Электроснабжение населенного пункта

СОДЕРЖАНИЕ

1. Техническое задание на проектирование
2. Расчет электрических нагрузок населенного пункта
3. Определение координат трансформаторной подстанции ТП 10/0,4 кВ на плане населенного пункта
4. Разработка схем электрических сетей 0,38 кВ и 10 кВ
5. Расчет электрических нагрузок в сетях 0,38 кВ
6. Компенсация реактивной мощности на ТП
7. Выбор силового трансформатора и КТП 10/0,4 кВ
8. Расчет электрических нагрузок в сетях 10 кВ
9. Расчет сети 0,38 кВ
10. Расчет сети 10 кВ
11. Определение потерь напряжения ВЛ 0,38 кВ и 10 кВ
12. Проверка ВЛ 0,38 кВ по условию пуска электродвигателя
13. Таблица отклонений напряжения
2. Расчёт токов короткого замыкания
1. Выбор аппаратуры ТП 10/0,4 кВ
2. Защита ВЛ 10 кВ
3. Защита трансформатора 10/0.4 кВ

Литература

1.1Техническое  задание на проектирование

Таблица 1  - Состав общественных и коммунальных

потребителей

ФЭПЭ 000.004.043 Э7

Лист 

Дополнительные  исходные данные

               Расположим потребителей электроэнергии  на тарированной сетке в соответствии  с техническим заданием.

             План населенного пункта потребителей электроэнергии приведен на чертеже.

Лист

1.2 Расчет электрических  нагрузок населенного пункта

Расчеты производятся отдельно для дневного и вечернего максимумов нагрузок.

Дневная Р_Джд и вечерняя Р_Вжд нагрузки жилого сектора слагаются из нагрузок жилых домов Р_(Д,В)ждi и уличного освещения  Р_уо.

Величина расчетной  нагрузки жилых домов определяется по (3):

где

k_о – коэффициент одновременности k_о= 0.18

k_(Д,В)у – коэффициент участия жилого дома в дневной и вечерней нагрузке k_(Д)у=0.6  k_(В)у=1

Р_ждi – удельная расчетная нагрузка на вводе в сельский жилой дом

Р_ждi= 3.42

n – количество домов  в населенном пункте (90);

              90*0.18*0.6*3.42= 33.242 кВт

           90*0.18*1*3.42= 55.404 кВт

Величина расчетной  нагрузки уличного освещения определяется

Р_уо = L×P_удi ,          (4)

где Р_удi – удельная расчетная нагрузка уличного освещения.

L – длина улиц населенного пункта, м.

                       L=30*n=2700м                   ( 5)

Р_уо = L×P_удi = 2700*7=18.9 кВт

Лист

           Поселковые улицы с асфальтобетонным и переходным типами покрытия, ширина проезжей части 9…12 м, норма освещенности 4лк.

где   Р(д,в)_i, Q(д,в)_i, S(д,в)_i – соответственно, активная, реактивная и полная расчетная дневная и вечерняя нагрузки потребителей, (кВт, квар, кВА).

            Результаты расчетов по (1) и (2), расчетные нагрузки на вводах производственных, общественных и коммунальных потребителей, значения коэффициентов мощности cos ɸ (Д,В), реактивной мощности tg ɸ(Д,В), а также результаты расчетов по формулам (6) и(7) внесем в таблицы 2 и 3.

 Таблица 2

  Состав производственных, общественных и коммунальных  потребителей

Лист

Таблица 3

Нагрузки потребителей до компенсации реактивной мощности

Таблица 4

             Нагрузки потребителей после  компенсации реактивной мощности

3. Определение координат трансформаторной подстанции ТП 10/0,4 кВ на плане населенного пункта

Координаты центров нагрузок населенного пункта определяются отдельно для дневного и вечернего максимумов из выражения:

где x, у – абсцисса и ордината ввода i-того потребителя по координатной сетке рисунка 1.

Точки с координатами центров дневного и вечернего  максимумов нагрузок населенного пункта наносятся на рис.1 и соединяются отрезком прямой. На отрезке отыскивается точка, делящая его на части пропорциональные отношению большего

суммарного (дневного или вечернего) максимума нагрузки к меньшему.

Точка деления располагается  на отрезке ближе к большему суммарному максимуму нагрузки.

Координаты полученной точки будут определять центр  нагрузок населенного пункта [5], в  котором в дальнейшем располагается проектируемая ТП 10/0,4 кВ.

=196.2кВт          = 180.3кВт

              Хд=1770.4/206.2=8.585             Хв=1597/190.3=8.393

              Yд=1550.2/206.2=7.518             Yв=1583.3/190.3=8.32

Лист

4.  Разработка схем электрических сетей 0,38 кВ и 10 кВ

В качестве электрических  распределительных – 0,38 кВ и питающих – 10 кВ сетей в курсовом проекте  предполагается использование воздушных линий (ВЛ). Их конфигурация разрабатывается самостоятельно в соответствии с планом населенного пункта (рис.1) и района электроснабжения (рис.2), на принципах кратчайшей сети и равномерности нагрузки по линиям.

1.5 Расчет электрических  нагрузок в сетях 0,38 кВ

Определение суммарных  электрических нагрузок по линиям 0,38 кВ  производится отдельно для дневного и вечернего максимумов нагрузок, начиная с наиболее удаленного от ТП 10/0,4 кВ участка и определяется по формуле:

где к_о – коэффициент одновременности ;

– сумма активных дневных и  вечерних расчетных нагрузок потребителей на расчетном участке, кВт.

Если значение нагрузок потребителей на расчетном участке отличается более чем в 4 раза, суммирование производится путем добавок к большей слагаемой нагрузке.

где Р_(Д,В)imaх – наибольшая из дневных или вечерних активных нагрузок на вводе потребителя расчетного участка, кВт;

DР_(Д,В)i – добавки [14].

Средневзвешенные коэффициенты активной и реактивной мощности расчетного участка для дневного и вечернего максимумов нагрузки определяются из выражения:

где сosj_(Д,В)i, tgj_(Д,В)i– соответственно коэффициенты мощности и реактивной мощности потребителей расчетного участка (принимаются из таблицы 2).

Реактивная и полная мощность расчетных участков определяется по формулам:

Результаты расчетов по формулам (10-15) заносятся в таблицу 4. Значение расчетных нагрузок и коэффициентов для шин 0,4 кВ ТП10/0,4 кВ определяются аналогично (10-15).

Таблица 5.4  Нагрузки участков линий 0,38 кВ

6. Компенсация реактивной мощности на ТП

На шинах 0,4 кВ ТП 10/0,4 кВ расчетная мощность компенсации определяется либо по номограммам [2], либо из выражения:

Q_{К тп} £ Q_max,            (17)

где Q_max – максимальная реактивная (квар) нагрузка на шинах 0,4 кВ ТП 10/0,4 кВ.

Выбор марок конденсаторов  и конденсаторных установок производится по [2,4].

Выбираем конденсаторную установку 

КС2-0.38 – IIIY3  36 квар

Результаты расчёта  и выбора компенсирующих устройств в сетях 0,38 кВ и шинах  ТП 10/0,4 кВ заносятся в таблицу 5.4.

Таблица 5

Выбор компенсирующих устройств  в сетях на ТП 10/0.4 кВ

1.7 Выбор силового  трансформатора и КТП 10/0,4 кВ

Для однотрансформаторных подстанций достаточным условием выбора мощности силового трансформатора 10/0,4 кВ служит выражение

S_эн £ S_р £ S_эв,         (16)

где  S_эн и S_эв – соответственно нижняя и верхняя граница экономических интервалов нагрузки для трансформатора принятой номинальной мощности (кВ×А) (приложение 10) ;

S_р – расчетная мощность ТП 10/0,4 кВ, кВ×А.

S_р = к_рн×S_Тпmax=320*1.48=474                           (17)

где   к_рн – коэффициент роста нагрузок ;

         По экономическим интервалам  нагрузок (приложение 10) и расчётной  мощности трансформатора 10/0,4 кВ (19) принимается номинальная мощность трансформатора S_Трном. Которая затем проверяется по систематически допустимой перегрузке в номинальном и послеаварийном режимах работы.

где  S_Трmax – максимальная систематически допустимая перегрузка трансформатора, кВ×А

к_номА – коэффициент допустимых послеаврийных перегрузок трансформаторов  .

Если хотя бы одно из условий(18), (17) не соблюдается к установке  принимается следующий по шкале  мощностей трансформатор (приложение 10).

Sтп=250кВА

Принятая трансформаторная подстанция удовлетворяет условиям по систематически доступной перегрузке в номинальном и послеаварийном режимах работы.

8. Расчет электрических нагрузок в сетях 10 кВ

Для расчетной ТП 10/0,4 кВ Р_(Д,В)тп определяются по формуле:

Р_(Д,В)тп = S_(Д,В)тп×соsj_{(Д,В)тпк}        (19)

где соsj_{(Д,В)тпк} – коэффициент мощности на расчетной ТП 10/0,4 кВ после компенсации (определяется из табл. 5.4);

S_(Д,В)тп – принимается из таблицы 5.4. после компенсации.

Компенсация реактивной мощности на шинах 10 кВ ТП 10/0,4 кВ в курсовом проекте не предусматривается.

Результаты расчетов по подразделу сводятся в таблицу 6

Таблица 5.6

 Нагрузки участков  линий 10 кВ

1.9 Расчет сети 0,38 кВ

Электрический расчёт ВЛ 0,38 кВ производится с целью выбора марки и сечения проводов.

В курсовом проекте расчёт произвести по методу наименьших затрат с последующей проверкой по потере напряжения. Марки и площадь сечения проводов по наименьшим приведенным затратам выбираются по таблицам интервалов экономических нагрузок (приложение 15).

Основой выбора является расчетная эквивалентная мощность по участкам сети S_Эуч, которая определяется или по дневному или по вечернему максимуму,

S_Эучд = к_д×S_Дуч,        (20)

S_Дучв  = к_д×S_Вуч.            (21)

где к_д – коэффициент динамики роста нагрузок , который зависит от расчетного периода и закона роста нагрузок. В курсовом проекте принять к_д = 0,7 [10];

S_Дуч, S_Вуч – соответственно полная мощность дневного или вечернего максимума на участке, кВ×А

.

Провод выбирается по наибольшему максимуму.

Данные расчетов заносятся  в таблицу 7.

Таблица 7

 Выбор проводов  по участкам линий 0,38 кВ

1.10 Расчет сети 10 кВ

Выбор проводов воздушных  линий 10 кВ производится аналогично выбору проводов ВЛ 0,38 кВ и в той же последовательности.

Данные для выбора проводов берутся из таблицы 6.

Результаты расчетов сводятся в таблицу 8.

Сечение проводов менее 35 мм² не следует применять по условиям механической прочности [8].

Таблица 8

 Выбор проводов  по участкам линий 10 кВ

1.11 Определение  потерь напряжения ВЛ 0,38 кВ и  10 кВ

Потеря напряжения определяется от ТП до наиболее удаленного потребителя. На участках линии потеря напряжения определяется в процентах от номинального напряжения по расчетной мощности S_Эуч (табл. 5.7 и 5.8) по выражению

где  DU_уд – удельная потеря напряжения, . Зависит от сечения провода и соsj участка. Определяется графически .

  L_уч – длина участка, км

Затем, суммируя потери напряжения по участкам, находим потери напряжения от начала линии до самого увствииго и до самого удаленного к ТП потребителя.

Далее выбранные провода  проверяются на отклонение напряжения у наиболее удаленного от ТП потребителя при 100%-й нагрузке и у ближайшего к ТП потребителя при 25%-й нагрузке, предварительно приняв   DU_тр = 0.

U_л¹⁰⁰ = U_ш¹⁰⁰ + DU₁₀¹⁰⁰ + DU_тр +  DU_тр ¹⁰⁰ +  DU_0,4¹⁰⁰ + DU_внутр.¹⁰⁰  (23)

U_л²⁵ = U_ш²⁵ + DU₁₀²⁵ + DU_тр +  DU_тр ²⁵ + DU_0,4²⁵ + DU_внутр.²⁵ ,        (24)

где  Uш¹⁰⁰, Uш²⁵ – соответственно отклонение напряжения на шинах 10 кВ РТП 35/10кВ при 100%-й нагрузке и при 25%-й нагрузке (таблица 3.7);

DU₁₀¹⁰⁰, DU₁₀²⁵ – соответственно потеря напряжения в ВЛ 10 кВ при100%-й нагрузке и при 25%-й нагрузке от РТП до проектируемой подстанции;

DU_тр – надбавка в трансформаторе 10/0,4 кВ (принимается от +5 до +15 через 2,5 %);

DU_тр¹⁰⁰, DU_тр²⁵ – соответственно потеря напряжения в трансформаторе 10/0,4 кВ при 100%-й нагрузке и при 25%-й нагрузке. В курсовом проекте принять Uтр¹⁰⁰ = - 4%; Uтр²⁵ = - 1%.

DU_0,4¹⁰⁰, DU_0,4²⁵ – соответственно потеря напряжения в ВЛ 0,38 кВ при 100%-й нагрузке до удаленного потребителя и при 25%-й нагрузке до ближайшего к ТП потребителя ;

DU_внутр.¹⁰⁰ , DU_внутр.²⁵ – соответственно потеря напряжения во внутренних сетях при 100%-й нагрузке и при 25%-й нагрузке :

DU_внутр.¹⁰⁰ =–2,5%; DU_внутр.²⁵ =–0,625 %

       Если отклонение напряжения при 100%-й нагрузке у наиболее удаленного от ТП потребителя выходит за пределы допустимого по нормам – 7,5%, можно увеличить надбавку напряжения у трансформатора 10/0,4 кВ, но так, чтобы отклонение напряжения у ближайшего к ТП потребителя при 25 %-й нагрузке было не больше допускаемого, равного +7,5 %. Если же при увеличении надбавки напряжения трансформатора отклонение напряжения у потребителя при 25 %-й нагрузке

выходит за пределы допускаемой  величины, то в этом случае заменяются провода таким образом, чтобы  отклонение напряжения не выходило за пределы допустимых ±7,5 %.

1.12 Проверка  ВЛ 0,38 кВ по условию пуска электродвигателя

Допускается снижение напряжения в момент пуска асинхронного короткозамкнутого двигателя максимальной мощности на его зажимах 30 % от номинального напряжения линии.

Потеря напряжения при  пуске электродвигателя определяются:

где Z_тр⁽³⁾ – полное сопротивление трансформатора при коротком замыкании, Ом (приложение 18);

Z_л  - полное сопротивление линии от ТП до электродвигателя, Ом

где    - сумма полных сопротивлений участков, Ом.

где R_o, X_o – соответственно активное и индуктивное сопротивления линии Ом/км (приложение 17);

Z_дв – полное сопротивление электродвигателя при коротком замыкании, Ом.

где    U_ф – фазное напряжение электродвигателя, В;

I_ф -  фазный ток электродвигателя, А;

к_п -  коэффициент кратности пускового тока электродвигателя

Мощность электродвигателя установленного у потребителя №20 Рnom=11кВт

     Электродвигатель  АИР132M2 с параметрами

              Рnom=11кВт   Кп=7.5       Inom=21.12А

        Для трансформатора номинальной мощность SТПном=250кВА

                                              Z_тр^{(3)  =  0.03}

       Потеря  напряжения при пуске электродвигателя

                                               0.03+0.3589

                                      ___________________=0.226

                                                0.03+0.3589+1.33

            Расчетное снижение напряжения  в момент пуска двигателя допускается.

1.13 Таблица  отклонений напряжения

Таблица составляется для проектируемой ТП 10/0,4 кВ для  режимов 100% и 25% нагрузки. Все надбавки и потери напряжения приводятся в процентах к номинальному напряжению. В ней указывается отклонение напряжения на шинах 10 кВ РТП 35/10 кВ согласно заданию (табл. 3.7). Расчетные потери напряжения в ВЛ 10 кВ до проектируемой ТП 10/0,4 кВ (по формуле 31 и 32), расчетные потери напряжения в ВЛ 0,38 кВ, допустимые потери у потребителя. На зажимах потребителей должно быть обеспечено отклонение напряжения в пределах  ± 7,5 %

Таблица 9

 Таблица отклонения  напряжения

2. Расчёт токов  короткого замыкания

                 Расчет токов короткого замыкания (к.з.) производится с целью проверки защитной аппаратуры на термическую и динамическую стойкость, а также чувствительность и селективность действия. Расчет токов к.з. в проекте производится в именованных единицах. Для расчетов токов к.з. составим эквивалентную однолинейную схему.

        Токи к.з.:

К1 – на шинах 10 кВ проектируемой  от РТП трансформаторной подстанции ;

К2 – на шинах 0,4 кВ проектируемой подстанции ;

К3; К4; К5; К6 – на вводе  наиболее удаленных от проектируемой ТП 10/0,4 кВ потребителей на 1,2,3,4 линиях 0,38 кВ.

Для всех точек рассчитывают ток двух и трехфазного к.з., а  для точек К3, К4, К5 иК6 – однофазного к.з. За базисное напряжение целесообразно выбрать 400 В.  Сети

где   U_б – базисное напряжение, 400 В;

         S_к.з – мощность к.з. на шинах 10 кВ РТП, В×А.

S_{к.з  =200 МВА}

400/200000000= 2мОм

Точка К1

Для линии 10 кВ приведенные  сопротивления определяют по формулам

Rлi = 1,45×10^–3×Rу×Li, (30)

где  Z_S - суммарное сопротивление ВЛ от РТП до точки к.з.

где R_у, X_у – соответственно удельные активное и индуктивное сопротивления i-того участка линии 10 кВ, Ом/км,

L_i – длина i-того участка линии.

   Полное сопротивление  линии 10 кВ

Zл10=

Zл10=13.279 Ом                

Ток трехфазного к.з. на элементах сети 10 кВ определяется по формуле :

Точка К2

Точка К3

      ZТП=0.019 Ом

      Rт=31 Ом  Хтт=8.3 Ом

      Rтт=0.3 Ом  Хтт=0.2 Ом

      Rа=0.65 Ом   Ха=0.17 Ом

      Rа1=3.5 мОм   Ха=2 мОм

      Rш=0.006 Ом

      Rр=0.2 Ом

Точка К4

      ZТП=0.019 Ом

      Rт=31 Ом  Хтт=8.3 Ом

      Rтт=0.3 Ом  Хтт=0.2 Ом

      Rа=0.65 Ом   Ха=0.17 Ом

      Rа1=1.3 мОм   Ха=0.7 мОм

      Rш=0.006 Ом

      Rр=0.2 Ом

Точка К5

      ZТП=0.019 Ом

      Rт=31 Ом  Хтт=8.3 Ом

      Rтт=0.3 Ом  Хтт=0.2 Ом

      Rа=0.65 Ом   Ха=0.17 Ом

      Rа1=1.3 мОм   Ха=0.7 мОм

      Rш=0.006 Ом

      Rр=0.2 Ом

      Принимаем сечение нулевого проводника равным сечению фазного прово-да.

Результаты расчетов представляют в виде таблицы.

Таблица 10

Расчетные токи короткого  замыкания

2.1 Выбор аппаратуры ТП 10/0,4 кВ

Выбор аппаратуры осуществляется по параметрам :

по напряжению

U_н.а.  ³ U_сети;         (37)

по току               I_н.а. ³ I_р         (38)

где   I_р – расчетный ток сети, определяется по формуле :

Аппараты защиты проверяются  на автоматическое срабатывание по формулам:

Для предохранителя

где Iпл.вст. – ток плавкой вставки,

Для автоматических выключателей

где - ток срабатывания электромагнитного расцепителя,

- коэффициент разброса тока  срабатывания электромагнитного расцепителя.

= 1,4 для автоматических выключателей  с номинальным током свыше 100 А;

Расчётные токи элементов  сети представляют в виде таблицы.

Таблица 11

Расчётные параметры элементов в сети

2.2 Защита ВЛ 10 кВ.

        Защита выполнена максимальными  токовыми реле косвенного действия  типа РТ-85.

Ток срабатывания МТЗ определяется из следующих условий:

а) из условия несрабатывания от максимального тока нагрузки:

где - максимальный рабочий ток линии. При сетевом резервировании определяется с учетом нагрузки резервируемой линии;

к_н   - коэффициент надежности, учитывающий погрешности реле и равный для реле типа РТ-85 ;

       - коэффициент возврата реле, равный для реле РТ-85

 где    - коэффициент надежности согласования смежных защит по чувствительности. При выполнении МТЗ головного участка пинии на реле типа РТ-85 ; на реле типа РТВ ; - ток срабатывания предыдущей защиты (на секционирующем выключателе); -максимальный рабочий ток в месте установки предыдущей защиты.

Ток срабатывания реле определяется по выражению:

           nт =400/5=80

2.3 Защита трансформатора 10/0.4

Дифференциальная  защита трансформатора выполняется  с помощью реле серий РНТ и ДЗТ. На двух- и трехобмоточных трансформаторах без регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) обычно применяются реле серии РНТ, а для трансформаторов с РПН – реле серии ДЗТ.

Вычисляются циркулирующие в плечах защиты вторичные номинальные токи для каждой стороны защищаемого трансформатора (высшей , средней , низшей )

 Схема включения обеих уравнительных  обмоток и рабочей обмотки

ЛИТЕРАТУРА

1. Методическое указание к курсовому проектированию  по электроснабжению сельского хозяйства. Краснодар 2005.
2. Правила устройства электроустановок. Минэнерго. – М. Энегоатомиздат. 2000г.
3. Бузько И.Л. Электроснабжение сельского хозяйства.. - М. Энегоатомиздат 1990г.
4. Дипломное проектирование. Методические рекомендации по электроснабжению сельского хозяйства/ Сукманов В.И., Лещинская Т.Б. – М: МГАУ им. В.П. Горячкина. 1998 – 103
5. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. - М.; Энергоатомиздат, 1991.-464с.
6. Основы построения промышленных электрических сетей / Каялов Г.М. и др.; Под общ. Ред. Г.М.Каялова.-М.; Сельэнергопроект, октябрь 1972.