Проектирование системы электроснабжения коттеджа

Уникальность на момент написания 76% по Etxt. Работа писалась для МТИ. 5 чертежей, презентация, речь.
В ходе работы будет разработан проект электроснабжения коттеджа. Особенностью загородных домов является низкая надежность питающих сетей, а современные системы теплоснабжения (газовые котлы, циркуляционные насосы, автоматика) не могут работать без электричества. Для обеспечения электроэнергией жизненно важных устройств, таких как, системы отопления, видеонаблюдения, пожарно-охранной сигнализации, будет применен генератор. На время запуска генератора питать нагрузку будет источник бесперебойного питания, а коммутация источников будет осуществляться АВР.
Питание коттеджа будет осуществляться от существующей подстанции. В работе будет проведено проектирование линии электропередачи от подстанции до коттеджа.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АЗАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1.1 Особенности электроснабжения частных домов
1.2 Методы обеспечения бесперебойного питания
1.3 Разработка технического задания проектируемой системы
ГЛАВА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КОТЕДЖА
2.1 Расчет электрических нагрузок коттеджа
2.2 Выбор и расчет питающей линии
2.3 Расчет параметров и выбор устройств бесперебойного электроснабжения
2.4 Выбор приборов защиты и проводников проектируемой системы
2.5 Расчет заземления
ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ
3.1 Установка и настройка устройства бесперебойного электроснабжения
3.2 Установка и настройка генераторной установки
3.3 Настройка и проверка работоспособности АВР
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Цель работы: Разработать проект системы электроснабжения коттеджа. В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
- Провести анализ современных систем электроснабжения частных домов;
- Рассмотреть методы обеспечения бесперебойного питания;
- Провести расчет нагрузок;
- Осуществить выбор приборов и проводников проектируемой системы;
- Рассмотреть реализацию системы.

уо = Руд.уо∙Lуо , (6) где Руд.уо - удельная расчетная нагрузка наружного освещения магистральных улиц общегородского значения, Руд.уо = 19 кВт/км. Lуо - длина всех магистральных улиц общегородского значения, определяемая по генеральному плану с учетом масштаба, Lуо = 2,44 км.Рр.уо = 19∙2,44 = 48,81 кВт.Расчетная активная нагрузка наружного освещения улиц местного значения:Рр.уо.м = Руд.уо.м∙Lуо.м , (7)где Руд.уо.м – удельная расчетная нагрузка наружного освещения улиц местного значения, принимаем Руд.уо.м = 4,6 кВт/км;Lуо.м – длина улиц местного значения, определяемая по генеральному плану с учетом масштаба, Lуо.м = 1,05 км.Рр.уо.м = 4,6 ∙ 1,05 = 4,94 кВт.Расчетная активная нагрузка наружного освещения поселка:Рр.о.пос = Рр.уо +Рр.уо.м = 48,81 + 4,94 = 53,75 кВт.Тогда расчетная реактивная нагрузка освещения определяется по формуле: Qр.о.пос = Рр.о.пос∙ tgφ, (8)Qр.о.пос = 53,75 ∙ 0,48 = 25,8 кВ∙Ар.Полная расчетная нагрузка освещения по формуле: кВ∙А.Расчетная нагрузка трансформаторной подстанции (с освещением):Реактивная нагрузка трансформаторной подстанции (с освещением):Полная нагрузка поселка:Sр.пос.==1097,74 кВ∙А.Из соображений экономической эффективности, трансформаторная подстанция в поселке двухтрансформаторная. Такое решение позволяет осуществлять ремонтные работы на одном из трансформаторов с отключением, без прекращения питания потребителей.Загруженность ТП в нормальном рабочем режиме определяется коэффициентом загрузки, который должен быть в пределах (0,5…0,9) [6]: , (9)где Sн.тр.- номинальная мощность трансформатора, кВ∙А;Nтр.- количество трансформаторов в ТП;β3 - коэффициентом загрузки ТП.Перегрузка ТП определяется коэффициентом перегрузки [6], который вычисляется при отказе одного из трех трансформаторов: , (10)Коэффициент перегрузки в послеаварийном режиме сравнивается с допустимым коэффициентом перегрузки:Kдоп.пер.≥Kпер. , (11)где Kдоп.пер.- допустимый коэффициент перегрузки трансформатора.Коэффициент допустимой перегрузки принимается согласно пункта 4.3.2 6. Принимаем Kдоп.пер.= 1,2, т.е. перегрузка возможна на 20%. Если данное условие выполняется, то выбор мощности трансформаторов сделан правильно. Для ТП:1,2 > 1,1т.е. трансформаторы в послеаварийном режиме выше нормы не перегружаются.Большой запас мощности трансформаторной подстанции поселка, позволяет осуществить подключение коттеджа к распределительной сети.2.2.2 Расчет нагрузок существующих линийТрассы расположены с учетом выбранного расположения ТП и расположения зданий и участков с коттеджами. Трассы располагаются вдоль контуров зданий не ближе 1 м, между контуров участков и дорогами. Ответвления в коттеджи будут осуществляются от распределительных шкафов (ШР). Сечения жил кабелей линий 380 В должны выбираться по соответствующим расчетным электрическим нагрузкам линий в нормальном режиме работы на основе технических ограничений допустимого нагрева и допустимых потерь напряжения, а также, с учетом применения минимальных сечений по условиям механической прочности (по условиям монтажа и эксплуатации). Значение расчетного тока в нормальном режиме определяется по выражению [8]:, (12)где Sр.н.л.- полная расчетная мощность на участке сети, кВ∙А;Uн - номинальное напряжение сети, Uн = 0,38 кВ.Расчет токов в линия приведен в таблице 2.Таблица 2 – Расчет токов на участках линий питания домов поселкаОчередь строительстваНомер линии домовДлина линии, L, мЧислокабелей в линии n,шт.Полнаярасчетная нагрузка,SР, кВ∙АРасчетныйток,Iр.н., А111253185,56130,1421403288,32134,3431753288,32134,3441853288,32134,3451973288,32134,342114041113,16172,13216541113,16172,13318541113,16172,13419541113,16172,13521546126,96193,12Выбор сечений кабеля осуществляется по длительно допустимому току нагрева жилы. Выбор сечения кабеля покажем на примере кабельной линии кабельной линии к которой планируется подключать коттедж (Линия домов №4 второй очереди строительства):По рабочему току нормального режима Iр.н = 172,13 А (таблица 2) выбираем сечение жилы четырехжильного кабеля согласно неравенства: , (13)где Iд.т. – табличное значение допустимого длительного тока для соответствующей марки кабеля.Сечение данной марки кабеля равно F = 70 мм2, Iд.т. = 205 А. Таким образом, кабельная линия выдержит подключение дополнительной нагрузки коттеджа в 14,1 А.Все электроприемники рассчитаны на номинальные параметры и должны работать в нормальных условиях с их учетом. Поэтому возникающие потери и отклонения напряжения должны находиться в пределах допустимых нормированных значений. Если эти пределы не выдерживаются, то возникают нежелательные последствия в работе ЭП. Исходя из сказанного выше ГОСТом 13.109-97 [5] установлены допустимые потери и отклонения напряжения. Допустимые потери напряжения по [5] в наружных сетях 0,38 кВ составляют Uдоп = 4…6% Uном. Причем меньшие потери напряжения относятся к высокоэтажным зданиям, большие – к малоэтажным. Для расчетов, на основании того, что жилой сектор состоит из 1, 2 этажных жилых зданий, принимается: Uдоп.ж.д = 5% UнUдоп.общ = 5% UнОпределение потери напряжения в кабельных линиях покажем на примере линии линии к которой планируется подключать коттедж (Линия домов №4 второй очереди строительства). Эта линия состоит из кабеля сечением 70 мм2.Потери напряжения в кабельной линии в нормальном режиме определяются по формуле [8]:,(14)где Uном – номинальное напряжение сети, Uном = 380 В;Iр.н – ток в нормальном режиме, Iр.н =184,72 А (табл.2);L – длина линии; L = 195 м;r0 и x0 – удельные сопротивления кабеля, которые зависят от сечения жилы, для кабелей напряжением 0,4 кВ [8] принимается равным x0 = 0,06 мОм/м; r0 = 0,64 мОм/м;cosφ и sinφ – расчетные коэффициенты, определяется по табл. 2.1.4 и табл. 2.2.1н [6] Теперь пересчитаем потери, которые будут в линии при подключенни коттеджа:Таким образом, подключение к линии дополнительной нагрузки коттеджа не приведет к превышению допустимых потерь в линии.2.2.3 Расчет нагрузок существующих автоматических выключателейАвтоматические выключатели - более совершенные защитные устройства по сравнению с предохранителями. Это аппараты многократного действия, в которых не требуется заменять защитные элементы, как это делают в предохранителях. Выключатели служат как для включения, так и для отключения рабочих токов потребителей.В качестве аппаратов защиты кабельных линий применяются автоматические выключатели типа Compact NB на токи до 600 А, фирмы Schneider Electric. Автоматические выключатели типа Compact NS160, Compact NS250, Compact NS400, Compact NS630 – это современные выключатели, для защиты распределительных сетей, с электронным расцепителем типа STR 22, STR 23, STR 53 и высокой отключающей способностью (100 кА), номинальное напряжение – 660 В, номинальный ток - 160, 250, 400, 630 АВнешний вид выключателя Compact NS250 изображён на рисунке 6.Рисунок 6 – Внешний вид выключателя Compact NS250Выключатели выбирают по следующим условиям:-по номинальному напряжению автоматического выключателя;(15)где – номинальное напряжение сети. = 380 В– по номинальному току выключателя:(16)где – номинальный ток автомата, А; – расчётный ток сети, А;– по номинальному току защиты от перегрузок выключателя:(17)где – ток электронного расцепителя автомата, А; – расчётный ток ЭП, А;-по току срабатывания электромагнитного расцепителя(18)где = 1,25 – коэффициент запаса, – максимальный ток с учетом пуска электродвигателей, А.Максимальный ток группы ЭП,, А, определим по формуле:(19)где – наибольший пусковой ток одного электродвигателя, для рассматриваемой группы ЭП, А; – коэффициент одновременности работы ЭП, принимаем ; – номинальный ток двигателя, обладающего наибольшим пусковым током, А.Рассмотрим выбор выключателя к которому планируется подключать коттедж (Линия домов №4 второй очереди строительства). = 172,13 А ,Выбран автоматический выключатель типа Compact NS250, с номинальным током 250 А.Уставка защиты от перегрузок выбрана согласно условию: AСледовательно, при подключении коттеджа необходимо изменить уставку срабатывания автоматического выключателя: AПринимаем уставку защиты от перегрузок – A.Время срабатывания защиты от перегрузок для автоматических выключателей Compact NS:– при – 90…180 с;– при – 5…7,5 с;– при – 3,2…5,0 с.Уставка по току срабатывания неселективной токовой отсечки, для автоматических выключателей Compact NS: ;2.2.4 Подключение коттеджа к системе электроснабжения поселкаВ предыдущих разделах было показано, что подключение коттеджа к существующей системе электроснабжения поселка возможно. Расчет нагрузки трансформаторной подстанции показал большой запас мощности, который может быть использован для питания коттеджа.Расчет нагрузок кабельной линии, также, показал, что увеличение тока на 14,1 А (расчетный ток потребления коттеджа) не приведет к превышению максимально допустимого тока линии и увеличению потерь в линии более 5%.Расчет автоматического выключателя линии показал необходимость увеличения уставки срабатывания до 186,23 А. Это необходимо сделать при подключении коттеджа.Подключение необходимо осуществить от существующей линии, схема подключения коттеджа представлена на рисунке 6.Рисунок 6 – Схема подключения коттеджаНа рисунке 6 показана ТП №55, от которой осуществляется питание коттеджа. Проектируемая линия подключается к сборной секции шин №1. Согласно новым требованиям энергораспределительной компании, прибор учета электроэнергии располагается на последнем столбе, перед вводом в дом. Согласно договора с энергораспределительной компанией, линия от ТП до счетчика электроэнергии будет обслуживаться компанией и может быть задействована для подключения освещения дороги. Участок от счетчика до дома будет обслуживаться абонентом. Крепление провода СИП к столбам показано на рисунке 7.Рисунок 7 – Крепление провода СИП2.3 Расчет параметров и выбор устройств бесперебойного электроснабженияПитание конечных потребителей осуществляется от распределительных щитов. Переключение электроснабжения потребителей от ввода или от ДГЭ осуществляется посредством автоматического ввода резерва (АВР). Для исключения безтоковой паузы при переключении вводов потребители подключены через ИБП.Проектом предусматривается использование ИБП PW-9150. Мощность ИБП 5 кВА. Суммарная нагрузка групп потребителей, нуждающихся в бесперебойном питании составляет 4,257 кВА.При указанной нагрузке обеспечивается длительность автономной работы более 2-х часов при нарушении внешнего электроснабжения. Схема подключения ИБП приведена в приложении, технические характеристики в таблице 3. Таблица 3 - Основные параметры ИБП PW9150Наименование параметраЗначениеТехнология«Он-лайн», двойное преобразование с автоматическим и механическим обходными переключателямиНапряжение220/380 В, трехфазный входДиапазон напряжения305-478 ВЧастота50 ГцДиапазон частоты для выпрямителя40-70 ГцНоминальный/максимальный входной ток6 А/7 АВходной коэффициент мощности0,93Выходные параметрыНапряжение220 В, однофазноеОтклонение от номинального напряжения+2% статическое+5% динамическое при 100% изменении нагрузкиВремя реакции 1мсНелинейные искажения напряжения<2% THD (коэф. Гармоник) при лин. нагрузке<5% THD при нелинейной нагрузкеЧастота50 ГцОтклонение от номинальной частотыСинхр. по входу +0.5, +1.0, +2.0 Гц, выбир.Свободное отклонение +0.005 ГцСкорость нарастания 1 Гц/сек Ограничение тока125% на 1 мин (инвертор)150% на 10 с (инвертор)1000% на 20 мс (bypass)Физические параметрыРабочая температура0оС …+40оС – рабочая+15оС …+25оС – рекомендуемаяВентиляцияВентиляторное охлаждение, температура контролируется микроконтакторными датчикамиОтносит. влажность0…90% без конденсатаУровень шума<50 дБ на расстоянии 1 м2.4 Выбор приборов защиты и проводников проектируемой системыВ нормальном режиме работы электропитание на вводное распределительное устройство (ВРУ) РДУ подается по линии от ТП поселка.ВРУ коттеджа состоит из комплекта панелей автоматического ввода резерва сети (АВР). Для бесперебойного электроснабжения потребителей и исключения безтоковой паузы проектируется установка источника бесперебойного питания. В коттедже предусматривается два распределительных щита ЩР-1 и ЩР-2. ЩР-1 обеспечивает питание розеток и освещения коттеджа. ЩР-2 имеет бесперебойное питание, его нагрузкой являются скважный насос, котел и циркуляционные насосы системы отопления.В ТП поселка на питающую ВРУ коттеджа кабельной линии проектируется установка щита учета в составе автоматического выключателя марки OEZ minia LST-63B-3N с вспомогательным контактом PS-LP 110S Iном=63 А, электронного счётчика электрической энергии марки Меркурий-230ART02 (счётчик прямого включения без трансформатора тока). Счётчики ведут учёт потребляемой токоприемниками энергии. Для удобства контроля параметров сети, таких как действующие значения линейных и фазных напряжений, токов от счетчиков электрической энергии в информационную диспетчерскую поселка проложена информационная магистраль. Питание потребителей коттеджа резервируется дизель-генераторной установкой в случае пропадания напряжения по обоим вводам сети. Расположение розеток в помещении показано на рисунках 8 и 9.Рисунок 8 – План расположения розеток и освещения первого этажаРисунок 9 – План расположения розеток и освещения второго этажаПри исчезновении напряжения на вводе ВРУ электропитание потребителей осуществляется от генераторной установки. При появлении напряжения на основном вводе, электропитание потребителей переключается на него. В режиме электроснабжения потребителей от дизель-генераторной установки в комплекте панели АВР предусмотрена блокировка от параллельной работы ДГУ с основной сетью электроснабжения.При появлении напряжения на основном вводе срабатывает контактор и электропитание потребителей переключается с ДГУ на ВРУ по приоритету и электропитание осуществляется через ВРУ от питающей сети. При исчезновении напряжения на время пуска дизель-генераторной установки, электропитание потребителей осуществляется ИБП.При пропадании сетевого напряжения ИБП гарантирует непрерывное питание нагрузки за счет аккумуляторной батареи, входящей в состав ИБП.В случае перегрузки или сбоя в работе ИБП автоматически включается электронный статический байпас без разрыва синусоиды питания, обеспечивая тем самым подачу напряжения от входного напряжения ИБП на потребителей.Для защиты от КЗ в проектируемой сети применяются автоматические выключатели с электромагнитными и тепловыми расцепителями. В трехфазных цепях применяются четырехполюсные выключатели, в однофазных – двухполюсные. В электроустановках напряжением до 1000 В выбор электрических аппаратов производится по условиям работы электрооборудования в нормальном режиме. Основными параметрами выбора являются:- номинальное напряжение;- номинальный ток. Выбираем по условию срабатывания теплового расцепителя: Iном=Iрасч (ток строганья теплового расцепителя 1,07Iном автом. выкл.).Выбор номиналов автоматических выключателей установленных в распределительных щитах приведен на однолинейных схемах распределительных щитов. Расчетный ток вычисляется исходя из установленной мощности по присоединению, коэффициента загрузки и номинального напряжения соответствующего присоединения. Параметры автоматических выключателей выбраны исходя из максимальной мощности нагрузок, проверены по условиям чувствительности. Применяются автоматические выключатели OEZ minia LST и LPE с вспомогательным контактом состояния «вкл.-откл.» типа «сухой контакт» PS-LP 110S. Контакты состояния выведены на клемные соединители допускающие подключение провода до 1,5 кв. мм. с допустимым током на контакт до 2-х А переменного тока и напряжения 250В. 2.5 Расчет заземленияПо определению ПУЭ, заземление – преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством, а защитное заземление – заземление, выполняемое в целях электробезопасности. В системе TN-S, рисунок 10, источник питания имеет непосредственную связь токоведущих частей с землей. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с заземляющим устройством источника питания. Для обеспечения этой связи применяется отдельны нулевой защитный проводник (РЕ). Рисунок 10 – Система TN-S Системы TN-S широко применяются в европейских странах – Германии, Австрии, Франции и др. В системе TN-S все открытые проводящие части электроустановки здания соединены (отдельным нулевым защитным проводником РЕ) непосредственно с заземляющим устройством источника питания. При монтаже электроустановок правила предписывают применять для нулевого защитного Проводника РЕ провод с желто-зеленой маркировкой изоляции. Система дополнительного уравнивания потенциалов должна соединять между собой все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие части стационарного электрооборудования и сторонние проводящие части, включая доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания, рисунок 11. Рисунок 11 – Схема заземления коттеджаНа рисунке 11 обозначено: Металлический корпус ванной кабины; Экран нагревательного кабеля теплого пола в полу; Заземляемая часть электрооборудования; Коробка с шиной заземления (коробка уравнения потенциалов) ; Металлический стояк водопровода (холодная вода) ; Металлический стояк водопровода (горячая вода) ; Металлический стояк отопления ;Защитный проводник, в составе групповой сети ;Шина «РЕ» щита дома.Как показано на рисунке 11, от электрощита дома к коробке уравнения потенциалов протянут кабель, т.е. коробка уравнение будет подключаться к основному заземлению дома. Система уравнивания потенциалов позволяют избежать протекания различных непредсказуемых циркулирующих токов в системе заземления, вызывающих возникновение разности потенциалов на отдельных элементах электроустановки. Исходные данные для расчета заземления:Удельное сопротивление верхнего слоя грунта, 1 = 160,00 Ом·м;Удельное сопротивление нижнего слоя грунта, 2 = 50,00 Ом·м;Толщина верхнего слоя грунта, H = 0,70 м;Длина вертикального заземлителя, L = 3,00 м;Заглубление вертикального заземлителя, t = 2,20 м;Сезонный климатический коэффициент, Ψ = 1,60;Наружный диаметр вертикального заземлителя, d = 16,00 мм;Нормируемое ПУЭ сопротивление заземляющего устройства растеканию тока при базовом удельном сопротивлении земли, Rнорм = 10,00 Ом;Заглубление соединительной полосы, t полосы = 0,70 м;Ширина соединительной полосы, b = 40,00 мм;Расстояние между электродами, P = 1,50 м;Коэффициент использования электрода, ȵC = 0,91.2.5.1 Вычисление удельного расчетного сопротивления грунта с учетом коэффициента сезонности. Эквивалентное удельное сопротивление грунта с учетом коэффициента сезонности определяется по формуле:ρэкв=ρ1∙ψ∙ρ2∙Lρ1∙ψ∙L-H+tполосы+ρ2∙(Р-tполосы) (20)где:ρ1 - удельное сопротивление верхнего слоя грунта, Ом·м;ρ2- удельное сопротивление нижнего слоя грунта, Ом·м;L - длина вертикального заземлителя, м;H - толщина верхнего слоя грунта, м;tполосы - заглубление соединительной полосы, м;Ψ - сезонный (климатический) коэффициент.ρэкв=160∙1,6∙50∙3160∙1,6∙3-0,7+0,7+50∙(0,7-0,7)=50 Ом∙м(21)2.5.2 Определение ориентировочного числа стержней.Вычисляем сопротивление контура по формуле:RH=RНорм∙ρэквρбаз(22)где Rнорм - нормируемое ПУЭ сопротивление заземляющего устройства растеканию тока при базовом удельном сопротивлении земли, Ом.экв - эквивалентное удельное сопротивление грунта с учетом коэффициента сезонности, Ом·м;баз - базовое удельное сопротивление грунта, (баз = 100 Ом·м).