Проектування міських ліній електропостачання

Значення  навантажень є приведеними, вони встановлені з урахуванням коефіцієнта одночасності залежно від числа квартир і є довідковими даними.

Силове навантаження загальнобудинкових приймачів електричної  енергії, включаючи ліфти, визначають окремо, з урахуванням відповідних коефіцієнтів попиту і потужності. В результаті розрахункове навантаження житлового будинку, який не має вбудованих установ, визначають як суму навантаження квартир і силового навантаження загальнобудинкових приймачів:

                                         Р_ж.д. = Р_кв+kΣР_с,                                                                         (2)

де Р_ж.д- навантаження житлового будинку; Р_с- силове навантаження загальнобудинкових установок; k- коефіцієнт, що враховує участь потужності силових установок в максимумі навантаження квартир, рівний 0,9.

В свою чергу, силове навантаження для ліфтових установок  рівне:

                                     Р_с = Р_л = k_с.л.∙ ΣР_уст.і,                                                                               (3)

де k_с.л. - розрахунковий коефіцієнт попиту для ліфтових установок, визначуваний за довідковими даними; m - кількість ліфтів; Р_уст. - встановлена потужність електродвигуна ліфта, кВт.

Повне розрахункове навантаження житлового будинку визначають по формулі:

                                   S_ж.д. = Р_кв/cosφ_ж.д.+0,9 Р_кв/cosφ_с,                                  (4)

де cosφ_ж.д и cosφ_с - коефіцієнти потужності, що характеризують навантаження квартир і загальнобудинкових приймачів відповідно.

Сумарні розрахункові активні і реактивні навантаження в цілому по житловому району визначають підсумовуванням відповідних навантажень об'єктів:

                                     Q_р.ж.д. =Р_кв∙tgφ_ж.д.+0,9∙Р_с∙tgφ_с,                                    (5)   

Підставляемо індивідуальні значення до відповідних формул (1), (2), (3), (4) та (5).      

Будинок № 42А:

Р_кв. = 1,3∙ 9 = 11,7 кВт

Р_ж.д. = 11,7 + 0 = 11,7 кВт

S_ж.д. = 11,7/0,97 + 0,9∙ 0 = 12,06 кВА

Q_р.ж.д. = 11,7∙ 0,25 + 0,9∙ 0 = 2,93 кВАр

 

Будинок № 24:

Р_кв. = 0,45∙ 173 = 77,85 кВт

Р_ж.д. = 77,85 + 0,9∙ 30,25 = 105,08 кВт

S_ж.д. = 77,85/0,92 + 0,9∙ 30,25/0,9 = 114,87 кВА

Q_р.ж.д. = 77,85∙ 0,42 + 0,9∙ 30,25∙ 0,5 = 46,30 кВАр

Будинок № 23

Р_кв. = 0,82∙ 223 = 182,86 кВт

Р_ж.д. = 182,86 + 0,9∙ 38,25 = 217,29 кВт

S_ж.д. = 182,86/0,92 + 0,9∙ 38,25/0,9 = 237,01 кВА

Q_р.ж.д. = 182,86∙ 0,42 + 0,9∙ 38,25∙ 0,5 = 94,01 кВАр

Розрахунок навантажень зводимо  в таблицю 1

№ будинку	Р, кВт	Q, кВАр	S, кВА
42А	11,7	2,93	12,06
24	105,08	46,3	114,87
23	217,29	94,01	237,01
	334,07	143,24	363,94

 

 

7. Вибір трансформатора

Підстанцією називається електроустановка, яка слугує для перетворення та розподілення електроенергії і вона складається  з трансформаторів або інших  перетворювачів електроенергії, розподільних пристроїв (РП) і за необхідністю допоміжних пристроїв (акумуляторних батарей або інших джерел живлення).

При розробці схем енергопостачання об'єктів однією з важливих задач  є визначення кількості і потужності силових трансформаторів на підстанціях. Число трансформаторів на споживацькій підстанції 6... 10/0,4 кВ залежить від категорії споживачів по надійності електропостачання.

В системах електропостачання міста  потужність силових трансформаторів  повинні забезпечувати в нормальних умовах живлення всіх приймачів електроенергії. При виборі потужності трансформаторів слід добиватися економічного доцільного режиму роботи і відповідного забезпечення резервування живлення приймачів при відключенні одного з трансформаторів, причому навантаження трансформаторів в нормальних умовах не повинна (по нагріву) викликати скороченя природного терміну його служби.

Вибір трансформаторів полягає  у визначенні їх необхідного числа, типу, номінальних напруг і потужності, а також групи і схеми з'єднання  обмоток.

Правильне визначення числа і потужності трансформаторів можливе тільки з урахуванням наступних чинників: категорії надійності електропостачання споживачів; компенсації реактивних навантажень на напрузі до 1 кВ; перевантажувальної здатності трансформаторів в нормальному і аварійному режимах; кроку стандартних потужностей; економічних режимів роботи трансформаторів залежно від графіка навантаження.

Звичайно на підстанції вибирають  один або два трансформатори.

Визначаємо кількість трансформаторних підстанцій (ТП) для розрахованого сумарного навантаження:

                                       NТП =

                                        (6)

К_з – коефіцієнт завантаження в нормальному режимі (0,6 — 0,8);

S_тт – прийнята потужність трансформаторів ТП;

cos φ –  коефіцієнт потужності (0,9);

n_тр – кількість трансформаторів на ТП.

Підставляемо  значення до формули (6):

NТП = 334,07/0,7∙ 400∙ 0,9∙ 2 = 0,66

Відповідно до ГОСТ 11920-85 і 12965-85  трансформатори  мають наступні номінальні потужності: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА.

Із додатку  про основні дані трансформаторів вибираємо відповідний трансформатор КТП – 400 – 10/0,4.

 

 

 

 

8. Розрахунок втрати  напруги загальної потужності  трансформатора

При виборі потужності трансформаторів  зв'язку з системою з однією підвищеною напругою рекомендується керуватися наступними положеннями:

     1. Якщо на підвищену  напругу трансформується потужність  більше потужності одного генератора, то необхідно встановлювати два  трансформатори.

     2. Потужність двох трансформаторів повинна бути рівна потужності на генераторній напрузі при номінальному навантаженні на всіх генераторах.

     3. При невеликій віддачі  в систему можна встановлювати  один трансформатор, потужністю, що забезпечує умови в п. 2 і  покриття навантаження на генераторній напрузі при виході з роботи наймогутнішого генератора.

5. Якщо максимальне навантаження на шинах генераторної напруги перевищує встановлену потужність генераторів, то встановлюються два трансформатори, сумарна потужність яких рівна максимальній потужності, одержуваній з системи. В аварійних випадках один трансформатор з допустимим аварійним навантаженням повинен забезпечити бракуючу потужність на шинах генераторної напруги при нормальній роботі всіх генераторів.

У нашому випадку від вибраної ТП живляться 3 будівлі. Відповідно навантаження на трансформаторі складе:

                                             P_тп =

                                                  (7)

P_тп = 334,07∙ 1 = 334,07 кВт

                                              S_тп-1 =

                                                    (8)

S_тп-1 = 334,07/0,9 = 371,19 кВА

Коефіцієнт завантаження в нормальному  режимі рівний:

                                                 К_зн =

                                                 (9)

К_зн = 371,19∙ 2/2∙400 = 0,8

 

Коефіцієнт  завантаження в аварійному режимі рівний:

 

                                                   К_за =

                                              (10)

К_за = 0,9∙ 371,19∙ 2/400 = 1,6

        Оптимальні  значення завантаження:

1) в нормальному режимі: 0,66÷0,8

2) в аварійному режимі: 1,22÷1,6.

Отже, найдені значення коефіцієнтів завантаження на трансформаторі задовольняють оптимальні значення завантаження.

 

9. Розрахунок перерізу провідників за тривало допустимим струмом

Захист від перегріву проводів та кабелів – важлива народногосподарська задача, що має першорядне значення для надійної роботи не тільки розподільних мереж низької напруги - міських, промислових та сільських, але і мереж високої напруги.

Допустима температура-це така найбільша температура, при якій провід або кабель зберігає свої електричні та механічні властивості.

Допустимі температури нагріву встановлені залежно від марки проводів та кабелів і матеріалу ізоляції.

При протіканні електричного струму в проводі виділяється теплота, частина якої йде на нагрівання проводу, а частина відводиться в навколишнє середовище.

Допустимий струм-це такий струм, при тривалому протіканні якого провідник нагрівається до допустимої температури.

Для розрахунку перерізу проводів за допустимою тривалої струмового навантаження необхідно знати номінальний струм, який повинен проходити по електричній проводці. Для розрахунку номінального струму необхідно знати сумарну потужність електричних приладів на відповідній ділянці мережі, наприклад, в груповій освітлювальній мережі.

 

 

 

Струм в живлячій лінії визначається за формулою:

                                           I =

                                                (11)

де Р – активна розрахункова потужність однієї, двох або трьох фаз;

U_л - лінійна напруга мережі.

По формулі (11) визначаємо силу струму для данних будинків:

I_42А =

= 20,94 А,

I₂₄ =

= 188,05 А,

I₂₃ =

= 388,86 А.

По струму автомата вибираємо переріз  кабеля S_I :

     для будинку №  42А – 4 x 1,5 мм² ;

     для будинку №  24 – 4 x 50 мм² ;

     для будинку №  23 – 4 x 150 мм² .

 

10. Вибір перерізу провідників  за моментами навантаження

Щоб переконатися в вірності вибору перетину дроту за тривало допустимим струмом, проводимо перевірку за моментами навантаження по формулі :

                                                    M = P∙ L                                                     (12)

де Р - потужність навантаження;

L – довжина лінії, яку вимірюємо згідно масштабу на плані мікрорайону.

Вимірявши, отримуємо такі значення L:

     для будинку №  42А – 300 м,

     для будинку №24 – 315 м,

     для будинку №  23 – 135 м.

Підставимо значення до формули (12):

     будинок № 42А: M = 11,7∙ 300 = 3510 кВт∙м,

     будинок №24: M = 105,08∙ 315 = 33100,2 кВт∙м,

     будинок № 23: M = 217,29∙ 135 = 29334,15 кВт∙м.

По заданным значениям визначаємо повну допустиму втрату напруги в живлячій лінії:

     будинок № 42А: ΔU = 2%;  S = 25 мм²;

     будинок №24: ΔU = 4%;  S = 120 мм²;

     будинок № 23: ΔU = 2,8%;  S = 150 мм².

 

11. Вводно-росподільні пристрої

Вводно-розподільні пристрої (ВРУ) призначений для прийому, розподілу та врахування електричної енергії в мережах з напругою 380/220В трифазного змінного струму з частотою 50Гц, а також для захисту ліній у випадку перевантажень і коротких замикань.

В великих будівлях кількість ВРУ в залежності від навантажень може бути три і більше.

Вводно-розподільні пристрої складаються з елементів ввідної та розподільної частин в різних поєднаннях. Виконуються ВРУ у вигляді щитів одностороннього або двустороннього обслуговування, котрі збираються з панелей або шкафів.

Конструкції ВРУ розміщують біля стіни в електрощитових або інших приміщеннях. Допускається розміщувати ВП, ВРП і ГРЩ в приміщеннях, виділених в сухих підвалах або в технічних підпіллях, за умови, що ці приміщення легкодоступні для обслуговуючого персоналу та відділені від інших приміщень вогнетривкими перегородками з межею вогнестійкості не менше 0,75 год.

Електричні кола ВП, ВРП, ГРЩ, ВРЩ, розподільчих пунктів, групових щитків допускається виконувати проводами з алюмінієвими або алюмоміднимі жилами.

Вибираємо ВРП таким чином, щоб  струм будинків не перевищував номінальний  струм:

1) ВРУ1-17-70УХЛ4, 100 А

2) ВРУ1-13-10УХЛ4, 2x400 А

 

 

12. Автомати захисту

Кожна ділянка електричної мережі повинна бути забезпечена захищаючими пристроями, призначення яких – автоматично відключати 
цю ділянку, якщо по ньому почне протікати струм, що перевершує допустимий по нагріванню.

Для захисту мереж напругою до 1 кВ застосовуються: 
а) плавкі запобіжники; б) автоматичні вимикачі з розчеплювачами; в) теплові реле, що діють на магнітний пускач або контактори.

При виборі апаратів захисту дотримуються наступних  основних вимог.

1. Напруга і  номінальний струм апаратів повинні  відповідати напрузі і ро-зрахунковому  тривалому струмові кола. Номінальні  струми розчеплювачів  ав-томатичних вимикачів і плавких уставок запобіжників вибирають по змозі  най-меншими за розрахунковими струмами цих ділянок мережі. Апарати не повинні відключати установку при перевантаженнях, які виникають в умовах  нормаль-ної експлуатації, наприклад при включенні короткозамкненого  електродвигуна, одночасному вмиканні групи ламп тощо.