Проектирование системы электроснабжения поселка

Проектирование системы электроснабжения поселка

Введение

Электрификация, т.е. производство, распределение и применение электроэнергии, - основа устойчивого функционирования и развития всех отраслей промышленности и сельского хозяйства страны и комфортного быта населения.

Сельское хозяйство получает электроэнергию в основном от энергетических систем. Воздушными линиями охвачены почти все населенные пункты. Электроснабжение сельскохозяйственных объектов имеет свои особенности по сравнению с электроснабжением промышленности и городов. Главная из них - это необходимость подводить электроэнергию к большому числу сравнительно маломощных электроприемников, рассредоточенных на значительной территории, что определяет особенности соответствующих проектных решений.

В данном курсовом проекте необходимо: спроектировать систему электроснабжения 10 кВ., выбрать трансформатор, выбрать коммутационно-защитные аппараты, спроектировать систему электроснабжения 0,4 кВ для данного поселка. Необходимо проверить выбранное оборудование на действие токов короткого замыкания.

Характеристика объекта и исходной информации

Объектом электроснабжения является поселок на 46 двухквартирных домов. Данный поселок относится к потребителю III категории. По надежности электроснабжения.

На территории поселка, кроме жилых домов также находятся следующие социально-культурные здания: дом культуры, магазин на 2 рабочих места, начальная школа на 40 учащихся, столовая и детский сад. План поселка приведен на листе 1 графического материала.

Источником питания является ВЛЭП-10 кВ, проходящая с северной стороны в 500 метрах от поселка. Расчетные нагрузки по социально-бытовым и культурным учреждениям приведены в табл. В.2.

Таблица В.2. Расчётные нагрузки по социально-бытовым учреждениям

1. Проект системы электроснабжения 10 кВ

.1 Обоснование схемы

Ранее указывалось, что потребитель электроэнергии жилой посёлок с административными и социально-культурными (бытовыми и детскими) учреждениями относятся к потребителям третьей категории по надежности электроснабжения. Следовательно, для его электроснабжения в соответствии с требованиями ПУЭ используется однотрансформаторная подстанция напряжением 10/0,4 кВ. Подключение этой подстанции к источнику питания осуществляется отпайкой от ВЛ-10 кВ, проходящей с северной стороны посёлка, также в виде ВЛ.

Схема ТП 10/0,4 кВ типовая, в которой со стороны высокого напряжения (РУВН) расположены: разъединитель как коммутационный аппарат; предохранители как защитные аппараты; разрядники как защитные аппараты от перенапряжений, приходящих с ВЛ.

Описанная однолинейная принципиальная схема представлена на рис 1.1.

В качестве наилучшего места для установки подстанции является так называемый центр электрических нагрузок. Учитывая застройку посёлка, подстанцию разместили в месте, указанном на плане. С учётом указанного места установки подстанции длина отпайки будет 1500 м.

1.2 Расчет электрических нагрузок

Для того, чтобы рассчитать электрическую сеть, то есть выбрать мощность трансформатора, сечение ЛЭП, электрические аппараты, необходимо рассчитать для них расчетные нагрузки.

Расчетная нагрузка это такая постоянная во времени величина, которая приводит к установившемуся нагреву, как и максимальный нагрев при реальной передачи энергии потребителю в то время когда объект будет функционировать. В качестве исходной информации при оценке расчетной нагрузке по подстанции являются расчетные нагрузки на вводах в квартиру и расчетные нагрузки общественных учреждений и коммунальных потребителей указанных в таблице В.1

В соответствии со строительными нормами и правилами (СНиП) расчетная нагрузка на вводе в квартиру в данном населенном пункте принимается 3 кВт.

Для потребителей жилищно-коммунального характера в качестве метода оценки расчетных нагрузок применяются: для жилищных потребителей - метод коэффициента одновременности, как однородных потребителей. Для учета расчетной нагрузки общественных и коммунальных потребителей используется метод попарного суммирования. Согласно методу коэффициента одновременности расчетная нагрузка жилищных потребителей определится по выражению:

P_ж = К_о·_i ,

где Р_i - расчетная нагрузка на вводе в одну квартиру,

n - число квартир в поселке 92,

К_о - коэффициент одновременности 0,26,

P_ж = 0,26·92·3 = 71.76 кВт.

Для оценки реактивной мощности для жилищных потребителей примем cosφ=0,98 => tgφ=0,2, тогда реактивная мощность полная мощность определится по выражению:

Q_ж = P_ж· tgφ,

Q_ж = 71.76·0,2 = 14.352 квар.

Определяем расчетную нагрузку неоднородных потребителей. Для этого используем метод попарного суммирования:

 = ΔP_ДК + ΔP_маг + ΔP_шк + ΔP_{дет сад} + ΔP_ст ,

где k - количество неоднородных потребителей,

ΔP - доля нагрузки потребителя, определяемая по таблице.

 = 1,8 + 2,4 + 3 + 2,4 + 6 = 15,6 кВт.

Реактивная нагрузка неоднородных потребителей определяется:

ΔQ = ΔQ_ДК + ΔQ_маг + ΔQ _шк + ΔQ _{дет сад} + ΔQ_ст ,

ΔQ = 0,9 + 1,15 + 1 + 0,8 + 2,4 = 6,25 квар.

Суммарная нагрузка будет равна:

P_р = P_ж + ,

P_р = 71.76 + 15,6 = 87.36 кВт.

Суммарная реактивная нагрузка будет равна:

Q_р = Q_ж + ΔQ,

Q_р = 14.352 + 6,25 = 20,602 квар.

К выше полученной расчетной нагрузке, которая состоит из нагрузки жилых домов, социально культурных учреждений необходимо добавить нагрузку уличного освещения.

Примем ширину проезжей части улиц посёлка 9 - 12 м с покрытием простейшего типа, при котором норма освещённости равна 2 Лк. Для достижения этой освещённости необходима удельная электрическая мощность осветительных установок 7 Вт/м, отсюда определим суммарную мощность осветительных установок:

P_осв = P_уд·L,

P_осв = 7·1150 = 8,05 кВт.

Для реализации освещения улиц примем светильники с лампами ДРЛ, мощностью 250 Вт каждая. Отсюда количество ламп, необходимых для установки по улицам:

k =  =  = 32.

Принимаем число ламп k = 32.

Для указанных ламп коэффициент мощности cosφ = 0,85, тогда реактивная мощность осветительной нагрузки:

Q_осв = P_осв· tgφ = 8,05·0,62 = 4.991 квар.

Итого расчётная нагрузка по подстанции составит:

P_рас = P_р + P_осв = 87.36 + 8,05 =95.41 кВт,

Q_рас = Q_р + Q_осв = 20.602 + 4.991 = 29,13 квар,

S_рас = ==98,78кВА.

1.3 Расчет электрической сети

1.3.1 Выбор мощности трансформатора

При обосновании схемы электроснабжения принята однотрансформаторная подстанция, для которой в соответствии с методикой выбора мощности трансформатора, мощность трансформатора определяется по условию:

S_тн > S_рас,

По шкале номинальных мощностей выбираем мощность трансформатора S_тн = 100 кВА. Принимаем трансформатор ТМ-100.

Паспортные характеристики этого трансформатора равны:

ΔP_хх = 0,33 кВт,

ΔP_кз = 2,27 кВт,

U_k = 4,7 %.

1.3.2 Расчет сечения линии электропередачи

Критериями для расчета сечения ЛЭП напряжением 10 кВ являются: а) длительно допустимый ток; б) экономическая плотность тока; в) механическая прочность.

Расчётный ток равен:

I_р = ==5.7 А.

Для реализации ВЛ-10 кВ принимаем провод марки АС, для которого на основании справочной информации из условия I_доп > I_р, где I_доп - допустимая токовая нагрузка для соответствующего сечения. Исходя из условия (I_доп) принимаем сечение с учётом механической прочности для ВЛ-10 кВ - 35 мм², марка - АС-35, для которого I_доп = 175 А.

Оценим сечение линии электропередач по экономической плотности тока. Принимаем для указанного потребителя электрической энергии число часов использования максимальной мощности Т_м = 5000 ч в год.

Тогда в соответствии со справочной информацией принимаем значение экономической плотности тока j_э = 1,1 А/мм², тогда расчётное экономическое сечение определяется по формуле:

S _э = I_р/ j_э = 5.7/1,1 = 5.18 мм².

Принимаем ближайшее значение. Итого на основании рассмотренных критериев принимаем большее сечение, т.е. провод марки АС-35.

1.3.3 Выбор электрических аппаратов

Электрические аппараты по функциональному назначению были определены на стадии обоснования схемы электроснабжения:

QS1 - разделитель, необходим для снятия U с отпайки при ремонтных работах и профилактических.

QS2 - разделитель, необходим для снятия напряжения с подстанций.

FU - предохранитель, необходим для реализации защиты трансформатора от ненормальных режимов работы.

Теперь произведем выбор указанных электрических аппаратов по номинальному току:

а) выбор разъединителей.

Условием выбора является Iн>Iр, где Iн - номинальный ток разъединителя, а Iр - расчетный ток.

Выбираем разъединитель для наружной установки типа РЛНД - 10/200 с номинальным током Iн=200А.

б) выбор предохранителя.

Предохранитель выбирается по номинальному току предохранителя из условия Iн>Iр, и по номинальному току плавкой вставки из условия I_нп > I_р·k_з,

где k_з = 1,25 коэффициент запаса, учитывающий погрешность расчётов.

Принимаем предохранитель марки ПКТ с номинальным напряжением 10 кВ и номинальным током отключения 31,5 А.

I_нп > 5.7·1,25 =7.125 А,

Принимаем плавкую вставку с номинальным током 8 А

1.4 Проверка оборудования на действия токов КЗ

Ранее электрические сети ( трансформатор, проводники ЛЭП, электрические аппараты) были выбраны исходя из нормального режима работы. После этого их необходимо проверить и при необходимости скорректировать выбор, исходя из условий действий токов КЗ. Этими условиями являются:

а) термическое действие- проверка на термическую стойкость.

б) динамическое действие-проверка на динамическую способность.

В соответствию с ПУЭ из элементов, рассматриваемых в данном проекте, подлежит проверке следующее: электрические аппараты- на термическую и динамическую стойкость.

Для проверки аппаратов на действия токов КЗ необходимо рассчитать токи в точках:

а) К₁- для проверки QS₁

б) К₂ - для проверки QS₂ и FU

Вид КЗ-трехфазный.

Для расчета токов КЗ в качестве исходной информации принимаем:

а) ток на подстанции РТП на шинах 10 кВ I_кз=7 кА

б) удаленность точки К₁ от подстанции L=5 км, проводом АС-50.

Для расчета токов КЗ составляем схему замещения:

Рис. 1.2. Схема замещения

где Х₀- удельное сопротивление.

Полное сопротивление до точки К₁ равно

До точки К2 равно:

Рассчитаем токи КЗ в точках К₁ и К₂:

Проверки QS₁:

На термическую стойкость

I²_ТС*t_T-условный импульс тепла_тс-ток термической стойкости

t_т- время его протекания ( задается заводом изготовителем, справочная информация)_n- приведенное время действия токов КЗ

_n=t_c3+t_отк

t_c3- время срабатывания защиты

t_отк- время отключения аппарата

t_c3=0

t_отк=0,5 с

I_тс=16 кА

t_т=1 c

>0,98 к А²с

Разъединитель обладает термической стойкостью.

На динамическую стойкость:

Условием проверки является:

где  - показатель динамической стойкости(показатель паспортной характеристики);

i_дин=41 кА

 - ударный ток КЗ в точке К1

К_уд- ударный коэффициент, он уменьшается, стремясь к 1, на пути к электрическим приемникам.

Для шин 10 кВ прнимаем К_уд=1,2

>2,38

Разъединитель обладает динамической стойкостью.

Естественно разъединитель QS₂, находящийся за большим сопротивлением, так же обладает и термической и динамической стойкостью.

Проверка FU:

Они реализуются на основании паспортной характеристики- отключающий способности, для предохранители ПКТ она равна 12,5 кА

I_отк=12,5 кА

Очевидно, что условие I_отк>I_кзк2 выполняется, поэтому предохранитель обладает термической и динамической стойкостью.

1.5 Конструктивное исполнение

Воздушная линия электропередач выполнена на железобетонных опорах. Опоры воздушных линий разнообразны по конструкции. Большая часть опор на линии служит только для поддержания проводов на высоте. Такие опоры называют промежуточными (рис. 1, а).Анкерные опоры (рис. 1, 6) устанавливают в начале и конце линии (концевые опоры), с обеих сторон переходов через автомобильные и железные дороги, реки и другие препятствия. На прямых участках анкерные опоры размещают через каждые 2 - 3 км. Их рассчитывают на устойчивость при одностороннем обрыве всех проводов. В местах поворота линии применяют угловые опоры.

Рис. 1.3. Железобетонные опоры воздушной линии напряжением 6(10) кВ: а - промежуточные; б - анкерные Провода подвешивают на опорах с помощью изоляторов(рис.4).Для ВЛЭП 10 кВ применяем штыревые изоляторы(рис.4,б).

Рис. 1.4. Линейные изоляторы: а - штыревой для линий напряжением 400 В; б - штыревой для линий напряжением 6 (10) кВ; в - штыревой для линий напряжением 20 (35) кВ; г - подвесной для линий напряжением 35 кВ в загрязненных районах Изоляторы ВЛ изготовляют из фарфора или закаленного стекла. К достоинствам стеклянных изоляторов относится то, что в случае электрического пробоя либо разрушающего механического, или термического воздействия закаленное стекло изолятора не растрескивается, а рассыпается. Это облегчает нахождение не только места повреждения на линии, но и самого поврежденного изолятора. Изоляторы крепят на опорах с помощью крюков, штырей и специальных скоб.

Ввод в ТП осуществлен с помощью кабельных вставок.

2. Проект системы электроснабжения 0,4 кВ

.1 Обоснование схемы

В основе обоснования схемы распределительной сети 0,38 кВ лежит характер ИП и территориального расположения потребителей электрической энергии 0,38 кВ. Местоположение подстанции, выбранное в разделе 1, указано на листе 1 графического материала.

В качестве ТП принята комплектная ТП мощностью 100 кВ∙А, имеющая 3 фидера 0,4 кВ, следовательно, распределительную сеть формировать в виде трех магистралей.

Для данной КТП заводом изготовителем определена схема распределительного устройства РУ - 0,4 кВ, представленная на рисунке 2.1.

2.2 Расчет электрических нагрузок

Задачей расчета электрических нагрузок в распределительной сети 0,38 кВ является оценка расчетных нагрузок по каждой ЛЭП и фидеру. В качестве методики оценки расчетных нагрузок используется метод коэффициента одновременности для однородных потребителей и метод попарного суммирования для разнородных потребителей которые описаны в пункте 1.2. Распределения потребителей по ЛЭП представлено в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Распределение потребителей по ЛЭП

Проведём расчёт электрической нагрузки для линии Л1.

Расчётная нагрузка составит:

P_л1 = К_о·_i,

где Р_i - расчетная нагрузка на вводе в одну квартиру,

n - число квартир 16,

К_о - коэффициент одновременности 0,36,

P_л1 = 17,28кВт.

Суммарная нагрузка будет равна:

P_р1 = P_л1 +  = 17,28+0= 17,28кВт.

Реактивная нагрузка:

Q_л1 = P_л1· tgφ =17,28·0,2= 3,456квар.

Суммарная реактивная нагрузка будет равна:

Q_р1 = Q_л1 + ΔQ= 3,456+0= 3,456квар.

S_рас1 = ==17,62кВА.

Проведём расчёт электрической нагрузки для линии Л1.1.

Расчётная нагрузка составит:

электрическая нагрузка электропередача трансформатор

P_л1.1 = К_о·_i = 0,36·16·3=17,28кВт, ΔP_ДК =1,8кВт.

Суммарная нагрузка будет равна:

P_р1.1. = P_л1.1. +  = 17,28+1,8= 19,08кВт.

Реактивная нагрузка:

Q_л1.1. = P_л1.1.· tgφ =17,28·0,2= 3,456квар, ΔQ_ДК =0,9квар.

Суммарная реактивная нагрузка будет равна:

Q_р1.1. = Q_л1.1. + ΔQ= 3,456+0,9= 4,356квар.

Полная расчётная мощность:

S_рас1.1. = ==19,57кВА.

Проведём расчёт электрической нагрузки для линии Л2.

Расчётная нагрузка составит:

P_л2 = К_о·_i = 0,34·20·3=20,4кВт, ΔP_шк =3кВт.

Суммарная нагрузка будет равна:

P_р2 = P_л2 +  = 20,4+3= 23,4кВт.

Реактивная нагрузка:

Q_л2 = P_л2· tgφ =20,4·0,2= 4,08квар, ΔQ_шк =1квар.

Суммарная реактивная нагрузка будет равна:

Q_р2 = Q_л2 + ΔQ= 4,08+1= 5,08квар.

Полная расчётная мощность:

S_рас2. = ==23,94кВА.

Для линии Л2.1.

Расчётная нагрузка составит:

P_л2 = К_о·_i,

где Р_i - расчетная нагрузка на вводе в одну квартиру,

n - число квартир 16,

К_о - коэффициент одновременности 0,36,

P_л2,1 = 17,28кВт.

Суммарная нагрузка будет равна:

P_р2,1 = P_л2,1 +  = 17,28+0= 17,28кВт.

Реактивная нагрузка:

Q_л2,1 = P_л2,1· tgφ =17,28·0,2= 3,456квар.

Суммарная реактивная нагрузка будет равна:

Q_р2,1 = Q_л2,1 + ΔQ= 3,456+0= 3,456квар.

Полная расчётная мощность:

S_рас2,1 = ==17,62кВА.

Проведём расчёт электрической нагрузки для линии Л3.

Расчётная нагрузка составит:

P_л3= К_о·_i = 0,38·14·3=15,96кВт ΔP_маг =2,4кВт.

Суммарная нагрузка будет равна:

P_р3 = P_л3 +  = 15,96+2,4= 18,36кВт.

Реактивная нагрузка:

Q_л3 = P_л3· tgφ =15,96·0,2= 3,192квар, ΔQ_маг =1,15квар.

Суммарная реактивная нагрузка будет равна:

Q_р3 = Q_л3 + ΔQ= 3,192+1,15= 4,342квар.

Полная расчётная мощность:

S_рас3 = ==18,86кВА.

Проведём расчёт электрической нагрузки для линии Л3.1.

Расчётная нагрузка составит:

P_л3.1= К_о·_i = 0,38·14·3=15,96кВт ΔP_ст =6кВт.

Суммарная нагрузка будет равна:

P_р3.1. = P_л3.1. +  = 15,96+6= 21,96кВт.

Реактивная нагрузка:

Q_л3.1. = P_л3· tgφ =15,96·0,2= 3,192квар, ΔQ_ст =2,4квар.

Суммарная реактивная нагрузка будет равна:

Q_р3.1. = Q_л3.1. + ΔQ= 3,192+2,4= 5,592квар.

Полная расчётная мощность:

S_рас3.1. = ==22,66кВА.

Расчёт нагрузок сведён в таблицу 2.2.

Таблица 2.2. Электрические нагрузки по линиям

Расчет фидеров.

Оценку расчетной нагрузки по фидерам произведем с помощью методом коэффициента одновременности при суммировании электрических нагрузок отдельных линий, приходящихся на конкретный фидер, где коэффициент одновременности также будем брать по таблице (42.4) Расчет нагрузки для кабельных вставок и автоматов определяется исходя из несовпадения максимумов нагрузок присоединенных к одному автомату.

Для фидера 1, в котором участвуют линии Л1 и Л1.1., расчётная нагрузка:

P_ф1 = (P_р1+ P_р1.1 ) =(17,28+19,08)0,98=35,63кВт,

Q_ф1 = (Q_р2+ Q_р1.1) =(3,456+4,356)0,98=7,65квар,

S_ф1 = (S_р1+S_р1.1) _. =(17,62+19,57)0,98=36,5442кВА.

Для фидера 2, в котором участвуют линии Л2 и Л2.1., расчётная нагрузка:

P_ф2 = (P_р2+ P_р2.1. ) =(23,4+17,28)0,98=39,6328кВт,

Q_ф2 = (Q_р2+ Q_р2.1. ) =(5,08+3,456)0,98=8,29472квар,

S_ф2 = (S_р2+S_р2.1. ) =(17,62+23,94)0,98=40,7288кВА.

Для фидера 3, в котором участвуют линии Л3 и Л3.1., расчётная нагрузка:

P_ф3 = (P_р3+ P_р3.1. ) =(18,36+21,96)0,98=39,51кВт,

Q_ф3 = (Q_р3+ Q_р3.1) _. =(4,342+5,592)0,98=9,73квар,

S_ф3 = (S_р3+S_р3.1. ) =(18,86+22,66)0,98=40,68кВА.

Расчёт электрических нагрузок по фидерам сведен в табл. 2.3.

Таблица 2.3 Электрические нагрузки по фидерам