Электроснабжение сельского населенного пункта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В курсовом проекте рассматриваются вопросы расчета электрических нагрузок, определения мощности трансформаторов подстанций, расчета линий 10 и 0,38 кВ, расчета токов короткого замыкания, выбора оборудования подстанции, выбора и согласования защит, выполняются необходимые технико-экономические расчеты.

Данный вид работы позволяет студенту закрепить и увеличить свои знания по дисциплине «Электроснабжение», а также приобрести навыки расчета электрических сетей.

Содержание

Введение

1. Расчет электрических нагрузок населенного пункта

2. Определение мощности и выбор трансформаторов

3. Электрический расчет ВЛ 10 кВ

4. Построение таблицы отклонений напряжения

5. Электрический расчет ВЛ 0,38 кВ

6. Конструктивное выполнение линий напряжением 0,38 кВ, 10 кВ и ТП 10/0,38 кВ

7. Расчет токов короткого замыкания

8. Выбор оборудования подстанции ТП3

9. Защита от токов короткого замыкания

10. Согласование защит

11.Технико-экономическая часть. Спецвопрос: Измерительные трансформаторы напряжения

Заключение

Список использованной литературы

Введение

электрическая нагрузка напряжение замыкание

Развитие электрификации во всём мире привело к прогрессивному росту промышленности, а в дальнейшем и сельского хозяйства. А так как получение дешевой электроэнергии обусловлено воспроизведением её на крупных районных электростанциях и дальнейшей передачей по линиям.

Особые проблемы возникают при передаче электроэнергии в сельских сетях. Это обусловлено их сильной разветвленностью и протяженностью, а также неравномерностью распределения нагрузок.

Обеспечение требуемых качеств электроэнергии, надежности и экономичности электроснабжения - основные задачи сельского электроснабжения.

Качество электрической энергии при питании электроприемников от трехфазных электрических сетей общего назначения, то есть для основного варианта сельского электроснабжения, определяется стабильностью и уровнями частоты тока и напряжения у потребителей, а также степенью несимметрии и несинусоидальности напряжений.

К числу важных задач сельского электроснабжения относится поддержание требуемых уровней напряжения у потребителей. Изменение напряжения, особенно сверх допустимого значения, оказывает значительное влияние на работу потребителей.

Самый важный показатель системы электроснабжения - надежность подачи электроэнергии. В связи с ростом электрификации сельскохозяйственного производства, особенно с созданием в сельском хозяйстве животноводческих комплексов промышленного типа, птицефабрик, тепличных комбинатов и др., всякое отключение - плановое (для ревизии и ремонта) и особенно неожиданное, аварийное - наносит огромный ущерб потребителю и самой энергетической системе. Поэтому необходимо применять эффективные и экономически целесообразные меры по обеспечению оптимальной надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.

1. Расчет электрических нагрузок населенного пункта

1. Для одноквартирных жилых домов ( одинаковых потребителей), имеющих одну и ту же расчетную нагрузку, суммарная нагрузка дневного максимума:

,

2.Расчетная мощность дневного максимума нагрузки потребителей населенного пункта определяется по формуле:

3. Нагрузка наружного освещения населенного пункта:

,

4.Расчетная мощность вечернего максимума нагрузки потребителей населенного пункта определяется по формуле:

5. Расчетная мощность максимума нагрузки производственных потребителей:

дневного:

вечернего:

6. Коэффициент мощности:

cosц_Д=0,76

k_В=0,35 cosц_В=0,88

7.Расчетная полная мощность (S_р, кВА) дневного и вечернего максимума нагрузки всех потребителей населенного пункта :

2. Определение мощности и выбор трансформаторов

Количество трансформаторных подстанций в населенном пункте:

Берём 3 ТП для облегчения дальнейшего расчета.

1-ая зона- промышленная нагрузка: Р_Д1=79,1кВт Р_В1=57,1кВт

cosц_Д=0,7 cosц_В=0,75 S_РД1=113кВА S_РВ1=76,1кВА

Выбираем ТП 10/0,38 100кВА

Координаты ТП:

2-ая зона- смешанная нагрузка: Р_Д2=62,4кВт Р_В2=83,1кВт

cosц_Д=0,8 cosц_В=0,83 S_РД2=78кВА S_РВ2=100,2кВА

Выбираем ТП 10/0,38 100Ква

X_ТП2=16(15,5) Y_ТП2=8

3-я зона- коммунально-бытовая нагрузка: Р_Д3=35кВт Р_В3=43,8кВт

cosц_Д=0,9 cosц_В=0,92 S_РД3=38,9кВА S_РВ3=47,6кВА

Выбираем ТП 10/0,38 40кВА

X_ТП3=27,4 Y_ТП3=7,3

3. Электрический расчет воздушной линии напряжением 10 кВ

Пример расчёта таблицы 3.1:

Р_ДО5-6=Р_ДО6=180кВт, Р_ДО2-5=k₀·(Р_ДО2+Р_ДО5-6)=0,9·(180+156)=302,4кВт,

Q_Д5-6=Р_ДО5-6·tgц_Д5-6=180·0,776=139,7кВАр,

S_Д5-6= Р_ДО5-6 /cosц_Д5-6=180/0.79=227.8Ква,

,

Выбираем сечение F_5-6=70мм² по механической прочности.

Таблица 3.1

Участок ВЛ 10 кВ	Расчетная активная мощность участка, кВт	РДП/РДО	РВП/РВО
Номер	Длина, км	Днем	Вечером
		РДО	РДП	РВО	РВП
1	2	3	4	5	6	7	8
5-6*	1,02	180	100	240	120	0,55	0,5
2-5*	2,02	302,4	191,7	365,4	174,6	0,63	0,48
3-2*	1,85	524,2	334,5	589,9	328,1	0,64	0,56
3-4*	1,9	260	200	290	210	0,77	0,72
1-3*	2,82	836,6	581,8	1045,4	669,9	0,69	0,64
0-1*	2	1112,9	748,6	1255,9	782,9	0,67	0,62

Таблица 3.2

Провод	Dср, мм	r0, Ом/км	х0, Ом/км	Iраб макс, А	Iдоп, А
1	2	3	4	5	6
АС70	2000	0,42	0,392	88,4	256

4.Электрический расчет воздушной линии напряжением 0,38 кВ

Расчет сечений проводов линии W1 методом экономических интервалов:

Р_5-6=Р₆=1,8кВт cosц_5-6 =0,96 S_5-6=1,8 /0,96=1,875 кВА

Р_4-5=Р₄+Р_доб5-6=1,8+1,08=2,88кВт

S_4-5=2.88/0.96=3кВА

S_{экв 5-6}= S_5-6·К_д=1,875·0,7=1,31кВА. Выбираем провод А50 по механической прочности.

Расчет проводов линии W2 по допустимой потере напряжения при постоянном сечении проводов в линии:

tgц_10-11=arccosц_10-11=0.426 Q_10-11=P_10-11· tgц_10-11=1.8·0.426=0.767кВАр

Выбираем провод А50 по механической прочности.

Таблица 5.1

Линия	Участок	Провод	г0, Ом/км	х0, Ом/км	Iр.макс, А	Iдоп, А	Uф, %	UУф, %
W1	0-1	А50	0,576	0,325	11,39	215	0,407	1,063
	1-2	А50	0,576	0,325	9,68	215	0,216
	2-3	А50	0,576	0,325	7,98	215	0,175
	3-4	А50	0,576	0,325	6,27	215	0,093
	4-5	А50	0,576	0,325	4,56	215	0,087
	5-6	А50	0,576	0,325	2,85	215	0,091
W2	0-7	А50	0,576	0,325	13,67	215	0,598	1,347
	7-8	А50	0,576	0,325	13,1	215	0,451
	8-9	А50	0,576	0,325	6,27	215	0,102
	9-10	А50	0,576	0,325	4,56	215	0,107
	10-11	А50	0,576	0,325	2,8	215	0,089
W3	0-12	А50	0,576	0,325	38,29	215	1,05	1,942
	12-13	А50	0,576	0,325	34,94	215	0,582
	13-14	А50	0,576	0,325	12,7	215	0,209
	14-15	А50	0,576	0,325	12,15	215	0,101
	12-16	А50	0,576	0,325	5,47	215	0,393
	16-17	А50	0,576	0,325	2,73	215	0,104
	16-18	А50	0,576	0,325	4,37	215	0,167
	18-19	А50	0,576	0,325	2,73	215	0,104

Расчет проводов линии W3 на минимум проводникового материала:

Выбираем провод А50 по механической прочности.

5. Конструктивное выполнение линий напряжением 0,38 кВ, 10 кВ и подстанции 10/0,38 кВ

Для ВЛ 0,38 кВ берем опоры железобетонные (типовой проект 3,407-101). Для ВЛ 10 кВ берем тоже железобетонные опоры (типовой проект 3,407-101). Величину пролета принимаем 40м для ВЛ-0,38 кВ и для ВЛ-10 кВ - 80м. Среднее геометрическое расстояние между проводами ВЛ - 10 кВ - 2000 мм; ВЛ - 0,4 - 600 мм.

Для ВЛ 10 кВ требуется 146 опоры и 438 изоляторов.

Для ВЛ 0,38 кВ требуется 111 опоры и 444 изоляторов.

Провода прокладываем на штыревых изоляторах (штырь - ШУ-21, изолятор - ШС10-А) на ВЛ 10кВ,(штырь-С-16п,изолятор-ТФ20) на 0,38кВ, заземляющее устройство на опорах ВЛ - 0,38 кВ делаем на каждой четвертой опоре, а также на опорах с ответвлениям к вводам коммунально-бытовые, общественные здания и производственные помещения, на конечных опорах линий. К заземляющим устройствам присоединяют крюки изоляторов.

Для ТП1 и ТП2 выбираем масляные трансформаторы типа ТМ -100 кВА, а для ТП3 - 40кВА со схемой соединения звезда-зигзаг с нулем. Устанавливаем однотрансформаторные комплектные подстанции типа КТП. Распределительное устройство 0,38 кВ - с автоматическими воздушными выключателями.

Климатическое исполнение КТП - У, среднесуточная температура воздуха не более ± 30⁰С.

Трансформаторы и конденсаторные устройства наружной установки для уменьшения нагрева прямыми лучами солнца должны окрашиваться в светлые тона, красками стойкими к атмосферным воздействием.

Для подстанций в жилой и промышленной зоне предусматриваются мероприятия по снижению шума.

6. Расчет токов короткого замыкания

U_б=10,5кВ

Определяем сопротивления схемы замещения.



Рисунок 7.1

Рисунок 7.2

Сопротивления участков линии 10 кВ:

Сопротивление трансформатора:

Сопротивления участков ВЛ 0,38 кВ:

Для линий W2 и W3 сопротивления определяются аналогично.

Результирующие сопротивления до точек КЗ определяем по формулам:

До точки К₁: ;

До точки К₂: ;

До точек К₃, К₄, К₅, К₆, К₇ и К₈ результирующие сопротивления определяются аналогично.

Рассчитываем токи трехфазного КЗ. Для точек 1, 2, 3 и 4 выполняется условие U_ср.ном=U_б, поэтому ток КЗ определяется по формуле:

,

Для точки 5 U_ср.номU_б, поэтому ток КЗ равен

.

Для точек 6, 7 и 8 ток трехфазного КЗ определяется аналогично по формуле.

Определяем токи двухфазного КЗ для точек 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8:

Ударный коэффициент : ,

Ударный ток: ,

Мощность трехфазного КЗ:

,

Полное сопротивление петли «фазный - нулевой провод линии»:

,

Таблица 7.1

Точка КЗ	Uср.ном кВ	Сопротивление, Ом	КУ	Токи КЗ, кА	Sк(3) МВА
		r	x	z		Iк(3)	Iк(2)	iУ	Iк(1)
К1	10,5	-	0,85	0,85	2	7,13	6,17	20,17	-	129,67
К2	10,5	2,82	3,5	4,49	1,08	1,35	1,17	2,06	-	24,55
К3	10,5	3,65	4,28	5,62	1,07	1,08	0,93	1,63	-	19,64
К4	10,5	4,08	4,68	6,21	1,06	0,98	0,85	1,47	-	17,82
К5	0,4	73,18	114,38	135,79	1,13	1,17	1,01	1,87	-	21,28
К6	0,4	269,64	225,23	351,33	1,02	0,45	0,39	0,65	0,253	8,18
К7	0,4	263,69	221,87	334,61	1,02	0,47	0,41	0,68	0,256	8,55
К8	0,4	394,67	295,77	493,2	1,01	0,32	0,28	0,46	0,119	5,82

Полное сопротивление трансформатора току замыкания на корпус:z_T=2.58Ом

Минимальная величина тока КЗ для проверки защиты на чувствительность (ток однофазного КЗ в конце линий 0,38 кВ (точки К₆, К₇ и К₈)):

,

7. Выбор оборудования подстанции ТП3

Выбранная комплектная трансформаторная подстанция ТП10/0,38кВ, 40 кВА состоит из вводного устройства 10 кВ, силового трансформатора и РУ 0,38 кВ, имеющих необходимое оборудование и аппаратуру. Дополнительно к имеющемуся оборудованию подстанции необходимо выбрать высоковольтный разъединитель РЛНД - 10/400. При выборе и проверке разъединителей должны соблюдаться следующие основные условия:

,

,

,

,

Все условия выполняются, значит выбираем:

РЛНД - 1­10Б/400 УХЛ1 тип провода ПРНЗ - 10 УХЛ1.

8. Защита от токов короткого замыкания

Выбираем корпус предохранителя согласно следующим соотношениям:

,

,

,

Ток плавкой вставки предохранителя выбираем по двум условиям:

1)отстройке от тока нагрузки на шинах 10 кВ ТП1:

,

2)отстройке от бросков тока намагничивания трансформатора при его включении под напряжение:

,

Выбираем ПКТ 101-10-20-20У1 с I_В=20А

Время срабатывания выбранной плавкой вставки должно обеспечивать термическую стойкость трансформатора:

,

,

Защита линии W1 на токоограничивающих автоматических выключателях с полупроводниковыми и электромагнитными расцепителями (А3714Б, А3724Б, А3794Б).

Выбираем корпус выключателя по его номинальному напряжению (U_ном), номинальному току (I_ном) и предельно допустимому отключаемому току КЗ (I_{макс.откл}):

,

,

,

Выбираем номинальный ток полупроводникового расцепителя:

,

Определяем ток срабатывания МТЗ (в зоне токов перегрузки) полупроводникового расцепителя выключателя:

,

Проверяем чувствительность МТЗ:

,

Следовательно, защита линии W1 от однофазных КЗ будет определяться только настройкой токового реле, включаемого в нулевой провод линии.

Определяем ток срабатывания ТО (I_с.о) по условиям:

;

.

Проверяем чувствительность ТО:

Определяем ток срабатывания реле РЭ-571Т, включенного в нулевой провод линии

W1 .

Проверяем чувствительность защиты от токов однофазного КЗ

.

Выбираем автоматический выключатель А3714Б

Защита линии W2. Выбираем автоматические выключатели токоограничивающие с тепловыми и электромагнитными расцепителями (А3716Б, А3726Б).

Выбираем корпус выключателя: ,

,

,

Выбираем номинальный ток теплового расцепителя:

Определяем ток срабатывания теплового расцепителя выключателя, соответствующий его номинальному току:

I_стр=80А

Проверяем чувствительность МТЗ:

,

Определяем ток срабатывания ТО (I_с.о):

Проверяем чувствительность ТО:

.

Определяем ток срабатывания реле РЭ-571Т, включенного в нулевой провод линии W2, и проверяем чувствительность защиты от токов однофазного КЗ



Выбираем автоматический выключатель А3716Б

Защита линии W3. Выбираем выключатели нетокоограничивающие с тепловыми и электромагнитными расцепителями (АЕ2056М, АЕ2066).

Выбираем корпус выключателя:

,

,

,

Определяем ток срабатывания теплового расцепителя выключателя: I_стр=40А

Проверяем чувствительность МТЗ:

Определяем ток срабатывания ТО (I_с.о):

Проверяем чувствительность ТО:

Определяем ток срабатывания реле, включенного в нулевой провод линии W3, и проверяем чувствительность защиты от токов однофазного КЗ:

I_СР=0,71·38,29=27,2А

Выбираем автоматический выключатель АЕ2056М

Расчет МТЗ

Определяем ток срабатывания защиты (I_с.з) по двум условиям:

- отстройки от расчетного тока нагрузки (I_{раб.макс}) головного участка (0-1) линии 10 кВ:

,

- условию селективности с более удаленной от шин 10 кВ защитой ТП 10/0,38 кВ плавкими предохранителями:

,

Определяем ток срабатывания реле:

,

Выбираем уставку тока для реле РТВ по условию:

.

Определяем уточненное значение тока срабатывания защиты:

.

Проверяем чувствительность защиты:

,

Расчет ТО

Выбираем ток срабатывания ТО по двум условиям:

- отстройке от максимального тока КЗ у подстанции ближайшего к шинам 10 кВ населенного пункта:

;

- отстройке от броска тока намагничивания трансформаторов 10/0,38 кВ, подключенных к линии, при их включении под напряжение:

,

Определяем ток срабатывания реле отсечки:

.

Выбираем уставку тока для реле РТМ по условию:

.

Определяем уточненное значение тока срабатывания ТО:

Проверяем чувствительность защиты:

9. Согласование защит

Строим характеристику защиты линии W1, используя результаты расчета (п.9.2) и характеристику времени срабатывания автоматического выключателя А3714Б из приложения К.

Расчетные данные таковы:

I_н.р=100 А; I_с.о=562,5 А; I_к5⁽³⁾=1170 А.

Таблица 9.1.

Характеристика времени срабатывания выключателя А3714Б с полупроводниковыми и электромагнитными расцепителями

I/Iн.р	1,25	2	3	4	5	6	7	7	-
I, А	Iс.п.р=125	200	300	400	500	600	700	Iсопр=700	IК5(3)=1170
t, с	400	150	27	9	5	3,5	3	0,04	0,04



Рисунок 10.1. Характеристика времени срабатывания выключателя А3714Б

Строим характеристику защиты линии W2, используя результаты расчета (п.9.2) и характеристику времени срабатывания автоматического выключателя А3716Б из приложения К.

Расчетные данные таковы:

I_н.р=160 А; I_с.о=587,5 А.

Таблица 9.2

Характеристика времени срабатывания выключателя А3716Б с тепловыми и электромагнитными расцепителями

I/Iн.р	1,15	1,25	1,5	2	3	3,9	3,9	-
I, А	184	200	240	320	480	630	Iсэр=630	IК5(3)=1170
t, с	3500	1800	400	150	50	30	0,04	0,04



Рисунок 9.3. Характеристика времени срабатывания выключателя А3716Б

Строим характеристику защиты линии W3, используя результаты расчета (п.9.2) и характеристику времени срабатывания автоматического выключателя АЕ2056М из приложения К.

Расчетные данные таковы: I_н.р=40 А; I_с.о=400 А.

Таблица 9.3

Характеристика времени срабатывания выключателя АЕ2056М с тепловыми и электромагнитными расцепителями

I/Iн.р	1,15	1,25	2	3	4	5	6	8	10	12	12	-
I, А	Iс.т.р=46	50	80	120	160	200	240	320	400	480	Iсэр=630	IК5(3)= 1170
t, с	10000	500	100	30	25	15	9	4	3	2	0,04	0,04



Рисунок 9.4. Характеристика времени срабатывания выключателя АЕ2056М

Строим характеристику защиты трансформатора ТП1, используя результаты расчета (п.9.1) и защитную характеристику плавкой вставки предохранителя ПКТ101-10-20-20 У1 из приложения К.

Таблица 9.4

Защитная характеристика предохранителя ПКТ101-10-20-20 У1 при номинальном токе плавкой вставки I_Вном=20 А

I, А	40	50	60	70	80	90	100	200	300
t, c	600	100	30	9	4	2	1	0,1	0,05
Iнн, А	1000	1250	1500	1750	2000	2250	2500	5000	7500



Рисунок 9.5. Защитная характеристика предохранителя ПКТ101-10-20-20 У1 при номинальном токе плавкой вставки I_Вном=20 А

Строим характеристику защиты линии 10 кВ, используя результаты расчета (п.9.3) и характеристику времени срабатывания реле РТВ-I из приложения К.

Исходные данные:

1)для МТЗ: I_с.р=9,72 А; I_у=10 А; I_с.з=200 А; уставка по времени в независимой части кривой - 2 с;

2)для ТО: I_с.р.о=81 А; I_уо=100 А; I_с.о=2000 А; I_к1⁽³⁾=7130 А.

Таблица 10.5. Характеристика срабатывания защиты ВЛ 10 кВ с реле РТВ и РТМ

I/Iс.з	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	-	-	-	-
I, А	200	220	240	260	280	300	320	500	1000	2000	Iс.о=2000
t, c	9	6,3	4,6	3,5	2,8	2,2	2,0	2,0	2,0	2,0	0,1
Iнн, А	5000	5500	6000	6500	7000	7500	8000	12500	25000	50000	50000



Рисунок 9.6. Характеристика срабатывания защиты ВЛ 10 кВ с реле РТВ и РТМ

Строим карту согласования защит:

Рисунок 9.7. Карта согласования защит линии 0,38 кВ (W2), трансформатора ТП3 и линии 10 Кв

Заключение

В ходе выполнения расчета курсового проекта были определены все нагрузки заданного населённого пункта, исходя из которых выбраны тип и количество подстанций, а также их координаты на плане местности.

Электрический расчет 10кВ и 0,38кВ позволил выбрать конфигурацию линий и сечение проводов. Причём сечения на протяженности каждой из линий остаются постоянными, а потери напряжения не превышают допустимых значений. Что, в общем, благоприятно с экономической точки зрения.

По составленной таблице отклонений мы определили значение надбавок у ТП 10/0,38 и допустимые потери на ВЛ 0,38, которые получились довольно таки большие, что в свою очередь также облегчило дальнейший расчет линии.

Расчет токов КЗ помог выбрать защиту линий и ТП по заданию курсового проекта.

В общем, все результаты расчетов удовлетворяют требованиям, а следовательно можно считать их конечными.

Список использованной литературы:

1. Будзко И.А., Зуль Н.М. Электроснабжение сельского хозяйства.- М.: Агропромиздат,1990.

2. Кисаримов А.В. Справочник электрика.- М.: РадиоСофт, 2003.

3. Электроснабжение сельского населенного пункта: Метод. указания / Сост. Кочетков Н.П..- Ижевск: ИжГСХА, 2004.

Размещено на Allbest.ru