9. Расчет токов короткого замыкания. Выбор и проверка аппаратуры защиты ТП и кабелей на стойкость токам КЗ

10. Определение потерь мощности и электроэнергии в элементах системы электроснабжения

11. Заземление ТП 10/0,4 кВ

Литература

электрический трансформаторный подстанция напряжение

Задание

Таблица 1 Характеристика жилых зданий.

Таблица 2 Характеристика общественно-административных зданий.

Потребление электроэнергии в жилых домах определяется укладом жизни населения города. В современных жилых домах используется большое количество различных электроприемников, которые подразделяются на электроприемники квартир и на электроприемники общедомового назначения.

Целью данного курсового проекта является освоение методов расчета и проектирования систем электроснабжения городов. На примере части из двадцати домов микрорайона Северный в городе Красноярске, в соответствии с действующими в настоящее время нормативно-техническими документами, создать экономически целесообразную систему электроснабжения города, обеспечивающую необходимое качество комплексного электроснабжения всех потребителей и приемников.

В составе микрорайона большую часть потребителей электрической энергии по надежности электроснабжения составляют потребители второй категории - жилые дома высотой 9 и 10 этажей, детский сад. Среди остальных потребителей электрической энергии по надежности электроснабжения в микрорайоне выделяют потребитель первой категории - образовательная школа с электрифицированными столовыми и спортзалами, с количеством учащихся 1100 человек, к электроснабжению которой предъявляются жесткие требования; а также потребитель третьей категории - жилой дом высотой 6 этажей.

1. Расчет электрических нагрузок

Расчет электрических нагрузок производится от низших к высшим ступеням системы электроснабжения и включает два этапа:

определение нагрузки на вводе к каждому потребителю;

расчет на этой основе нагрузок отдельных элементов сети.

Расчетная нагрузка потребителя и отдельных элементов сети принимается равной ожидаемой максимальной нагрузке за 30 минут.

Расчет электрических нагрузок жилых зданий

Определение расчетных нагрузок жилых зданий основывается на использовании нагрузки одного потребителя, в качестве которого выступает семья или квартира, при посемейном заселении домов.

Определим расчетную нагрузку на вводе жилого дома на примере десятиэтажного

280-и квартирного дома с электрическими плитами мощностью до 10.5 кВт (позиция 1). При условии что дома с преобладанием квартир менее 90 не являются домами повышенной комфортности.

Расчетная активная нагрузка квартир, приведенная к вводу жилого здания, определяется, в зависимости от числа квартир и применяемых кухонных плит по типу пищеприготовления, по выражению, кВт:

, (1)

где N_кв-число квартир присоединенных к элементу сети, N_кв.=280;

р_уд.кв.-удельная расчетная нагрузка квартиры, определяемая согласно табл.2.1.1 /1/, кВт.

Удельная расчетная нагрузка, в данном случае, определяется методом интерполяции, по следующей формуле кВт/кв:

, (2)

где N'-ближайшее меньшее количество квартир (Nкв.), стандартное табличное, N'=200 квартир;

N"- ближайшее большее количества квартир (Nкв.), стандартное табличное, N"=400 квартир;

р_{уд.ж.зд.(N')} и р_{уд.ж.зд.(N")} -удельные расчетные нагрузки, табл.2.1.1/1/ соответственно для N' и N", р_{уд.ж.зд.(200)}=1.36 кВт/кв. и р_{уд.ж.зд.(400)}=1.27 кВт/кв.

Тогда расчетная активная нагрузка квартир, приведенная к вводу жилого здания (позиция 1), определяемая по выражению (1) равна, кВт:

Р_р.кв=1.324*280=370.72 (кВт)

Расчетная активная нагрузка силовых электроприемников определяется нагрузками лифтовых установок, насосов водоснабжения, вентиляторов и других санитарно-технических установок. Мощность резервных электродвигателей, а так же электроприемников противопожарных устройств, при расчете электрических нагрузок не учитываются.

В домах данного микрорайона основу силовой нагрузки составляют лифтовые установки, поэтому расчетная силовая нагрузка определяется следующим образом, кВт:

, (3)

где K_c-коэффициент спроса лифтовых установок, определяемый по табл.2.1.2. /1/ в зависимости от этажности здания и количества лифтов, K_c=0,5;

N-общее количество лифтовых установок в жилом доме, Nл=14.

n_пас, n_гр -количество пассажирских и грузопассажирских лифтов соответственно;

=4,5 кВт, =7 кВт - мощности электродвигателей лифтовых установок, соответственно пассажирских и грузопассажирских;

Р_р.л.=0,46*(4.5*7+7,0*7)= 37.03 (кВт)

Тогда расчетная активная нагрузка на вводе жилого дома равна, кВт:

, (4)

где k_у.- коэффициент участия в максимуме нагрузки силовых электроприемников, принимаемый равным 0.9.

Р_р.ж.д.=370.72+0,9*37.03=404(кВт)

Расчетная реактивная нагрузка на вводе жилого дома, кВАр:

, (5)

где _кв.=0.2 -для квартир с электрическими плитами, определяется по табл.2.1.4. /1/; _л.=1.17 -для лифтовых установок, табл.2.1.4. /1/.

Для жилого дома (позиция 1), расчетная реактивная нагрузка на вводе, определяемая на основании выражения (5), равна:

Q_р.ж.д.=370.72*0,2+0,9*37.03*1,17=113.137 (кВАр)

Полная расчетная нагрузка на вводе жилого дома, кВА:

(6)

Аналогичные расчеты проводим для других жилых домов микрорайона (позиции 2-18) Результаты расчета заносим в таблицу 3.

Таблица 3 Расчет электрических нагрузок жилых зданий.

Расчет электрических нагрузок общественных зданий и учреждений

Определение расчетной нагрузки на вводе в общественное здание покажем на примере детского сада обозначенного на позиции 20,характеристика здания приведена в таблице 2.

Расчетные нагрузки на вводе в общественные здания и учреждения определяются по укрупненным удельным нагрузкам. Активная расчетная нагрузка определяется по формуле, кВт:

, (7)

где Р_уд.общ.-удельная расчетная нагрузка единицы количественного показателя (рабочее место, посадочное место, площадь торгового зала в м² и т.п.), определяемая по табл.2.2.1. /2/, Р_{дет.сод.}=0.4 кВт/ место.

М - количественный показатель, характеризующий пропускную способность предприятия, объем производства и т.д., М=160 мест.

Таким образом, активная расчетная нагрузка будет:

Р_{дет.сад} =0,4*160=64 (кВт)

Расчетная реактивная нагрузка на вводе в общественное здание и учреждение определяется по выражению, кВАр:

, (8)

где tgц-расчетный коэффициент реактивной мощности, определяемый по табл.2.2.1^н /2/, tgц=0,25.

Q_{дет.сад.}=64*0,25=16 (кВАр)

Полная расчетная нагрузка на вводе в общественное здание определяется по формуле (6):

Аналогичные расчеты производим для других общественных зданий и учреждений. Результаты расчета представлены в таблице 4.

Таблица 4 Расчет электрических нагрузок общественных зданий

Расчет нагрузки наружного и внутриквартального освещения

Удельная нагрузка для расчета наружного и внутриквартального освещения зависит от категории улиц, которые принимаются в зависимости от градостроительства. Если, согласно генерального плана микрорайона, неизвестно к какой категории относятся улицы, то категорию улицы принимают произвольно.

Электрические нагрузки наружного освещения ориентировочно определяются исходя из норм осветительных нагрузок (СНиП). В основу расчета закладываются категории улиц и дорог.

Категория улиц:

1) магистральные улицы районного значения, дороги общегородского значения, для грузового движения, площади перед крупными общественными зданиями и сооружениями при среднем значении удельной нагрузки Р_{уд.ул.о.} от 20 до 30кВт/км.

2) улицы и дороги местного значения: жилые улицы, дороги промышленных и коммунально-складских районов, поселковые улицы и дороги при среднем значении удельной нагрузки Р_{уд.ул.о.} от 7 до 10 кВт/км.

3) внутриквартальные территории при среднем значении удельной нагрузки Р_уд.вк. равном 1,2 кВт/га.

Расчетную нагрузку уличного освещения можно определить по формуле:

,(9)

где Р_{уд.ул.о,i} -- удельная расчетная нагрузка уличного освещения, кВт/км, Р_{уд.ул.о,1}=25кВт/км;

L_ул1--длина улицы категории 1, км;

Длины улиц Космонавтов, Мате Залки, Шумяцкого соответственно равны: l₁₁=0.19км, l₁₂=0.54км, l₁₃=0.82км.

Р_р.ул.о=25*(0,43+0,27+0.35)= 26.25 (кВт)

Расчетная нагрузка внутриквартального освещения Р_р.вк. определяется по выражению:

,(10)

где Р_уд.вк.- удельная расчетная нагрузка внутриквартального освещения, кВт/га, Р_уд.вк.=1,2 кВт/га; F_мкр.- общая площадь внутриквартальной территории микрорайона, га, F_мкр=20.2500 га = 0,2025км²

Расчетная нагрузка наружного освещения микрорайона Р_р.о.мкр определяется по выражению:

(11)

При расчете реактивной составляющей уличного и внутриквартального освещения рекомендуется применять ртутные лампы с коэффициентом мощности cos=0,85 и соответственно .

Расчетная реактивная составляющая нагрузки наружного освещения микрорайона Q_{р.о.мкр.} определяется по формуле:

(12)

Полная расчетная электрическая нагрузка наружного освещения микрорайона S_{р.о.мкр.} определяется по формуле:

(13)

Результаты расчета нагрузки наружного и внутриквартального освещения микрорайона заносим в сводную таблицу 5

Таблица 5 Расчет освещения микрорайона

Выбор ламп для освещения микрорайона производим на основании

значений средней горизонтальной освещенности на уровне покрытия согласно /5/:

-для дорог общегородского значения -6 лк;

-для территорий общеобразовательных школ: спортивные площадки-10 лк, проходы и территории -4 лк.

Освещение улиц, дорог и площадей осуществляется с помощью светильников типа: СКЗПР-500 с консольным способом установки. Для освещения микрорайона принимаем лампы следующей мощности:

для внутриквартальных территорий -ДРЛ-250;

для улиц местного значения -ДРЛ-400;

Светильники по территории микрорайона ставятся: вдоль внутриквартальных проездов, магистральных внешних улиц и по периметру территории школы и детского сада на расстоянии 30 м друг от друга.

2. Расчет электрической нагрузки микрорайона

Расчет электрической нагрузки микрорайона выполняется путем суммирования расчетнтых нагрузок отдельных групп однородных потребителей с учетом коэффициена участия в максимуме наибольшей из нагрузок.

Расчетные активная и реактивная нагрузки микрорайона определяются по выражениям:

, (14)

,(15)

где Р_р.нб.- наибольшее значение расчетной активной мощности одной из групп однородных потребителей, кВт;

Р_р.i - расчетная активная нагрузка остальных групп потребителей; кВт;

K_у.i -коэффициент участия в максимуме нагрузки относительно выбранной наибольшей нагрузки, определяемый по табл.2.3.1./1/.

tgц_зд.нб.-расчетный коэффициент реактивной мощности, соответствующий группе потребителей с наибольшей нагрузкой.

tgц_зд.i-расчетный коэффициент реактивной мощности, соответствующий остальным группам потребителей.

В рассматриваемом микрорайоне почти все жилые дома за исключением позиции (4,6) десятиэтажные и состоят из квартир как до 90 так и свыше 90 поэтому целесообразно будет разделить их по количеству подъездов на шесть "условных домов" при условии что дома с преобладанием квартир свыше 90 являются домами повышенной комфортности.

Объединим все дома с количеством подъездов 7 (позиции 1,8) в первый условный дом, и рассчитаем его нагрузку по методике описанной в п.1.1.

Удельная расчетная мощность условного дома принимается по табл.2.1.1./1/, как для N_кв.=560, методом интерполяции, по формуле (2):

,

где Р_уд.кв.N1=1,27 - согласно 2.1.1 /1/ для числа квартир N₁=400;

Р_уд.кв.N2=1,23 - согласно 2.1.1 /1/ для числа квартир N₂=600.

Расчетную активную нагрузку квартир определяем по выражению (1):

Р_{р.кв.(усл1.)}=1,238*560=693.28(кВт)

Силовая нагрузка лифтовых установок по формуле (3)

где К_с1=0,35 - коэффициент спроса, определяемый по табл. 2.1.2 /1/ для домов этажностью до 12 этажей методом интерполяции;

Р_{р.ж.д.(усл1)}=693.28+0,9*56.35=743.95(кВт)

Расчетные активную и реактивную мощности условного дома с семью подъездами определим соответственно по формулам (4) и (5)

Q_{р.ж.д.(усл.1)}= 693.28*0,2+0.9*56.35*1.17=197.933(кВАр)

Расчетная полная мощность условного дома определяется на основании формулы (6):

Дома с количеством подъездов 6 определим во второй условный дом (позиции 2,9,15,16 ).

Удельная расчетная мощность условного дома принимается по табл.2.1.1./1/, как для N_кв.=840, методом интерполяции, по формуле (2):

где Р_уд.кв.N1=1,67- согласно 2.1.1 /1/ для числа квартир N₁=600;

Р_уд.кв.N2=1,62- согласно 2.1.1 /1/ для числа квартир N₂=1000.

Согласно (1) определим

Р_{р.кв.(усл2.)}=1,64*840=1377(кВт)

Силовая нагрузка лифтовых установок по формуле (3)

Расчетные активную и реактивную мощности условного дома два определим соответственно по формулам (4) и (5):

Р_{р.ж.д.(усл2)}=1377+0,9*67.2=1437.48(кВт)

Q_{р.ж.д.(усл.2)}=1377*0,2+0,9*67.2*1,17=346.162(кВАр)

Расчетная полная мощность условного дома два определяется по формуле (6):

Дома с количеством подъездов 4 (позиции 4,5,6,11,14,18 ) объединим в третий условный дом.

Удельная расчетная мощность условного дома принимается по табл.2.1.1./1/, как для N_кв.=847, методом интерполяции, по формуле (2):

где Р_уд.кв.N1=1,23- согласно 2.1.1 /1/ для числа квартир N₁=600;

Р_уд.кв.N2=1,19- согласно 2.1.1 /1/ для числа квартир N₂=1000.

Согласно (1) определим

Р_{р.кв.(усл3.)}=1,205*847=1020.635(кВт)

Силовая нагрузка лифтовых установок по формуле (3):

где К_с=0.35 - коэффициент спроса, определяемый по табл. 2.1.2 /1/ методом интерполяции;

Расчетные активную и реактивную мощности условного дома определим соответственно по формулам (4) и (5):

Р_{р.ж.д.(усл3)}=1020.635+0,9*60.9=1075(кВт)

Q_{р.ж.д.(усл.3)}=1020.635*0,2+0,9*60.9*1,17=268.255(кВАр)

Расчетная полная мощность условного дома три определяется по формуле (6):

Дома с количеством подъездов 3 определим в четвертый условный дом. Удельная расчетная мощность условного дома принимается по табл.2.1.1./1/, как для N_кв.=264, методом интерполяции, по формуле:

где Р_уд.кв.N1=1,83- согласно 2.1.1 /1/ для числа квартир N₁=200;

Р_уд.кв.N2=1,72- согласно 2.1.1 /1/ для числа квартир N₂=400.

Р_{р.кв.(усл4.)}=1,795*264=473.88(кВт)

Силовая нагрузка лифтовых установок по формуле (3):

где К_с=0.42 - коэффициент спроса, определяемый по табл. 2.1.2 /1/ методом интерполяции;

Расчетные активную и реактивную мощности условного дома определим соответственно по формулам (4) и (5):

Р_{р.ж.д.(усл4)}=473.88+0,9*43.47=513.03(кВт)

Q_{р.ж.д.(усл.4)}=473.88*0,2+0,9*43.47*1,17=140.55(кВАр)

Расчетная полная мощность условного дома четыре определяется по формуле (6):

Дома с количеством подъездов 2 определим в пятый условный дом (позиции 3,13)

Удельная расчетная мощность условного дома принимается по табл.2.1.1./1/, как для N_кв.=160, методом интерполяции, по формуле (2):

где Р_уд.кв.N1=1,5- согласно 2.1.1 /1/ для числа квартир N₁=100;

Р_уд.кв.N2=1,36- согласно 2.1.1 /1/ для числа квартир N₂=200.

Согласно (1) определим

Р_{р.кв.(усл5.)}=1,416*160=226.56(кВт)

Силовая нагрузка лифтовых установок по формуле (3):

Расчетные активную и реактивную мощности условного дома определим соответственно по формулам (4) и (5):

Р_{р.ж.д.(усл5)}=226.56+0,9*12.6=237.9(кВт)

Q_{р.ж.д.(усл.5)}=226.56*0,2+0,9*12.6*1,17=58.58(кВАр)

Расчетная полная мощность условного дома пять определяется по формуле (6):

Условный дом шесть с девятью подъездами (позиция 12)

Удельная расчетная мощность условного дома принимается по табл.2.1.1./1/, как для N_кв.=360, методом интерполяции, по формуле (2):

где Р_уд.кв.N1=1,83- согласно 2.1.1 /1/ для числа квартир N₁=200;

Р_уд.кв.N2=1,72- согласно 2.1.1 /1/ для числа квартир N₂=400.

Согласно (1) определим

Р_{р.кв.(усл6.)}=1,742*360=627.12(кВт)

Силовая нагрузка лифтовых установок по формуле (3):

Расчетные активную и реактивную мощности условного дома определим соответственно по формулам (4) и (5):

Р_{р.ж.д.(усл6)}=627.12+0,9*43.47=666.243(кВт)

Q_{р.ж.д.(усл.6)}=627.12*0,2+0,9*43.47*1,17=171.198(кВАр)

Расчетная полная мощность условного дома шесть определяется по формуле (6):

Расчетная нагрузка всего микрорайона с учетом наружного освещения микрорайона определяемая по выражениям (14) и (15) записывается следующим образом:

Р_р.мкр.=( Р_{р.ж.д.(усл6)}+ Р_{р.ж.д.(усл5)}+ Р_{р.ж.д.(усл4)}+Р_{р.ж.д.(усл3.)}+Р_{р.ж.д.(усл2)}+Р_{р.ж.д.(усл1)} )*

К_{у.ж.д.(усл).}+Р_{р.обр.шк.}*К_{у.обр.шк.}+Р_{р.дет.сад.}*К_{у.дет.сад.}+ Р_р.ул.о.+Р_р.вк (16)

Q_р.мк.р=( (Р_р.кв*tg_кв+0,9*Р_р.л*tg_л)_(усл6)+(Р_р.кв*tg_кв+0,9*Р_р.л*tg_л)_(усл5)

+(Р_р.кв*tg_кв+0,9*Р_р.л*tg_л)_(усл4)+(Р_р.кв*tg_кв+0,9*Р_р.л*tg_л)_(усл3)+

(Р_р.кв*tg_кв+0,9*Р_р.л*tg_л)_(усл2)+(Р_р.кв*tg_кв+0,9*Р_р.л*tg_л)_(усл1) )

*К_{у.ж.д.(усл).}+Р_{р.обр.шк.}*tg_обр.шк*Ку_{.обр.шк.}+

+Р_{р.дет.сад.}*tg_{дет.сад}*Ку_{.дет.сад.}+ Р_р.ул.о.*tg+ Р_р.вк.*tg (17)

По формуле (16) расчетная активная нагрузка равна:

Р_р.мкр.=(666.243+237.9+513.03+1075+1437.48+743.95)*0,9+275*0,4+64*0,4+26.25+24.3= 4785 (кВт)

Расчетная реактивная нагрузка микрорайона согласно формулы (17) равна:

Q_р.мкр.=( (627.12*0,2+0,9*43.47*1,17)+(226.56*0,2+0,9*12.6*1,17)+

(473.88*0,2+0,9*43.47*1,17)+(1020.635*0,2+0,9*60.9*1,17)+

(1377*0,2+0,9*67.2*1,17)+(693.28*0,2+0,9*56.35*1,17) )*0.9+

275*0,38*0,4+64,4*0,25*0,4+26.25*0.62+24.3*0.62= 1243(кВАр)

Полная нагрузка микрорайона равна:

3. Определение числа и мощности сетевых трансформаторных подстанций. Определение их месторасположения

Определение числа и мощности трансформаторов и трансформаторных подстанций

Число и мощность трансформаторных подстанций (ТП) оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели системы электроснабжения города в целом. От правильного выбора числа и мощности трансформаторов ТП, а также от размещения ТП на территории микрорайона, зависит эффективность функционирования системы.

Основой для выбора числа трансформаторов ТП является схема электроснабжения и категории по надежности электроснабжения электроприемников.

Мощность трансформаторов, а, следовательно, число и мощность ТП, непосредственно влияют на все последующие решения, связанные с построением системы электроснабжения. В общем виде задача определения мощности трансформаторов может быть решена путем нахождения аналитической зависимости приведенных затрат, связанных с передачей энергии через рассматриваемую систему, от мощности трансформаторов ТП. Однако определение наивыгоднейшей мощности трансформаторов ТП требует перебора большого числа вариантов, что в связи с большой трудоемкостью расчетов не всегда может быть выполнено. Поэтому для ориентировочного определения экономически целесообразной мощности трансформаторов ТП может быть применена формула, полученная на основании многочисленных расчетов:

,(18)

где -плотность нагрузки микрорайона (кВА/км²), определяемая по формуле:

,(19)

где S_р.мк.р.-расчетное значение полной нагрузки микрорайона, кВА;

F_мк.р.-площадь микрорайона, км².

Экономически целесообразная мощность трансформаторов ТП:

Так как значительную долю потребителей микрорайона составляют потребители 2-й категории по надежности электроснабжения и имеется один потребитель 1-й категории, то, согласно требований ПУЭ, электроснабжение необходимо производить от двух независимых источников питания имеющих одинаковую мощность, поэтому принимаем количество трансформаторов в ТП равное двум, т.е. n_тр=2.

Согласно 4.4.3. /1/ в районах многоэтажной застройки (9 этажей и выше) при плотности нагрузки 8 МВт./км² и более оптимальная мощность двухтрансформаторных подстанций рекомендуется равной 2*630 кВА. Но при большой плотности нагрузки можно использовать и трансформаторные подстанции мощностью 2*1000 кВА.

Проведем сравнения трансформаторных подстанций при мощностях трансформаторов 630 кВА и 1000 кВА.

1.Принимаем мощность двухтрансформаторной подстанции 2*1000 кВА:

Ориентировочное число ТП определяется по выражению:

, (20)

где K_з - коэффициент загрузки трансформаторов ТП в нормальном режиме.

В соответствии с суточным графиком нагрузки ТП, питающих жилые дома и общественные здания принимаем K_з=0.65 /1/:

В результате расчета необходимо принять 4 трансформаторных подстанций, т.е. количество ТП n_тп =4.

Объекты микрорайона распределяются между ТП с учетом их загрузки и месторасположения в микрорайоне.

Результаты распределения представлены в таблице 6.

Таблица 6 Распределение объектов электроснабжения микрорайона между ТП.

Расчетная нагрузка каждой трансформаторной подстанции определяется аналогично п. 3.4 , где за Р_р^._нб и Q_р._нб принимаются нагрузки жилых зданий, определяемые по суммарному количеству квартир и лифтовых установок, питаемых от данной трансформаторной подстанции.

Расчет электрических нагрузок ТП покажем на примере расчета нагрузочной мощности для ТП-1. Наибольшую электрическую нагрузку трансформаторной подстанции ТП1 имеет дом (позиции 1).По табл.2.3.1 /1/ находим коэффициенты участия К_у остальных групп потребителей в максимуме нагрузки. Нагрузку освещения микрорайона распределим между четырьмя трансформаторными подстанциями следующим образом:

Р_{р.ул. осв.} =26.25/4=6.56

Р_{р вк} =24.3/4=6.075

Расчетная нагрузка ТП с учетом коэффициента максимума по формулам (14), (15) равна:

Р_р.тп1.= (Р_{р.ж.д.(поз1)} + Р_{р.ж.д.(поз2)} + Р_{р.ж.д.(поз6)} +

Р_{р.ж.д.(поз7)} + Р_{р.ж.д.(поз3)} )*К_у.ж.д. + Р_{р.дет.сад.(поз 20)} * К_{у.дет.сад.(поз20)}

+Р_{р.ул..тп1}+Р_{р.вк.тп1}. (21)

Q_р._тп1=( (Р_р.кв*tg_кв+0,9*Р_р.л*tg_л)_(ж.д.1) +(Р_р.кв*tg_кв+0,9*Р_р.л*tg_л)_(ж.д.2)

+(Р_р.кв*tg_кв+0,9*Р_р.л*tg_л)_(ж.д.6) +(Р_р.кв*tg_кв+0,9*Р_р.л*tg_л)_(ж.д.7)

(Р_р.кв*tg_кв+0,9*Р_р.л*tg_л)_(ж.д.3 )* К_у.ж.д.+ Р_{р.дет.сад (поз.20).}*tg _{дет.сад(поз.20)}

*К_{у.дет.сад(поз.20) +} Р_{р.ул.тп1.}*tg+ Р_{р.вк.тп1}*tg

где Р_{р.ул..тп1}, Р_{р.вк.тп1}- расчетные активные нагрузки освещения улиц магистрального значения и внутриквартальных территорий соответственно, запитываемых от ТП-1, кВт.

На основании формул (21) (22) получим:

Р_р.тп1=(404+362.80+219.690+214.183+150.48)*0.9+64*0.4+6.56+6.075= 1374(кВт)

Q_р.тп1= ( (370.72*0.2+0.9*37.03*1.17) + (333*0.2+0.9*33.12*1.17)

+(195.75*0.2+0.9*26.45*1.17) + (194.4*0.2+0.9*22.425*1.17)

+(144*0.2+0.9*7.2*1.17) )*0.9 + 64*0.25*0.4+6.56*0.65+6.075*0.65=391.462 (кВАр)

Полная нагрузка трасформаторной подстанции равна:

Загруженность каждой ТП в нормальном рабочем режиме определяется коэффициентом загрузки, который должен быть в пределах: 0,6-0,9 (60-90%):

, (23)

где S_н.тр.- номинальная мощность трансформатора, кВА;

n_тр.- количество трансформаторов в ТП.

Перегрузка каждой ТП определяется коэффициентом перегрузки, который вычисляется при выходе из строя одного из двух трансформаторов:

, (24)

Коэффициент перегрузки в послеаварийном режиме сравнивается с допустимым коэффициентом перегрузки:

K_{доп.пер.}? (25)

где K_{доп.пер.}- допустимый коэффициент перегрузки трансформатора.

Коэффициент допустимой перегрузки определяется в зависимости от длительности перегрузки. Длительность перегрузки определяется временем прохождения максимальной нагрузки, которое определяется посуточному графику нагрузки потребителя.

Согласно /1/ получаем K_{доп.пер.}=1.5, т.е. перегрузка возможна на 50%. Если данное условие выполняется, то выбор мощности трансформаторов сделан правильно.

Для ТП-1 получили:

1,5 > 1,4,

т.е. трансформаторы в послеаварийном режиме загружены в допустимых пределах.

Таким образом, выбор мощности трансформаторов для ТП-1 произведен верно. Принимается ТП-1 21000 с учетом дальнейшего развития микрорайона, т.е. предполагается изменения нагрузок этой части микрорайона в сторону увеличения.

Результаты расчетов электрических нагрузок трансформаторных подстанций приведены в таблице 7

Таблица 7 Расчет электрических нагрузок трансформаторных подстанций 2*1000 кВА.

Таблица 8 Значения коэффициентов загрузки трансформаторных подстанций в нормальном и послеаварийном режимах.

2.Принимаем мощность двухтрансформаторной подстанции 2*630 кВА:

По формуле (20) получаем:

В результате расчета необходимо принять 6 трансформаторных подстанций, т.е. количество ТП n_тп=6.

Объекты микрорайона распределяются между ТП с учетом их загрузки и месторасположения в микрорайоне.

Результаты распределения представлены в таблице 9.

Таблица 9 Распределение объектов электроснабжения микрорайона между ТП

При расчете электрических нагрузок ТП с мощностью трансформаторов 630 кВА, проводим аналогичные вычисления, что и для ТП с мощностью трансформаторов 1000 кВА. Расчет покажем на примере расчета нагрузочной мощности для ТП-1.

Наибольшую электрическую нагрузку трансформаторной подстанции ТП1 имеет жилой дом (поз 9). По табл.2.3.1 /1/ находим коэффициенты участия К_у остальных групп потребителей в максимуме нагрузки.

Нагрузку освещения микрорайона распределим между шестью трансформаторными подстанциями следующим образом:

Р_{р.ул. осв.} =26.25/6=4.375

Р_{р вк} =24.3/6=4.05

Расчетная нагрузка ТП-1 с учетом коэффициента максимума по формулам (14), (15) равна:

Р_р.тп1.=( Р_{р.ж.д.(поз.9)} + Р_{р.ж.д.(поз.11)} + Р_{р.ж.д.(поз.10)} )*К_у.ж.д..+Рр_.ул..тп1+Р_{р.вк.тп1}. (26)

Q_р._тп1= ( (Р_р.кв*tg_кв+0,9*Р_р.л*tg_л)_{(ж.д.поз 9)}+(Р_р.кв*tg_кв+0,9*Р_р.л*tg_л)_{(ж.д.поз 11)}+

(Р_р.кв*tg_кв+0,9*Р_р.л*tg_л)_{(ж.д.поз 10)} )* К_у.ж.д+Р_{р.ул.тп1.}*tg+ Р_{р.вк.тп1}*tg (27)

где Р_{р.ул..тп1}, Р_{р.вк.тп1}- расчетные активные нагрузки освещения улиц (улиц магистрального и местного значения) и внутриквартальных территорий соответственно, запитываемых от ТП-1, кВт.

На основании формул (26) (27) получим:

Р_р.тп1=(376.72+335.999+222.215)*0.9+4.375+4.05=921.138 (кВт)

Q_р.тп1=( (333*0,2+0,9*33.12*1,17)+(300.48*0,2+0,9*26.45*1,17)+

(192.36*0,2+0,9*22.425*1,17) )*0.9+4.375*0.65+4.05*0.65=246.837 (кВАр)

Полная мощность ТП-1 равна:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Загруженность каждой ТП в нормальном рабочем режиме определяется коэффициентом загрузки по формуле (23):

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перегрузка каждой ТП определяется коэффициентом перегрузки, который вычисляется при выходе из строя одного из двух трансформаторов.

По формуле (24) получим:

Размещено на http://www.allbest.ru/

На основании выражения (25) для ТП-1 получим:

1,5 > 1,52

т.е. трансформаторы в послеаварийном режиме будут перегружены что не допустимо.

Таблица 10 Расчет электрических нагрузок трансформаторных подстанций 2*630 кВА.

Таблица 11 Значения коэффициентов загрузки трансформаторных подстанций в нормальном и послеаварийном режимах.

По результатам расчетов видно что три ТП из шести не удовлетворяют условиям выбора, ТП-1, ТП-4 ,ТП-6 в послеаварийном режиме будут перегружены что не допустимо. Следует так же заметить, что при работе ТП-5 с полученным коэффициентом загрузки возникают большие потери, что экономически не выгодно.

Применение шести ТП, три из которых мощностью 2*630 кВА, а другие три 2*1000 кВА, экономически и технически не выгодно в связи с большими затратами на прокладку кабелей и строительства дополнительных подстанций.

Следовательно, мощность трансформаторов ТП необходимо увеличить с 630 кВА до 1000 кВА с учетом дальнейшего развития микрорайона, т.е. предполагается изменения нагрузок этой части микрорайона в сторону увеличения.

Окончательно принимаем к установке на территории микрорайона четыре двухтрансформаторные ТП мощностью 2*1000 кВА.

Определение месторасположения ТП

Одним из условий построения экономичной системы электроснабжения, то есть системы с малой стоимостью и малыми потерями электроэнергии в данной системе, является правильный выбор местоположения трансформаторных подстанций. Расположение трансформаторных подстанций в питающемся от них районе экономически целесообразно в центре электрических нагрузок, но с учетом условий планировки жилых кварталов. Расположение трансформаторных подстанций должно соответствовать градостроительным и архитектурным соображениям и требованиям пожарной безопасности.

Для определения места расположения ТП, т.е. центра электрических нагрузок используют графоаналитический метод, который заключается в следующем:

-электроприемники заключаются в координатные оси;

-определяются центры электрических нагрузок электроприемников;

-центры электрических нагрузок проектируются на оси OX и OY;

-определяем координаты ТП по формулам:

, (28)

,(29)

где Р_р.i - расчетная мощность i-го объекта, кВт;

X_i, Y_i - координаты центра электрических нагрузок i-го объекта, см;

n - число объектов питающихся от данной ТП.

Определение места расположения трансформаторной подстанции покажем на примере ТП1.

По формулам (28) и(29) получим:

Для определения центров электрических нагрузок ТП составим следующую таблицу. Координаты центров нагрузок отдельных электроприемников определим по рис. 3

Таблица 10. Определение месторасположения трансформаторных подстанций.

Трансформаторные подстанции могут быть установлены по полученным координатам только в том случае, если их расположение соответствует градостроительным и архитектурным соображениям, требованиям пожарной безопасности и удобству проезда транспортных средств. В соответствии с этими требованиями местоположение трансформаторных подстанций, координаты которых по расчетным данным получились на территории проезжей части и жилых домов №5 и №4 соответственно, переносим на расстояния не менее 10 м от границы жилых объектов.

Таблица 11 Координаты расположения трансформаторных подстанций.

4. Выбор схем электроснабжения микрорайона

Выбор схемы питающих сетей среднего напряжения

Питающая сеть предназначена для питания распределительных пунктов. Поскольку питающая сеть обслуживает микрорайон, в котором есть электроприемник I категории, то должна быть выполнена с автоматическим вводом резервного питания.

Для питающей сети наиболее широко применяются схемы с параллельной работой питающих линий, имеющих селективную релейную защиту, и схемы с раздельной работой питающих линий с применением устройств для автоматического включения резерва.

Учитывая экономические и эксплуатационные показатели работы схемы питающей сети, рекомендуется во всех случаях, когда это позволяет мощность установленной в сети аппаратуры, отдавать предпочтение схеме с раздельной работой питающих линий с применением устройств для автоматического включения резерва.

В данном варианте параллельную работу питающих линий нельзя осуществить из-за того, что питающая сеть обслуживает электроприемник I категории (образовательная школа).

Достоинством схемы с АВР является возможность использования в схеме двух источников, что в отдельных случаях может оказаться существенным.

В соответствии с /1/ питающую сеть 10 кВ рекомендуется выполнять по схеме представленной на рис. 6

В данной схеме предполагается режим разомкнутого секционного выключателя на РП или присоединение питающих линий к двум разным секциям шин подстанции 110/10 кВ. Повреждения питающих линий или шин подстанции 110/10 кВ отключается избирательно, питание потребителей восстанавливается устройством автоматического ввода резерва на секционном выключателе РП.

Рис.6. Питание РП по двум линиям с раздельной работой этих линий.

Нагрузки питающих линий в нормальном режиме работы составляют не более 65...67.5 % допустимых по длительному нагреву кабелей. В аварийном режиме каждая линия покрывает всю нагрузку РП. Данная схема применяется для питания ЭП всех категорий, включая и первую.

Выбор схемы распределительной сети среднего напряжения 10кВ.

Выбор схемы распределительной сети низкого напряжения

Построение городской электрической сети по условиям обеспечения необходимой надежности электроснабжения потребителей энергией надлежащего качества, как правило, выполняется применительно к основной массе электроприемников рассматриваемого района города. При наличии отдельных электроприемников более высокой категории этот принцип построения сетей дополняется необходимыми мерами по созданию требуемой надежности электроснабжения этих электроприемников.

Для выбора распределительной сети напряжением 0.38 кВ необходимо учесть требования, предъявляемые к электроснабжению приемников электроэнергии согласно их категории по надежности электроснабжения п.1.2.18-1.2.20 /2/.

Ввиду этих требований и в соответствии с выбранной петлевой схемой распределительной сети среднего напряжения (10 кВ) для 0.38 кВ можно применить два варианта схем:

1-петлевая схема с присоединением линий к одной ТП;

2-двухлучевая схема одностороннего питания.

Для сравнения этих вариантов были произведены расчеты, на основании которых сделаны следующие выводы:

1) В петлевой схеме практически всегда бывают значительные перетоки мощности, что ведет к повышенным ее потерям, а это не допустимо с экономической точки зрения;

2) Сечение кабельных линий в петлевой схеме практически всегда выше сечений кабельных линий двухлучевой схемы, т.к. в послеаварийном режиме всю мощность должен будет пропустить один кабель, т.е. опять получаем, что экономические затраты выше;

В петлевой схеме очень сложно обеспечить требуемый уровень напряжения у самого удаленного от ТП потребителя как в нормальном так и в послеаварийном режиме, а если и удается это сделать, то значение напряжения на шинах ТП будет слишком завышено (может не уложиться в 5%-й запас);

Для Красноярска характерны очень низкие температуры в зимний период, что обеспечивает промерзание почвы до 1,5 м, а кабель, как известно, прокладывают на глубине 0.7 м, кроме того величина снежного покрова тоже достаточно велика -все это свидетельствует о том, что поменять кабель или его отремонтировать не только не возможно в течении одних суток, но и достаточно сложно в течении всего зимнего периода.

С учетом всего изложенного принимаем двухлучевую распределительную сеть низкого напряжения для потребителей микрорайона I и II категории по двум кабелям. А для потребителей III категории питание осуществляется по радиальной сети низкого напряжения или шлейфом от вводно-распределительного устройства (ВРУ) соседнего объекта II или III категории по одному кабелю. Вводно-распределительные устройства служат для подачи электроэнергии в жилые дома и общественные здания, и содержат: силовой щит, к которому присоединяют лифтовые установки; и щит бытовой и осветительной нагрузки.

Схемы распределительной сети напряжением 0.38 кВ показаны на рис.8

Рис.8. Схемы распределительной сети напряжением 0.38 кВ:

а) двухлучевая с АВР; б) двухлучевая без АВР; в) радиальная

5. Расчет распределительной сети высокого напряжения 10 кВ.

Расчет магистральной, однолучевой распределительной сети 10 кВ.

Минимальное сечение кабелей с алюминиевыми жилами в распределительных сетях 10 (6) кВ при прокладке их в траншеях рекомендуется принимать сечением не менее 70 мм².

Сечение кабелей по участкам линии следует принимать с учетом изменения нагрузки участков по длине.

Прежде чем приступать к выбору сечения кабельных линий, необходимо определить токораспределение в выбранной схеме электрической сети 10 кВ.

Расчет магистральной, однолучевой распределительной сети 10 кВ.

Рисунок 9.

Определяются потоки мощности по участкам.

Определяем ток на каждом участке сети 10 кВ:

(

А А

А А

Предварительный выбор сечения кабельной линии 10 кВ

Определяем сечение кабеля по допустимому нагреву.

Так как в траншее будет проложено по два кабеля необходимо пересчитать допустимый ток с учетом коэффициента учитывающего количество кабелей проложенных в траншее.

Где: поправочный коэффициент учитывающего количество кабелей проложенных в траншее.

Выбираем по таблице 1.3.16 кабель марки ААБ.

выбираем сечение 185 мм² Iдоп = 310А

выбираем сечение 120 мм² Iдоп = 240А

выбираем сечение 70 мм² Iдоп = 165А

выбираем сечение 70 мм² Iдоп = 165А

Определяем сечение кабеля по экономической плотности тока.

По определенному току рассчитывается экономическая плотность тока и принимается стандартное большее сечение кабеля. Марка кабеля - ААБ, стандартное сечение кабеля 35-240 мм² /11/.

F01=191.3 мм²; Fст.01=240 мм²; Iдоп=355 А

F12=143.3 мм²; Fст.12=150 мм²; Iдоп=275 А

F23=93.1 мм²; Fст.23=95 мм²; Iдоп=205 А

F34=49.1 мм²; Fст.34=50 мм²; Iдоп=140 А

Расчет в аварийном режиме производится при обрыве из цепи двухцепной линии. Результаты расчетов снесены в таблицу 12

Таблица 12

Расчет токов короткого замыкания в распределительной сети 10 кВ.

Для проверки кабеля на термическую устойчивость к действию токов короткого замыкания необходимо производится расчет токов короткого замыкания.

При расчете токов КЗ принимаем, что на шинах 110 кВ трансформатора ПГВ мощность короткого замыкания МВ·А.

Составляется схема замещения сети (рисунок 10).

Рассчитаем токи КЗ на шинах 10 кВ подстанции и в начале каждой КЛ.

Принимаем: S_б = 100 МВА, U_бI = 10,5 кВ, Е_с = 1.

кА.

Рассчитаем сопротивление каждого из элементов сети в относительных единицах. Сопротивление системы:

;

Сопротивление тр-ра ГПП:

;

т.е. r_т можем не учитывать в расчётах.

Таблица 13 - Параметры кабельных линий магистральной сети.

Сопротивления кабельных линий:

Определим токи КЗ в точках К1, К2, К3, К4.

кА;

Таблица 14 - Расчет токов короткого замыкания

Находим ударный ток в точках КЗ К1,К2,К3,К4.

Ударный ток короткого замыкания в точке К₁:

кА,

где: - ударный коэффициент, - постоянная времени затухания апериодической составляющей.

Для остальных точек расчет аналогичен и сводится в таблицу.

Проверка кабелей на термическую стойкость токам короткого замыкания

Выбранные кабели требуется проверить на термическую стойкость. Степень термического воздействия тока КЗ на проводники и электрические аппараты определяется по значению интеграла Джоуля В_к (в тех случаях, когда ).

.

где - действующее значение периодической составляющей тока КЗ от эквивалентного источника энергии (системы), А;

- постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ от эквивалентного источника, принимается равной 0,05 с;

- расчетная продолжительность тока КЗ, с.

где - полное время отключения выключателя, с;

- время действия релейной защиты, с.

Принимаем t_к = 0,2 с.

Проверка: 0,2> 3 0,05, 0,2 > 0,15.

Определим значение интеграла Джоуля В_к в точках К1 и К2:

кА²·с;

кА²·с;

Значение интеграла Джоуля в остальных точках представлены в таблице 15.

Таблица 15 - Значение интеграла Джоуля В_к.

Кабель обладает достаточной термической стойкостью, если его конечная температура нагрева током КЗ не превышает допустимую , т.е. выполняется условие

где С для алюминиевых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией напряжением до 10 кВ.

Конечная температура нагрева определяется по кривой зависимости этой температуры от функции , А²с/мм⁴, которая рассчитывается следующим образом

где s - сечение жилы кабеля, мм²;

В_к - интеграл Джоуля, А²с;

- значение функции , соответствующее начальной температуре нагрева кабеля, А²с/мм⁴.

При отсутствии данных о предшествующей нагрузке кабеля его начальную температуру принимают равной допустимой температуре продолжительного режима. Для кабелей с бумажной изоляцией напряжением 10 кВ С. Этой температуре соответствует = 0,410⁴ А²с/мм⁴.

1. Участок 0-1: сечение 185 мм², интеграл Джоуля (т.К1) - 58.98 кА²*с