Цель разработки. Исходные данные

В условиях, когда электрические сети имеются почти по всей обжитой территории страны, их проектирование для сельскохозяйственного района предполагает отыскание оптимального варианта с целью обеспечения электроэнергией новых потребителей, повышение надежности электроснабжения и улучшения качества напряжения.

Для проектирования необходимы исходные данные: план района, с указанием мест ТП и их расчетные нагрузки, сведения о климатических условиях, об источниках электроснабжения, требования потребителей к надежности электроснабжения и качеству напряжения.

Схема района приведена на (рис.2)

Расчеты будут показаны только для линии (С1), а результаты расчетов для остальных линий будут снесены в таблицы.

 

Таблица №7 Координаты (х;у) населенных пунктов

№ объекта	Координаты		Максимумы
	X	Y	Р д	Р в
			206,7	205,72

 

 

2.2 Определение центра электрических нагрузок

Число питающих подстанций первоначально определяем по исходным данным, позволяющим рассчитать плотность нагрузки. Месторасположение намечаем вблизи крупного потребителя. Если же крупных потребителей нет или их несколько, то центр нагрузки определяем тем же методом, что и центр нагрузки потребительских подстанций населенного пункта по формулам:

 

x = ∑ P_i x_i / ∑ P_i

y = ∑ P_i y_i / ∑ P_i

где x_i и y_i - координаты каждого населенного пункта;

P_i – расчетная нагрузка населенного пункта.

Когда суммарная расчетная нагрузка одного из максимумов существенно отличается от нагрузки другого, координаты определяем по тем нагрузкам каждого потребителя, которые обеспечили наибольшую суммарную, в данном случае координаты определяем по суммарной расчетной нагрузке вечернего максимума.

Хтп	Yтп
5,7525806	3,6947445

 

2.3 Расчет электрических нагрузок.

При подсчете нагрузок электрифицируемого района используются данные о дневных Р_д и вечерних Р_в нагрузках, кВт, населенных пунктов.

Таблица №8 Расчетные дневные Р_д и вечерние Р_в нагрузки кВт, насел пунктов

№ объекта	Координаты		Максимумы
	X	Y	Р д	Р в
			206,7	205,72

 

 

Значком (*) отмечены населенные пункты с потреблением первой категории. К первой категории относят электроприемники птицефабрик, обеспечивающие основные технологические процессы, включая электрооборудование санитарно – уборочного пункта и цеха убоя, а также электроприемники цехов, обеспечивающих функционирование предприятия. У электроприемников первой категории перерыв электроснабжения может повлечь за собой опастность для жизни людей или значительный ущерб народному хозяйству. Электроприемники и потребители первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых линий.

 

Считая что для подстанции свыше 100 кВА нагрузка смешанная, проводим суммирование нагрузок по надбавкам мощности по формуле к наибольшей нагрузке прибавляется надбавка DP от наименьшей, DP берется из таблицы (таблица 4.5 [1])

Полную мощность для дневного (S_д) и для вечернего (S_в) максимумов вычисляют по соответствующей активной нагрузке и коэффициенту мощности. Коэффициент мощности для линии выше 1000В принимаем по таблице 4.7 [1].

Результаты расчета линий приведены в таблице 10.

 

 

Таблица №10 Результаты расчетов

№ участка	Р д	Р в	Cosф д	Cosф в	Q д	Q в	S д	S в
	Линия С1
4+3			0,73	0,76	280,86869	290,75506	410,9589	447,36842
3+2			0,73	0,76	432,53778	429,29129	632,87671	660,52632
2+1		561,5	0,73	0,76	547,69394	480,17343	801,36986	738,81579
1+тп		613,5	0,73	0,76	753,66432	524,64185	1102,7397	807,23684
	Линия С2
10+9			0,73	0,76	131,07206	128,27429	191,78082	197,36842
9+8			0,73	0,76	238,73839	205,23886	349,31507	315,78947
8+7			0,73	0,76	420,36681	419,88451	615,06849	646,05263
7+6			0,73	0,76	626,33718	552,43461	916,43836
6+5			0,73	0,76	748,98317	690,97085	1095,8904	1063,1579
5+тп			0,73	0,76	894,09866	796,15576	1308,2192
	Линия С3
15+14			0,73	0,76	262,14411	256,54858	383,56164	394,73684
14+13			0,73	0,76	377,30027	437,84291	552,05479	673,68421
13+12			0,73	0,76	711,53401	679,85374	1041,0959	1046,0526
12+11			0,73	0,76	1022,362	1006,5256	1495,8904	1548,6842
11+тп			0,73	0,76	1302,2945	1111,7105	1905,4795	1710,5263

 

Выбираем трансформатор номинальной мощностью 4000кВА (прил. 19 [2]), 1 штука.

 

Таблица 9 Технические данные трансформатора ТМН – 4000

Тип трансформатора	Номинальная мощность, кВ·А	Номинальное напряжение, кВ	Потери, кВт	Напряжение к.з., %	Ток х.х., %	Схема и группа соединения обмоток	Вид переключения обмо-ток
ВН	НН	Х.Х	К.З.
ТМ				5,7	33,5	7,5	1,0	У/Д-11	ПБВ, РПН

Проверка трансформатора на загруженность при нормальном режиме:

 

К_знорм=S_max / 2 · S_нт = 4419,46 / (2 · 4000) = 0.552%

К_зав = S_max / S_нт = 4419,46 / 4000 = 1,104 < 1.4

2.4 Выбор сечения проводов

Расчет производим пользуясь формулами (8), (9), (10)

 

Результаты расчетов сведены в таблицу 11

Таблица № 11 Выбор сечения проводов

№ участка	I	L	Lmax	K	F
4+3	25,828828
3+2	38,135505		4,3	0,3041646	139,29611
2+1	42,655549
1+тп	46,605841	1,3
10+9	11,395071
9+8	18,232114
8+7	37,299866
7+6	49,074773			0,2850582	225,55335
6+5	61,38145
5+тп	70,725408
15+14	22,790142
14+13	38,895176	4,5
13+12	60,393877			0,3183154	282,04528
12+11	89,413325
11+тп	98,757283	0,5

 

2.5 Определение потерь напряжения

Расчет ведем пользуясь формулами (19), (20), (21)

 

Расчет линий произведен в MS EXCEL. Результаты расчета представлены в таблице 12.

Таблица № 12. Результаты расчетов

 

№ участка	L	Fэ	r0	x0	ΔU, В	ΔUл, В	ΔU, %
4+3		СИП			11,276947
3+2		3*120+95	0,253	0,092	16,65008	73,003303	0,730033
2+1					18,623546
1+тп	1,3				26,452732
10+9					9,9502469
9+8					15,920395
8+7		СИП			32,570475
7+6		3*120+95	0,253	0,092	21,426198	137,54558	1,3754558
6+5					26,799332
5+тп					30,878933
15+14					69,651729
14+13	4,5	СИП			76,417897
13+12		3*120+95	0,253	0,092	26,368154	233,03478	2,3303478
12+11					39,038136
11+тп	0,5				21,558868

 

 

2.6 Потери энергии в сетях 10кВ

 

Расчет линий произведен в MS EXCEL. Результаты расчета представлены в таблице 13.

Таблица № 13 Результаты расчетов

 

№ участка	ΔР, кВТ	ΔW, кВТ/ч	ΔWл, кВТ/ч	ΔWтп, кВТ/ч	ΔWс, кВТ/ч	ΔWгод, кВТ/ч	ΔW, %
4+3	506,35042	927,12761
3+2	1103,8264	2021,1061	9401,0674
2+1	1380,9974	2528,6062
1+тп	2143,2154	3924,2274
10+9	197,10873	360,90608
9+8	504,59834	923,91956
8+7	2111,9631	3867,0044
7+6	1827,925	3346,9307	20686,358	103239,18	67557,513		0,681092
6+5	2859,6709	5236,0574
5+тп	3796,5813	6951,5403
15+14	2759,5222	5052,6851
14+13	5167,087	9460,9363
13+12	2768,3921	5068,9258	37470,087
12+11	6068,0096	11110,526
11+тп	3701,2639	6777,0141

 

 

 

3 Выбор электрической аппаратуры

3.1 Схема замещения сети и ее преобразования

 

Расчетная схема:

 

 

 

Схема замещения:

 

Для выбора электрооборудования необходимо рассчитать токи нормального режима работы сети и определить токи короткого замыкания.

 

Токи к.з. рассчитывают для проверки токоведущих частей и аппаратуры на термическую и динамическую стойкость, выбора грозозащитных разрядников, релейной защиты и заземляющих устройств.

 

Расчет токов к.з. методом относительных единиц

Принимаем за S_б = 100 МВА,

S_кз = 2700 МВА

 

Е_к=1

Расчет токов нормального режима работы сети

 

В нормальном режиме из условия 100% загрузки силовых трансформаторов по линии 110 кВ.

 

А

По линиям 10 кВ:

А

На выводах трансформаторов 35/10 кВ:

 

А

 

Параметры схемы замещения

1 Система:

 

X1=Sб/Sк.з.=100/2700=0.037

 

2 Линии:

 

x₂ = x_л110 = x₀ ∙ L ∙ S_б / (U_cр.н)² = 0.092 ∙ 28 ∙ 100 / 115² = 0.019

x₅=x_л10/0.4=x₀∙L∙S_б/(U_cр.н)² = 0.092 ∙ 15.656 ∙ 100 / 10.5 = 1,306

x₇=x_л0.4=x₀∙L∙S_б/(U_cр.н)²= 0.092 ∙ 0.5675 ∙ 100 / 0.4 = 32,63

x₈=x_л0.4=x₀∙L∙S_б/(U_cр.н)²= 0.092 ∙ 0.49 ∙ 100 / 0.4 = 28,175

x₉=x_л0.4=x₀∙L∙S_б/(U_cр.н)² = 0.092 ∙ 0.595 ∙ 100 / 0.4 =34,21

 

r₂= r_л110 = r₀∙L∙S_б/(U_cр.н)² = 0.253 ∙ 28 ∙ 100 / 115² = 0.053

r₅= r_л10/0.4 = r₀∙L∙S_б/(U_cр.н)² = 0.253 ∙ 15.656 ∙ 100 / 10.5 = 3.592

r₇= r_л0.4 = r₀∙L∙S_б/(U_cр.н)² = 0,253 ∙ 0.783 ∙ 100 / 0.4 = 89,73

r₈= r_л0.4 = r₀∙L∙S_б/(U_cр.н)²=0.253∙0.9∙100/0.4=77,48

 

Трансформаторы:

 

Z₃=Z₄=Z_тр37/10.5=

r₃=r₄=r_т35/10.5 =

x₃=x₄=x_т35/10.5 =

 

Результирующие сопротивления до соответствующих точек к.з.:

 

Z_резк-1=х₁+х_л35-r_л35+х_т35/10-r _т35/10=0.037j + 0.019j + 0.053 +1.863j+0.209=0.263 + 1.919j

Z_{рез к-2} = Z_{рез к-1} - х_л10-r _л10= 0.263 + 3.593 + 1.919j + 1.306j = 3.856 + 3.226j

Z_{рез к-3} = Z_{рез к-2} + х_т10/0.4+r _т10/0.4 =5,92 + 3.226j + 3,85 + 21,176j =9,77 + 24,4j

Z_{рез к-4} = Z_{рез к-3} + х_л0.4+r _л0.4 =9,77+24,4j+89,7+45.022j = 99,5 + 57j

Z_{рез к-5} = Z_{рез к-3} + х_л0.4+r _л0.4 = 14.207 + 42.51j + 142.313 + 51.75j = 87,25 + 52,6j

Z_{рез к-6} = Z_{рез к-3} + х_л0.4+r _л0.4 = 14.207 + 42.51j + 114.641 + 41.688j = 9,77 + 58,67j

 

Базисные токи:

 

А

А

 

3.2 Токи трехфазного короткого замыкания

 

Токи трехфазного короткого замыкания в расчетных точках:

 

I_к-1 = А

I_к-2 = А

I_к-3 = А

I_к-4 = А

I_к-5 = А

I_к-6 = А

 

 

3.3 Токи двухфазного короткого замыкания

Токи двухфазного короткого замыкания:

 

I⁽²⁾ _к-1 = 0.87 · I_к-1=0.87∙2.837=2.469, (кА)

I⁽²⁾ _к-2 = 0.87 · I_к-2=0.87∙1.094=0.952, (кА)

I⁽²⁾ _к-3 = 0.87 · I_к-3=0.87∙3.22=2.802, (кА)

I⁽²⁾ _к-4 = 0.87 · I_к-4=0.87∙0.883=0.768, (кА)

I⁽²⁾ _к-5 = 0.87 · I_к-5=0.87∙0.79=0.687, (кА)

I⁽²⁾ _к-6 = 0.87 · I_к-6=0.87∙0.938=0.816, (кА)

 

 

3.4 Ударные токи короткого замыкания

Ударные токи короткого замыкания:

 

i_ук = √2 · k_у · I_к.з., кA (28)

 

(29)

 

(30)

 

 

Где k_y - ударный коэффициент. Он показывает, на сколько ударный ток больше максимального значения периодической слагающей;

T_а - постоянная времени.

 

 

i_ук = √2 · 3.718 ·2.838=14.922_, А

 

Таблица №15 Ударные токи короткого замыкания

 

№ участка к.з.	Та	Кy	Iyk, кА
К1	0,023	3,718	14,922
К2	0,003	3,718	5,751
К3	0,008	3,718	28,860
К4	0,002	3,718	6,617
К5	0,002	3,718	7,450
К6	0,019	3,718	12,770

 

3.5 Выбор высоковольтного оборудования

Выбор всего электрооборудования приведем в табличной форме

Таблица № 14 Выбор выключателя отходящей линии 10кВ

Условия выбора	Расчетные данные	Каталожные данные выключателя ВМПП-10-630	Каталожные данные разъединителя РЛНДА-10/200
Uуст≤Uном	10 кВ	10 кВ	10 кВ
Iраб. max≤ Iном.	1,4∙20.994=29.392 А	630А	200 А
Iк.з. ≤ Iоткл.ном.	2.469 кА	20 кА	-
Iк.з. ≤Iпр.с.	2.469 кА	20 кА
Iу ≤ Iпр.с.	14.922 кА	52 кА	20 кА
Вк ≤ I2t*tt	2.8382∙(0,1-0,1)=1.61 кА2∙c	202∙4=160 кА2 ∙с	52∙10=250 кА2 ∙с

Технические данные взяты из Таблицы 11.6 [1].

 

Таблица №15 Выбор измерительных трансформаторов тока отходящей линии 10 кВ

Условия выбора	Расчетные данные	Каталожные данные трансформатора тока ТПОЛ - 10
Uуст ≤ Uном.	10 кВ	10 кВ
Iраб.мах ≤Iном.	1,4∙20.994=29.392 А	40 А
Iкз. ≤kдин.* Iном	2.468 кА	250·40 =10 кА
Вк ≤ (kt*Iном)2*tt	2.8382∙(0.1-0.1)=1.61 к 2А∙с	(90•40)2 =12,96 к 2А∙с

Технические данные взяты из Таблицы 11.7 [1].

 

Таблица №16 Вторичная нагрузка трансформатора тока.

Приборы	Тип	Нагрузка фазы, ВА
А	В	С
Амперметр	Э 351	0,5	0,5	0,5
Счетчик активной энергии	И680	2,5	-	2,5
Счетчик реактивной энергии	И673	2,5	-	2,5
Итого:	5,5	0,5	5,5

Технические данные разъединителя взяты из Таблицы 11.8 [1].

 

Общее сопротивление приборов:

 

r_приб=S_приб/I²=5.5/5²=0.22

 

Допустимое сопротивление проводов:

 

r_пров=r_2ном- r_приб-r_конт=0.4-0.22-0.05=0.13

 

Для подстанции 35/10 кВ принимаем контрольный кабель с алюминиевыми жилами, ориентировочная длина 50 метров, трансформаторы соединены в полную звезду, поэтому L_расч = L, тогда сечение:

 

F=ρ∙ L_расч/ r_пров=0.0283∙50/0.13=11.54 мм².

 

Принимаем три контрольных кабеля АКРВГ с жилами сечением 4 мм².

 

 

Фактическое сопротивление проводов получим равным:

 

r_пров.ф.= ρ∙ L_расч/ F=0,0283∙50/4∙3=0,13 Ом

 

Фактическая вторичная нагрузка трансформатора тока:

 

r_2ф= r_приб- r_пров- r_конт=0.22-0.13-0.05=0.4 Ом

 

 

Таблица №17 Выбор измерительных трансформаторов напряжения на стороне 10 кВ подстанции

Условия выбора	Расчетные данные	Каталожные данные
Uуст ≤ Uном.	10 кВ	10 кВ
Sуст ≤ Sном.	√ 28.98-34.042 =44.7 В∙А	120 В∙А

 

 

Таблица № 18 Вторичная нагрузка трансформатора напряжения

 

Прибор	Тип	Мощность одной обмотки	Число обмоток	соsj	sinj	Число приборов	Общая потребляемая мощность
P, Bт	Q, Baр
Вольтметр	Э350
Счетчик активной энергии	И680	2,3		0,38	0,925		6.99	17.02
Счетчик реактивной энергии	И637	2,3		0,38	0,925		9.12	22.2
Ваттметр	Д365	1,5						-
Варметр	Д365	1,5						-
Всего:	31.11	39.22

 

Таблица № 19 Выбор высоковольтного предохранителя

 

Условие выбора	Расчетные данные	Каталожные данные предохранителя ПК – 10/50
Uуст<Uном	10 кВ	10 кВ
Iраб. max < Iном. пред.	1,4∙20.994=29.392А	50 А
Iк.з<Iоткл.ном.	2.469 кА

 

Проверка плавкой вставки на селективность срабатывания с автоматами, установленными на стороне 0,4 кВ подстанции.

Определяем время плавления плавкой вставки при коротком замыкании на стороне 0,4 кВ. Для этого ток I_к3 приводим к напряжению 10 кВ:

 

I¹_к3= I_к3∙К_т=3.22∙0.4/10.5=0.123 кА

 

По току I¹_к3, по амперно-секундной характеристике плавкого предохранителя на 50 кА определяем время плавления плавкой вставки t_в≈1сек.

 

Сравниваем полученное время со временем, вычисленным по формуле:

 

t_в≥(t_с.з.-Δt)/К_п=(0.02-0.6)/0.9=0.68 сек, условие выполняется 1≥0.68.

 

3.6 Расчет токов однофазного короткого замыкания

 

Электрические сети всех напряжений необходимо проверить на чувствительность срабатывания защиты при минимальных токах короткого замыкания:

 

I⁽¹⁾_к.з.=U_ф/[(Z_т/3)-Z_п] (31)

 

Z_т- полное сопротивление к.з. на корпус трансформатора Z_т160=0.7

 

(32)

где - удельное сопротивление фазного и нулевого проводов соответственно.

 

Линия С1:

 

 

I⁽¹⁾_к.з.=230/[(0.7/3)-0.5]=313.483

 

Линия С2:

 

 

I⁽¹⁾_к.з.=230/[(0.7/3)-0.575]=284.492

 

 

Линия С3:

 

 

I⁽¹⁾_к.з.=230/[(0.7/3)-0.464]=330.162

 

3.7 Выбор защиты на низкой стороне

 

Таблица № 20

Условие выбора	Расчетные данные	Каталожные данные предохранителя
Uуст<Uном	0.4 кВ	380 В
Ia>1.2∙Iнy.	1.2∙209.94=251.198А	300А
Iтр>1.1∙Iрmax.	1.1∙20.9=22.99 А
Iэр>1.25∙Ikmax	1.25∙330.162412.7 A

 

 

4 Расчет заземления

 

Рассчитать заземляющее устройство трансформаторной подстанции 160 кВА. Сеть 10 кВ работает с изолированной нейтралью, к подстанции подходит воздушная линия длиной 15,658 км. На стороне низкого напряжения нейтраль трансформатора глухо заземлена. От ТП отходит три ВЛ 380/220 В имеющие повторные заземления:С2 и С3 по одному повторному заземлению, на С1 два повторных заземления. Удельное сопротивление грунта, измеренное в дождливую погоду, составляет ρ_изм=110 Ом∙м, ток замыкания на землю со стороны 10 кВ:

 

I_з = U ∙ L / 350 = 10 ∙ 15.658 / 350 = 0.447 A

 

Намечаем выполнять заземляющее устройство в виде прямоугольного четырехугольника, заложенного в грунт. Контур состоит из вертикальных стержней длиной 5м и диаметром 12 мм. Глубина заложения стержневого контура 0,8 м.

 

Определяем расчетное сопротивление грунта по формуле:

 

Р_расч=к_с∙ρ, (33)

 

Где к_с- коэффициент удельного сопротивления грунта

 

Р_расч.в=1,9∙110=209 Ом∙м

Р_расч.н=5∙110=550 Ом∙м

 

Сопротивление вертикального заземлителя из круглой стали

 

, Ом

 

где l- длина заземлителя, м

d – диаметр заземлителя, м

t -глубина заложения заземлителя

 

 

R_з=4 Ом т.к. к заземляющему устройству присоединена нейтраль обмотки трансформатора.

Сопротивление повторного заземления R_з^’ не должно превышать 30 Ом при Р_расч=100 Ом и ниже.

 

R_з^’=30∙209/100=62.7 Ом

Общее сопротивление всех повторных заземлений:

 

R_з=47,33/6=7,88 Ом

 

Расчетное заземление нейтрали трансформатора с учетом повторных заземлений:

 

 

Теоретическое число стержней:

 

, Ом

Принимаем 5 стержней и располагаем их на расстоянии 2.5 м друг от друга по контуру подстанции. Длина полосы связи 2.5∙5=12.5 м.

Сопротивление полосы связи:

 

 

a/l=2.5/5=0.5

 

по таблице принимаем η_г=0,58 η_в=0,48

 

Действительное число стержней:

 

 

, Ом

 

Принимаем 6 стержней

 

С учетом повторных заземлений:

 

 

 

5 Проверка электрической сети по отклонению напряжения

 

Проверку отклонений напряжения выполняют с учетом его регулирования путем переключений ответвлений обмоток трансформаторов (РПН и ПБВ) по таблице, которую составляют не менее чем для двух ТП (ближайшей и удаленной) питающихся от проектируемой линии. Отклонения рассчитывают для двух режимов: максимальной нагрузки (100%) и минимальной (25%). В таблице все напряжения приводят в процентах по отношению к номинальному.

При проверке отклонений напряжения в послеаварийных режимах следует помнить, что допустимое напряжение на зажимах потребителей в этом случае может быть снижено на 5%.

.

Таблица №21

Элемент	100%	25%
Шины10 кВ	+1	-4
Линия 10 кВ	-7,2	-1,8
ТР 10/0,4 кВ
Надбавка	+5	+5
Потери	-4	-1
ПБВ	+5	+5
Линия 0,4 кВ	-4,8
Потребитель	-5	+3,2

 

 

Заключение

В данном курсовом проекте выполнен расчет электроснабжения населенного пункта и электрических сетей района. Найдены расчетные нагрузки, произведен расчет и выбор трансформаторных подстанций, определено сечение проводов, потерь напряжения и энергии. Все рассчитанные данные снесены в таблицы, произведен расчет токов короткого замыкания, выбор и проверка аппаратуры защиты.

 

 

Список литературы

1. Л.П. Костюченко Проектирование систем сельского электроснабжения: Учебное пособие /Краснояр. гос. аграрн. ун-т.-Красноярск, 1999. – 144 с.

2. Л.П. Костюченко Электроснабжение сельского хозяйства: Учебн.-метод. Пособие для самостоятельной работы /Краснояр. гос. аграрн. ун-т.-Красноярск, 2002. – 64 с.

3. Электроснабжение сельского хозяйства/ И.А. Будзко, Т.Б.Лебещинская, В.И.Сукманов. – М.: Колос, 2000. – 536с.

4. Практикум по электроприводу в сельском хозяйстве/П.И.Савченко, И.А.Гаврилюк, И.Н.Земляной и др. – М.: Колос, 1996. – 224 с.