шинах споживчої ТП 4, яка є точкою потокорозподілу мережі і визначимо відхилення напруги від номінального значення.

Uпс5 = 10000 - 0,153 - 0,069 - 0,064 - 0,014 = 9999,7 В

Оскільки, відхилення напруги задовольняє умову , то переріз проводу вибрано правильно.

10. Вибір обладнання на напругу 10 кВ

10.1 Вибір вимикачів

Для вводу 10 кВ підстанції глибокого вводу вибираємо вакуумний вимикач BB-TEL 630 і перевіряємо його за наступними параметрами.

Параметри вимикача	Умови вибору	Паспортні дані	Розрахункові дані електричної мережі
Номінальна напруга, кВ	>	10	10
Номінальний струм, А	>	630	94,03
Допустимий струм вимикання, кА	>	20	5,483
Динамічна стійкість	>	-	-
Термічна стійкість	>	1200	60

де - номінальна напруга вимикача, кВ;

- номінальний струм вимикача, А;

- робочий максимальний струм, А;

- допустимий струм вимикання, А;

- усталений струм трифазного короткого замикання, кА;

- струм динамічної стійкості, кА;

- ударний струм трифазного короткого замикання, кА;

- струм термічної стійкості вимикача, кА;

t_К - номінальний час термічної стійкості вимикача, с;

t_ПР - зведений час термічної дії струму короткого замикання.

10.2 Вибір запобіжників

Для захисту від струмів КЗ трансформаторів ТП 10/0,4 кВ з боку 10 кВ використовуються запобіжники з кварцовим наповнювачем серії ПКТ. Для споживчих трансформаторних підстанцій потужністю 2*250 вибираємо запобіжники ПКТ-10 з номінальним струмом 40 А, для ТП потужністю 2*400 - ПКТ-10 з номінальним струмом 50 А.

10.3 Вибір засобів релейного захисту і автоматики мережі 10 кВ

Для захисту повітряної лінії 10 кВ використовують максимальний струмовий захист (МСЗ).

У мережах напругою 10 кВ максимальний струмовий захист виконується у двофазному варіанті (трансформатори струму встановлюються в двох фазах).

Для максимального струмового захисту і створення струмової відсічки вибираємо реле РТ-81.

Розрахунок струму спрацювання МСЗ здійснюється за наступним виразом:

, А. (10.1)

де К_Н - коефіцієнт надійності, для РТ-81, К_Н =1,2;

К_СЗ - коефіцієнт самозапуску;

К_ПВ - коефіцієнт повернення, для РТ-81, К_П =0,83;

І_МАКС - максимальний розрахунковий струм навантаження, А.

Коефіцієнт самозапуску для населеного пункту може мати значення 1,1...1,8. К_СЗ=1,7.

Струм спрацювання реле визначається за формулою:

, А. (10.2)

де К_СХ - коефіцієнт схеми (при з'єднанні трансформаторів струму в неповну зірку К_СХ=1);

К_ТС - коефіцієнт трансформації трансформаторів (К_ТС=300/5=60).

Приймаємо уставку І_уст=5 А.

Після вибору струму уставки реле необхідно визначити уточнене значення струму спрацювання захисту:

, А. (10.3)

Уточнене значення струму спрацювання захисту перевіряється за умовою доцільності його застосування:

, (10.4)

де - коефіцієнт чутливості (для основного захисту 1,5);

- мінімальний струм КЗ в кінці ділянки, яка захищається:

. (10.5)

Далі проводиться узгодження МСЗ лінії 10 кВ з роботою запобіжників споживчих ТП 10/0,4 кВ. Номінальні струми плавких вставок запобіжників вибирані залежно від потужності трансформаторів ТП 10/0,4 кВ.

Для визначення часу спрацювання МСЗ лінії 10 кВ та погодження її з часом спрацювання запобіжника найвіддаленішої ТП 10/0,4 кВ будують карту узгодження захисту мережі (рис. 5), на якій по осі абсцис відкладають струм КЗ, а по осі ординат - час спрацювання захисту.

На карті узгодження будується захисна характеристика вибраного запобіжника через точку, яка відповідає струму короткого замикання на шинах 10 кВ ТП 10/0,4 кВ, проводять паралельну осі ординат (вертикальну) пряму. Перетин цієї прямої із захисною характеристикою запобіжника визначає час його спрацювання .

Карта доповнюється часово-струмовою характеристикою обраного МСЗ. Точка часу спрацювання максимального струмового захисту лінії 10 кВ повинна бути розташована на вищезазначеній вертикальній прямій не нижче рівня t = t_З.П.+ ( - ступінь селективності).

Для прискорення дії захисту ліній максимальний струмовий захист може доповнюватися струмовою відсічкою, яку використовують для негайного вимикання пошкодженої ділянки при короткому замиканні в певній зоні. Щоб забезпечити вибірність захисту (відстройку за струмом від захисту наступної ділянки), беруть відповідний коефіцієнт надійності К_н .

Рисунок 5

Селективність струмової відсічки забезпечується відповідним вибором струму її спрацювання:

, А. (10.6)

А

де К_н - коефіцієнт надійності (вибирається із паспортних даних вибраного реле струмової відсічки);

- максимальний струм трифазного короткого замикання в місці встановлення більш віддаленого від джерела живлення комплекту захисту.

Для відстроювання струмової відсічки від кидка намагнічувальних струмів трансформаторів ТП необхідно задовольнити умову:

,А. (10.7)

, А.

де - сумарна встановлена потужність трансформаторів 10/0,4 кВ, приєднаних до лінії, що захищається. Струм спрацювання реле струмової відсічки:

, А. (10.8)

де I_CВ - більша із величин за умовами (10.6) і (10.7).

За значенням I_С.РВ вибирають згідно з паспортними даними реле струмової відсічки I_уст. I_уст=130А

Уточнений первинний струм відсічки (струм спрацювання захисту):

, А. (10.9)

Коефіцієнт чутливості відсічки за умовою доцільності її застосування

, (10.10)

де - мінімальний струм короткого замикання на початку лінії (у місці встановлення захисту).

Застосування струмової відсічки доцільне, якщо зона її дії охоплює не менше 10 - 15 % довжини лінії, що захищається. Струмова відсічка, як правило, не захищає всю довжину лінії і тому не може бути її основним захистом.

10.4 Розрахунки ємнісного струму замикання на землю в мережі 10 кВ. Вибір д...