Электроснабжение микрорайона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство по образованию и науке РФ

ГОУ ВПО «Вологодский государственный технический университет»

Факультет: Электроэнергетический

Кафедра: Электрооборудования

Дисциплина: Системы электроснабжения

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Электроснабжение микрорайона «Можайский по Пошехонскому шоссе

в г. Вологде (Восточная часть)»

Выполнил студент группы ЭО-43 Никитин А.В.

Проверил преподаватель Орлов В.В.

Вологда 2010



Календарный план выполнения ВКР

№ п/п	Выполняемая студентом работа	Сроки выполнения	Отметка о выполнения	Примечание
1	п.4.1., п.4.2., п.4.3	2.02-30.02	10 %
2	п.4.4.	1.03-10.03	15 %
3	п.4.5.	11.03-20.03	25 %
4	п.4.6.	21.03-31.03	35 %
5	п.4.7.	1.04-15.04	50 %
6	п.4.8.	16.04-30.04	70 %
7	п.4.9.	1.05-7.05	80 %
8	п.4.10.	8.05-15.05	90 %
9	Оформление чертежей и расчетно-пояснительной записки	16.05-30.05	100 %

Студент ______________ (__________________) «___» __________ 20__г.

(подпись) (расшифровка)

Руководитель ВКР ______________ (____Орлов В.В ____) «_8_» ____02_____ 2010__г.

(подпись) (расшифровка)



ВВЕДЕНИЕ

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

Территория города включает в себя следующие части: промышленная, селитебная (жилая), коммунально-складская, места отдыха населения. Селитебная часть города состоит из микрорайонов. Микрорайоны обычно проектируются на 6, 12 или 18 тыс. жителей. Площадь жилой застройки обычно около 20% от общей площади города.

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

Проектирование системы электроснабжения должно осуществляться на сроки, согласованные с общим генеральным планом развития города на перспективу 15-25 лет, с учетом динамики всех факторов энергоснабжения и города: питающей энергосистемы и состава потребителей, требований охраны природы, технико-экономических показателей и т.п.

Объектом проектирования для данного дипломного проекта был выбран микрорайон города Вологды. Микрорайон типичен для городов с населением от 100 тыс. жителей.

В данном дипломном проекте предусматривается выполнение следующих разделов: расчет электрических нагрузок, определение числа и мощности силовых трансформаторов, выбор РП и питающих кабелей, расчет токов короткого замыкания.

1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОРАЙОНА

В данном дипломном проекте рассматривается электроснабжение жилого микрорайона города. Исходными данными для проектирования является генеральный план микрорайона, который представлен на листе (лист 1) со сведениями об этажности зданий и количестве квартир.

В микрорайоне предусмотрено наличие объектов социально-культурной сферы: детский клуб, детские сады, школы, народный суд, столовая-кафе, магазины, отделение почты и прачечной.

Жилой фонд состоит из 5-ти, 9-ти, 10-ти, и 12-ти этажных домов, подключенных к сетям природного газа и оборудованных электроплитами.

Объекты социальной сферы оборудованы электроплитами.

Потребители получают питание от трансформаторных подстанций (ТП), расположенных на территории микрорайона.

Микрорайон ограничивают улицы, являющиеся магистральными, районного значения категории Б по классификации.



2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ НАГРУЗОК МИКРОРАЙОНА

2.1 Определение расчетной нагрузки жилых зданий

Расчетная нагрузка здесь и далее определяется на основании [1].

Расчетная электрическая нагрузка квартир Р_кв, кВт, приведенная к вводу жилого здания определяется по формуле:

, кВт, (2.1)

где Р_кв.уд - удельная расчетная электрическая нагрузка электроприемников квартир (зданий) по табл. 6.1 [1] (кВт/квартира);

- количество квартир.

Расчетная нагрузка силовых электроприемников Р_с, кВт, приведенная к вводу жилого дома, определятся по формуле:

, кВт. (2.2)

Мощность лифтовых установок Р_р.л, кВт определяется по формуле:

, кВт, (2.3)

где - установленная мощность электродвигателя i-го лифта по паспорту, кВт;

- число лифтовых установок, питаемых линией;

- коэффициент спроса, определяемый по табл. 6.4[1] в зависимости от количества лифтовых установок и этажности зданий.

Расчетная нагрузка линий питания электродвигателей санитарно-технических устройств определяется по их установленной мощности с учетом коэффициента спроса принимаемого по табл. 6.9[1].

Мощность резервных электродвигателей, а также электроприемников противопожарных устройств, при расчете электрических нагрузок не учитывается.

Расчетная нагрузка жилого дома (квартир и силовых приемников) Р_р.ж.д, кВт, определяется по формуле:

, кВт, (2.4)

где Р_кв - расчетная нагрузка квартир, приведенная к вводу жилого дома, кВт;

Р_с - расчетная нагрузка силовых электроприемников жилого дома, кВт;

К_у - коэффициент участия в максимуме нагрузки силовых электроприемников (равен 0,9).

Расчетная реактивная мощность жилого дома Q_р.ж.д, квар, определяем следующим образом:

, квар, (2.5)

где - расчетные коэффициенты реактивной мощности;

Р_кв - расчетная электрическая нагрузка квартир, приведенная к вводу жилого дома, кВт;

Р_р.л - мощность лифтовых установок зданий, кВт;

Р_ст.у - мощность электродвигателей насосов водоснабжения, вентиляторов и других санитарно-технических устройств, кВт.

Расчетные коэффициенты реактивной мощности жилых домов принимаем по 6.12 [1].

Полная электрическая нагрузка жилого дома (квартир и силовых электроприемников) S_р.ж.д, кВ·А, определяется по формуле:

, кВ·А, (2.6)

где Р_р.ж.д - расчетная электрическая нагрузка жилого дома (квартир и силовых электроприемников), кВт;

Q_р.ж.д - расчетная реактивная мощность жилого дома, квар.

Расчетный ток здания I_р.ж.д , А, определяется по формуле:

, А, (2.7)

где S_р.ж.д - полная электрическая нагрузка жилого дома (квартир и силовых электроприемников), кВ·А;

U_н. - номинальное напряжение, кВ.

Приведем пример расчета жилого пятиэтажного дома, имеющего 4 подъезда и 40 квартир с электрическими плитами. Данное здание на генплане (лист 1) обозначено номером 7.

По формуле (2.1) определяем расчетную нагрузку квартир:

(кВт).

По формуле (2.2) определяем расчетную нагрузку силовых электроприемников:

(кВт).



По формуле (2.4) определяем расчетную нагрузку жилого дома:

(кВт).

Реактивную нагрузку силовых электроприемников здания определим по формуле (2.5):

;;;

(квар).

Полную электрическую нагрузку жилого дома (квартир и силовых электроприемников) S_р.ж.д, кВ·А, определим по формуле (2.6):

(кВ·А).

Расчетный ток здания определим по формуле (2.7):

(А).

Расчеты для остальных потребителей выполняются аналогичным образом с использованием соотношений, приведенных выше. Результаты представлены в таблице ПРИЛОЖЕНИЕ Б.

2.2 Определение расчетной нагрузки общественных зданий

Укрупненные удельные нагрузки и коэффициенты мощности общественных зданий массового строительства для ориентировочных расчетов рекомендуется принимать по [1], табл. 6.14.

Пример расчета (для школы на 22 класса):

Активная нагрузка:

, кВт , (2.8)

где Р_уд - удельная нагрузка, кВт/чел;

n - число учащихся.

Реактивная нагрузка здания:

, квар. (2.9)

Полная нагрузка здания:

, кВ·А. (2.10)

(кВт);

(квар);

(кВ·А).

Результаты расчета приведены в таблице ПРИЛОЖЕНИЕ В и особых пояснений не требуют.



3. СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ

3.1 Определение расчетной нагрузки наружного освещения

Основной задачей наружного освещения микрорайона города является обеспечение безопасности движения транспорта и пешеходов в темное время суток.

Наружное освещение включает в себя осветительные установки улиц, дорог, площадей пешеходных переходов, территорий микрорайонов, детских дошкольных и школьных учреждений и других зданий коммунального и общественного назначения. Уровень освещения для них регламентируется величиной средней горизонтальной освещенности, которая для улиц, дорог и площадей категории Б должна быть 6 лк, для улиц и дорог категории В при переходном типе покрытий -- 4 лк и при покрытии низшего типа -- 2 лк. [2]

Расчет производится точечным методом. [3].

Проектирование наружного освещения основывается на классификации дорог, улиц и площадей по требованиям, предъявляемым к условиям зрительной работы на этих объектах. Согласно классификации [3 табл.25], в проекте имеются магистральные улицы районного значения категории Б, а также улицы и дороги местного значения категории В.

Рассчитывается освещение улиц, ограничивающих микрорайон. При ширине проезжей части 8 метров, с учетом рекомендаций [3], принимаем однородное одностороннее расположение светильников: на опорах с одной стороны проезжей части.

Количество светильников на опоре предполагается изначально равным 1. С помощью точечного метода [3], рассчитаем освещенность в самых удаленных точках дороги, где освещенность от светильников будет минимальна. По [2 табл.11] средняя горизонтальная освещенность дорог, относящихся к дорогам категории Б должна составлять 10 лк.

На первом этапе расчета равномерно располагаются светильники по периметру дороги с шагом равным 30 метрам.

Ширина проезжей части дорог, ограничивающих микрорайон, разная, поэтому приведем пример расчета освещенности для каждой отдельно. К категории Б относятся улицы Сергея Преминина, Молодежная, Ярославская; к категории В относятся улицы прилегающие к жилым домам и общественным зданиям.

Ширина проезжей части улиц Сергея Преминина, Молодежная составляет 8 метров, поэтому с учетом рекомендаций [3] принимаем одностороннюю схему расположения светильников: на опорах с одной стороны проезжей части.

Ширина проезжей части Ярославской улицы составляет 16 метров, поэтому с учетом рекомендаций [3] принимаем двухрядную прямоугольную схему по осям улицы расположения светильников.

Далее для определения мощности лампы необходимо найти суммарную условную освещенность (), создаваемую ближайшими источниками света.

Световой поток источника света в каждом светильнике, обеспечивающий получение в выбранной контрольной точке освещенности Е будет определяться по формуле:

, лм, (3.1)

где - коэффициент запаса, равный 1,5;

- освещенность в контрольной точке, равна 10 лк. [2];

- коэффициент дополнительной освещенности, равный 1,1-1,2;

- суммарная условная освещенность, создаваемая ближайшими источниками света.

Пользуясь точечным методом [3] и кривыми силы света для светильника типа ГКУ-001 [4] (тип кривой силы света “Ш”), находится суммарная условная освещенность (), создаваемая ближайшими источниками света. Выберем точки для определения условной освещенности, при этом расстояние между светильниками в ряду составляет 30 м.

Рисунок 3.1 Расчет освещенности точечным методом

Расчет условной освещенности сводится в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Освещенность в контрольных точках

Контрольная точка	№ источника света	d, м	Условная освещенность
			Одного светильника	Суммарная от всех светильников
А	1,2	16	0,417	0,834
	3	46	0,011	0,011
	-	-	-	=0,845
Б	1,2	15	0,479	0,958
	3	45	0,011	0,011
	-	-	-	=0,969

Так как условная суммарная освещенность получилась меньше в точке А, то и расчет светового потока источника света будет выполняться для точки А.

Отсюда по формуле (3.1) находится поток:

(лм).

По [4] выбирается тип лампы ДРИ-250 и, соответственно, светильник типа ГКУ 21-250-001.

Установка светильников наружного освещения выполняется на кронштейнах серии «Стандарт» 0,4 кВ выше проводов ВЛ. Над проезжей частью улиц, дорог и площадей светильники данного типа должны устанавливаться на высоте не менее 9,3 м [3]. Питание установок наружного освещения выполняется непосредственно от ТП.

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

, кВт, (3.2)

где - коэффициент спроса, равен 1 в соответствии с [2];

- количество светильников, шт.;

- мощность светильника, кВт.

Определяется расчетная активная мощность осветительных приборов по формуле (3.2):

(кВт).

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

, квар, (3.3)

где - расчетная активная мощность осветительных приборов, кВт;

- коэффициент мощности осветительных приборов, квар.

Определяется расчетная реактивная мощность осветительных приборов по формуле (3.3):

(квар),

где - коэффициент мощности светильника (в нашем случае =0,62, т.к. данные светильники оснащены конденсаторами).

Полная электрическая мощность, кВ·А, определяется по формуле:

, кВ·А, (3.4)

где - расчетная активная мощность осветительных приборов, кВт;

- расчетная реактивная мощность осветительных приборов, квар.

Далее определяется полная электрическая мощность по формуле (3.4):

(кВ·А).

Расчетный ток , А, определяется по формуле:

,А , (3.5)

где - полная электрическая мощность светильников, кВ·А;

- номинальное напряжение, кВ.

Определяется расчетный ток по формуле (3.5):

(А).

Питание светильников уличного освещения для различных участков дороги будет осуществляться от различных трансформаторных подстанций. Но между крайними светильниками соседних участков магистральных улиц городов рекомендуется [5] предусматривать нормально отключенные перемычки (резервные кабельные линии), поэтому при выборе питающих кабельных линий ведется расчет по нагрузке всех светильников.

Аналогичным образом производится расчет наружного освещения для территории микрорайона(185 светильников). Полученные данные сводятся в таблице 3.2.

Таблица 3.2 Расчет наружного освещения территории микрорайона

Название улиц	Тип светильника	Мощность лампы, Вт	, кВт	, квар	, кВА	, А
Территория микрорайона	ГКУ 21-150-001	250	46,25	28,7	54,4	78,7

В дипломном проекте производится светотехнический расчет для школьного стадиона (на генплане лист 1).

Расчет активной и реактивной мощности осветительных приборов производим аналогично тому, что мы производили выше. Приведем пример расчета освещенности для школьного стадиона. Количество светильников на опоре предполагается изначально равным 1. С помощью точечного метода [3], рассчитаем освещенность в самых дальних точках корта, где освещенность от светильников будет минимальна. По [2 таблице 14] средняя освещенность стадиона должна быть 10 лк. На первом этапе расчета равномерно располагаем, светильники по площади корта, отсюда общее количество светильников будет равно 10 шт. Далее для определения мощности лампы необходимо найти суммарную условную освещенность (), создаваемую ближайшими источниками света.



Рисунок 3.2 Расчет освещенности стадиона точечным методом

Расчет условной освещенности сведем в таблице 3.3

Таблица 3.3 Расчет наружного освещения стадиона

Контрольная точка	№ источника света	d,м	Условная освещенность
			Одного светильника	Суммарная от всех светильников
А	1,6	21	0,345	0,69
	2,7	30	0,09	0,18
	3,8	47	0,011	0,022
				=0,892
Б	1,6	30	0,09	0,18
	2,7	21	0,345	0,69
	3,8	30	0,09	0,18
	4,9	47	0,011	0,022
				=1,072

Так как условная суммарная освещенность получилась, меньше в точке А, то и расчет светового потока источника света будем выполнять для точки А.

(лм).

По [6] выбираем тип лампы ДРИ-250 и, соответственно, светильник типа ГКУ 21-250-001.

Далее по формулам (3.2), (3.3), (3.4), (3.5) найдем активную, реактивную, полную мощность и ток, соответственно.

(кВт);

(квар);

(кВ·А);

(А).

Общая осветительная нагрузка для микрорайона сводится в табл. 3.4.

Таблица 3.4 Осветительная нагрузка микрорайона

Освещаемый объект	Тип светильника	Мощность лампы, Вт	Кол-во	, кВт	, квар	, кВА	, А
Улицы категории Б	ГКУ 21-250-001	250	72	18	11,2	21,2	30,7
Улицы категории В	ГКУ 21-250-001	250	185	46,25	28,7	54,4	78,7
Школьный стадион	ГКУ 21- 250-001	250	10	2,5	1,55	2,94	4,25
Итого				66,75	41,45	78,6	113,6

Количество светильников для ТП равно: ТП1-70, ТП2-49, ТП3-69, ТП4-79.

Рассчитаем осветительную нагрузку, распределенную по ТП. Примем cosц=0,85 (есть индивидуальная компенсация реактивной мощности), тогда tgц=0,62.

ТП1:

(кВт);

(квар).

ТП2:

(кВт);

(квар).

ТП3:

(кВт);

(квар).

ТП4:

(кВт);

(квар).

3.2 Выбор сечения проводников осветительной сети

Питание светильников уличного освещения для различных участков дороги будет осуществляться от различных трансформаторных подстанций. Но между крайними светильниками соседних участков магистральных улиц городов рекомендуется [5] предусматривать нормально отключенные перемычки (резервные кабельные линии), поэтому при выборе питающих кабельных линий ведется расчет по нагрузке всех светильников.

Сети наружного освещения городов выполняются трехфазными с глухо заземленной нейтралью, в них применяются четырех- и пятипроводные линии. Пятипроводные линии, в которых реализуется система заземления TN-S, рекомендуется применять на улицах с интенсивным пешеходным движением и на территориях детских учреждений. На территории детских учреждений в целях электробезопасности система уличного освещения выполняется кабелем, прокладываемом в земле.

Ответвления от распределительных линий к светильникам выполняется по трехпроводной схеме. В цепи фазного питающего провода необходима установка предохранителя. Предусматривается защитное заземление каждой опоры и кронштейна для крепления светильника.

Полная электрическая мощность , кВ·А осветительной линии равна (пункт 3 пояснительной записки):

(кВ·А).

Расчетный ток,А (пункт 3 пояснительной записки):

(А).

Выбирается кабель от ТП до первой опоры и провод воздушной линии.

Выбранный тип провода или кабеля должен строго соответствовать его назначению, характеру среды, способу прокладки. Выбор сечений кабелей наружного освещения, кабелей для освещения детских садов осуществляется по условиям (7.2 - 7.3) пояснительной записки.

Выбирается кабель от ТП до опоры ВЛ - АВБ_бШ_В 4х35 и СИП-1А 3х25+1х35 - провод самонесущий с алюминиевыми фазными токопроводящими жилами, с изоляцией из светостабилизированного термопластичного полиэтилена с нулевой несущей жилой из алюминиевого сплава, изолированной светостабилизированным термопластичным полиэтиленом, для котрого:

мОм/м;

мОм/м.

Для освещения детского сада выбирается кабель АВБ_бШ_В - 4х6.

При количестве жителей в населённом пункте более 50 тыс. человек должно предусматриваться централизованное телемеханическое управление, обеспечивающее двухсторонний обмен информацией между диспетчерскими и исполнительными пунктами, достаточный для нормального функционирования установок наружного освещения.



4. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ЧИСЛА ТП, СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТП И ИХ МОЩНОСТИ

4.1 Выбор места расположения ТП

Оптимальное расположение ТП на генеральном плане микрорайона определяется по методике из [6]. Условный центр активной нагрузки (УЦН) определяется по выражениям:

, . (4.1)

Условный центр реактивной нагрузки (УЦН) определяется по выражениям:

, , (4.2)

где P_i - активная мощность i-го потребителя, кВт;

Q_i - реактивная мощность i-го потребителя, квар;

x_i - координата по оси ОХ i-го потребителя;

y_i - координата по оси ОY i-го потребителя.

В данной методике доказано, что областью размещения координат условного центра нагрузок являются эллипсы. Если источник питания (в нашем случае ТП) расположить в зоне эллипса рассеяния, то затраты на систему электроснабжения (в нашем случае на кабельные линии) будут минимальными.

Предварительно намечаем количество ТП, равное четырем. Таким образом, разбиваем микрорайон на 4 части, получаем 4 начала координат. Далее расчет производим по формулам, приведенным выше.

Найдем условные центры нагрузок (УЦН) для всех частей микрорайона. Данные расчетов приведены в ПРИЛОЖЕНИИ Г и пояснения не требуют. Координаты по генплану (Лист 1).

По формулам (4.1), (4.2), определяется оптимальное расположение ТП на генплане (лист1).

ТП1:

- условный центр активной нагрузки:

м, м;

- условный центр реактивной нагрузки:

м, м.

Располагаем ТП в соответствии с полученными результатами, учитывая реальное расположение объектов, проездов, тротуаров, а также архитектурных особенностей.

Дальнейший расчет проводим аналогичным образом. Результаты расчета приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 Условный центр активной и реактивной нагрузки

№ ТП
	м	м	м	м
ТП1	107	88	88	76,6
ТП2	89,5	120,4	89,1	124,4
ТП3	115,6	121,2	136,1	129,9
ТП4	76,2	131	67,6	141

В результате расчетов было определено оптимальное размещение ТП на территории микрорайона. ТП №1, ТП №2 располагается в расчетном центре нагрузок. Центры нагрузок для ТП №3, ТП №4 попали на жилой дом и территорию детского сада, поэтому при выборе места расположения ТП были смещены ближе к источнику питания, что снижает капитальные затраты на сооружение сетей.

Расчетная нагрузка для вечернего максимума для ТП определяется по формуле:

, кВт, (4.3)

где Р_{р,ж. наиб.} - наибольшая нагрузка из жилых домов, кВт;

к_у,i - коэффициент участия в максимуме i-го потребителя из жилых домов;

Р_р.ж.i - нагрузка i-го жилого дома, кВт;

к_у,j - коэффициент участия в максимуме j-го потребителя из общественных зданий;

Р_р.общ.j - нагрузка j-го общественного здания, кВт.

Расчетная нагрузка для дневного максимума для ТП определяется по формуле:

, кВт (4.4)

где Р_{р,общ. наиб.} - наибольшая нагрузка из общественных зданий, кВт;

к_у,i- коэффициент участия в максимуме i-го потребителя из жилых домов;

Р_р.ж.i- нагрузка i-го жилого дома, кВт;

к_у,j- коэффициент участия в максимуме j-го потребителя из общественных зданий;

Р_р.общ.j- нагрузка j-го общественного здания, кВт.

Пример расчета (для ТП1)

Дневной максимум (активная нагрузка):

;

(кВт).

Вечерний максимум (активная мощность):

;

(кВт).

Дневной максимум (реактивная мощность):

;

(квар).

Вечерний максимум (реактивная мощность):

;

(квар).

Расчеты для остальных ТП проводятся аналогичным образом и пояснений не требуют. Результаты расчетов нагрузки ТП приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 Результаты расчетов нагрузки ТП

	ТП 1	ТП 2	ТП 3	ТП 4
	Рр, кВт	Qр, квар	Рр, кВт	Qр, квар	Рр, кВт	Qр, квар	Рр, кВт	Qр, квар
Дневной максимум	549	209,2	750,1	328,3	516,9	215,6	1090,3	409,7
Вечерний максимум	818,1	311,6	1288	474,4	1044,8	399,9	885,4	340

4.2 Выбор числа и мощности трансформаторов. Выбор ТП

При выборе используем методику, приведенную в [6]. Минимальное число трансформаторов определяется:

, (4.5)

где Р_р - расчетная активная нагрузка потребителей, кВт;

к_з - коэффициент загрузки трансформатора (принимается в зависимости от категории надежности потребителей);

S_н.т. - номинальная мощность трансформатора, кВА.

Полученное N_T.min округляется до ближайшего целого числа - N_T.

Согласно [1] для жилых и общественных зданий компенсация реактивной нагрузки не предусматривается, поэтому вопрос о компенсации реактивной мощности не рассматривается.

Выбранное количество трансформаторов может передать в сеть напряжением до 1 кВ при заданном коэффициенте загрузки реактивную мощность Q_T, величина которой определяется по формуле:

, (4.6)

Если величина Q_T больше расчетной реактивной нагрузки Q_p, то установка конденсаторных батарей не требуется, а если меньше, то выбираются конденсаторные батареи.

По найденным значениям мощностей , рассчитывается загрузка трансформаторов в нормальном режиме работы:

, (4.6)

где Q_р- расчетная реактивная нагрузка потребителей, квар;

N_T - число силовых трансформаторов устанавливаемых в ТП.

Загрузка силовых трансформаторов в послеаварийном режиме характеризуется коэффициентом , который определяется по формуле:

. (4.7)

Приведем пример расчета для ТП1. Зададимся предварительным значением коэффициента загрузки согласно [6] в пределах 0,7-0,8 т.к. преобладают нагрузки II категории надежности. Далее проводим расчет по приведенным выше формулам.

.

Принимаем N_T=2

,квар;

;

.

Дальнейший расчет для выбора вариантов трансформаторов проводим аналогичным образом. Во всех случаях установка конденсаторных батарей не требуется.

Результаты расчета приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 Результаты выбора трансформаторов

ТП	, кВА
1	400	3	1,09	2,19
	630	2	0,69	1,39
	1000	2	0,44	0,88
2	630	3	1,09	2,18
	1000	2	0,69	1,37
	1600	2	0,43	0,86
3	630	3	0,89	1,78
	1000	2	0,56	1,12
	1600	1	0,35	0,7
4	630	3	0,92	1,85
	1000	2	0,58	1,16
	1600	1	0,36	0,73

Окончательное решение по выбору трансформаторов необходимо принимать на основании технико-экономического сравнения вариантов из таблицы. Это сравнение представлено в следующем подразделе, причем варианты с трансформаторами мощностью 1000 кВА для ТП-1 и 1600 кВа для ТП-2,ТП-3, ТП-4 можно исключить на данном этапе, т.к. трансформаторов в этом случае очень низкий. В этих вариантах не обеспечивается требуемая загрузка трансформаторов.

Выбираем марку трансформаторов ТМГ из-за приведенных ниже положительных характеристик. Трансформаторы ТМГ изготавливаются в герметичном исполнении, (внутренний объем не имеет сообщения с окружающей средой). Трансформаторы полностью заполнены трансформаторным маслом. Температурная компенсация объема происходит за счет пластичной деформации гофров трансформатора. Это значительно улучшает условия работы масла, исключает его увлажнение, окисление. Каталожные характеристики трансформаторов представлены в таблице 4.5.

Таблица 4.5 Каталожные характеристики и стоимость трансформаторов

Тип трансформатора	Номинальная мощность	Номинальное напряжение обмоток	Потери	UКЗ	Стоимость
		ВН	НН	ДРхх	ДРКЗ
	кВА	кВ	кВ	кВт	кВт	%	руб.
ТМГ-400/10/0,4	400	10	0,4	0,73	5,2	4,0	201500
ТМГ-630/10/0,4	630	10	0,4	1,1	7,6	4,5	302000

4.3 Технико-экономическое сравнение выбора трансформаторов

Проведем технико-экономическое сравнение вариантов выбора трансформаторов на основании методики из [7].

Основные соотношения:

Приведенные затраты:

, руб, (4.8)

где К_КТП - капитальные вложения на городскую трансформаторную подстанцию, руб;

Н_Д - норма дисконта;

Е_а - норма амортизационных отчислений, на капитальный и текущий ремонт, руб;

И - годовые издержки на содержание схемы, руб.

Капитальные вложения определяются по формуле:

, руб/год, (4.9)

где N_T - число трансформаторов;

- цена (тыс.руб.), определяется по прайс-листам;

- коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы, связанные с приобретением оборудования (=0,05 - для оборудования массой выше 1 т);

- коэффициент, учитывающий затраты на строительные работы (=0,020,08 - в зависимости от массы и сложности оборудования);

- коэффициент, учитывающий затраты на монтаж и отладку оборудования (=0,10,15 - в зависимости от оптовой цены оборудования).

Потери энергии в трансформаторах (раздельная работа):

,кВт·час, (4.10)

где N_T- количество трансформаторов;

ДР_хх - потери холостого хода в трансформаторах, кВт;

Т_год - число часов в году (8760 ч.);

К_з - коэффициент загрузки;

ДР_к - потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

t - время максимальных потерь для коммунально-бытовых потребителей.

Время максимальных потерь электроэнергии определяется по формуле:

,ч , (4.11)

где - время использования максимума нагрузок, ();

(ч).

Стоимость потерь электроэнергии:

, руб, (4.12)

где С_о - стоимость электроэнергии (С₀=1,5 руб).

Приведем пример расчета для ТП1 (вариант 2·630 кВ·А):

(руб/год);

(кВт·час);

(руб);

(руб).

Капитальные затраты на городскую ТП возьмем из прайс-листа группы компаний «МЭТК» (www.metk.ru).

Расчет для других вариантов трансформаторов проводим аналогично. Результаты расчета приведены в таблице ПРИЛОЖЕНИЕ Д.

Сравнивая полученные результаты можно окончательно выбрать трансформаторы: для ТП1-2х630; ТП2-2х1000; ТП3-2х1000; ТП4-2х1000.

5. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМ ТП МИКРОРАЙОНА И КАБЕЛЬНОЙ СЕТИ 10КВ

Распределительная сеть для рассматриваемого микрорайона представляет собой совокупность распределительной сети 10 кВ, трансформаторных подстанций и распределительной сети 0,38 кВ. Для питания городских потребителей электроэнергии применяется система трехфазного переменного тока напряжением 0,38 кВ с глухозаземленной нейтралью трансформатора.

Выбор схемы и числа источников питания определяется по требованию к бесперебойности питания, по категории надежности потребителей и приемников в соответствии с [5].

К первой категории относятся электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, нарушение функционирования особо важных элементов городского хозяйства. Электроприемники первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания и перерыв их электроснабжения может быть допущен только на время автоматического восстановления питания.

Ко второй категории относятся электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к нарушению нормальной деятельности значительного количества городских жителей. Электроприемники второй категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаиморезервирующих источников питания, и перерыв в электроснабжении этих потребителей допустим на время, которое необходимо для включения резервного питания.

К третьей категории относятся все остальные электроприемники, не подходящие под определение первой и второй категории. Электроприемники третьей категории могут питаться от одного источника питания.

Допустимы перерывы на время, необходимое для подачи временного питания, ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, но не более чем на одни сутки.

В качестве независимых источников питания используются две секции сборных шин, каждая из которых в свою очередь запитана от независимого источника.

При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены поврежденного трансформатора за время не более одних суток допускается питание электроприемников второй категории от одного трансформатора.

5.1 Схема распределительной сети 10кВ

Электроприёмники рассматриваемого микрорайона имеют первую, вторую и третью категории, поэтому согласно [9] для распределительной сети 10 кВ применим двухлучевую схему, обеспечивающую двустороннее питание каждой ТП.

Линии, питающие ТП, отходят от распределительного пункта (РП). Распределительный пункт, как правило, следует выполнять с одной секционированной системой сборных шин с питанием по взаиморезервируемым линиям, подключенным к разным секциям. На секционном выключателе предусмотрено устройство АВР.

На трансформаторных подстанциях установлено по два трансформатора одинаковой мощности, каждый из которых питается от отдельной линии (луча). Сеть НН разомкнута. При аварии в трансформаторе или в линии ВН сеть НН, питающаяся от данного трансформатора, автоматически отключается и переключается на другой трансформатор при помощи устройства АВР.

5.2 Выбор сечения кабелей сети 10кВ

Электрические нагрузки городских сетей 10кВ в соответствии с [9] определяются умножением суммы расчетных нагрузок трансформаторов отдельных ТП, присоединенных к данному элементу сети (ЦП, РП, линии и др.), на коэффициент, учитывающий совмещение максимумов их нагрузок (коэффициент участия в максимуме нагрузок), принимаемый по [8, табл. 2.4.1]. Коэффициент мощности для линий 10 кВ в период максимума нагрузки принимается равным 0,92 ().

Расчетная активная нагрузка линии определяется по формуле:

, кВт, (5.1)

где - коэффициент совмещения максимумов нагрузок трансформаторов [9];

- активная нагрузка i-ой ТП в послеаварийном режиме, кВт.

Расчетная реактивная нагрузка линии определяется по формуле:

, квар, (5.2)

где - расчетная активная нагрузка в послеаварийном режиме, кВт;

- коэффициент реактивной мощности.

Полная электрическая нагрузка определяется по формуле:

, кВ·А, (5.3)



где - расчетная электрическая нагрузка линии, кВт;

- расчетная реактивная мощность линии, квар.

Расчетный ток линии в послеаварийном режиме работы , А, определяется по формуле:

, А, (5.4)

где _. - полная электрическая нагрузка линии, кВ·А;

- номинальное напряжение, кВ.

Согласно[6] кабели выбирают по следующим условиям:

1) По экономической плотности тока:

, мм² , (5.5)

где F_р - расчетное сечение кабеля, мм²;

I_p - расчетный ток линий, А;

j_эк - экономическая плотность тока, А/мм² , [5].

2) По нагреву током послеаварийного режима:

, А, (5.6)

где I_ПА - ток послеаварийного режима, А;

I_д - длительно допустимый ток кабеля, А,[5];

К_пр - коэффициент прокладки, учитывающий снижение допустимой токовой нагрузки при параллельной прокладке [5];

К_ср - коэффициент среды, учитывает отличие температуры среды от заданной [7];

К_пер- коэффициент перегрузки [5].

3) по потере напряжения:

, %, (5.7)

где ДU_доп - допустимые потери напряжения, % из [1];

I_p - расчетный ток линии, А;

l - длина кабеля, км;

R₀, - удельное активное сопротивление кабеля, мОм/м, [6];

x₀ - удельное реактивное сопротивление кабеля, мОм/м, [6];

cosц_н, sinц_н - коэффициенты мощности нагрузки (0,92 и 0,39 соответственно);

U_ном - номинальное напряжение кабеля, В.

4) По термической стойкости:

, мм², (5.8)

где F_p - расчетное сечение кабеля, мм²;

F_T.C. - термически стойкое сечение кабеля, мм²;

I_K⁽³⁾ - ток трехфазного короткого замыкания, А;

t_р.з. - время отключения КЗ, с;

С - температурный коэффициент, учитывающий ограничение допустимой температуры нагрева кабеля, А·с/мм².

Выбираем марку кабеля: АПвП- алюминиевая жила, с изоляцией из сшитого полиэтилена, в оболочке из полиэтилена. Рекомендуется прокладка в земле (траншеях) с низкой коррозийной активностью, в процессе эксплуатации не подвергается растягивающим усилиям.

Для примера, рассчитаем линию W1 (см. Лист 1) по формулам (5.1), (5.2) и (5.3):

(кВт);

(квар);

(кВ·А).

Расчетный ток линии в послеаварийном режиме работы определим по формуле (5.4):

(А).

Далее выберем кабель, соответствующий условию (5.5):

(мм²),

где j_эк=1,6 по [5].

Принимаем ближайшее сечение - 150 мм². Для кабеля этого сечения [5], следовательно подставив численные значения в выражение (5.6) получим:

(А);

213,5<385,3 условие соблюдается.

Отклонение напряжения составит:

(%);

0,82%<6% условие соблюдается;

где r₀, x₀ берем из [6] в соответствии с сечением кабеля.

(мм²),

где - из пункта 8 дипломного проекта (табл. 8.1.) в начале W1;

- определим по кривым [10];

- по таблице [10].

Принимаем =44 мм².

Принимаем для этой линии окончательно сечение = 150 [мм²].

Результаты расчетов других линий представлены в таблице ПРИЛОЖЕНИЕ Е.

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИНИЙ СВЯЗИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МИКРОРАЙОНА С ПИТАЮЩЕЙ ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ

Согласно [8] построение городской электрической сети по условиям обеспечения необходимой надежности электроснабжения потребителей, как правило, выполняется применительно к основной массе электроприемников рассматриваемого района города. При наличии отдельных электроприемников более высокой категории, или особой группы первой категории, этот принцип построения сетей дополняется необходимыми мерами по созданию требуемой надежности электроснабжения этих электроприемников.

Электроприёмники рассматриваемого микрорайона имеют первую, вторую и третью категории, поэтому согласно [9] для распределительной сети 10 кВ применим двухлучевую схему, обеспечивающую двустороннее питание каждой ТП.

Линии, питающие ТП, отходят от распределительного пункта (РП). Распределительный пункт, как правило, следует выполнять с одной секционированной системой сборных шин с питанием по взаиморезервируемым линиям, подключенным к разным секциям. На секционном выключателе предусмотрено устройство АВР.

7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МИКРОРАЙОНА 0,4КВ

Категории надежности электроприемников принимаем по [1]. Результаты приведены в таблице ПРИЛОЖЕНИЕ Ж.

Рассмотрим потребителей электроэнергии микрорайона по обеспечению надежности электроснабжения.

Пятиэтажные дома относятся к III категории, могут быть подключены по наиболее простой магистральной схеме, т.к. они не имеют силовых электроприемников и нет необходимости отделения осветительной нагрузки от силовой.

Для электроснабжения детских садов и школ, а также других потребителей I и II категории принимаем радиальную схему электроснабжения. Прокладываем по 2 кабеля к каждому зданию.

7.1 Выбор сечения кабелей на напряжение 0,4 кВ

Расчетная электрическая нагрузка линии до 1 кВ при смешанном питании потребителей жилых домов и общественных зданий (помещений), Р_р.л., кВт, определяется по формуле:

, кВт, (7.1)

где Р_зд.max - наибольшая из нагрузок зданий, питаемых линией, кВт;

Р_зд.i- расчетная нагрузка других зданий кроме здания, имеющего наибольшую нагрузку Р_зд.max, питаемых линией, кВт;

К_yi - коэффициент, учитывающий долю электрических нагрузок общественных зданий (помещений) или жилых домов (квартир и силовых электроприемников) в наибольшей расчетной нагрузке Р_зд.max принимаемый по табл. 6.13. из [1].

Кабели выбирают по следующим условиям:

1) по нагреву расчетным током

, А, (7.2)

где К_ср - коэффициент среды, учитывает отличие температуры среды от заданной в [5];

К_пр - коэффициент прокладки, учитывающий снижение допустимой токовой нагрузки при параллельной прокладке;

К_пер - коэффициент перегрузки;

I_доп - длительно допустимый ток кабеля, А по [5];

2) по потере напряжения

, %, (7.3)

где ДU_доп - допустимая потеря напряжения (?7.5% для жилых и общественных зданий из [1]);

I_p - расчетный ток линии, А;

L - длина кабеля, км;

r₀,x₀ - удельное сопротивление кабеля, Ом/км из [6];

cosц_н - косинус нагрузки (примем 0,96 по [1]);

sinц_н - синус нагрузки (примем 0,28 по [1]);

U_ном - номинальное напряжение кабеля, В.

Выбираем марку кабеля:

АВБбШв - алюминиевая жила, алюминиевая оболочка, броня из 2-х стальных лент, под ней слой из пластмассовых лент.

Расчеты аналогичны тем, которые проводились в пункте 5.2. данной пояснительной записки, особых пояснений не требуют. Результаты расчетов представлены в таблице ПРИЛОЖЕНИЕ З.

Из рассмотренной таблицы видно, что самые большие потери напряжения в следующих линиях, питающих объекты 33, 37, (30,30А).

Далее необходимо выбрать провода внутридомовой сети. Выбор будем производить для дома, имеющего большие потери напряжения от ТП до ВРУ дома.

7.2 Выбор проводов внутридомовой сети

Расчет будем проводить для дома 25 по генплану. Этот дом четырехподездный.

Рассчитаем нагрузку 4 подъезда. Расчетную активную нагрузку определим по формуле:

, кВт, (7.4)

где Р_кв.уд. - удельная мощность на квартиру, кВт/кв;

n - количество квартир.

Расчетную реактивную нагрузку определим по формуле:

, квар, (7.5)

где tgц - коэффициент реактивной мощности (tgц=0,29 из [1]).

Расчетный ток определим по формуле:

, А, (7.6)

где U_ном - номинальное напряжение, кВ.

Пример расчета

(кВт);

(квар);

(А).

Выберем провод стояка 4 подъезда:

ПВ-5(1х16) (медная жила, поливинилхлоридная изоляция). Способ прокладки - в штрабах стен.

Расчетные условия:

1) по допустимому току

I_доп=60(А); I_p=43,6(A); 60>43,6 (условие соблюдается);

2) по потере напряжения

(%).

ДU_p=0,56(%), ДU_доп=2(%); 0,56<2 (условие соблюдается).

Выберем провод квартирной сети:

ВВГнг 3х1,5 (медная жила). Способ прокладки - скрыто под штукатуркой.

Расчетные условия:

1) по допустимому току

I_доп=19(А); I_н.в=16(A); 18>16 (условие соблюдается);

2) по потере напряжения

(%);

ДU_p=1,26(%); ДU_доп=2(%); 1,26<2 (условие соблюдается).

Длины кабелей и проводов по генплану (Лист 1).

Общая потеря напряжения в сети от ТП до самой удаленной розетки 4-го подъезда 25 дома будет равна:

(%).



8. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

8.1 Расчет токов короткого замыкания в сети 10 кВ

Для расчета токов КЗ в разработанной схеме электроснабжения 10 кВ на шинах РП необходимо задаться следующими исходными данными: марка трансформатора на ГПП ТДН- 10000/110/10 с сопротивлениями R_T=0,06 Ом, Х_Т=1,0 Ом (сопротивления трансформатора приведены к низкой стороне напряжения), кабельная линия, идущая от шин ГПП до РП имеет длину l_w=2 км и выполнена кабелем марки АПвП-3*150 с удельным сопротивлением R_ow=0,208 Ом/км, Х_ow=0,079 Ом/км.

Распределительный пункт (РП) примем в расчете как систему с током трехфазного КЗ I_к.с⁽³⁾=3,8 кА.

Определим параметры схемы замещения.

Реактивное сопротивление системы определяется по формуле:

, Ом, (8.1)

где U_ср - среднее напряжение, кВ;

I_к.с⁽³⁾ - ток трехфазного КЗ на стороне 10 кВ, кА.

Активное сопротивление для кабельных линий определим по выражению:

, Ом, (8.2)

где R_o.w - удельное активное сопротивление, Ом/км;

l - длина линии, км.

Пример расчета.

Активным сопротивлением системы пренебрегаем.

(Ом);

(Ом);

(Ом);

(Ом).

Параметры остальных линий рассчитываются аналогично. Результаты расчетов приведены в таблице 8.1.

электрический ток замыкание трансформатор

Таблица 8.1 Параметры схемы замещения

Элемент	R0, Ом/км	Х0, Ом/км	L, км	R, Ом	Х, Ом	Z, Ом
Система					1,6	1,6
W1	0,208	0,079	1	0,208	0,079	0,22
W2	0,208	0,079	1	0,208	0,079	0,22
W3	0,261	0,08	0,22	0,057	0,018	0,06
W4	0,261	0,08	0,22	0,057	0,018	0,06
W5	0,329	0,081	0,28	0,092	0,023	0,095
W6	0,329	0,081	0,28	0,092	0,023	0,095
W7	0,625	0,085	0,11	0,069	0,009	0,07
W8	0,625	0,085	0,11	0,069	0,009	0,07

Сеть 10 кВ может работать в нормальном режиме, а может в послеаварийном ...