Электроснабжение сельского населенного пункта

Состав расчетно-пояснительной записки:
1. Определение суммарной расчетной нагрузки и нагрузки уличного освещения. 2. Выбор числа и места установки ТП 10\0,4кВ 3. Электрический расчет сетей 0,38кВ 4. Расчет токов короткого замыкания
5. Выбор защитной в\в и низковольтной аппаратуры 6. Согласование защит по селективности 7. Разработка мероприятий по охране труда 8. Определение технико-экономических показателей
2.Определение суммарной расчетной нагрузки и нагрузки уличного освещения Расчетной нагрузкой называют наибольшее значение активной (Р) и реактивной (Q) мощностей в течении получаса, которые могут возникнуть на вводе к потребителю или в питающей сети в конце расчетного периода с вероятностью 0,95 Расчетная вечерняя нагрузка жилого дома определена в задании - Ржд=4,0кВт Электрические нагрузки производственных, общественных и коммунально-бытовых потребителей определены по табл.5.2 пособие(2) и сведены в табл.2.1 табл.2.1
потребитель
Sдн, кВА
Sвеч, кВА Администр. здание на 15 раб. мест
5
5 Комбинат бытовых услуг
5
1 Склад минеральных удобрений
12
1 Котельная с 2 котлами «Универсал»
12
8 Коэффициент мощности жилого дома определяем по (1) , приложение 6.
Жилые дома объединены в группы: -двухквартирные дома по 4 дома в группе -четырехквартирные дома по 2 дома в группе
Дома пронумерованы римскими цифрами: I-V - двадцать двухквартирных домов VI-X - десять четырехквартирных домов.
Нумерация остальных потребителей: 1—Комбинат бытовых услуг 2—Административное здание 3—Котельная 4—Склад мин. удобрений Расчетная мощность для группы из 4 двухквартирных домов Вечерний максимум:
Рд8в= Рд• 8 • Ко = 4 • 8 • 0,38 = 12,2кВт [2.1] Дневной максимум:
Рд8д= 12,2 • Куч =12,2 • 0,3 = 3,7кВт [2.2] где Ко – коэффициент одновременности Куч – коэффициент участия Полная мощность: Sд8в= = 13.5кВА [2.3] Sд8в= 13,5 • 0,3 = 4кВА [2.4] Расчет мощности для группы из 2х четырехквартирных домов проводить нецелесообразно т.к. исходные данные аналогичны предыдущему расчету. Приближенная нагрузка по добавкам мощностей приведена в табл.2.2 табл.2.2
№
потребит.
SД ,
кВА
SВ ,
кВА
∆SД ,
кВА
∆SВ ,
кВА
Xi*
Yi*
Наименование
потребителя
4
12
8
7,3
4.8
3.6
2.8
Котельная
3
12
1
7,3
0,6
0,8
3,1
Склад мин. удобрений
2
5
5
3
3
4,5
3,4
Админ.здание
1
5
1
3
0,6
4,5
2,2
КБУ
I
4
13,5
2,4
8,2
6,3
1,8
гр. из 4х двухкварт. домов
II
4
13,5
2,4
8,2
6,3
2,6
То же
III
4
13,5
2,4
8,2
6,3
5,5
То же
IV
4
13,5
2,4
8,2
6,3
6,3
То же
V
4
13,5
2,4
8,2
6,3
7,1
То же
VI
4
13,5
2,4
8,2
4,8
5,2
гр. из 2х четырехкварт. домов
VII
4
13,5
2,4
8,2
4,8
5,8
То же
VIII
4
13,5
2,4
8,2
4,8
6,4
То же
IX
4
13,5
2,4
8,2
4,8
7,0
То же
X
4
13,5
2,4
8,2
4,8
7,6
То же *координаты потребителя на плане
Расчет уличного освещения Данные для расчета уличного освещения берем из (1), приложение 3 Sул= = 5200ВА или 5,2кВА [2.5] где Р- мощность, ватт • метр
L- длина улицы
Расчет электрической нагрузки ТП Приближенный расчет нагрузки на шинах ТП выполняется по списку потребителей. К мощности наибольшего потребителя суммируют добавки мощностей всех остальных потребителей. S∑ТП = Smax.потреб. + = 93,3кВА [2.6] С учетом уличного освещения: Sрасч = Sул + S∑ТП = 93.3 + 5.2 =98.5кВА [2.7] Мощность ТП следует выбирать с учетом следующих требований: 1. Категория потребителя и обеспечение резервного питания должны быть приняты во внимание. 2. Мощность трансформатора на однотрансформаторных подстанциях нужно выбирать при условии их работы в нормальном режиме по экономическим интервалам нагрузки с учетом систематических перегрузок, таким образом чтобы: Sэнгде Sэн , Sэв нижняя и верхняя границы интервалов нагрузки для трансформатора принятой номинальной мощности. Т.к. все потребители относятся к III категории электроприемников (ПУЭ 1.2.17), то достаточно установки одной ТП. По пособию (1) приложение15 выбираем трансформатор по экономическим интервалам нагрузки. С учетом 8% динамики роста, исходя из вышеуказанных требований делаем выбор на комплектной трансформаторной подстанции тупикового типа КТП-100/10/0,4-У1, мощностью 100 кВА.
3. Выбор места установки ТП 10\0,4кВ Координаты места установки ТП определяются по формулам: X= = 4.9 [3.1] Y= =4,7 [3.2] где Si мощность потребителя; Xi,Yi координаты на плане
4. Электрический расчет сетей 0,38кВ Электрический расчет сетей 0,38 кВ ведется по минимуму приведенных затрат по экономическим интервалам. Экономическое сечение проводов определяют следующим образом: 1. Находят расчетную максимальную нагрузку Smax на данном участке линии. 2. Определяют эквивалентную нагрузку: Sэкв = Smax × Rg [4.1] Для вновь сооружаемых сетей коэф. учитывающий динамику роста нагрузок Rg = 0,7 3. По (3) приложение 32 предварительно определяем сечение проводов для каждого из участков. 4. Определяем потерю напряжения при выбранных сечениях. 5. Проверяем потерю напряжения, которая не должна превышать допустимую. 6. Результаты сводим в таблицу Табл.4.1 Расчет ВЛ 0,38кВ на минимум приведенных затрат
№
участка
Sрасч.,
кВА
длина
участка,
м
Sэкв.,
кВА
марка и
сечение
провода
DU, % на от участке ТП
марка и
сечение провода
DU, % на от участке ТП
ВЛ 1
0-1
46,5
20
32,5
А35
0,43
0,43
1-2
21,2
30
14,9
А35
0,31
0,74
2-II
13,5
-
9,5
-
-
-
-
-
-
2-I
13,5
120
9,5
А35
1,07
1,81
1-3
30
10
21
А35
0,12
0,55
3-III
13,5
-
9,5
-
-
-
-
-
-
3-4
21,7
120
15,2
А35
1,34
1,89
4-IV
13,5 -
9,5
-
-
-
-
-
-
4-V
13,5
120
9,5
А35
0,82
2,71
ВЛ 2
0-1
12,2
20
8,5
А25
0,14
0,14
1-2
5,6
10
3,9
А25
0,03
0,17
2-2
5,0
-
3,5
-
-
-
-
-
-
2-1
1,0
30
0,7
А25
0,02
0,19
1-3
9,8
30
6,8
А25
0,17
0,31
3-4
8
-
5,6
-
-
-
-
-
-
3-3
1
120
0,7
А25
0,05
0,36
ВЛ 3
0-1
46,5
10
32,5
А50
0,13
0,13
1-VI
13.5
-
9.5
-
-
-
-
-
-
1-2
38
80
26.7
А50
0.89
1.08
2-VII
13.5
-
9.5
-
-
-
-
-
-
2-3
30
80
21
А35
1.11
2.19
3-VIII
13.5
-
9.5
-
-
-
-
-
-
3-4
21.7
80
15.2
А35
0.84
3.03
4-IX
13.5
-
9.5
-
-
-
-
-
-
4-X
13.5
80
9.5
А35
0.53
3.56 Расчет падения напряжения производим по формуле: DU,B = [4.2] где S – расчетная мощность, кВА L – длина участка, км U – номинальное напряжение, кВ
r, x – активное и индуктивное сопротивление провода DU,% = [4.3]
расчетные схемы ВЛ 0,38кВ: В числителе номер потребителя, в знаменателе значение нагрузки
4А35
4А35
4А50
ВЛ 3
4А35
4
3
2
10
80
80
80
80

1
4А50

А35
0

А35

120

5. Расчет токов короткого замыкания Расчет токов к.з. нужен для определения максимального тока трехфазного к.з. на шинах 0,4кВ трансформатора и тока однофазного к.з. в наиболее удаленной точке линии. Максимальный ток трехфазного к.з. на шинах ТП: Iк(3) = [5.1] где относительное значение максимального тока трехфазного к.з. по отношению к номинальному току трансформатора, SH - номинальная мощность трансформатора. Ток однофазного к.з. определяется по формуле: Iк(1) = [5.2] Где ZT – полное сопротивление трансформатора току замыкания на корпус. Данные из (2) таблица 7.15 ZП – полное сопротивление фазного и нулевого провода. UФ – фазное напряжение
6.Выбор защитной в\в и низковольтной аппаратуры Согласно выбранному типовому проекту на КТП устанавливаем следующее оборудование со стороны высшего напряжения: разъединитель РЛНД-10,как защиту от атмосферных перенапряжений - вентильный разрядник РС-10, предохранитель ПК-10.Номинальный ток плавкой вставки выбираем после согласования действия ПК-10 с работой автоматического выключателя. Со стороны низшего напряжения на вводе устанавливаем рубильник. На отходящих линиях устанавливаем автоматические выключатели серии ВА57Ф35 – 340010 Для уличного освещения – магнитный пускатель ПМЕ-211и автомат типа ВА57Ф35 – 340070 на номинальный ток 16А и предельной коммутационной способностью 9кА.
линия
, Ом
ZП, Ом
, А
, А
IРАБ, А

№1
0,356
0,552
253
3350
71
2,4
№2
0,356
0,386
312
3350
19
12
№3
0,356
0,492
271
3350
71
2,5 Табл. 5.1 Расчет однофазных токов короткого замыкания и выбор автоматов на линиях отходящих от ТП
продолжение
линия
параметры автоматов
тип
UН, В
IН авт, А
IН расц, А
Макс.откл.
способность,
Ка
Тип реле в нулевом проводе
№1
ВА57Ф35 – 340010
380/660
100
105
10
РТ40/100
№2
ВА57Ф35 – 340010
380/660
25
26,3
10
№3
ВА57Ф35 – 340010
380/660
100
105
10
РТ40/100 Из табл. 5.1 видно, что автоматические выключатели на отходящих линиях №1 и №3 не удовлетворяют условию защитного отключения, т.к. Чтобы выполнить это условие, устанавливаем автоматы, имеющие, кроме комбинированного расцепителя, еще независимый расцепитель, который работает во взаимодействии с реле максимального тока включенным в нулевой провод. Технические характеристики реле РТ40/100 приведены в табл. 5.2 табл. 5.2 Тип реле Пределы уставки на ток срабатывания, А Коммутируемое напряжение, В Коммутируемый ток, А Потребляемая мощность, ВА, при токе миним. уставки Номинальный ток, А; соединение катушек Число контактов замык./ размык./ переключ. последова- тельное парал- лельное
РТ40/100 25 .100 250 2 1,8 16 16 1/1/ Для линий №1 и №3 уставку реле принимаем равную 70А. Тогда кратность: Для линии №1 = = 3,6 Для линии №2 = = 3,87
7.Согласование защит по селективности
Очень важно согласовать выбранный автоматический выключатель отходящей линии 0,38кВ с предохранителем ПК-10.Необходимо чтобы при коротком замыкании в т.К (рис.1) первым сработал автоматический выключатель отходящей линии, а затем спустя ступень выдержки времени кварцевый предохранитель ПК-10 IР=6.1А РЛНД-10
ПК-10 рис.1
ТМ-100 шины 0,4кВ ВА57Ф35 К IР=71А IР=19А IР=71А IН РАСЦ 105А 26,3А 105А Для согласования защит необходимо построить карту селективности. Для этого в координатах время-ток наносят характеристику срабатывания выбранного автоматического выключателя для наиболее нагруженной линии, фиксируют значение IК(3) в точке К и проводят согласование с кварцевым предохранителем.
t, с Рис.2
100
800

600 ПК-10

400 ВА 57Ф35 IP=100А

20

100

6

4 IH=20A

2
IH=15A

1

0,8

0,6 А

0,4

0,2 Dt=0.5
I,А
При трехфазном коротком замыкании равном 3350А, автоматический выключатель ВА 57Ф35 должен сработать за 0,02сек, если этого, по каким-либо причинам не произойдет, то согласно карте селективности через 2,6сек сработает ПК-10 с номинальным током 20А. ПК-10 на номинальный ток 15А перегорит, через » 0,36сек. Соответственно ступень времени в 0,5 – 1,0сек с ПК-10, IH = 15А выдержана не будет. Выбираем ПК-10, IH = 20А . рис. 3 Время – токовые характеристики ВА 57Ф35-340010, приведенные заводом изготовителем «ОАО Дивногорский завод НВА»
8. Разработка мероприятий по охране труда В соответствии с ПУЭ и ПТЭ по нормам безопасности работы должны быть рассчитаны заземляющие устройства ТП, выбраны повторные заземления на отходящих линиях, а также проверено защитное отключение при повреждении электроустановок. Если заземляющее устройство одновременно используется для установок выше 1000В с малыми токами замыкания на землю и для установок напряжением до 1000В то необходимо соблюдать следующие условия: 10 Ом ≥R3≤ 125/ IЗ [8.1] где IЗ – наибольший ток замыкания на землю для сетей выше 1000В В воздушных линиях также необходимо делать заземления и присоединять к ним крюки и штыри изоляторов. Заземляющие устройства должны иметь сопротивление не более 30 Ом, а расстояние между ними не более 100 м для районов с числом грозовых часов в году более 40. Заземления должны быть выполнены на конечных опорах линий, имеющих ответвления к вводам, при этом наибольшее расстояние от соседнего защитного заземления данной линии должно быть не более 50 м для районов с числом грозовых часов в году более 40. табл.8.1 Предельное удельное сопротивление грунтов
ГРУНТ
Удельное сопр. RЭКВ, Ом×м
Пределы колебаний
При влажн. грунта 10-12%
чернозем
9…53
20
торф
9…53
20
глина
8…70
40
суглинок
40…150
100
супесь
150…400
300
песок
400…700
700 ПУЭ 1.7.62. Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов или трансформаторов или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей, а также заземлителей повторных заземлений нулевого провода ВЛ до 1 кВ при количестве отходящих линий не менее двух. При этом сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали генератора или трансформатора или вывода источника однофазного тока, должно быть не более: 15, 30 и 60 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. Согласно [8.1] RЗ = 125 / 20 = 6,25 Ом От ТП отходят три ВЛ. 380/220В, на каждой из которых установлено: ВЛ1 – 6 заземлителей Rл1 = 4,2 Ом ВЛ2 – 4 заземлителя Rл2 = 7,5 Ом ВЛ3 – 4 заземлителя Rл3 = 7,5 Ом Суммарное сопротивление линий отходящих от ТП составляет 1,2 Ом Заземление на трех отходящих линиях обеспечивает условие RЗ ≤ 6,25 Ом Произвольно зададим удельное сопротивление грунта – 130 Ом. Коэффициент сезона – 1,7 Расчет заземлителя ТП:
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Удельное сопротивление грунта, Ом·м rгр = 130,00 Длина вертикального заземлителя, м L = 3,00 Сезонный климатический коэффициентy = 1,70; Наружный диаметр вертикального заземлителя,мм d = 24,50 Нормируемое ПУЭ сопротивление заземляющего устройства растеканию тока при базовом удельном сопротивлении земли, Ом Rнорм = 30,00 Заглубление соединительной полосы,м; tполосы = 0,80 Ширина соединительной полосы,мм b = 25,00 Расстояние между электродами,м P = 1,50 Коэффициент использования электрода, hC = 0,83.
Сопротивление одного вертикального заземлителя определяется по формуле:
Rоc = 0,366×rгр×y/×L×Lg(4×L/d), [8.1]
где rгр - удельное сопротивление грунта, Ом·м y - сезонный (климатический) коэффициент; d - наружный диаметр вертикального заземлителя, м L - длина вертикального заземлителя, м.
Roc = 0,366·130,00·1,70/3,00·(Lg(4·3,00/0,02) = 72,53 Ом
Определение ориентировочного числа стержней
Вычисляем сопротивление контура:
RH = Rнорм ×(rгр /rбаз), где Rнорм - нормируемое ПУЭ сопротивление заземляющего устройства растеканию тока при базовом удельном сопротивлении земли, Ом. rгр - удельное сопротивление грунта, Ом·м;
rбаз - базовое удельное сопротивление грунта, (rбаз = 100 Ом·м).

RH = 30,00·(130,00/100) = 39,00 Ом Определяем ориентировочное число стержней:
nпредв = Roc×y/ Rн, [8.2]
где Roc - сопротивление одного вертикального заземлителя RH - сопротивление контура, Ом.
nпредв = 72,53·1,70/39,00 = 3,16 Вычисленное приблизительное количество вертикальных электродов округляется в сторону увеличения до целого числа:
nпредв= 4,00
С учетом коэффициента использования:
R'ос= Roc/ hC, [8.3]
hC - коэффициент использования заземлителей Roc - сопротивление одного вертикального заземлителя
R'ос= 72,53/0,83 = 87,38

Сопротивление соединительной полосы с учетом коэффициента использования: Вычисляем длину соединительной полосы: Если заземлители расположены в ряд
Lп = L/2×(nпредв-1) [8.4]
Если заземлители расположены по контуру
Lп = L/2×nпредв [8.5] где L - длина вертикального заземлителя, м nпредв - ориентировочное число стержней.
Lп = 3,00/2·(4-1) = 4,50 м Определяем сопротивление соединительной полосы по формуле:
Rполосы = 0,366×rгр×y/(Lп×hп)×Lg((2×Lп2)/(b×tполосы)), [8.6] где b - ширина соединительной полосы, м tполосы - заглубление соединительной полосы, м y - сезонный (климатический) коэффициент rгр - удельное сопротивление грунта, Ом·м Lп - длина соединительной полосы, м hп - коэффициент использования соединительной полосы
Rполосы = 0,366·130,00·1,70/(4,50·0,83)·Lg((2·4,50·4,50)/(0,03·0,80)) = 71,60 Ом
Суммарное сопротивление вертикальных заземлителей и соединительной полосы определяется по формуле:

Rверт =(Rполосы × Rн)/(Rполосы - Rн), [8.7]

где Rполосы - сопротивление соединительной полосы, Ом Rн - сопротивление контура, Ом.

Rверт = (71,60·39,00)/(71,60-39,00) = 85,65 Ом
Уточненное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:
n= R'oc/(Rверт ×hC), [8.8]
где hC - коэффициент использования заземлителей; Rверт - суммарное сопротивление вертикальных заземлителей и соединительной полосы, Ом R'ос - сопротивление одного вертикального заземлителя с учетом коэффициента использования, Ом.
n = 87,38/(85,65·0,83) = 1,23 Вычисленное количество вертикальных электродов округляется в сторону увеличения до целого числа:n = 2 9. Определение технико-экономических показателей Технико-экономические показатели спроектированной системы электроснабжения являются стоимость и себестоимость одного киловатт - часа, отпущенного потребителю. Для проведения расчета использованы данные из (3), приложения: 24; 25; 29; 30. Значения ЗВ, ЗС взяты из готового расчета литературы(1) Расчет стоимости: С0,38 = + +ЗВ где: ЕН – нормативный коэффициент эффективности КТП – капиталовложения в ТП, тыс.руб. КВЛ – капиталовложения в ВЛ 0,38, тыс.руб. L0,38 – длина ВЛ 0,38 РА – коэффициент амортизационных отчислений hУЕ – число условных единиц для кждого элемента схемы g - стоимость одной условной единицы DW – количество потерянной электроэнергии в элементах схемы DWнед – количество недоотпущенной электроэнергии Uо – стоимость одного недоотпущенного киловатта×ч РТП – мощность ТП ТТП – время использования нагрузки, ч/год С0,38 = 0,12(1,42+2,69)+1,42×0,064+2,7×0,057+0,035(3,5+2,5)+0,022×13300+0,24×0,216/100×1900= =0,0067 + 0,022=0,0287 руб/квт×ч Расчет себестоимости: С0,38\ = +ЗВ+ЗС С0,38\ = 1,42×0,064+2,7×0,057+0,035(3,5+2,5)+0,022×13300+0,24×0,216/100×1900= =0,0041 + 0,022+0,0133=0,0392 руб/квт×ч ЛИТЕРАТУРА 1. «Практикум по электроснабжению сельского хозяйства» под ред. И.А.Будзко М. Колос 1982г
2. «Справочник инженера-электрика сельскохозяйственного производства»
М. Информагротех 1999г 3. «Электроснабжение сельского хозяйства» И.А.Будзко, Н.М. Зуль
М. Агропромиздат 1990г 4. «Заземление, защитные меры электробезопасности» М.Р. Найфельд
М. Энергия 1971г