Электроснабжение микрорайона

Введение
1. Краткая характеристика микрорайона
2. Определение расчетных нагрузок жилых и общественно-коммунальных зданий. расчеты нагрузки наружного и внутриквартального освещения
2.1. Определение расчетных нагрузок на вводах жилых домов
2.2. Расчеты нагрузок общественных и коммунальных зданий
2.3. Расчет внутриквартального и уличного освещения
3. Определение расчетной мощности микрорайона города
4. Распределение нагрузки микрорайона по подстанциям
5. Компенсация реактивной мощности
6. Выбор трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности
7. Размещение ТП на плане микрорайона
8. Разработка системы электроснабжения микрорайона
8.1. Выбор схемы построения распределительной сети 0,4-10кВ
8.2. Выбор сечения кабельных линий напряжением 0,4 кВ
8.3. Выбор сечения кабельных линий на напряжение 10 кВ
9. Расчеты токов короткого замыкания
9.1. Расчет токов короткого замыкания в распределительной сети 10 кВ
9.2.Расчет токов короткого замыкания в распределительной сети 0,4 кВ
10. Выбор комплектной трансформаторной подстанции наружной установки
11. Выбор оборудования трансформаторных подстанций и распределительных пунктов
11.1. Выбор высоковольтного выключателя на 10 кВ
11.2. Разъединители
11.3. Автоматические выключатели
12. Расчет заземления
Заключение
Список литературы
Приложение 1

Важный показатель уровня жизни общества ‒ удельное потребление электрической энергии населением. Количество электроэнергии, приходящееся на человека, косвенно характеризует уровень комфортности жилья и степень совершенства инфраструктуры городов и других населённых пунктов. Во всех развитых странах наблюдается устойчивый рост названного показателя.
Увеличение потребления электроэнергии населением повышает требования по надёжности и энергоэффективности сетей электроснабжения разного уровня – от электросетей крупных мегаполисов до сетей отдельных многоквартирных домов.

1. Краткая характеристика микрорайона

В пределах расчетного микрорайона (рис.1.1) расположено 15 зданий, среди которых: 11 жилых домов высотой в 5, 9, 12 и 16 этажей, оборудованные газовыми и электрическими плитами, общеобразовательная школа на 1100 человек, детский сад вместимостью 175 человек, банк и продуктовый магазин. Микрорайон имеет как уличное, так и наружное освещение. Общая площадь микрорайона составляет 14,72 га. Исходные данные для расчета жилых зданий представлены в таблице 1.1, для расчета общественных зданий – в таблице 1.2.

Рисунок 1.1. План микрорайона

Исходные данные

В ходе данного расчетного задания необходимо определить активную, реактивную и полную расчетную нагрузку каждого потребителя и микрорайона в целом;
- определить количество, место расположения трансформаторных подстанций (ТП), построить картограмму нагрузок;
Таблица 1.
...

2.1. Определение расчетных нагрузок на вводах жилых домов

По выражению (2.1) определяем активную нагрузку жилья на примере дома №1, предварительно установив удельную расчетную электрическую нагрузку одного дома:

= 0,97·76=73,72 кВт
(2.1)

Где – удельная расчетная электрическая нагрузка одного жилья, которая выбирается по табл.1 приложения [1] в зависимости от принятого уровня электрификации и количества квартир, присоединенных к данному звену электросети, кВт/жилье;
– количество квартир.
Находим реактивную нагрузку квартир на примере дома №1:
Согласно методическим указаниям[1] определяем значения расчетного коэффициента реактивной мощности tgφ для всех случаев:
для квартир с электрическими плитами
для квартир с плитами на природном газе

73,72·0,29=21,37 кВар
(2.2)
Находим полную нагрузку квартир на примере дома №1:

==76,76 кВА
(2.3)

Для остальных зданий расчеты выполнены в табличном редакторе Microsoft Excel. Результаты сведены в таблицу 2.1.
Таблица 2.
...

2.2. Расчеты нагрузок общественных и коммунальных зданий

Согласно методическим указаниям определяем удельную расчетную нагрузку общественного здания на единицу количественного показателя и коэффициент реактивной мощности общественного здания по табл. 8 приложения [1].

удельная нагрузка школы.
удельная нагрузка продовольственного магазина с кондиционированием воздуха.
удельная нагрузка детского сада без кондиционирования воздуха.
удельная нагрузка банка.
М – величина расчетного показателя.
Активная нагрузка общественных зданий, на примере школы, определяется по формуле:
= 0,25 1100= 275 кВт(2.14)

Реактивная нагрузка общественных зданий, на примере школы определяется по формуле:
=(2.15)

коэффициент реактивной мощности школы [1].
коэффициент реактивной мощности продовольственного магазина с кондиционированием воздуха.
коэффициент реактивной мощности детского сада без кондиционирования воздуха.
коэффициент реактивной мощности банка.
...

2.3. Расчет внутриквартального и уличного освещения

Электроосвещение – важная часть электрики (прекращение электроснабжения опасно для населения). Регламентируется устройство внутреннего, наружного и рекламного освещения, а также освещение специальных, в том числе взрывоопасных и пожароопасных установок.
Электрическая сеть осветительных установок состоит из питающих и групповых линий. Питающие линии выполняют по радиальным, магистральным, а также радиально-магистральным схемам.
Определяем расчетную нагрузку внутриквартального освещения:
Рр.к.о = ру.к.о F(2.17)
где ру.к.о = 1,2 кВт/га - удельная нагрузка внутриквартального освещения;
F- площадь микрорайона, га.
Расчетную нагрузку уличного освещения находим так:
Рр.у.о = ру.о L(2.18)

где ру.о - удельная расчетная нагрузка внешнего уличного освещения.
Площадь микрорайона: 460х320 м

F= 460·320= 147 200 м2 = 14,72 га(2.
...

3. Определение расчетной мощности микрорайона города

Расчетные электрические нагрузки микрорайона в целом или его частей, включающих группу зданий, следует определять по суммарному количеству квартир, лифтовых установок жилых зданий, общественных зданий определенного назначения с учетом при этом соответствующих коэффициентов, характеризующих несовпадение максимумов нагрузок потребителей.
Расчетную нагрузку микрорайона определяем по формуле:
(3.1)
где max P - наибольшая из однородных электрических нагрузок;
P1 ...Pn - другие расчетные нагрузки;
k1...kn - коэффициенты участия в максимуме нагрузок по табл. 2.3.1 [2].
Реактивная нагрузка микрорайона
(3.
...

4. Распределение нагрузки микрорайона по подстанциям

Нагрузка подстанций определяется аналогично нагрузке микрорайона, т.е. с учетом коэффициентов участия в максимуме нагрузки.
Суммарная активная расчетная электрическая нагрузка всех зданий, обслуживаемых ТП:
РрТП = Рзд.махТП + ∑k у.мi Рзд. ТП + Рр.н.о/2(4.1)
Рзд.махТП - потребляемая мощность здания с максимальной расчетной нагрузкой, обслуживаемого ТП;
kу.мi -коэффициент участия в максимуме нагрузки остальных зданий, обслуживаемых ТП;
Рзд.ТП - нагрузка зданий, обслуживаемых ТП.
Суммарная реактивная расчетная электрическая нагрузка всех зданий, обслуживаемых ТП:
QрТП = Qзд.махТП + ∑k у.мi Qзд. ТП + Qр.н.о/2(4.2)
(4.3)
От ТП1 получают питание здания №3,4,5.
От ТП2 получают питание здания №1,2, 6-15.
Для ТП1 зданием с максимальной расчетной нагрузкой является жилой дом (№3,4,5) с электрическими плитами – 403,2 кВт.
...

5. Компенсация реактивной мощности

Реактивная мощность и энергия ухудшают показатели работы энергосистемы, то есть загрузка реактивными токами генераторов электростанций увеличивает расход топлива; увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках, увеличивается падение напряжения в сетях.
Реактивный ток дополнительно нагружает линии электропередачи, что приводит к увеличению сечений проводов и кабелей и соответственно к увеличению капитальных затрат на внешние и внутриплощадочные сети.
Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения практически на любом предприятии.
Наиболее действенным и эффективным способом снижения потребляемой из сети реактивной мощности является применение установок компенсации реактивной мощности (конденсаторных установок).
...

6. Выбор трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности

Правильный выбор числа и мощности трансформаторов на подстанциях промышленных предприятий является одним из важных вопросов электроснабжения и построения рациональных сетей. В нормальных условиях трансформаторы должны обеспечивать питание всех потребителей предприятия при их номинальной нагрузке.
В основном, установка двух трансформаторов обеспечивает надёжное питание потребителей. Это значит, что при повреждении одного трансформатора, второй, с учётом его перегрузочной способности, обеспечивает 100 % надёжность питания в течении времени, необходимого для ремонта трансформатора.
Оптимальная мощность трансформатора определяется по формуле (6.1) , на примере ТП1:

Sтр.опт= = = 939 кВА(6.1)

Где - расчетная нагрузка ТП;
- количество трансформаторов на ТП;
- оптимальный коэффициент загрузки, равен 0.7.
Т.к.
...

7. Размещение ТП на плане микрорайона

Центр нагрузок принимаем совпадающим с центром веса здания. Это обусловлено тем, что распределение приемников электроэнергии по плоскости дома неизвестно. Находим центр электрических нагрузок подстанции с помощью аналитического метода добавления параллельных нагрузок. На генплан микрорайона произвольно наносим оси координат, и координаты центра электрических нагрузок находим по формулам (7.1) и (7.2):

Х0ТП =(7.1)

Y0ТП =(7.2)
где Sрi – полная мощность нагрузки всех жилых домов и общественных зданий, питающихся от данной ТП, кВА;
хі, yi – коэффициенты центра нагрузки соответствующего дома или общественного здания.
Таблица 7.
...

8. Разработка системы электроснабжения микрорайона
8.1. Выбор схемы построения распределительной сети 0,4-10кВ

Схема электроснабжения микрорайона города разрабатывается с учетом размещения источников питания и потребителей, величины их напряжения и мощностей, необходимой надежности, расположения и конструктивного выполнения линий, РП и городских ТП.
Согласно ПУЭ [5] электроприемники делятся на три категории.
К первой категории принадлежат электроприемники, перерыв электроснабжения которых может послужить причиной опасности для жизни людей и нарушение функционирования особенно важных элементов городского хозяйства.
Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.
...

9. Расчеты токов короткого замыкания

Короткое замыкание – не предусмотренное конструкцией устройства (сети) электрическое соединение двух точек, имеющих различные значения потенциала. Ток при коротком замыкании может превысить номинальный ток в цепи во много раз. В таких случаях цепь должна быть разорвана раньше, чем температура проводов достигнет опасных значений. Для защиты проводов от перегрева и предупреждения воспламенения окружающих предметов в цепь включаются аппараты защиты - плавкие предохранители или автоматические выключатели. При коротких замыканиях резко возрастают токи в короткозамкнутой цепи и снижается напряжение, что представляет большую опасность для электрического оборудования и может вызвать перебои в электроснабжении потребителей.
...

10. Выбор комплектной трансформаторной подстанции наружной установки

Комплектные трансформаторные подстанции (КТП) предназначены для приёма, преобразования и распределения электрической энергии напряжением 6(10)/0,4 кВ, трёхфазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц и 60 Гц в сетях электроснабжения промышленных предприятий и других объектов с глухозаземленной или изолированной нейтралью на стороне низшего напряжения. КТП «Оскол» соответствуют требованиям ТУ 3412-024-05774835-2011.Трансформаторные подстанции выпускаются в двух исполнениях: наружной или внутренней установки.
...

11. Выбор оборудования трансформаторных подстанций и распределительных пунктов
11.1. Выбор высоковольтного выключателя на 10 кВ

Высоковольтный выключатель — коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме в нормальных или аварийных режимах при ручном, дистанционном или автоматическом управлении.
Высоковольтный выключатель состоит из: контактной системы с дугогасительным устройством, токоведущих частей, корпуса, изоляционной конструкции и приводного механизма (например, электромагнитный привод, ручной привод).
Выключатели характеризуются следующими параметрами:
1. Номинальный ток отключения – наибольший ток КЗ (действующее значение), который выключатель способен отключить при напряжении, равном наибольшему рабочему напряжению при заданных условиях восстонавливающегося напряжения и заданном цикле операций.
...

11.2. Разъединители

Разъединитель – электрический аппарат, предназначенный для включения и отключения цепи высокого напряжения либо при токах, значительно меньших номинальных, либо в случаях, когда отключается номинальный ток, но напряжение на контактах аппарата недостаточно для образования дуги. Для обеспечения безопасности имеет в отключенном положении изоляционный промежуток [9].
Выбор и проверка разъединителей производится по следующим условиям [10]:
- По напряжению в месте установки:
U.ном ≥Uсет.ном(11.9)
- По длительно допустимому току:
Iном. ≥ Iном.рас(11.10)
- По электродинамической стойкости:
iпр.скв ≥ iУД(11.11)
- По термической стойкости:
It2·t ≥(11.12)

Осуществим проверку разъединителя РЛНД-1-10Б/400 УХЛ1.
...

Заключение
В данной работе была спроектирована система электроснабжения нового микрорайона города Старый Оскол, расположенного в Белгородской области.
Выбранная схема электроснабжения обеспечивает необходимое качество электроэнергии у электроприемников жилых и общественных зданий по допустимым потерям напряжения и по размаху изменения напряжения: магистральная на высоком напряжении и радиальная - на низком.
Произведена компенсация реактивной мощности для снижения нагрузки на внешнюю сеть электроснабжения и увеличения пропускной способности питающих линий.
Произведен выбор и последующая проверка кабельных линий как по условию нагрева длительно допустимым током, так и по условиям термической стойкости к токам КЗ;
Было выбрано основное силовое оборудование на напряжения 10 кВ и 0,4 кВ.  Проведен расчет токов короткого замыкания, по итогам которого была произведена проверка выбранного оборудования на термическую и электродинамическую стойкость.
...