ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ СЕЛЬСКОГО ЖИЛОГО ДОМА В Д. ШАПКИ ТОСНЕНСКОГО РАЙОНА ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Дипломная работа на ОТЛИЧНО. СПБГАУ. Факультет электротехнология и электрооборудования. Есть пояснительная записка и все схемы и чертежи. ...

СОДЕРЖАНИЕ ВКР

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………. 4
ЗАДАЧИ ВКР…………………………………………………………………………..6
ГЛАВА 1. Проектирование источника электроснабжения и наружных электрических сетей…………………………………………………………………... 7
1.1. Анализ существующей системы электроснабжения и
характеристика объекта проектирования……………………………………………. 7
1.2. Проектирование источника электроснабжения и наружных электрических
сетей 10 кВ……………………………………………………………………………. 9
1.3. Проектирование наружных электрических сетей 0,38 кВ……………….. 16
ГЛАВА 2. Проектирование внутренних электрических сетей 0,38 кВ………….. 18
2.1. Электрооборудование и электроосвещение……………………………….. 18
2.2. Расчет электрических нагрузок…………………………………………….. 26
2.3. Учет электрической энергии………………………………………………... 30
2.4. Выбор и проверка УЗО по суммарному току утечки……………………… 30
2.5. Проектирование и расчет сопротивления заземляющего устройства силового трансформатора проектируемой СТП 10/0,4 кВ…………………… 32
2.6. Проектирование и расчет сопротивления заземляющего устройства повторного заземления нулевого проводника КЛ 0,38 кВ на вводе в жилой дом………………………………………………………………………………… 35
2.7. Система уравнивания потенциалов………………………………………... 37
2.8. Проектирование системы молниезащиты здания дома………………….. 41
ГЛАВА 3. Электрический расчет сетей……………………………………………. 45
3.1. Общие положения электрического расчета………………………………... 45
3.2. Расчет токов короткого замыкания…………………………………………. 46
3.3. Расчет сети 0,38…0,22 кВ от СТП10/0,4 кВ до самого удаленного электроприемника потребителя……………………………………………….. 47
3.4. Выбор аппаратов защиты сети 0,38кВ……………………………………. 48
3.5. Проверка аппаратов защиты на время срабатывания……………………. 49
3.6. Проверка показателей распределительной сети 10 кВ…………………... 52
3.7. Определение отклонений напряжения на вводах потребителей………. 54
3.8. Проверка параметров релейной защиты сети 10кВ……………………… 55
3.9 Оценка надежности спроектированной системы
электроснабжения………………………………………………………………. 58
3.10. Мероприятия по охране труда…………………………………………… 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………………….. 67
ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………………………………

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение комфортных условий жизни и отдыха сельских потребителей невозможно без потребления электрической энергии, которая должна обладать хорошим качеством и надежно подводится до электроприемников потребителей с минимальным количеством аварийных отключений. [1]
Для обеспечения необходимого качества подводимой электроэнергии до электроприемников потребителей (в соответствие с требованиями ПУЭ 7 редакции 2010 года) в качестве проводников электроэнергии используются силовые кабели с медной жилой и изолированные провода благодаря их преимуществам по сравнению с неизолированными проводами:
 значительному снижению потерь электроэнергии; [2]
 наиболее защищенному способу прокладки сети (дополнительный слой изоляции, надежные способы укладки кабеля в трубы, кабель-каналы и т.д.) ;
 практически неограниченному сроку эксплуатации (при условии отсутствия длительных перегрузок);
 доступность различных марок кабеля отечественного производства в розничной сети, что позволяет гибко решать вопрос цены и качества системы электроснабжения в независимости от конъюнктуры внутреннего рынка.
Кроме вышесказанного, современная электротехническая промы-шленность предлагает надежные варианты электрощитового оборудования, позволяющего использовать новейшие разработки коммутационного, измерительного, защитного оборудования, что выводит сельские электрические сети на более высокий уровень.
В связи с вышеизложенным, мною разработан вариант системы электроснабжения электроприемников сельского жилого дома, расположенного в деревне Шапки Тосненского района Ленинградской области, который невозможно подключить к существующей системе электроснабжения из-за протяженности и перегруженности сетей 0,38кВ, поэтому потребитель нуждается в независимом источнике электроснабжения.
Надежность и электробезопасность спроектированной системы электроснабжения обеспечена:
- использованием новейшего изолированного кабельного материала проводников и защитных и коммутационных аппаратов, выполненных по последнему слову науки и техники;
- системой заземления TN-С-S, и системой уравнивания потенциалом для защиты от токов утечки; [9]
- внешней системой молниезащиты здания дома от прямых попаданий молнии.

4 - оп.3.5401,00,21,0СИП-2 1х16+1х9522076,403,800,161,59оп.3.5 - оп.3.7800,750,20,8СИП-2 1х16+1х95220152,807,600,241,83оп.3.7 - оп.3.9800,50,10,5СИП-2 1х16+1х95220152,807,600,161,99оп.3.9 - оп.3.11570,250,10,3СИП-2 1х16+1х95220108,875,420,062,05оп.4 - оп.4.7291,250,31,3СИП-2 1х16+1х9522055,392,810,141,58оп.4.7 - оп.4.9601,00,21,0СИП-2 1х16+1х95220114,605,820,241,82оп.4.9 - оп.4.10400,750,20,8СИП-2 1х16+1х9522076,403,880,121,94оп.4.10 - оп.4.12800,50,10,5СИП-2 1х16+1х95220152,807,760,162,09оп.4.12 - оп.4.14780,250,10,3СИП-2 1х16+1х95220148,987,570,082,171.6 Расчет и выбор мощности проектируемой КТП-10/0,4кВРасчетную мощность КТП 10/0,4кВ определяют с помощью методома добавок мощностей: , (1.6) кВА;Окончательно принимаю комплектную потребительскую понижа-ющую однотрансформаторную подстанцию КТП 10/0,4кВ киоскового типа типа с трансформатором ТМГ мощностью 400кВА.Таблица 1.8. Паспортные технические данные силового трансформаторов 10/0,4кВ [16]№ТПТиптр-раSном,кВАСхемасоединенияобмотокРхх,кВтРкз,кВтUк,%R,ОмX,ОмZ,Ом1/3 Z(1)Ом1ТМГ400Y/Yн - 00,835,44,50,00550,01710,1950,0651.7. Проверочный расчет существующей сети 10кВ.Подключение проектируемой трансформаторной подстанции предусматривается к существующей сети 10кВ (взамен существующей ТП-826 мощностью 50кВА) Расчетная схема сети 10кВ представлена на рисунке 1.8.Рис.1.8 Расчетная схема сети 10кВВследствие подключения к существующей сети 10кВ проектируемой КТП большей мощности, чем существующая, необходимо произвести электрический расчет сети 10кВ, согласно методике изложенной в п.1.5.Таблица 1.9. Результаты электрического расчета сети 10кВучастокДлина, кмP, кВтQ, кварS, кВАмарка кабеляU,ВR,ОмХ,ОмU% на уч.U%,от ПС-483ф.483-04ПС483 - оп.10,309135661074АСБ 3х150100000,07680,0170,0800,08оп.1 - 11,4491356610743АС-70100000,59330,5110,8310,911 -20,908305149763АС-70100000,37080,0510,3341,242 - 31,605133186043АС-50100000,92160,5680,6541,903 - 40,502701683183АС-50100000,2880,1780,1082,014 - 50,302201362593АС-50100000,17280,1070,0532,065 - ТП8340,306842803АС-50100000,17280,1070,0162,073 - 60,753021873553АС-50100000,4320,2660,1802,086 - ТП8010,301701052003АС-50100000,17280,1070,0412,126 - ТП8041,001701052003АС-50100000,5760,3550,1352,252 -70,243972464673АС-70100000,09890,0850,0601,307 - 80,103462144073АС-70100000,04120,0360,0221,338 - ТП826пр.0,0862631633093АС-70100000,03540,0250,0131,348 - ТП8280,70111681303АС-70100000,28840,2490,0491,39Из результата расчетов видно, что максимальные потери в сети 10кВ не превышают 2,25%.1.8. Определение отклонений напряжения у потребителейВ соответствии с новыми требованиями по качеству электроэнергии ГОСТ Р 54149-2010 напряжение у потребителей не должно отклоняться от номинального на 10%. Результирующее значение отклонения напряжения включает суммарные потери напряжения на всех участках спроектированной системы электроснабжения потребителей поселка, как представлено в таблице 5.2. [3].В таблице указаны потери напряжения на шинах 10 кВ в максимальном и минимальном режимах, потери напряжения в сетях 10 и 0,38 кВ, потери напряжения до ближайшей, наиболее удаленной и до проектируемой трансформаторной подстанции КТП-10/0,4 кВ.Отклонения напряжения в таблице приводятся в процентах по отношению к номинальному напряжению.Расчет потерь напряжения в трансформаторе производится по формуле: , (1.7)где ua – активная составляющая потерь в трансформаторе, %; uр – реактивная составляющая потерь в трансформаторе, %; uк – потери напряжения короткого замыкания в трансформаторе, %; Sрасч – расчетная мощность на трансформаторе, кВА; Sном – номинальная мощность трансформатора, кВА. , (1.8) , (1.9)Расчет потерь напряжения в проектируемой КТП:cos φ = 0,95; sin φ = 0,31; uк = 4,5; Рк.з. =5,4 кВт; ; , %.Расчеты показали, что значения отклонений напряжения у потребителей не превышают допустимые, что показывает, что проектируемая система позволяет снабдить потребителей качественной электроэнергией. Результаты расчета представлены в табл. 1.10Таблица 1.10. Таблица отклонений напряжения у потребителейНаименования ТП и нагрузкаТП - 810 ближайшаяКТП-826 проектТП 804удаленная100%25%100%25%100%25%Уровень напряжения на шинах 10 кВ+50+50+50Потери напряжения в сети 10 кВ-0,91-0,23-1,34-0,34-2,25-0,56Трансфор-маторы 10/0,4Конструк-тивная надбавка+5+5+5+5+5+5Потери-4-1-2,02-0,51-4-1Регули-руемая надбавка000000Потери напряжения в ВЛИ 0,38 кВ-50-5,59-0,075-50Отклонения напряжения у потребителя-0,1+3,77+1,05+4,08-1,253,44Допустимые отклонения напряжения1010101010101.9. Расчет токов короткого замыкания в сетях 10 и 0,38кВ.1.9.1 Общие положения расчетаКоротким замыканием называется всякое непредусмотренное нормальным режимом замыкание между фазами, одной или нескольких фаз на землю или нулевой провод. Короткое замыкание может возникнуть по разным причинам: [1]– нарушение электрической прочности изоляции из-за атмосферных и коммутационных перенапряжений, при механических повреждениях изоляции, ее старения и износа, злоумышленных действий; – при ошибочных воздействиях персонала при обслуживании и ремонте и т.д. [9]Как видно из самого названия процесса, при коротком замыкании путь тока укорачивается, то есть он идет, минуя сопротивление нагрузки. Поэтому он может увеличиться до недопустимых величин, если напряжение не отключится под действием защиты. Но напряжение может не отключиться и при наличии защиты, если короткое замыкание случилось в удаленной точке, и из-за большого сопротивления до места короткого замыкания ток недостаточен для срабатывания защиты. Но этот ток может быть достаточным для загорания проводов, что может привести к пожару. Отсюда возникает необходимость расчета тока короткого замыкания. Величина тока короткого замыкания может меняться, если к сети электроснабжения присоединяются другие электроприемники в более удаленных местах. В таких случаях снова производится расчет токов короткого замыкания в месте установки удаленных электроприемников. Ток короткого замыкания производит также электродинамическое действие на аппараты и проводники, когда их детали могут деформироваться под действием механических сил, возникающих при больших токах.Термическое действие токов короткого замыкания заключается в перегреве аппаратов и проводов. Поэтому при выборе аппаратов их нужно проверять по условиям короткого замыкания, с тем, чтобы они выдержали токи короткого замыкания в месте их установки. На практике в большинстве случаев в сети 0,38кВ происходят однофазные короткие замыкания. В сетях с глухозаземленной нейтралью при соединении проводов с землей сгорает предохранитель или срабатывает автоматический выключатель, при этом электроснабжение нарушается.Токи короткого замыкания необходимо определять для оценки чувствительности и времени срабатывания защит электрических сетей и проверки проводников и оборудования на термическую и электродинамическую стойкость. Для оценки чувствительности защит необходимо определить минимальные токи к.з., для проверки оборудования – максимальные значения токов к.з. Расчет производится по формулам: реактивное сопротивление системы, приведенное к базисному напряжению: [8], (1.10) где RΣ и ХΣ – суммарное активное и индуктивное сопротивления цепи короткого замыкания.RΣ=RТ+L· r0л, (1.11)ХΣ=ХТ+L· х0л, (1.12)где RТ и ХТ - активное и индуктивное сопротивления трансформатора L – длина линии до точки короткого замыкания;r0л и х0л – удельное активное и индуктивное сопротивления линии Ток трехфазного короткого замыкания:, (1.13)где UБ – базисное напряжение.Ток двухфазного короткого замыкания для той же точки к. з. рассчитывают по выражению:(1.14)Ток однофазного короткого замыкания – фазного провода на нулевой – принято вычислять по упрощенной формуле , (6.6)где Uф – фазное напряжение; ZП – сопротивление короткозамкнутой петли фаза – нуль;ZТ(1) – сопротивление трансформатора при однофазном коротком замыкании Zп=Zп0·Lп, (1.15)где Zп0 – удельное сопротивление петли фаза – нульLп – длина петли фаза – нуль.При расчете токов короткого замыкания на шинах КТП принимается, что Z∑=ZТ и ZП=0. Расчет тока двухфазного замыкания производится по формуле.Ударный ток рассчитывается по формуле:,(1.16)где КУ – ударный коэффициент, равный: ,(1.17)где Та – постоянная времени, с..1.9.2. Расчет токов короткого замыкания в сети 10кВРасчет токов к.з. производится в соответствии с расчетной схемой, представленной на рисунке 1.8.Исходные данные для расчета (на шинах центра питания: Ф-04 ПС483): Uб =1,05Uном=1,0510=10,5 кВ .Токи КЗ на шинах ПС в максимальном и минимальном режимах:максимальный =6500А;минимальный =5300А.Таблица 1.11. Результаты расчета токов КЗ в сети 10кВТочкаСопротивление Zл, Ом, А, А, Амакс. режиммин режиммакс. режиммин режимК1-6500530056554611–К2(ТП-804)3,711307125011371088-К3(проект. КТП)1,46253023242201202232061.9.3. Расчет токов короткого замыкания в сети 0,38кВРасчет токов к.з. производится в соответствии с расчетной схемой, представленной на рисунке 1.3. – 1.6. Результаты расчета однофазных токов короткого замыкания в сети 0,38кВ представлен в таблице 1.12. Таблица 1.12. Расчет токов короткого замыкания в сети 0,38Номер линииТочка короткого замыка-нияСопротивление трансформатора однофазному току КЗ, ОмПолное сопротивление петли фаза-ноль до точки КЗ, ОмIкз(1), АЛиния №1К10,0650,21837Линия №2К20,28675,9Линия №3К30,2860,7Линия №4К40,33581,6Линия у.о. №1К51,38158,7Линия у.о. №2К61,46150,91.10. Защита сетей от аварийных режимов.1.10.1. Выбор и проверка времени срабатывания защиты сети 0,38кВНаружные сети ВЛИ 0,38кВ в соответствии с требованиями ПУЭ должны иметь защиту только от коротких замыканий. Для защиты сети 0,38кВ используются автоматические выключатели с комбинированными расцепителями (тепловыми – для защиты от перегрузок и электромагнитными – для защиты от коротких замыканий) и предохранители с плавкими вставками, установленные в распреде-лительных устройствах РУ 0,4 кВ питающих КТП 10/0,4кВ.Основным критерием для выбора аппарата защиты является максимальный расчётный ток нагрузки: [3] , (1.18)где Sг.у – мощность головного участка сети ( в месте установки защиты), кВА; Uном – номинальное напряжение сети, кВ.Расчетное значение тока срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя определяю по формуле: . (1.19) Расчетное значение тока срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя определяю по формуле: . (1.20) Расчетное значение тока плавкой вставки определю по формуле: . (1.21) Эффективность действия защиты оцениваю по времени срабатывания не более 5 секунд: , (1.22)где – однофазный ток к.з. в минимальном режиме, А.Если время срабатывания защиты не обеспечивается, проводятся мероприятия по ее повышению - использование автомати-ческих выключателей совместно с электромагнитным реле РЭ571.Ток срабатывания расцепителя в нулевом проводе: , (1.23)где – паспортный ток уставки реле, А.Тогда коэффициент чувствительности при однофазном коротком замыкании: . (1.24)- использование автоматических выключателей совместно с приставкой типа ЗТИ-0,4.Тогда ток срабатывания расцепителя в нулевом проводе: , (1.25)где – паспортный ток уставки реле, А.Тогда коэффициент чувствительности при 1фазном к.з.: . (1.26)Таблица 1.13. Выбор и определение чувствительности защиты сети 0,38кВ№линииSг.у, кВАIрmax,АТип авт. выключателяIт.р,АIэм.р,АIкз(1)АКч(1)Линия №1118,5180ВА57-35/200200800837-Линия №2103,3156,9ВА57-35/160160500675,9-Линия №399,7151,5ВА57-35/160160500860,7-Линия №457,587,4ВА57-35/100100500581,6-Линия у.о. №13,716,8ВА47-29/20А20-158,77,9Линия у.о. №13,616,4ВА47-29/20А20-150,97,5Из результатов расчета видно, что в силовых сетях минимальные токи КЗ попадают в зону действия электромагнитных расцепителей автоматических выключателей, а значит время их срабатывания составит менее 0,01с. Время срабатывания автоматических выключателей для защиты сетей уличного освещения определим по времятоковым характеристикам представленным на рис. 1.9Рис.1.9 Времятоковая характеристика автомата ВА47-29.Из времятоковых характеристик [16], очевидно что при полученной кратности более 7, мы попадаем в зону срабатывания электромагнитного расцепителя, и время срабатывания составит менее 0,01с, что не превышает требований [5].1.10.2 Выбор и проверка чувствительности защиты сети 10кВЗащиту от многофазных замыканий следует предусматривать в двухфазном исполнении и включать в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения для обеспечения отключения в большинстве случаев двойных замыканий на землю только одного места повреждения. Защита должна быть выполнена одно-, двух- или трехрелейной в зависимости от требований чувствительности и надежности [14]. Для защиты сети 10 кВ принята максимальная токовая защита на реле типа РТ-40/10. схема соединения трансформаторов тока и реле неполная звезда. Ток срабатывания защиты из условий отстройки от рабочего максимального тока определяется по выражению:, (1.27)где: КН – коэффициент надежности, обеспечивающий надежное срабатывание защиты путем учета погрешности реле с необходимым запасом, для реле РТ-40/10 КН=1,3-1,4;КС.ЗАП – коэффициент самозапуска, КС.ЗАП=1,1;КВ – коэффициент возврата реле, для реле РТ-40/10 КВ=0,7;IР.МАХ – рабочий максимальный ток головного участка, по формуле (7.1).Для отстройки защиты от предохранителей защищающих трансформаторы ТП значение тока срабатывания защиты определяют по формуле:, (1.28)где: КН.С – коэффициент надежности согласования, для реле РТ-40/10 КН.С=1,4;IВ(5) – пяти секундный ток плавкой вставки [14].По большему из токов определенных по выражениям (1.27) и (1.28) определяют ток срабатывания реле:, (1.29)где: Кi – коэффициент трансформации трансформатора тока;КСХ – коэффициент схемы соединения трансформаторов тока.Чувствительность защиты проверяют по следующему условию:Для защиты сети 10кВ в яч. 483-04 установлено токовое реле РТ-40/10 с уставкой по току , ток уставки равен . Уставка по времени составляет 1,0с. Реле подключено через трансформаторы тока с коэффициентом трансформации 200/5. Проверочный расчет релейной защиты выполняется в связи с увеличением нагрузки и подключением проектируемой КТП 10/0,4кВ. Отстройка от рабочего максимального тока., .2. Обеспечение селективности действия предыдущей и последующей защит. а) Ток срабатывания защиты: , где Кн.с.п. – коэффициент надежности согласования защиты с предох-ранителем; Iпв(5) – ток, при котором плавкая вставка защиты самого мощного трансформатора перегорает за 5с, А, Iпв(5) = 220 А, выбираю из времятоковой характеристики предохранителей ПКТ-10 для предыдущей защиты предохранителя самого мощного трансформатора 400кВА ( силовой трансформатор на проектируемой КТП-826), подключенного к сети 10кВ с током Iпв=50 А.Тогда .б) По наибольшему значению тока срабатывания защиты определяю ток срабатывания реле: , где КI – коэффициент трансформации трансформатора тока составляет 400/5, Ксх – коэффициент схемы, Ксх=1.А.Таким образом, существующая уставка реле 10А удовлетворяет необходимым требованиям.Рисунок 1.10. Карта селективности срабатывания защит сети 10кВв) Чувствительность защиты от двухфазных токов короткого замыкания оцениваю по коэффициенту чувствительности из условия: , (7.14)где – минимальный ток двухфазногофазного короткого замыкания в самой удаленной точке распределительной сети 10кВ, А. условие выполняется.2. Выбор и проверка основного оборудования проектируемой КТП 10/0,4кВ2.1. Основные положенияДля подключения существующих и новых потребителей данной ВКР предусматривается установка комплектной однотрансформаторной подстанции киоскового типа КТП-10/0,4кВ мощностью 400кВА.Устройство высокого напряжения (УВН), силовой трансформатор, распределительное устройство низкого напряжения (РУНН) размещаются в металлическом корпусе. Силовой трансформатор отделен от УВН и РУНН металлическими перегородками. В отсеке РУНН смонтированы аппараты защиты и оборудование 0,4 кВ.Электрическая схема КТП 10/0,4кВ представлена на рис. 2.1В КТП устанавливается силовой трансформатор типа ТМГ, мощностью 400кВА, напряжением 10/0,4кВ-0,23кВ, схема соединения обмоток – звезда-звезда с нулевым выводом, группа соединений – 11.Основание КТП представляет цельносваренную конструкцию, верхняя часть которой имеет сплошной настил с жалюзи для охлаждения трансформатора, закрытыми листовой резиной. Элементы корпуса КТП и трансформатор с помощью шинок заземления подсоединены к основанию.Обшивка КТП представляет собой цельносваренную конструкцию, состоящую из стоек, стенок, листов и рам с дверными проемами. Рамы металлоконструкции соединены с крышей и основанием, образуя несущий каркас. Внешний вид КТП 10/0,4кВ представлен на рис. 2.2Проектируемая КТП устанавливается на фундаменте из железобетонной плиты, уложенной на щебеночное основание.Рисунок 2.1. Электрическая схема КТП 10/0,4кВТаблица 2.1 Перечень оборудования КТП 10/0,4кВЧтобы гарантировать безаварийную работу проектируемой системы, необходимо подобрать оборудование КТП на стороне высшего и низшего напряжения. Так же необходимо проверить соответствие оборудования конкретным условиям эксплуатации.Существуют четыре условия, которым должно удовлетворять оборудование [3,8]:1) соответствие напряжению: Uуст ≤ Uном . (2.1)2) соответствие току: Iном ≥ Iрасч . (2.2)3) соответствие требованиям термической стойкости к максимальным токам к.з., возможным в той точке сети, где устанавливается оборудование (из-за больших токов короткого замыкания повышается температура токоведущих частей, что может привести к разрушению проводников и изоляции): , (9.3)где IТ – ток термической стойкости, А; tТ – время термической стойкости, с; – максимальный трёхфазный ток короткого замыкания в месте установки аппарата, А; tф = tср – фактическое время действия тока короткого замыкания, равное времени срабатывания релейной защиты, с.4) соответствие требованиям электродинамической стойкости к максимальным токам к.з., возможным в той точке сети, где устанавливается оборудование (развиваемые при коротком замыкании электродинамические усилия могут разрушить электрооборудование). , (9.