Проектування міських ліній електропостачання
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Харьківська національна академія міського господарства
Кафедра світлотехніки та джерела світла
Курсова робота
“Проектування міських ліній
електропостачання»
Виконав: студент 3 курсу, гр. СДС-3
Перевірив: доцент, к.т.н.
Харків - 2011
Зміст
- Вступ
- Завдання на проектувальну частину
- Вибір системи електропостачання
- Вибір категорії надійності
- Вибір схеми живлення
- Розрахунок потужності будівлі
- Вибір трансформатора
- Розрахунок втрати напруги загальної потужності трансформатора
- Розрахунок перерізу провідників за тривало допустимим струмом
- Вибір перерізу провідників за моментами навантаження
- Вводно-розподільні пристрої
- Автомати захисту
- Основні заходи захисту від ураження електричним струмом
- Висновок
- Перелік використаної літератури
- Втсуп
На території міст і у сільській місцевості розташовані різноманітні
об’єкти (споживачі), які використовують електричну енергію для реалізації те-хнологічних процесів. Електроспоживачі розміщаються в будівлях і спорудах на території підприємств, будівельних майданчиків, житлових будинків тощо. Основна питома вага в споживанні електричної енергії припадає на міста, на території яких розташовані основні промислові підприємства і проживає більша частина населення країни.
У системі електропостачання об’єктів виділяють наступні групи електроустановок: з виробництва електроенергії – електричні станції; з перетворення і розподілу електроенергії – електричні підстанції; з транспортування (розподілу) електроенергії – лінії електропередачі (ЛЕП), з споживання електроенергії – приймачі електроенергії.
- Завдання
Навантаження комунально-побутових споживачів
Варіант № 17
Номер корпуса |
Найменування споживача |
Кількість поверхів |
Одиниця вимірюв. |
Місткість F, м2 |
Питомий показник |
COSφ/ tgφ |
Кільк. ліфтів |
Руст, кВт |
Кс.л.. |
|
42А |
Перукарня |
__ |
Крісло |
9 |
1,3 |
0,97/0,25 |
__ |
__ |
__ |
24 |
Житловий будинок |
9 |
Квартира |
173 |
0,45 |
0,92/0,42 |
5 |
11 |
0,55 |
23 |
Житловий будинок |
16 |
Квартира |
223 |
0,82 |
0,92/0,42 |
6 |
9; 11 |
0,75 |
- Вибір системи електропостачання
Для живлення споживачів, розташованих на території міста, створюються спеціальні електричні мережі, які у порівнянні з електричними мережами електричних систем мають свої характерні особливості. Найбільш повно ці особливості виявляються при створенні електричних мереж в великих містах. В даний час такі мережі утворюють специфічні системи електропостачання міст.
Під системою електропостачання міст розуміється сукупність електричних мереж і трансформаторних підсанцій, які розташовані на території міста та предназначені для забезпечення споживачів електричною енергією. Розрізняють мережі електропостачання напругою 35 - 110 кВ і вище, та розподілчі мережі напругою 0,38 і 6 - 10 кВ.
Система електропостачання охоплює всіх споживачів міста, вкючаючи промислові підприємства, електрофіковані транспортні засоби та ін. Маленькі міста та селища міського типу досить часто розташовуються близько великих промислових підприємств, які мають самостійні системи електропостачання. Для живлення таких поселень створюються більш простіші системи електропостачання, які пов’язані з системами електропостачання прилеглих підприємств. Основні показники системи визначаються місцевими умовами: розмір міста, наявність джерела живлення, характеристики споживачів.
Як правило, живлення систем електропостачання здійснюється через живлячі пункти енергосистеми і власні заводські електростанції (звичайно ТЕЦ).
Системи електропостачання складаються з живлячих розподільних підстанцій і зв'язуючих їх електричних мереж.
Схема електропостачання повинна бути надійна, економічна і безпечна в експлуатації. Вона повинна забезпечувати необхідну якість електроенергії в нормальному і післяаварійному режимах.
Одним з основних елементів
електропостачання є
Підстанція призначена для перетворення і розподілу електроенергії і складається з трансформаторів і інших перетворювачів енергії розподільних пристроїв і пристроїв управління. Залежно від переважання тієї або іншої функції підстанції називають трансформаторним або перетворювальними.
При побудові міської живлячої мережі повинні дотримуватися вимогам ПУЕ. Згідно з ПУЕ живлячі мережі напругою вище 1000 В у всіх випадках конструюються за схемами з автоматичним резервуванням введень в РП. Живлячі лінії, як правило, виконують кабелями з алюмінієвими жилами максимальним перерізом 185 – 240 мм2 , так як це зменшує кількість лінійних вічок в розподільному пристрою ЦП.
На рис. 1 приведені
найбільш розповсюджені схеми міських
живлячих мереж 6 – 10 кВ, які застосовуються
для електропостачання
Рис. 1 - Схема міських живлячих мереж 6 – 10 Кв.
Вибір категорії надійності
Всі порівнювані варіанти розвитку мережі повинні забезпечувати однаковий корисний відпуск електроенергії споживачам при заданому режимі споживання (потужності навантаження). Кожен варіант мережі повинен забезпечувати необхідну надійність, під якою розуміється здатність виконувати задані функції. Вимоги до надійності електропостачання визначаються ПУЕ, залежно від категорій електроприймачів. Згідно з ПУЕ всі електроприймачі з необхідної міри надійності розділені на три категорії:
I категорія — порушення електропостачання може спричинити за собою небезпеку для життя людей або значні збитки, пов'язані з пошкодженням устаткування, масовим браком продукції або тривалим розладом складного технологічного процесу.
II категорія — перерва в електропостачанні цих приймачів пов'язана з масовим недопуском продукції, простоєм виробництва, механізмів і промислового транспорту (металоріжучих верстатів, штампувальних пресів, механізмів текстильних фабрик і т. д.).
III категорія — всі електроприймачі, не віднесені до першої і другої категорії (підсобні цехи, допоміжні виробництва).
Згідно основним ознакам трьох категорій ми робимо вибір, що для надійності електропостачаня електроприймачів данних споруд підходить II категорія.
Електропостачання приймачів II категорії надійності електропостачання рекомендується здійснювати від двох незалежних взаєморсзервованих джерел. Допускається перерва в електропостачанні на час, необхідний для вмикання резервного живлення черговим персоналом чи виїзною оперативною бригадою.
5. Вибір схеми живлення
В будівлі встановлюють один загальний ввідно-розподільний пристрій (ВРП) або ГРЩ, призначені для прийому електроенергії від міської мережі і розподілу її по споживачах будівлі. Збільшення кількості ВРП (ГРЩ) допускається при живленні від ТП, що окремо стоїть, і навантаженні на кожному з введень в нормальному і аварійному режимах понад 400 - 630 А.
У кожного з абонентів, розташованих в будівлі, встановлюють самостійний ВРП, що живиться від загального ВРП (ГРЩ) будівлі.
Електричні мережі до 1 кВ житлових і суспільних будівель за призначенням умовно ділять на живлячі і розподільні. Живлячою мережею є лінії, що йдуть від трансформаторної підстанції до ВРП і від ВРП до силових розподільних пунктів в силовій мережі і до групових щитків в освітлювальній мережі. Розподільною мережею називають лінії, що йдуть від розподільних пунктів в силовій мережі до силових електроприймачів.
Груповою мережею є:
- лінії, що йдуть від групових
щитків освітлення до
- лінії від поверхових групових
щитків до електроприймачів
Мережі виконують по радіальній, магістральній і змішаній схемах.
У житлових і суспільних будівлях лінії групової мережі, що прокладаються від групових щитків до штепсельних розеток, виконують трьохдротяними (фазний, нульовий робочий і нульовий захисний провідники).
В данній роботі ми вибираємо радіальну схему електропостачання (рис.2)
Рис. 2 – Радіальна схема силової мережі
1- розподільний щит; 2 – автоматичний вимикач; 3 – пусковий апарат; 4 – лінія; 5 – розподільний пункт; 6 – електроприймач.
Перевага радіальної схеми полягає в її надійності, так як при виході з ладу однієї лінії живлення відключається тільки один електроприймач або група електроприймачів, приєднаних до одного розподільного пункту. Однак ця схема має суттєві недоліки , полягають у великому числі живлячих ліній, збільшеній протяжонности мережі , і отже значному рас ході цвітного металу.
У житлових будинках число горизонтальних живлячих ліній квартир повинне бути мінімальним. Навантаження кожної живлячої лінії, що відходить від ВРП, не повинне перевищувати 250 А.
Схеми електричних мереж житлових будинків виконують, виходячи з наступного:
- живлення квартир і силових електроприймачів, зокрема ліфтів, повинне, як правило, здійснюватися від загальних секцій ВРП. Роздільне їх живлення виконують тільки у випадках, коли розмахи зміни напруги на затисках ламп в квартирах при включенні ліфтів вище регламентуються ГОСТ 13109-98;
- розподільні лінії живлення вентиляторів димовідведення і підпору повітря, встановлених в одній секції, повинні бути самостійними для кожного вентилятора або шафи, від якої живляться декілька вентиляторів, починаючи від щита протипожежних пристроїв ВРП. При цьому відповідні вентилятори або шафи, розташовані в різних секціях, рекомендується живити по одній лінії незалежно від числа секцій, підключених до ВРП.
Живлення освітлення сходових кліток, поверхових коридорів, вестибюлів, холів та інших приміщень будинку поза квартирами, номерних знаків і покажчиків пожежних гідрантів, вогнів світлової огорожі і домофонів повинно виконуватись лініями безпосередньо від ВРП. При цьому лінії живлення домофонів і вогнів світлової огорожі повинні бути самостійними.
Живлення підсилювачів телевізійних сигналів здійснюєть від групових ліній освітлення горищ, а в будівлях без горищ - самостійними лініями від ВРП.
Силові електроприймачі
6. Розрахунок потужності будівлі
В основі розрахунку використовується
навантаження одного споживача, яким є
квартира. Розрахункове електричне навантаження
одного квартирного житлового будинку
де Ркв - розрахункове навантаження будинку квартирного типу; n - число квартир; Ркв.уд- питоме навантаження, відповідне числу квартир, кВт/кв.
Значення навантажень є приведеними, вони встановлені з урахуванням коефіцієнта одночасності залежно від числа квартир і є довідковими даними.
Силове навантаження загальнобудинкових приймачів електричної енергії, включаючи ліфти, визначають окремо, з урахуванням відповідних коефіцієнтів попиту і потужності. В результаті розрахункове навантаження житлового будинку, який не має вбудованих установ, визначають як суму навантаження квартир і силового навантаження загальнобудинкових приймачів:
де Рж.д- навантаження житлового будинку; Рс- силове навантаження загальнобудинкових установок; k- коефіцієнт, що враховує участь потужності силових установок в максимумі навантаження квартир, рівний 0,9.
В свою чергу, силове навантаження для ліфтових установок рівне:
де kс.л. - розрахунковий коефіцієнт попиту для ліфтових установок, визначуваний за довідковими даними; m - кількість ліфтів; Руст. - встановлена потужність електродвигуна ліфта, кВт.
Повне розрахункове навантаження житлового будинку визначають по формулі:
де cosφж.д и cosφс - коефіцієнти потужності, що характеризують навантаження квартир і загальнобудинкових приймачів відповідно.
Сумарні розрахункові
активні і реактивні
Підставляемо індивідуальні значення до відповідних формул (1), (2), (3), (4) та (5).
Будинок № 42А:
Ркв. = 1,3∙ 9 = 11,7 кВт
Рж.д. = 11,7 + 0 = 11,7 кВт
Sж.д. = 11,7/0,97 + 0,9∙ 0 = 12,06 кВА
Qр.ж.д. = 11,7∙ 0,25 + 0,9∙ 0 = 2,93 кВАр
Будинок № 24:
Ркв. = 0,45∙ 173 = 77,85 кВт
Рж.д. = 77,85 + 0,9∙ 30,25 = 105,08 кВт
Sж.д. = 77,85/0,92 + 0,9∙ 30,25/0,9 = 114,87 кВА
Qр.ж.д. = 77,85∙ 0,42 + 0,9∙ 30,25∙ 0,5 = 46,30 кВАр
Будинок № 23
Ркв. = 0,82∙ 223 = 182,86 кВт
Рж.д. = 182,86 + 0,9∙ 38,25 = 217,29 кВт
Sж.д. = 182,86/0,92 + 0,9∙ 38,25/0,9 = 237,01 кВА
Qр.ж.д. = 182,86∙ 0,42 + 0,9∙ 38,25∙ 0,5 = 94,01 кВАр
Розрахунок навантажень
№ будинку |
Р, кВт |
Q, кВАр |
S, кВА |
42А |
11,7 |
2,93 |
12,06 |
24 |
105,08 |
46,3 |
114,87 |
23 |
217,29 |
94,01 |
237,01 |
334,07 |
143,24 |
363,94 |
7. Вибір трансформатора
Підстанцією називається електроустановка, яка слугує для перетворення та розподілення електроенергії і вона складається з трансформаторів або інших перетворювачів електроенергії, розподільних пристроїв (РП) і за необхідністю допоміжних пристроїв (акумуляторних батарей або інших джерел живлення).
При розробці схем енергопостачання об'єктів однією з важливих задач є визначення кількості і потужності силових трансформаторів на підстанціях. Число трансформаторів на споживацькій підстанції 6... 10/0,4 кВ залежить від категорії споживачів по надійності електропостачання.
В системах електропостачання міста
потужність силових трансформаторів
повинні забезпечувати в
Вибір трансформаторів полягає
у визначенні їх необхідного числа,
типу, номінальних напруг і потужності,
а також групи і схеми з'
Правильне визначення числа і потужності трансформаторів можливе тільки з урахуванням наступних чинників: категорії надійності електропостачання споживачів; компенсації реактивних навантажень на напрузі до 1 кВ; перевантажувальної здатності трансформаторів в нормальному і аварійному режимах; кроку стандартних потужностей; економічних режимів роботи трансформаторів залежно від графіка навантаження.
Звичайно на підстанції вибирають один або два трансформатори.
Визначаємо кількість
Кз – коефіцієнт завантаження в нормальному режимі (0,6 — 0,8);
Sтт – прийнята потужність трансформаторів ТП;
cos φ – коефіцієнт потужності (0,9);
nтр – кількість трансформаторів на ТП.
Підставляемо значення до формули (6):
NТП = 334,07/0,7∙ 400∙ 0,9∙ 2 = 0,66
Відповідно до ГОСТ 11920-85 і 12965-85 трансформатори мають наступні номінальні потужності: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА.
Із додатку про основні дані трансформаторів вибираємо відповідний трансформатор КТП – 400 – 10/0,4.
8. Розрахунок втрати напруги загальної потужності трансформатора
При виборі потужності трансформаторів зв'язку з системою з однією підвищеною напругою рекомендується керуватися наступними положеннями:
1. Якщо на підвищену
напругу трансформується
2. Потужність двох трансформаторів повинна бути рівна потужності на генераторній напрузі при номінальному навантаженні на всіх генераторах.
3. При невеликій віддачі
в систему можна встановлювати
один трансформатор,
- Якщо максимальне навантаження на шинах генераторної напруги перевищує встановлену потужність генераторів, то встановлюються два трансформатори, сумарна потужність яких рівна максимальній потужності, одержуваній з системи. В аварійних випадках один трансформатор з допустимим аварійним навантаженням повинен забезпечити бракуючу потужність на шинах генераторної напруги при нормальній роботі всіх генераторів.
У нашому випадку від вибраної ТП живляться 3 будівлі. Відповідно навантаження на трансформаторі складе:
Pтп = 334,07∙ 1 = 334,07 кВт
Sтп-1 = 334,07/0,9 = 371,19 кВА
Коефіцієнт завантаження в нормальному режимі рівний:
Кзн = 371,19∙ 2/2∙400 = 0,8
Коефіцієнт завантаження в аварійному режимі рівний:
Кза = 0,9∙ 371,19∙ 2/400 = 1,6
Оптимальні значення завантаження:
1) в нормальному режимі: 0,66÷0,8
2) в аварійному режимі: 1,22÷1,6.
Отже, найдені значення коефіцієнтів завантаження на трансформаторі задовольняють оптимальні значення завантаження.
9. Розрахунок перерізу провідників за тривало допустимим струмом
Захист від перегріву проводів та кабелів – важлива народногосподарська задача, що має першорядне значення для надійної роботи не тільки розподільних мереж низької напруги - міських, промислових та сільських, але і мереж високої напруги.
Допустима температура-це така найбільша температура, при якій провід або кабель зберігає свої електричні та механічні властивості.
Допустимі температури нагріву встановлені залежно від марки проводів та кабелів і матеріалу ізоляції.
При протіканні електричного струму в проводі виділяється теплота, частина якої йде на нагрівання проводу, а частина відводиться в навколишнє середовище.
Допустимий струм-це такий струм, при тривалому протіканні якого провідник нагрівається до допустимої температури.
Для розрахунку перерізу проводів за допустимою тривалої струмового навантаження необхідно знати номінальний струм, який повинен проходити по електричній проводці. Для розрахунку номінального струму необхідно знати сумарну потужність електричних приладів на відповідній ділянці мережі, наприклад, в груповій освітлювальній мережі.
Струм в живлячій лінії визначається за формулою:
де Р – активна розрахункова потужність однієї, двох або трьох фаз;
Uл - лінійна напруга мережі.
По формулі (11) визначаємо силу струму для данних будинків:
I42А
=
I24
=
I23
=
По струму автомата вибираємо переріз кабеля SI :
для будинку № 42А – 4 x 1,5 мм2 ;
для будинку № 24 – 4 x 50 мм2 ;
для будинку № 23 – 4 x 150 мм2 .
10. Вибір перерізу провідників за моментами навантаження
Щоб переконатися в вірності вибору перетину дроту за тривало допустимим струмом, проводимо перевірку за моментами навантаження по формулі :
де Р - потужність навантаження;
L – довжина лінії, яку вимірюємо згідно масштабу на плані мікрорайону.
Вимірявши, отримуємо такі значення L:
для будинку № 42А – 300 м,
для будинку №24 – 315 м,
для будинку № 23 – 135 м.
Підставимо значення до формули (12):
будинок № 42А: M = 11,7∙ 300 = 3510 кВт∙м,
будинок №24: M = 105,08∙ 315 = 33100,2 кВт∙м,
будинок № 23: M = 217,29∙ 135 = 29334,15 кВт∙м.
По заданным значениям визначаємо повну допустиму втрату напруги в живлячій лінії:
будинок № 42А: ΔU = 2%; S = 25 мм2;
будинок №24: ΔU = 4%; S = 120 мм2;
будинок № 23: ΔU = 2,8%; S = 150 мм2.
11. Вводно-росподільні пристрої
Вводно-розподільні пристрої (ВРУ) призначений для прийому, розподілу та врахування електричної енергії в мережах з напругою 380/220В трифазного змінного струму з частотою 50Гц, а також для захисту ліній у випадку перевантажень і коротких замикань.
В великих будівлях кількість ВРУ в залежності від навантажень може бути три і більше.
Вводно-розподільні пристрої складаються з елементів ввідної та розподільної частин в різних поєднаннях. Виконуються ВРУ у вигляді щитів одностороннього або двустороннього обслуговування, котрі збираються з панелей або шкафів.
Конструкції ВРУ розміщують біля стіни в електрощитових або інших приміщеннях. Допускається розміщувати ВП, ВРП і ГРЩ в приміщеннях, виділених в сухих підвалах або в технічних підпіллях, за умови, що ці приміщення легкодоступні для обслуговуючого персоналу та відділені від інших приміщень вогнетривкими перегородками з межею вогнестійкості не менше 0,75 год.
Електричні кола ВП, ВРП, ГРЩ, ВРЩ, розподільчих пунктів, групових щитків допускається виконувати проводами з алюмінієвими або алюмоміднимі жилами.
Вибираємо ВРП таким чином, щоб струм будинків не перевищував номінальний струм:
1) ВРУ1-17-70УХЛ4, 100 А
2) ВРУ1-13-10УХЛ4, 2x400 А
12. Автомати захисту
Кожна ділянка електричної мережі повинна бути забезпечена захищаючими пристроями, призначення
яких – автоматично відключати
цю ділянку, якщо по ньому почне протікати струм, що перевершує допустимий по нагріванню.
Для захисту мереж напругою до 1 кВ застосовуються:
а) плавкі запобіжники; б) автоматичні вимикачі з розчеплювачами; в) теплові реле, що діють на магнітний пускач або контактори.
При виборі апаратів захисту дотримуються наступних основних вимог.
1. Напруга і
номінальний струм апаратів
