Электроснабжение городов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ имени В.В. Куйбышева)

Учебное пособие

Электроснабжение непромышленных объектов

Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим центром в качестве учебного пособия для студентов специальности 140211 «Электроснабжение»

В.С. Холянов

О.М. Холянова

Владивосток

2007



УДК

Холянов В.С., Холянова О.М. Электроснабжение непромышленных объек-тов: Учеб. пособие. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007.

Первая часть пособия посвящена расчету электрических нагрузок жилых и общественных зданий в микрорайонах городов, расчету сетей наружного освещения, выбору схем внешнего электроснабжения.

Вторая часть пособия посвящена вопросам электроснабжения объектов сельского хозяйства и включает расчет электрических нагрузок, выбор числа и мощности трансформаторов на подстанции.

Приведены справочные данные для расчета распределительных сетей напряжением 0,38-20 кВ.

Пособие предназначено для курсового и дипломного проектирования специальности 140211 «Электроснабжение» всех форм обучения: очной, заочной и очно-заочной по ускоренным программам обучения.

Ответственный редактор - зав. кафедрой электроэнергетики ДВГТУ канд. техн. наук, доцент В.С. Пастухов.

Рецензенты:

Печатается с оригинал-макета, составленного авторами.

Редактор

Техн. Редактор

Корректор

© Изд-во ДВГТУ, 2007



Содержание

освещение трансформатор электрооборудование

Предисловие

1. Электроснабжение городов

1.1 Расчет электрических нагрузок

1.1.1 Определение расчетных нагрузок жилых зданий

1.1.2 Определение расчетных нагрузок общественных зданий

1.1.3 Графики электрических нагрузок микрорайона

1.1.4 Расчет сетей наружного освещения

1.1.5 Выбор расположения подстанций напряжением 10/0,4 кВ

1.1.6 Определение электрических нагрузок распределительных сетей напряжением до 1 кВ

1.1.7 Определение электрических нагрузок сетей 10 (6) кВ и центра питания

1.2 Выбор и расчет схем сетей внешнего электроснабжения

1.2.1 Напряжение сетей

1.2.2 Выбор схем построения электрических сетей напряжением 35 кВ и выше

1.2.3 Выбор схем построения электрических сетей напряжением 0,38-20 кВ

1.2.4 Выбор числа и мощности трансформаторов 10/0,4 кВ

1.3 Расчет электрических сетей

1.3.1 Выбор сечения кабелей электрических сетей напряжением до 1 кВ

1.3.2 Выбор сечения кабелей электрических сетей напряжением 10 (6) кВ

1.3.3 Проверка кабелей на термическую стойкость

1.4 Выбор схем сетей внутреннего электроснабжения

1.4.1 Общие положения

1.4.2 Электрические сети жилых зданий

1.4.3 Электрические сети общественных зданий

1.5 Защита в системах электроснабжения жилых и общественных зданий

1.5.1 Общие положения

1.5.2 Виды и схемы защиты

1.5.3 Устройства защитного отключения

1.5.4 Обеспечение селективности при применении УЗО

2. Электроснабжение сельского хозяйства

2.1 Расчет электрических нагрузок

2.1.1 Общие положения

2.1.2 Расчет электрических нагрузок в сетях 0,38-110 кВ

2.1.3 Графики электрических нагрузок сельских потребителей

2.1.4 Расчет сетей наружного освещения

2.1.5 Выбор расположения подстанций напряжением 10/0,4 кВ

2.2 Выбор и расчет схем электрических сетей внешнего электроснабжения

2.2.1 Напряжение сетей

2.2.2 Нормы надежности

2.2.3 Требования к схемам электрических сетей

2.2.4 Выбор числа и мощности трансформаторов 10/0,4 кВ

2.2.5 Выбор числа и мощности трансформаторов 35-110/10 кВ

2.2.6 Выбор типовой трансформаторной подстанции с высшим напряжением 10 кВ

2.3 Расчет электрических сетей

2.3.1 Общие требования

2.3.2 Выбор сечения проводов ВЛ напряжением 0,38 и 10 кВ

2.3.3 Выбор сечения проводов ВЛ напряжением 35, 110 кВ

2.3.4 Расчет потерь мощности и энергии в электрических сетях

Контрольные вопросы к разделам

Библиографический список



Предисловие

Настоящее учебное пособие представляет собой конспект части лекционного курса «Электроснабжение непромышленных объектов» для студентов специальности «Электроснабжение» в соответствии с рабочей учебной программой.

В соответствии с учебным планом специальности предусматривается получение студентами знаний об особенностях электроснабжения непромышленных объектов, к которым относятся два вида систем электроснабжения, имеющих важное значение для функционирования коммунального хозяйства городов с одной стороны и обеспечение нормальной жизнедеятельности жителей и объектов сельскохозяйственного назначения с другой стороны. Поэтому в учебном пособии приводятся основные методики расчета электрических сетей коммунального и сельскохозяйственного назначения.

В пособии даны методики расчета электрических нагрузок жилых и общественных зданий, расчета сетей наружного освещения, рекомендации по выбору схем внешнего электроснабжения сетей 35 кВ и выше. Приведены основные справочные данные для расчета распределительных сетей напряжением 0,38-20 кВ, дается порядок выбора числа, мощности и местонахождения сетевых трансформаторов 10/0,4 кВ коммунального назначения.

Вторая часть пособия посвящена проблемам электроснабжения сельского хозяйства, включает расчет электрических нагрузок, расчет сетей наружного освещения, выбор числа и мощности трансформаторов на подстанции, расчет электрических сетей сельскохозяйственного назначения напряжением 0,38; 10; 35 и 110 кВ.



1. Электроснабжение городов

Современные жилые здания насыщены большим количеством различных электроприемников. К ним относятся осветительные и бытовые приборы и силовое электрооборудование. Идет постоянный процесс повышения комфортности жилья, а это в свою очередь увеличивает количество бытовых электро-приемников и увеличивает бытовое электропотребление. Повышение этажности домов ужесточает требования к надежности и бесперебойности питающих их электрических сетей.

В этой связи постоянно ведется корректировка нормативной литературы по расчету как внутридомовых, так и наружных электрических сетей. Настоящее пособие включает в себя самые современные нормативы для определения расчетных электрических нагрузок зданий (квартир), коттеджей, микрорайонов застройки и элементов городской распределительной сети.

1.1 Расчет электрических нагрузок

В качестве расчетной нагрузки принимается получасовой (30-минутный) максимум нагрузки. Получасовой максимум принят для выбора всех элементов системы электроснабжения (проводников, трансформаторов, аппаратуры). В основе расчета нагрузок коммунально-бытовых потребителей используется нагрузка одного потребителя, в качестве которого выступает семья или квартира при посемейном заселении домов.

Теоретические предпосылки рассматриваемого метода базируются на вероятностном подходе к величине расчетного максимума нагрузки. Разработке нормативных значений нагрузок предшествовали необходимые измерения в различных точках системы питания жилых домов: на водах в квартиры, на лестничных стояках, вводах в дома, сетях низкого напряжения (питающих дома) и сетевых трансформаторах. Результаты измерений обрабатывались методами математической статистики и теории вероятностей.

Величина расчетной нагрузки в значительной степени зависит от уровня электрификации быта, то есть от электровооруженности или наличия различных бытовых электроприемников в квартирах жильцов. В коммунальных электрических сетях наблюдается тенденция повышения уровня электрификации быта, увеличения числа различных электроприборов и их единичной мощности с одной стороны. С другой стороны в быту появляются современные энерго-экономичные бытовые электроприемники с системами технологической, сете-вой и защитной автоматики.

1.1.1 Определение расчетных нагрузок жилых зданий

Электроприемники жилых зданий можно подразделить на две группы:

- электроприемники квартир;

- электроприемники общедомового назначения.

К первым относятся осветительные и бытовые электроприборы; ко вторым - светильники лестничных клеток, технических подполий, чердаков, вестибюлей, холлов, служебных и других помещений, лифтовые установки, вентиляционные системы, различные противопожарные устройства, домофоны и т.п.[1].

Электрическое освещение квартир осуществляется с помощью светильников с лампами накаливания и люминесцентными. К бытовым относятся следующие электроприборы: нагревательные, хозяйственные, культурно-бытовые, санитарно-гигиенические, бытовые кондиционеры воздуха, водонагреватели, приборы для отопления помещений.

Для освещения лестниц, вестибюлей, холлов, коридоров применяют лампы накаливания и люминесцентные. Последние имеют большой срок службы и менее чувствительны к колебаниям напряжения.

К силовым электроприемникам относятся асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и другие электроприемники лифтовых установок.

Для высотных зданий применяют лифты со специальным электроприводом, куда входит электромагнитный тормоз и аппаратура управления.

Кроме того, к силовым электроприемникам относят электродвигатели вентиляторов и насосов, различные электромагниты для открывания клапанов и люков систем дымоудаления зданий высотой более девяти этажей, а также аппаратуру связи и сигнализации.

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

Р_КВ = Р_КВ.УД · n, (1.1)

где Р_КВ.УД - удельная расчетная электрическая нагрузка электроприемников (зданий), кВт/квартира, (табл. 1) [2], n - число квартир.

При определении электрической нагрузки линии или на шинах 0,4 кВ ТП должны учитываться: суммарное количество квартир (коттеджей), лифтовых установок и другого силового электрооборудования, питающегося от ТП, и потери мощности в питающих линиях 0,38 кВ.

Расчетная нагрузка силовых электроприемников Р_С, кВт, приведенная к вводу жилого дома, определяется по формуле:

Р_С = Р_Р.Л + Р_СТ.У (1.2)

Мощность лифтовых установок Р_Р.Л , кВт, определяется по формуле:

Р_Р.Л = К_С' ? Р_NІ , (1.3)



где К_С' коэффициент спроса, табл.1.2 [2]; Н - количество лифтовых установок; Р_{НЭ -} установленная мощность электродвигателя лифта, кВт.

Мощность электродвигателей насосов водоснабжения, вентиляторов и других санитарно-технических устройств Р_СТ.У, кВт, определяется по их установленной мощности с учетом коэффициента спроса К_С по табл.1.3 [2]

Р_СТ.У = К_С ? Р_СТ.У. (1.4)

Мощность резервных электродвигателей, а также электроприемников противопожарных устройств не учитывается.

Расчетная электрическая нагрузка жилого дома (квартир и силовых электроприемников) Р_Р.Ж.Д, кВт, определяется по формуле:

Р_Р.Ж.Д = Р_КВ + К_У · Р_С, (1.5)

где Р_КВ - расчетная электрическая нагрузка квартир, приведенная к вводу жилого дома, кВт; К_У - коэффициент участия в максимуме нагрузки силовых электроприемников (равен 0,9).

Расчетная реактивная нагрузка жилого дома, квар, определяется по формуле:

Q_Р.Ж.Д = Р_Р.КВ · юgц_КВ + К_У · Р_С · юgц_С, (1.6)

где cоѕц_КВ - расчетный коэффициент мощности для квартир с электричес-кими плитами, принимаемый равным 0,9; cosц_С - расчетный коэффициент мощности лифтовых установок, принимаемый по табл. 1.4.[2].

Полная нагрузка жилого дома, кВ·А, равна:

S_{Р.Ж.Д =} v Р_Р.Ж.Д² + Q_Р.Ж.Д². (1.7)



Расчетная нагрузка питающих линий, вводов и на шинах 0,4 кВ ТП от электроприемников квартир повышенной комфортности Р_{Р КВ} определяется по формуле, кВт,

Р_{Р КВ} = Р_КВ * n * К_о, (1.8)

где Р_КВ - нагрузка электроприемников квартир повышенной комфортности, определяется из табл. 1.5. перемножением заявленной мощности и соответст-вующего коэффициента спроса; n - количество квартир; К_о - коэффициент одновременности для квартир повышенной комфортности, табл. 6.

Удельные расчетные электрические нагрузки электроприемников коттеджей принимаются по табл. 7, кВт/коттедж [3].

Расчетная электрическая нагрузка квартир и коттеджей с электрическим отоплением и электрическим водонагревом должна определяться по проекту внутреннего электрооборудования квартиры (здания), коттеджа в зависимости от параметров установленных приборов и режима их работы (определяется теплотехнической частью проекта).

1.1.2 Определение расчетных нагрузок общественных зданий

Общественными являются следующие здания: различные учреждения и

организации управления, финансирования, кредитования, госстраха, просвещения, дошкольные; библиотеки, архивы, предприятия торговли, общепита, бытового обслуживания населения; гостиницы, лечебные учреждения, музеи, зрелищные предприятия и спортивные сооружения.

Все электроприемники общественных зданий условно можно разделить на две группы: осветительные и силовые. В основных помещениях общест-венных зданий используются светильники с люминесцентными лампами в исполнении, соответствующем условиям среды и выполняемой работы. Используются также металлогалогенные, натриевые, ксеноновые лампы для внутреннего и наружного освещения. Во вспомогательных помещениях (скла-ды, кладовые) применяют лампы накаливания [1].

К силовым электроприемникам относятся электроприемники механического оборудования; электротеплового оборудования; холодильных машин, подъемно-транспортного оборудования, санитарно-технических установок, связи, сигнализации, противопожарных устройств и др.

Общественные здания имеют также приточно-вытяжные вентиляционные установки, широко применяются системы кондиционирования воздуха, насосы систем горячего и холодного водоснабжения. Большинство механизмов оборудовано асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором.

Электрические нагрузки любого общественного здания слагаются из нагрузок электрического освещения и силового электрооборудования. Установленная мощность ламп электрического освещения определяется на основании светотехнических расчетов [1].

Расчетная силовая электрическая нагрузка на вводах в общественное здание определяется по проектам оборудования зданий.

Для ориентировочных расчетов усредненные удельные нагрузки и коэф-фициенты мощности допускается принимать по табл. 1.8 [2] удельных показа-телей нагрузок, приведенных с учетом внутреннего освещения.

1.1.3 Графики электрических нагрузок микрорайона

Графики нагрузок дают представление о характере изменения во времени электрических нагрузок. По продолжительности они бывают суточными и годовыми.

Графики нагрузок микрорайона в целом дают возможность определить потребление активной энергии потребителями микрорайона, правильно вы-брать силовые трансформаторы и питающие линии.

По графикам планируется текущий и капитальный ремонты элементов системы электроснабжения, определяют потребность в топливе для станций на какой-либо период, определяют необходимое количество и суммарную мощность рабочих агрегатов станции в различные часы суток.

В справочнике [4] и в табл. 1.9 приведены ориентировочные суточные (зимний и летний) графики электрических нагрузок некоторых характерных городских потребителей. Для потребителей микрорайона летний максимум составляет для жилых домов с электроплитами 80%, а для остальных объектов - 70%.

Для реального проектирования могут быть использованы замеры режимных дней конкретных объектов.

Суточные графики используют для построения годового графика по продолжительности. Можно условно принять продолжительность зимнего периода 200 дней, летнего - 165. По оси ординат годового графика по продолжительности в соответствующем масштабе откладывают нагрузки в кВт от Р_МАКС до Р_МИН, а по оси абсцисс - часы года от 0 до 8760 (24 · 365= 8760).

Площадь годового графика выражает количество потребленной электро-энергии за год в кВт·ч.

По данным графика определяют число часов использования максималь-ной нагрузки, ч.,

, (1.9)

где Р_Зi - нагрузка i -го часа в декабре, кВт; Р_Лi - нагрузка i -го часа в июне, кВт; Р_МАКС.З - максимальная нагрузка в зимний период, кВт.

Время максимальных потерь, ч.

ф _М = ( 0,124 + Т_М · 10^-4)² · 8760. (1.10)



1.1.4 Расчет сетей наружного освещения

Основной задачей наружного освещения улиц и внутрирайонных проездов является обеспечение безопасности движения в темное время суток. Уличное освещение должно обеспечивать нормированную величину освещенности или величину средней яркости дорожного покрытия. Освещенность должна быть по возможности равномерной.

В сетях наружного освещения следует применять напряжение 380/220 В переменного тока при заземленной нейтрали.

Сети наружного освещения рекомендуется выполнять кабельными или воздушными с использованием самонесущих изолированных проводов. В обоснованных случаях для воздушных распределительных сетей освещения улиц, дорог, площадей, территорий микрорайонов и населенных пунктов допускается использовать неизолированные провода.

Электропроводки внутри опор наружного освещения должны выполняться изолированными проводами в защитной оболочке или кабелями.

Линии, питающие светильники, подвешенные на тросах, должны выполняться кабелями, проложенным по тросу, самонесущими изолированными проводами [5].

Линии электропередачи до 20 кВ на селитебной территории городов, в районах застройки зданиями высотой 4 этажа и выше должны выполняться, как правило, кабельными. В районах застройки зданиями высотой до 3 этажей линии электропередачи следует выполнять воздушными [1].

Кабельными должны выполняться распределительные сети освещения территорий детских яслей-садов, общеобразовательных школ, школ-интернатов, участков улиц с троллейбусным движением в местах наибольшей вероятности схода штанг, а также линии, питающие осветительные приборы подсвета зелени, цветов, фасадов зданий, скульптур, монументов.

Кабельные распределительные сети в пределах одной линии следует выполнять одним сечением.

Линии сети наружного освещения должны подключаться к пунктам питания с учетом равномерной нагрузки фаз трансформаторов, для чего отдельные линии следует присоединять к разным фазам или с соответствующим чередованием фаз [6].

В установках наружного освещения рекомендуется применять преимущественно высокоэкономичные газоразрядные источники света высокого давления:

- натриевые лампы высокого давления (НЛВД) - на улицах и дорогах при норме средней освещенности 4 лк и выше; лампы ДРИ (металлогалогенные)- на улицах и площадях всех категорий со значительным пешеходным движением при средней освещенности 10 лк и выше;

- лампы ДРЛ (дуговые ртутные) различной мощности - на улицах и дорогах всех категорий, а также в транспортных и пешеходных тоннелях.

Светильники с газоразрядными источниками света должны иметь индивидуальную компенсацию реактивной мощности. Коэффициент мощности светильника должен быть не ниже 0,85.

Сечения нулевых жил кабелей в осветительных установках с газоразрядными источниками света следует, как правило, принимать равными сечению фазных проводов.

Опоры с венчающими их светильниками рекомендуется размещать по односторонней схеме при ширине пешеходной части до 12 м, а при большей ширине - по двухрядной прямоугольной или шахматной схеме. Отношение шага светильников к высоте их подвеса на улицах и дорогах всех категорий должно быть не более 5 : 1 при одностороннем, осевом или прямоугольном размещении и не более 7 : 1 при шахматной схеме размещения.

По совокупности всех условий (экономическая оптимальность, эстетика, безопасность, ограничение ослепленности) высота установки светильников выбирается в пределах 6-10 м, за исключением декоративных светильников в парках, у входов в здания и др.

При воздушных сетях расстояние между светильниками ограничивается стрелой провеса проводов и обычно не превышает 40 м.

Освещение улиц, дорог и площадей с регулярным транспортным движением в городских поселениях следует проектировать исходя из нормы средней яркости усовершенствованных покрытий согласно табл.1.10 [7].

Среднюю горизонтальную освещенность на уровне покрытия непроезжих частей улиц, дорог и площадей, бульваров и скверов, пешеходных улиц и территорий микрорайонов в городских поселениях следует принимать по строительным нормам [7], как приведено ниже.

Освещаемые объекты	Средняя горизонтальная освещенность, лк
Главные пешеходные улицы, непроезжие части площадей категорий А и Б	10
Пешеходные улицы в пределах общественных центров	6
Тротуары, отделенные от проезжей части на улицах категорий: А и Б В	4 2

Среднюю горизонтальную освещенность территорий общественных зданий следует принимать по строительным нормам [7], как приведено ниже.

	Средняя горизонтальная освещенность, лк
Детские ясли-сады, общеобразовательные школы и школы-интернаты, учебные заведения	10
Групповые и физкультурные площадки	10
Площадки для подвижных игр	10
Проезды и подходы к корпусам и площадкам	4

В ночное время допускается предусматривать снижение уровня наружного освещения городских улиц, дорог и площадей при нормируемой средней освещенности 4 лк и выше путем включения не более половины светильников

В табл. 1.11 приведены параметры типовых решений [8] наружного освещения характерных объектов современного микрорайона со смешанной за-стройкой.

Каждый участок осветительной сети характеризуется определенным значением передаваемой по нему мощности и, соответственно, определенным значением тока нагрузки.

При определении нагрузок в сетях с газоразрядными источниками света высокого давления (лампы ДРЛ и ДРИ), следует учитывать потери мощности в пускорегулирующих аппаратах (ПРА), которые при отсутствии точных данных рекомендуется принимать равными 10% мощности ламп.

Выбранные сечения проводников осветительной сети должны обеспечивать: достаточную механическую прочность, прохождение тока нагрузки без перегрева сверх допустимых температур, срабатывание защитных аппаратов при токах К.З. (короткого замыкания). При этом расчетное отклонение напряжения у наиболее удаленных светильников не должно превышать 5% номинального напряжения сети.

Расчетная нагрузка Р_Р.О., Вт, питающей осветительной сети определяется как

Р_Р.О. = Р_УСТ. · К_С · К_ПРА, (1.11)

где Р_УСТ. - установленная мощность ламп, Вт; К_С - коэффициент спроса (одновременности), К_С = 1 - для наружного освещения; К_ПРА - коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующем аппарате, К_ПРА = 1,1.

Расчетный ток осветительной сети I_Р.О., А, для трехфазной сети (с нулевым проводом и без него) при равномерной нагрузке фаз определяется по формуле:



, (1.12)

где U_Н - номинальное напряжение сети, U_Н = 380 В; cosц - коэффициент мощности нагрузки. Для ламп ДРЛ cosц = 0,9.

По табл. 1.12 согласно расчетному току выбираем сечение головного участка линии S, мм² [9].

Далее необходимо рассчитать потери напряжения на участках ?U_УЧ осветительной сети от источника до самого удаленного потребителя ?U_Л, %.

В результате должно выполняться условие

?U_Л < ?U_Р, (1.13)

где ?U_Р - располагаемые потери напряжения. Определяются по табл. 1.13 [9] согласно данным той трансформаторной подстанции, от которой питается осветительная сеть.

Потери напряжения на участках линии определяются по формуле, %,

, (1.14)

где С - коэффициент, равный 46 для схем трехфазной сети с нулевым проводом и алюминиевыми жилами; S - сечение данного участка осветитель-ной сети, мм²; L_УЧ - длина участка линии, м.

Потери напряжения всей линии определяются суммированием потерь напряжения на всех участках,

?U_Л = ? ?U_УЧ. (1.15)



На линиях наружного освещения, имеющих более 20 светильников на фазу, ответвления к каждому светильнику должны защищаться индивиду-альными предохранителями или автоматическими выключателями.

1.1.5 Выбор расположения подстанций напряжением 10/0,4 кВ

Правильное размещение трансформаторных подстанций (ТП) в микрорайоне или поселке городского типа существенно влияет на экономические показатели и надежность системы электроснабжения потребителей.

Для определения оптимального местоположения трансформаторных подстанций на генеральном плане строится картограмма электрических нагрузок. Силовые нагрузки представляют в виде кругов, а осветительные нагрузки - в виде секторов. Площадь кругов и секторов в выбранном масштабе соответствует полной нагрузке потребителей.

Координаты центра электрической нагрузки определяются по формулам

, (1.16)

, (1.17)

где Р_Э - активная мощность Э - го объекта, подключенного к шинам ТП, кВт; Ч_Э, Х_Э - координаты центра нагрузок отдельных потребителей, см.

Трансформаторные подстанции располагают как можно ближе к центру нагрузок, что позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии и сократить протяженность распределительных сетей низкого напряжения, уменьшить расход цветного материала и снизить потери электрической энергии.

Однако архитектурно-планировочные решения застройки микрорайона не всегда допускают такое размещение ТП. В этом случае рекомендуется смещать подстанцию в сторону питающего центра.

1.1.6 Определение электрических нагрузок распределительных сетей напряжением до 1 кВ

Характер электропотребления, который определяет величину расчетного максимума нагрузки и время его наступления в течение суток, жилых и общественно-коммунальных зданий является различным. Последнее при определении расчетных нагрузок учитывается с помощью так называемого коэффициента участия в максимуме.

Активная расчетная нагрузка линии на шинах 0,4 кВ ТП при смешанном питании потребителей различного назначения (жилые дома и общественные здания), Р_Р.Л., кВт, определяется по формуле:

Р_Р.Л. = Р_{ЗД.МАКС} + У К_УЭ · Р_ЗД.Э, (1.18)

где Р _{ЗД. МАКС} - наибольшая нагрузка здания из числа зданий, питаемых по линии, кВт;

Р_ЗД.Э - расчетные нагрузки других зданий, питаемых по линии, кВт; К_УЭ - коэффициент участия в максимуме электрических нагрузок общественных зданий (помещений) или жилых домов (квартир и силовых электроприемников) по табл. 1.14 [2].

Примечания:

При расчете активной нагрузки жилых домов, питающихся по одной кабельной линии, количество их квартир суммируется.

При расчете активной нагрузки только общественных зданий массового строительства, питающихся по одной кабельной линии, следует пользоваться табл. Расчетная реактивная нагрузка линии при смешанном питании потребителей различного назначения (Q_Р), квар, определяется по формуле:

Q_Р.ТП = Q_МАКС + У К_УЭ · Q_Р.Э, (1.19)

где Q_МАКС. - наибольшая реактивная нагрузка зданий, питаемых от шин ТП, квар; Q_Р.Э - расчетная реактивная нагрузка всех остальных зданий, квар.

Q_Р.Э = Р_Р.Э · tg (аrссоs ц), (1.20)

где соѕ ц -расчетный коэффициент мощности, табл. 1.4, 1.8.

Полная нагрузка подстанции, кВ·А, определяется по формуле:

S_Р.ТП = v Р_Р.ТП² + Q_Р.ТП², (1.21)

Коэффициент мощности ТП определяется по формуле:

. (1.22)

Коэффициент загрузки трансформаторов

, (1.23)

где УS_Н.ТР - суммарная номинальная мощность трансформаторов, установленных на ТП, кВ·А [10].

Укрупненная расчетная электрическая нагрузка микрорайона (квартала), Р_Р.МР, кВт, приведенная к шинам 0,4 кВ ТП, определяется по формуле:

Р_Р.МР = (Р_{Р.Ж.ЗД.УД} + Р_{ОБЩ.ЗД.УД}) · S · 10^-3, (1.24)

где Р_{ОБЩ.ЗД.УД.} - удельная нагрузка общественных зданий микрорайонного значения, принимаемая 6 Вт/м²; S - общая площадь жилых зданий микро-района (квартала), м².

В укрупненных нагрузках общественных зданий микрорайонного значения учтены предприятия торговли и общественного питания, детские ясли-сады, школы, аптеки, раздаточные пункты молочных кухонь, приемные и ремонтные пункты, жилищно-эксплуатационные конторы (управления) и другие учрежде-ния согласно СниП по планировке и застройке городских и сельских поселений, а также объекты транспортного обслуживания (гаражи и открытые площадки для хранения автомашин).

Электрические нагрузки общественных зданий районного и городского значения, включая лечебные учреждения и зрелищные предприятия, определяются дополнительно, согласно табл.

1.1.7 Определение электрических нагрузок сетей 10(6) кВ и центра питания

Расчетная активная нагрузка городских сетей 10(6) кВ определяется умножением суммы расчетных нагрузок трансформаторов отдельных ТП, присоединенных к данному элементу сети (ЦП, РП, линии и др.), на коэффициент, учитывающий совмещение максимумов их нагрузок (К_У), принимаемый по табл. 1.15 [11] в зависимости от количества трансформаторов и характеристики нагрузки.

Активная расчетная нагрузка, кВт, составит:

Р_{Р.Л. =} У К_УЭ · Р_Р.ТП.Э, (1.25)



где Р_Р.ТП - расчетная активная нагрузка шин Э -ой ТП 10/0,4 кВ.

Коэффициент мощности (соѕц) для кабельной линии в период максимума нагрузки принят 0,92 (коэффициент реактивной мощности tgц = 0,43).

Для реконструируемых электрических сетей в районах сохраняемой жилой застройки при отсутствии существенных изменений в степени ее электрификации (например, не предусматривается централизованный переход на электропищеприготовление) расчетные электрические нагрузки допускается принимать по фактическим данным.

Расчетные нагрузки на шинах 10(6) кВ ЦП определяются с учетом несовпадения максимумов нагрузок потребителей городских распределительных сетей и сетей промышленных предприятий (питающихся от ЦП по самостоятельным линиям) путем умножения суммы их расчетных нагрузок на коэффициент совмещения максимумов, принимаемый по табл. 1.16 [11].

Для ориентировочных расчетов электрических нагрузок города (района) на расчетный срок концепции развития города рекомендуется применять укрупненные удельные показатели, приведенные в табл. 1.17 [11].

Значения удельного расхода электроэнергии коммунально-бытовых потребителей на расчетный срок концепции развития города применяются по табл. 1.18 [11].

1.2 Выбор и расчет схем сетей внешнего электроснабжения

1.2.1 Напряжение сетей

Согласно [4] для районов городской застройки наиболее целесообразной является система напряжений 35-110/10 кВ.

При расширении и реконструкции существующих сетей 6 кВ рекомендуется переводить их на напряжение 10 кВ с использованием установленного оборудования на ТП и кабелей при соответствии их характеристик переводимому напряжению.

При проектировании новых микрорайонов напряжение распределительных сетей выше 1 кВ должно приниматься не ниже 10 кВ независимо от напряжения сети в существующей части города.

Существующие сети 6 кВ при темпах ежегодного роста нагрузок, равного 5% и более в течение 10-15 лет, рекомендуется переводить на напряжение 10 кВ в ближайшие 5-10 лет.

При использовании кабельных линий 6 кВ на напряжении 10 кВ рекомендуется предусматривать замену кабелей на кабели 10 кВ на вертикальных участках, например, вводы на подстанции, крутонаклоненные участки трассы и на участках линий с выраженными дефектами.

Городские электрические сети выше 1 кВ до 35 кВ должны выполняться трехфазными.

Сети до 1 кВ должны выполняться с глухим заземлением нейтрали напряжением 380/220 В [11].

1.2.2 Выбор схем построения электрических сетей напряжением 35 кВ и выше

Выбор оптимальной схемы электроснабжающих сетей должен производиться на основании технико-экономических расчетов с учетом размеров города, перспективы его развития, существующих электрических сетей, источников питания и других местных условий.

При разработке схемы электроснабжающих сетей крупных городов (население до 1 млн. человек), как правило, следует предусматривать:

- создание вокруг города кольцевой магистральной сети напряжением 110 кВ и выше с двухсторонним питанием;

- сооружение глубоких вводов 110 кВ и выше для питания отдельных (центральных) районов города, не охватываемых кольцевой сетью указанного напряжения. Питание подстанций глубокого ввода может предусматриваться от разных секций одной или разных опорных подстанций.

Опорные подстанции рекомендуется располагать в противоположных местах кольцевой сети. Линии связи кольцевой сети с опорными подстанциями энергосистемы во всех случаях должны сооружаться по разным трассам.

В сетях 110-220 кВ рекомендуется присоединение к одной линии электропередачи с двухсторонним питанием, как правило, не более трех под-станций при условии сохранения питания потребителей при аварийном отключении любого участка линии.

Место сооружения подстанций 35 кВ и выше, схема электрических сооружений и мощность должны определяться на основе технико-экономических расчетов с учетом нагрузки и расположения основных потребителей, развития сетей 35 кВ и выше энергосистемы и распределительных сетей 10(6) кВ города.

Подстанции глубокого ввода 110-220 кВ, как правило, необходимо выполнять двухтрансформаторными по схеме блоков «линия - трансформа-тор». Распределительное устройство 10(6) кВ должно выполняться, как правило, с одной секционированной системой сборных шин с устройством АВР на секционном выключателе. Допускается применение однотрансформаторных подстанций, если при этом может быть обеспечена требуемая надежность электроснабжения потребителей.

Мощность трансформаторов подстанций глубокого ввода 110-220 кВ при установке двух трансформаторов и отсутствии резервирования по сети 10(6) кВ выбирается с учетом их загрузки в нормальном режиме на расчетный срок согласно методике, приведенной в ГОСТ 14209-85 [11] не более 80% номинальной мощности.

Мощность трансформаторов подстанций в крупных городах, в зависимости от территории района электроснабжения, плотности нагрузки, состава потребителей и других местных условий, рекомендуется принимать:

- при питании по воздушным линиям электропередачи 110 кВ - не менее 25 МВ·А, по линии 220 кВ - не менее 40 МВ·А;

- при питании по кабельным линиям 110-220 кВ - не менее 40 МВ·А.

На подстанциях 110-220 кВ допускается установка трансформаторов меньшей мощности или одного трансформатора при обеспечении требований надежности электроснабжения потребителей.

При построении распределительных сетей 10(6) кВ следует предусматривать возможность их использования для ограниченного взаимного резервирования нагрузки ближайших ЦП (не менее 15% нагрузки).

В связи с внедрением глубоких вводов встает вопрос ограничения мощности короткого замыкания. С ростом мощности подстанции увеличивается мощность короткого замыкания в сетях вторичного напряжения, что приводит к удорожанию распределительных устройств этих сетей.

Мощность короткого замыкания на сборных шинах ЦП (центра питания) при напряжении 10(6) кВ не должна превышать 350(200) МВ·А.

Мероприятия по ограничению мощности короткого замыкания должны определяться на основе технико-экономических расчетов, в которых сопоставляются затраты на ограничение мощности короткого замыкания с затратами на увеличенные сечения проектируемых и замену существующих кабелей.

При необходимости ограничения мощности короткого замыкания на шинах 10(6) кВ ЦП следует рассматривать применение трансформаторов с расщепленными обмотками или установку токоограничивающих реакторов.

1.2.3 Выбор схем построения электрических сетей напряжением 0,38-20 кВ

Распределительная и питающая сеть 10(6) кВ должна использоваться для совместного питания городских потребителей коммунально-бытового и промышленного характера. При технико-экономических обоснованиях допускается сооружение питающих сетей 10(6) кВ для самостоятельного электро-снабжения отдельных крупных потребителей.

Принцип построения городских сетей выбирается применительно к основ-ной массе электроприемников для обеспечения требуемого уровня надежности электроснабжения. Примерная схема системы электроснабжения города приведена на рис. 1.1 [12].

Целесообразность сооружения РП (распределительный пункт) 10(6) кВ, (на рис 1 - РП1), должна обосновываться технико-экономическим расчетом. Нагрузка РП на расчетный срок должна составлять на шинах 10 кВ не менее 7 МВт, на шинах 6 кВ - не менее 4 МВт.

Распределительные пункты 10(6) кВ, как правило, следует выполнять с одной секционированной системой сборных шин с питанием по взаиморе-зервируемым линиям, подключенным к разным секциям. На секционном вы-ключателе должно предусматриваться устройство АВР (автоматический ввод резерва).

При петлевой, замкнутой и радиальной схемах распределительных сетей 10(6) кВ должны применяться ТП, как правило, с одним трансформатором (ТП1 - ТП5 и ТП15 - ТП18 на рис. 1).

Основным принципом построения распределительной сети 10(6) кВ для электроснабжения электроприемников первой категории является двухлучевая схема с двухсторонним питанием при условии подключения взаимно резервирующих линий 10(6) кВ к разным независимым источникам питания. На рис. 1 - это питание ТП12 - ТП14 от РП1 и РП2. При этом на шинах 0,38 кВ двухтрансформаторных ТП и непосредственно у потребителя (при наличии электроприемников 1 категории) должно быть предусмотрено АВР.



Рис. 1. Схема электроснабжения города

Основным принципом построения распределительной сети 10(6) кВ для электроснабжения электроприемников первой категории является двухлучевая схема с двухсторонним питанием при условии подключения взаимно резервирующих линий 10(6) кВ к разным независимым источникам питания. На рис. 1 - это питание ТП12 - ТП14 от РП1 и РП2. При этом на шинах 0,38 кВ двухтрансформаторных ТП и непосредственно у потребителя (при наличии электроприемников 1 категории) должно быть предусмотрено АВР.

Следует также рассматривать питание электроприемников первой категории по сети 0,38 кВ от разных ТП, присоединенных к разным независимым источникам. При этом необходимо предусматривать необходимые резервы в пропускной способности элементов системы в зависимости от нагрузки электроприемников первой категории.

Основным принципом построения распределительной сети 10(6) кВ для электроприемников второй категории является сочетание петлевых схем 10(6) кВ, обеспечивающих двухстороннее питание каждой ТП, и петлевых схем 0,38 кВ для питания потребителей, см. рис. 1. При этом линии 0,38 кВ в петлевых схемах могут присоединяться к одной или разным ТП.

Рекомендуется параллельная работа трансформаторов на напряжении 0,38 кВ по схеме со “слабыми” связями или по полузамкнутой схеме при условии обслуживания указанных сетей 0,38 кВ электроснабжающей организацией. Имеется ввиду размыкание петлевой схемы в нормальном режиме в точке потокораздела. На рис.1.1 это показано пунктирной линией между ТП3 и ТП4, ТП16 и ТП17.

Допускается применение автоматизированных схем (двухлучевых) для питания электроприемников второй категории, если их применение приводит к увеличению приведенных затрат на сооружение сети не более, чем на 5%. На рис. 1 - это линии, соединяющие ТП6 и ТП7 и т.д.

Основным принципом построения распределительной сети 10(6) кВ для электроприемников третьей категории является сочетание петлевых линий 10(6) кВ и радиальных линий 0,38 кВ к потребителям. При применении воздушных линий электропередачи для питания электроприемников Ш категории резервирование линий в сети 0,38 кВ кабельных линий должна учитываться возможность использования временных шланговых кабелей.

Для электроснабжения районов с электроприемниками первой и второй категорий рекомендуется применение на напряжении 10(6) кВ комбинированной петлевой двухлучевой схемы с двухсторонним питанием.

Для жилых и общественных зданий с электрическими плитами, а также всех зданий высотой 9 этажей и более при питании от однотрансформаторных ТП следует предусматривать резервирование сети 0,38 кВ от других ТП.

1.2.4 Выбор числа и мощности трансформаторов 10/0,4 кВ

В распределительных сетях 6-20 кВ выбор числа и мощности трансформаторов определяется характером нагрузки и схемой сети.

Согласно СП-31-110-2003 [2] по степени обеспечения надежности электроснабжения электроприемники жилых и общественных зданий относятся к соответствующим категориям.

К электроприемникам первой категории относятся:

а) электроприемники операционных и родильных блоков, отделений анастезиологии, реанимации и интенсивной терапии, кабинетов лапароскопии, бронхоскопии и ангиографии; противопожарных устройств и охранной сигнализации, эвакуационного освещения и больничных лифтов;

б) котельные, являющиеся единственным источником тепла системы теплоснабжения, обеспечивающие потребителей первой категории, не имеющих индивидуальных резервных источников тепла;

в) электродвигатели сетевых и подпиточных насосов котельных второй категории с водогрейными котлами единичной производительностью более 10 Гкал/ч.;

г) электродвигатели подкачивающих и смесительных насосов насосных, дренажных насосов дюкеров тепловых сетей;

д) объединенные хозяйственно-питьевые и производственные водопроводы в городах с числом жителей более 50 тыс. чел.; насосные станции, подающие воду непосредственно в сеть противопожарного водопровода; канализационные насосные станции, не допускающие перерыва или снижения подачи сточных вод, очистные сооружения канализации, не допускающие перерыва в работе;

е) электроприемники противопожарных устройств (пожарные насосы, системы подпора воздуха, дымоудаления, пожарной сигнализации и оповещения о пожаре), лифты, эвакуационное и аварийное освещение, огни сетевого ограждения в жилых зданиях и общежитиях высотой 17 этажей и более;

ж) электроприемники противопожарных устройств, лифты, охранная сигнализация общественных зданий и гостиниц высотой 17 этажей и более, гостиниц, домов отдыха, пансионатов и турбаз более чем на 1000 мест, учреждений с количеством работающих более 2000 человек независимо от этажности, учреждения финансирования, кредитования и государственного страхования федерального подчинения, библиотек, книжных палат и архивов на 1000 тыс. хранения и более;

з) музеи и выставки федерального значения;

и) электроприемники противопожарных устройств и охранной сигнализации музеев и выставок республиканского, краевого и областного значения;

к) электроприемники противопожарных устройств общеобразовательных школ, профессионально-технических училищ, средних специальных и высших учебных заведений при количестве учащихся более 1000 чел.;

л) электроприемники противопожарных устройств, эвакуационное и аварийное освещение крытых зрелищных и спортивных предприятий общей вместимостью 800 мест и более, детских театров, дворцов и домов пионеров со зрительными залами любой вместимости;

м) электроприемники противопожарных устройств и охранной сигнализации универсамов, торговых центров и магазинов с торговой площадью более 2000 м², а также столовых, кафе и ресторанов с числом посадочных мест свыше 500;

н) тяговые подстанции городского электротранспорта;

о) ЭВМ вычислительных центров, решающих комплекс народно-хозяйственных проблем и задачи управления отдельными отраслями, а также обслуживающие технологические процессы, основные электроприемники которых относятся к первой категории;

п) центральный диспетчерский пункт городских электрических сетей, тепловых сетей, сетей газоснабжения, водопроводно-канализационного хозяйства и сетей наружного освещения;

р) пункты централизованной охраны;

с) центральные тепловые пункты (ЦТП), обслуживающие здания высотой 17 этажей и более, все ЦТП в зонах с зимней расчетной температурой -40^оС и ниже;

т) городской ЦТ (РП) с суммарной нагрузкой более 10000 кВ·А.

Все прочие электроприемники потребителей, перечисленных в под-пунктах а, в, г, ж, и, к, л, м, относятся ко второй категории.

К электроприемникам второй категории относятся:

а) жилые дома с электроплитами за исключением одно-восьмиквартирных домов;

б) жилые дома высотой 6 этажей и выше с газовыми плитами или плитами на твердом топливе;

в) общежития вместимостью 50 человек и более;

г) здания учреждений высотой до 16 этажей с количеством работающих от 50 до 2000 человек;

д) детские учреждения;

е) медицинские учреждения, аптеки;

ж) крытые зрелищные и спортивные предприятия с количеством мест в зале от 300 до 800;

з) открытые спортивные сооружения с искусственным освещением с количеством мест 5000 и более или при наличии 20 рядов и более;

и) предприятия общественного питания с количеством посадочных мест от 100 до 500;

к) магазины с торговой площадью от 250 до 2000 м²;

л) предприятия по обслуживанию городского транспорта;

м) бани с числом мест свыше 100;

н) комбинаты бытового обслуживания, хозяйственные блоки и ателье с количеством рабочих мест более 50, салоны-парикмахерские с количеством рабочих мест свыше 15;

о) химчистки и прачечные (производительностью 500 кг и более белья в смену);

п) объединенные хозяйственно-питьевые и производственные водопроводы городов и поселков с числом жителей от 5 до 50 тыс. чел. включительно; канализационные насосные станции и очистные сооружения канализации, допускающие перерывы в работе, вызванные нарушениями электроснабжения, которые могут устраняться путем оперативных переключений в электрической сети;

р) учебные заведения с количеством учащихся от 200 до 1000 чел.;

с) музеи и выставки местного значения;

т) гостиницы высотой до 16 этажей с количеством мест от 200 до 1000;

у) библиотеки, книжные палаты и архивы с фондом от 100 тыс. до 1000 тыс. единиц хранения;

ф) ЭВМ вычислительных центров, отделов и лабораторий, кроме указанных в п.1 о) настоящего приложения;

х) электроприемники установок тепловых сетей - запорной арматуры при телеуправлении, подкачивающих смесителей, циркуляционных насосных систем отопления и вентиляции, насосов для зарядки баков аккумуляторов, баков аккумуляторов для подпитки тепловых сетей в открытых системах теплоснабжения;

ц) диспетчерские пункты жилых районов и микрорайонов, районов электрических сетей;

ч) осветительные установки городских транспортных и пешеходных тоннелей, осветительные установки улиц, дорог и площадей категории “А” в столицах республик, городах-героях, портовых и крупнейших городах;

ш) городские ЦП (РП) и ТП с суммарной нагрузкой от 400 до 10000 кВ·А при отсутствии электроприемников, перечисленных в п.1 настоящего приложения.

Потребители первой и второй категорий должны получать электроэнергию от двух независимых, резервирующих друг друга источников питания. При этом для потребителей первой категории перерыв в электроснабжении при потере одного из источников питания допускается на время автоматического восстановления питания, а для потребителей второй категории - на время подключения резервного питания дежурным персоналом [15].

При невозможности питания электроприемников первой категории от двух независимых источников допускается питание от двух близлежащих однотрансформаторных или разных трансформаторов двухтрансформаторных ТП, подключенных к разным линиям 10(6) кВ с устройством автоматического включения резервного питания (АВР).

В городских распределительных сетях рекомендуется использовать трансформаторы со схемой соединения обмоток звезда-зигзаг или треугольник-звезда. Трансформаторы 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток звезда-звезда допускается применять в сетях с преобладанием трехфазных электро-приемников и в сетях 6 кВ, переводимых на напряжение 10 кВ.

Для выбора числа и мощности трансформаторов ТП на основании технико-экономического сравнения вариантов выполнения сети на плане района города выбирается характерный участок с суммарной нагрузкой 2000…3000 кВт и намечается ряд вариантов схемы в зависимости от плотности нагрузки и характера потребителей. Сравниваемые варианты должны быть равнонадежны. Учитываются экономические показатели сети 0,38 кВ, ТП и потери электрической энергии в этих элементах.

При выборе конкурентоспособных вариантов мощности ТП можно пользоваться рекомендациями, полученными из проектной практики. При пятиэтажной застройке и пищеприготовлении на газовых плитах предполо-жительная мощность ТП - 1Ч400 кВ·А (один трансформатор мощностью 400 кВ·А), при электроплитах - 2Ч400 кВ·А. При жилых зданиях 9-16 этажей с газовыми плитами - 2Ч400 кВ·А или 2Ч630 кВ·А, а при электроплитах - 2Ч630 кВ·А.

В соответствии с [11] в районах малоэтажной застройки (до 6 этажей) мощность трансформаторов ТП в зависимости от плотности нагрузки на шинах 0,4 кВ рекомендуется принимать:

плотность нагрузки МВт/км2	мощность трансформаторов ТП, кВ·А
от 0,8 до 1,0	1·160
свыше 1,0 до 2,0	1·250
свыше 2,0 до 5,0	1·400
свыше 5,0 до 8,0	1·630

В районах многоэтажной застройки (9 этажей и выше) при плотности нагрузки 8 МВт/км² и более оптимальная нагрузка районной подстанции (РП) должна составлять: при напряжении 10 кВ - 12 МВт; при напряжении 6 кВ - 8 МВт. Рекомендуемая мощность двухтрансформаторных ТП - 2Ч630 кВ·А.

Особенности городского рельефа в г. Владивостоке заставляют «вытягивать» микрорайоны по периметру сопок, что увеличивает протяженность электрических сетей. На основании технико-экономических расчетов необ-ходимо выполнить выбор оптимального варианта сетей. При этом приходится рассматривать варианты с двухтрансформаторными подстанциями - 2Ч400 кВ·А и даже 2Ч250 кВ·А.

В табл. 1.19 приведены технические данные трансформаторов, взятые из справочника [10].

Согласно методике, приведенной в ГОСТ 14209-85 [12], допускается перегрузка трансформаторов для резервируемых распределительных сетей 0,38 кВ в аварийном режиме на 70-80% выше номинальной мощности. Общая суточная продолжительность перегрузки не должна превышать 6 ч. в течение не более 5 суток. Таким образом коэффициент загрузки трансформатора в аварийном режиме составляет К_З.АВ= 1,7-1,8, а коэффициент загрузки в нормальном режиме К_З.НОРМ = 0,85-0,9.

Трансформаторы могут быть без ущерба для нормального срока службы загружены в течение суток сверх номинальной мощности, если другую часть рассматриваемого периода их загрузка была ниже номинальной. Кроме того, перегрузка трансформаторов допускается и за счет неравномерности нагрузки в течение года.

Мощность трансформаторов, принимаемая к установке на ТП, должна удовлетворять условию

УS_Н.ТР > S_Р.ТП. (1.26)

Нашей промышленностью выпускаются сухие трехфазные трансформаторы типов ТСЗ, ТСЗУ, предназначенные для установки в системах электроснабжения промышленных предприятий, жилых и общественных зданий и рассчитаны на длительный режим работы. Трансформаторы выполнены на основе шихтованного магнитопровода стержневого типа с косыми стыками и имеют уменьшенные потери. Надежность им срок службы трансформаторов увеличены за счет уменьшения на 20 % нагрева узлов трансформатора.

...