Дипломная работа: Проектирование электрооборудования и электроснабжения микрорайона Новая ветка города Котласа

Таблица 3.1 - Электрический расчет освещения

4. ВЫБОР СХЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Питание потребителей осуществляется от четырех ТП.

Распределение электроэнергии от РП до потребительских ТП осуществляется по распределительным сетям 10 кВ. Распределительная и питающая сети 10 кВ используются для совместного питания городских коммунально-бытовых объектов. Городские сети 10 кВ выполняются с изолированной нейтралью.

Схем построения городских распределительных сетей довольно много. Выбор схемы зависит от требования высокой степени надежности электроснабжения, а также от территориального расположения потребителей относительно РП и относительно друг друга.

Следует учитывать, что к электрической сети предъявляются определенные технико-экономические требования, с учетом которых и производится выбор наиболее приемлемого варианта.

Экономические требования сводятся к достижению по мере возможности наименьшей стоимости передачи электрической энергии по сети, поэтому следует стремиться к снижению капитальных затрат на строительство сети. Необходимо также принимать меры к уменьшению ежегодных расходов на эксплуатацию электрической сети. Одновременный учет капитальных вложений и эксплуатационных расходов может быть произведен с помощью метода приведенных затрат. В связи с этим оценка экономичности варианта электрической сети производится по приведенным затратам.

Выбор наиболее приемлемого варианта, удовлетворяющего технико-экономическим требованиям, - это один из основных вопросов при проектировании любого инженерного сооружения, в том числе и электрической сети.

Рассмотрим схемы электрических сетей заданного района, а также проанализируем их достоинства и недостатки, с тем, чтобы выбрать наилучшие варианты для технико-экономического сравнения.

Распределительные сети ВН выполняются по схемам: радиальной (одностороннего питания), магистральной, по разомкнутой петлевой с АВР, по замкнутой петлевой.

Широко в городских сетях применяется распределительная сеть 10 кВ выполненная по петлевой схеме, изображенной на рисунке 4.1. Эта схема дает возможность двухстороннего питания каждой ТП. При повреждении какого-либо участка каждая ТП будет получать питание, согласно обеспеченной надежности электроснабжения потребителей.

Рисунок 4.1 - Петлевая схема электроснабжения

Электрические сети 10 кВ на территории городов, в районах застройки зданиями высотой 4 этажа и выше выполняются, как правило, кабельными. Кабельные линии прокладывают в траншеях на глубине не менее 0,7 м.

Городские распределительные сети 0,4 кВ могут иметь различные схемы построения. Для питания ЭП II и III категории, в частности жилых и бытовых зданий, применяют радиальную схему с двумя кабельными линиями (рис. 4.2).

Рисунок 4.2 - Радиальная схема электроснабжения 0,4 кВ

Пятиэтажные дома, относящиеся к третьей категории, могут быть подключены по наиболее простой “кольцевой” схеме, рис. 4.3. т.к. они не имеют силовых электроприемников и нет необходимости отделения осветительной нагрузки от силовой. Для этого от ТП предусмотрена прокладка по одному кабелю к каждому дому. Между ними прокладывается перемычка, позволяющая не нарушать электроснабжение любого дома при выходе из строя одного из питающих кабелей.

Рисунок 4.3 - Кольцевая схема электроснабжения 0,4 кВ

Сети 0,4 кВ выполняются трехфазными четырехпроводными. Сечения питающих линий выбираются по потере напряжения с проверкой по длительно допустимому току в нормальном и аварийном режимах.

5. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

5.1 Выбор числа и мощности трансформаторных подстанций

Согласно ПУЭ электроприемники II категории необходимо обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для электроприемников II категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Для выбора мощности трансформаторов определяется максимальная полная мощность, приходящаяся на подстанцию:

, кВА, (5.1)

где P_Уmax - суммарная активная мощность, кВт;

cosц_ср.взв - средневзвешенное значение cosц, который определяется через tgц_ср.взв:

. (5.2)

Мощность одного трансформатора определяется по формуле:

, (5.3)

где К₃- принимаемый коэффициент загрузки трансформатора, К₃ =0,7.

По определенной мощности одного трансформатора находится ближайшая стандартная мощность трансформатора S_ном и выбирается тип трансформатора. Выбранные трансформаторы проверяются по действительному коэффициенту загрузки:

В качестве примера разберем часть микрорайона, включающая в себя здания №№ 2-6,7,13,15,18,21-23,37 в соответствии с генпланом. На данном участке преобладают жилые здания, следовательно, необходимо рассчитывать вечерний максимум нагрузки, который, согласно [1], находится по следующему выражению:

, кВт, (5.4)

где P_р.веч. - вечерний максимум активной нагрузки группы потребителей, кВт;

P_{р,ж.д,наиб.} - наибольшая активная нагрузка здания, из числа зданий, питаемых ТП, кВт;

n - количество зданий, питаемых ТП;

k_у - коэффициент участия в максимуме нагрузки [1];

Р_р,ж.д,i - активная нагрузка i-го жилого дома, кВт;

Р_р,общ,i - активная нагрузка i-го общественного здания, кВт;

кВт.

Аналогично находится вечерний максимум реактивной нагрузки по выражению:

, кВАр, (5.5)

где Q_р.веч. - вечерний максимум реактивной нагрузки группы потребителей, кВАр;

Q_{р,ж.д,наиб.} - наибольшая реактивная нагрузка здания, из числа зданий, питаемых ТП, кВАр;

n - количество зданий, питаемых ТП;

k_у - коэффициент участия в максимуме нагрузки [1];

Q_р,ж.д,i - реактивная нагрузка i-го жилого дома, кВАр;

Q_р,общ,i - реактивная нагрузка i-го общественного здания, кВАр;

кВАр.

В данной части микрорайона потребители второй категории составляют 63%, потребители третьей категории - 37%.

Т.к. максимум нагрузок непродолжителен и присутствуют потребители третьей категории, которых можно отключить в аварийном режиме, то коэффициент загрузки трансформатора принимаем k_з=0,9 (k_з,па=1,4).

Количество трансформаторов находится по следующему выражению:

, (5.6)

где N_тр - количество трансформаторов;

P_р.веч. - вечерний максимум активной нагрузки группы потребителей, кВт;

k_з - коэффициент загрузки трансформатора;

S_н,тр - номинальная мощность трансформатора, кВ•А.

Первый вариант:

.

Принимаем к установке 2 трансформатора 630 кВ•А.

Для определения величины реактивной мощности, которую можно передать из сети ВН в сеть НН при заданном k_з трансформатора, воспользуемся следующим выражением:

, кВАр, (5.7)

где Q_В-Н - реактивная мощность, которую может передать трансформатор, кВАр;

N_тр - количество трансформаторов;

k_з - коэффициент загрузки трансформатора;

S_н,тр - номинальная мощность трансформатора, кВА;

P_р.веч. - вечерний максимум активной нагрузки группы потребителей, кВт.

кВАр.

Для определения реактивной мощности, компенсируемой в сети НН, воспользуемся следующим выражением:

Q_ку=Q_р,веч.-Q_В-Н , кВАр, (5.8)

где Q_р.веч. - вечерний максимум реактивной нагрузки группы потребителей, кВАр;

Q_В-Н - реактивная мощность, которую может передать трансформатор, кВАр.

Q_ку=349,13-466,4<0,

т.е. компенсация реактивной мощности не требуется, т.к. два трансформатора мощностью 630 кВ•А могут передать всю Q_р,веч..

Выражение для уточнения коэффициента загрузки трансформаторов выглядит так:

, (5.9)

где k_з - уточненный коэффициент загрузки;

P_р.веч. - вечерний максимум активной нагрузки группы потребителей, кВт;

Q_р.веч. - вечерний максимум реактивной нагрузки группы потребителей, кВАр;

Q_ку - мощность компенсирующих установок, кВАр;

N_тр - количество трансформаторов;

S_н,тр - номинальная мощность трансформатора, кВА.

.

Загрузка силовых трансформаторов в послеаварийном режиме характеризуется коэффициентом k_з,па, который определяется по следующему выражению:

; (5.10)

.

Расчет мощности трансформаторов других подстанций проводится аналогично. Результаты расчетов сводятся в таблицу Б.1 ПРИЛОЖЕНИЕ Б.

5.2 Выбор кабельных линий

5.2.1 Выбор кабелей 0,4 кВ

Выбор сечений кабелей на напряжение 0,4 кВ выполняется по следующим условиям:

1. по нагреву расчетным током

, (5.11)

где I_р - расчетный ток линии, А;

k_ср - коэффициент среды [4];

k_пр - коэффициент прокладки [4];

I_д - длительно допустимый ток кабеля [4], А.

2. по номинальному напряжению

, (5.12)

где U_н,w - номинальное напряжение кабеля, кВ;

U_н,с - номинальное напряжение сети, кВ.

3. по нагреву током послеаварийного режима

, (5.13)

где I_па - ток послеаварийного режима, А;

I_д - длительно допустимый ток кабеля [4], А;

k_пр - коэффициент прокладки [4];

k_ср - коэффициент среды [4];

k_пер - коэффициент перегрузки [4].

4. по потере напряжения

, (5.14)

где - допустимые потери напряжения, % [1];

I_р - расчетный ток линии, А;

l - длина кабельной линии, м;

r₀, x₀ - удельные активное и реактивное сопротивления кабеля, Ом/м;

, - коэффициенты мощности нагрузки;

U_н - номинальное напряжение кабеля, кВ.

5. по термической стойкости

, (5.15)

где F_р - расчетное сечение кабеля, мм²;

I_к⁽³⁾ - ток трехфазного короткого замыкания, А;

t_р,з - время отключения короткого замыкания, с;

с - постоянная, принимающая значение для кабелей с алюминиевыми жилами и поливинилхлоридной изоляцией 62 А•с^-0,5/мм².

На основании проведенных исследований установлено, что кабели на напряжение до 1 кВ можно не проверять на термическую стойкость при КЗ, если алюминиевые жилы имеют сечение 25 мм² и более.

Рассмотрим выбор кабелей для домов №36 и №35, соединенных по кольцевой схеме и питающихся от ТП 1. Расчетный ток этих домов составляет 105,2 А. Кабель W4, длиной 40 м (перемычка) в любом режиме будет питать только один дом, следовательно, его выбираем по этому расчетному току. Согласно (5.11):

105,20,92•0,9•129;

105,2106,8,

условие выполняется при I_д=129 А, которому соответствует сечение 4х35 мм².

Согласно условию (5.12) выбираем кабель напряжением до 1 кВ. Выполним проверку по потере напряжения по условию (5.14):

,

что удовлетворяет требованиям, согласно [1] 5%.

Кабели W5, длиной 140 м и W6, длиной 120 м нельзя выбрать такого же сечения, поскольку в послеаварийном режиме им надо выдержать нагрузку двух домов. В этом случае I_па составит 210,4 А. Согласно условию (5.13):

210,40,92•0,9•1,25•235;

210,4243,2,

условие выполняется при выбранном сечении 4х95 мм², которому соответствует I_д=235 А. Проверим выбранные кабели по потере напряжения:

;

.

Условие 5% выполняется.

Дальнейший расчет выполняется аналогично, его результаты сведены в табл. В.1 ПРИЛОЖЕНИЕ В. Все кабели, питающие дома, выполнены маркой АВБШ_В, т.е. кабелем с алюминиевыми жилами, поливинилхлоридной изоляцией, бронированный, с оболочкой из ПВХ шланга.

5.2.2 Выбор кабелей 10кВ

Выбор кабелей на напряжение 10 кВ осуществляется по следующим условиям:

1. по экономической плотности тока

, (5.16)

где F_т - справочное значение сечения кабеля, мм²;

I_р - расчетный ток линии, А;

j_эк - экономическая плотность тока, А/мм², согласно [4] принимает значение 1,4 А/мм²;