Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Тюменской области

«Тюменский лесотехнический техникум»

 «Расчет электрической сети и электрической части подстанции производственного объекта с составлением графика планово-предупредительного ремонта»

 ПМ 02 МДК 01.03. Эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных и гражданских зданий.

Специальность: 08.02.09 Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий

Методические рекомендации к курсовой работе  по ПМ 02 МДК 01.03. Эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных и гражданских зданий для специальности: 08.02.09 Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий

Тема: «Расчет электрической сети и электрической части подстанции производственного объекта». Разработаны в соответствии с ФГОС СПО и учебным планом. Методические рекомендации являются вспомогательным материалом к выполнению курсовой  работы и содержит комплекс необходимых данных к выполнению расчетов и составлению пояснительной записки.

В них рассмотрены задачи работы, примерная тематика, характер исходных данных, примерный объем, содержание отдельных частей работы, а  также порядок выполнения работы.

Разработчики: Преподаватель Богданов И.Ю., преподаватель Гребенников И.Ю.

Рецензент: Доцент Кафедры электроснабжения Аграрного Университета Северного Зауралья, К.Т.Н. Савчук И.В., председатель ПЦК  Монтаж и эксплуатация электрооборудования Козлов А.В.

Печатается по решению Методического совета ГАПОУ ТО «Тюменский лесотехнический техникум», протокол ________________

               

Руководитель УМО

___________ Пащенко Т.С.

« ___»______________   
ПЦК «Монтаж и эксплуатация электрооборудования»
№ протокола   ___
______________201__г.

 

Председатель
цикловой комиссии_______________ Козлов А.В

 

1       Расчет электрических нагрузок

Заданы варианты потребителей населенного пункта, включающие производственную нагрузку.

Таблица 1. Электрические нагрузки сельскохозяйственных и производственных потребителей.

 

1.1 Расчет мощности на участках ВЛ 0,38 кВ

Расчетные мощности дневного и вечернего максимума нагрузки определяются по расчетным схемам. Расчетная схема подстанции отражает распределение потребителей по линиям, их конфигурацию, схему подключения потребителей, длину участков связи, принятую нумерацию.

Для определения полной составляющей нагрузки используем характерные значения сos φ потребителей для дневного и вечернего максимума нагрузки:

  , В*А.                                                            (1)

 , Вар.                                                 (2)

Рассчитаем нагрузки участков отходящих ВЛ 0,38 кВ для ТП-1.

Коэффициенты мощности определяются по таблице 2.

Таблица 2. Коэффициенты мощности и реактивной мощности потребителей и ТП напряжением 10/0,4 кВ при максимальной нагрузке.

Потребитель	Дневной		Вечерний
	сos φ	tg φ	сos φ	tg φ
Животноводческие и птицеводческие помещения	0,75	0,88	0,85	0,62
Те же, с электронагревом	0,92	0,43	0,96	0,29
Кормоцехи	0,75	0,88	0,78	0,80
Зернохранилища	0,70	1,02	0,75	0,88
Установки орошения и дренажа почвы	0,80	0,75	0,80	0,75
Парники и теплицы	0,92	0,43	0,96	0,29
Мастерские, тракторные станы, гаражи.	0,70	1,02	0,75	0,88
Мельницы, маслобойки	0,80	0,75	0,85	0,62
Цеха по переработке с/х продукции	0,75	0,88	0,80	0,75
Общественные учреждения и коммунальные предприятия	0,85	0,62	0,90	0,48
Жилые дома без электроплит	0,90	0,48	0,93	0,40
Жилые дома с электроплитами	0,92	0,43	0,96	0,29

 

Результаты расчетов сводятся в таблицу.

 

1.2 Расчет наружного освещения

Нагрузки наружного освещения принимают по нормам освещенности улиц и хозяйственных дворов. Нагрузки улиц при освещенности 4 лк.

Используем светильник РКУ01-125-008, мощность которого P=125 Вт.

Рассчитываем количество светильников по формуле:

       , (шт)                                                 (3)

Далее рассчитываем установленную мощность:

 

                                                       Р сумм.= NхРсвет.=Nх125. (кВт)
                                S осв.=Рсумм.осв./0.92,  

                                                                                                                 (4)

1.3 Расчет нагрузок ТП 10/0,4 кВ

Суммарную нагрузку трансформаторной подстанции определяем по расчетным максимальным нагрузкам головных участков отходящих ВЛ с учетом добавок мощности и характерных сos φ и для трансформаторного пункта с нагрузкой смешанного типа.

Полную мощность на шинах ТП 10/0,4 кВ определяем по формуле

                                 

 (5)

где k- число отходящих от ТП линий с учетом наружного освещения; - максимальная полная мощность на линии из числа k; - добавка мощности соответствующей линии из числа k-1; j- номер отходящей от ТП воздушной линии.

 , Вт                                                   (6)

 , ВАр                                                  (7)

Мощность трансформаторов выбирается по наибольшей полной мощности из дневного или вечернего максимума с учетом условия:

S_ном≥S_max                                                                                      (8)

где S_max- наибольшая нагрузка подстанции на расчетный период (5 лет).

По загрузке в часы дневного максимума и с учетом перспективы роста нагрузок на данной территории за 5 лет в 1,3 раза определяем расчетную мощность трансформатора как

                                              (9)

В соответствии с рекомендациями выбираем трансформатор с номинальной мощностью S_ном

Параметры ТП приведены в таблице 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3. Нагрузка трансформаторной подстанции

2       Расчет электрических сетей

2.1 Расчет допустимых потерь напряжения

Допустимые отклонения напряжения у потребителей в соответствии с ГОСТ 13109-97 составляют ±5%. Надбавка напряжения на шинах районной ТП 35/10 кВ в часы максимума нагрузки составляет +2,5%.

Минимальная нагрузка для сельских потребителей принимается Р_min= 0.25* Р_max. В часы минимума напряжение на шинах районной ТП составляет U_ТП35/10=0%. Добавку трансформатора КТП принимаем +5%. Потери напряжения в трансформаторе при максимальной нагрузке-4%; при минимальной-1%. Результаты сводим в таблицу 4.

Таблица 4. Отклонения напряжения в элементах сети

Элементы сети	Отклонение напряжения, % при нагрузке
	Рmax	Рmin= 0.25* Рmax
Шины 10 кВ (UТП35/10=0) Линия 10 кВ (U10)	+2,5% -4%	0 -1%
Трансформатор 10/0,4 кВ Добавка (Uдоб) Потери (UТ)	+5% -4%	+5% -1%
Линия 0,38 кВ (U0,38)	-4,5%	-1,125%
Потребитель (Uпотр)	-5%	+1,875%

 

Отклонение напряжения у потребителя определяется формулой

 ,В                             (10)

где -отклонение напряжения на шинах ТП 35/10; - добавка и потери в трансформаторе 10/0,4, потеря напряжения в линии соответственно 10 кВ и 0,38 кВ.

Допустимая потеря напряжения в линиях 10 и 0,38 кВ при максимальной нагрузке составит

Допустимая потеря напряжения распределяется между воздушной линией 10 кВ и 0,38 кВ приблизительно поровну. Учитывая, что протяженность линии 10 кВ невелика, принимаем: для ВЛ 10кВ- =4%; для ВЛ 0,38 кВ- =4,5%.

Проверим уровень напряжения у потребителей при минимальной нагрузке 25% от Р_max. При этом учтем, что потери напряжения в линиях и трансформаторе уменьшаются в 4 раза:

 

что в пределах нормы.

2.2 Выбор сечения проводов ВЛ 0,38 кВ

Сечение проводов линий электропередач оказывает влияние на все основные характеристики системы электроснабжения: затраты на сооружение и эксплуатацию, уровень потерь мощности и энергии, надежность электроснабжения и качество электроэнергии.

Основными критериями при выборе сечения проводов являются:

• Технико-экономические показатели
• Механическая прочность проводов ВЛ
• Допустимый нагрев проводов
• Допустимая потеря напряжения

Далее берем максимальную нагрузку участка и определяем ток по данной формуле:

   , А                                               (11)

где -номинальное напряжение сети.

Основным критерием при выборе сечения сельских распределительных сетей 0,38 кВ и 10 кВ является уровень напряжения у потребителей. При этом выполнение других критериев осуществляется проверкой.

Потеря напряжения в линии 0,38 кВ, состоящей из нескольких участков, определяется по формуле

  В                                         (12)

где - активная и реактивная мощность участка; -активное и индуктивное сопротивление участка; - рабочее напряжение ВЛ; n- число участков.

Поскольку в целях удобства монтажа все участки одной ВЛ 0,38 кВ выполняются проводами одного сечения,

R_i=r₀*l_i; Ом/км                                                    (13)

X_i=x₀*l_i.  Ом/км                                                   (14)

Тогда формула может быть представлена в виде

 , В                                (15)

или

                                            (16)

где - суммарный момент активной мощности магистрали (кВт*км); - суммарный момент реактивной мощности (кВар *км).

Допустимой потерей напряжения воздушной линии 0,38 кВ является

                                                                                  (17)

Выберем сечение проводов ВЛ 0,38 кВ (таблица 5) и данные заносим в таблицу.

Таблица 5. Активное и индуктивное сопротивление самонесущих изолированных проводов, Ом/км

Результаты заносим в таблицу

№ ВЛ	Сечение провода (дневной max)
	Mа, кВт*км	Mр, кВар*км		Марка провода
1

2.3 Расчет линии 10 кВ

Допустимая потеря напряжения ВЛ 10 кВ составляет

                                                                                      (18)

Определим моменты активной и реактивной нагрузки ВЛ.

Определим потерю напряжения в магистрали при допустимых сечениях провода.

Внимание: расчет проводится аналогично пункту 2.2.

Принимаем для ВЛ 10кВ сечение провода выбранной марки А, АС из таблицы 6.

 

Таблица 6. Активное и индуктивное сопротивление проводов марки АС

 

• Расчет электрической части трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ

3.1 Расчетные схемы замещения электрической сети

Целью расчета токов короткого замыкания является: проверка аппаратов на термическую и электродинамическую стойкость; выбор защитных аппаратов линий и трансформатора; проверка условий надежности, селективности и чувствительности защиты.

Z_c-сопротивление системы.

                                                                                                                  (19)

где U_ср=10,5 кВ, I_Кс=1,5 кА.Установившийся ток короткого замыкания на шинах 10кВ

Сопротивление системы, приведенное к напряжению 0,4 кВ

                                                   (20)

где . приведенный коэфициент трансформации

Для ВЛ 10кВ выбран провод АС-35. Длина которого l₁₀=12 км. Активное и индуктивное сопротивления линии составляют

                                                  (21)                            
                                                  (22)

                                               (23)

Сопротивление ВЛ 10 кВ, приведенное к напряжению 0,4 кВ

                                                 (24)

Для ВЛ-1 выбран провод из предыдущего раздела, с длиной линии переведенного в км.

Активное и индуктивное сопротивления линии составляют

                                                   (25)
                                                   (26)

                                                (27)

Результаты расчета приведены в таблицу.

№ линии	Марка провода	Длина, км	Rл, Ом	Xл, Ом	Zл, Ом
10
1

 

3.2 Расчет токов короткого замыкания

Для ТП-1 ток трехфазного короткого замыкания в точке Кв составит

                                                                                    (28)

Ток трехфазного КЗ в точке Кв. приведенный к напряжению 10 кВ, будет

                                                                                                (29)

Ток трехфазного короткого замыкания в точке Кн составит

                                                                                    (30)

Для определения Z_т определяем следующие значения

                                          (31)

где =2,13 кВт, U_н=0,4 кВ, S_н- мощность выбранного трансформатора.

                                            (32)

где =4,7 кВ.

                                          (33)

где R₀=0,002 Ом.

Ток трехфазного КЗ в точке К1 ВЛ-1:

                                        (34)

Ток двухфазного короткого замыкания в точке К1 (ВЛ-1):

                                                 (35)

Ток однофазного короткого замыкания в точке К1 (ВЛ-1):

                                                                                                        (36)

где =220-фазное напряжение; - полное сопротивление трансформатора при однофазном КЗ на стороне 0,4 кВ, Z_ТО=2,58 Ом;  - сопротивление петли «фаза-ноль».

                                        (37)         

Результаты расчетов токов короткого замыкания представляем  в таблицу 

Расчетные токи КЗ, А	На ТП	Ток 3-фазного КЗ в точке Кв, А
		Ток 3-фазного КЗ в точке Кн, А
	В линиях	№ линии	3-фаз	2-фаз	1-фаз
		1

 

3.3 Выбор электрических аппаратов ТП 10/0,4 кВ

Для ТП-1 максимальный рабочий ток на стороне высокого напряжения составит

                                                 (38)

Максимальный рабочий ток на стороне высокого напряжения составит

                                                (39)

Ударный ток при трехфазном КЗ на шинах 10 кВ

                                                                                        (40)

где – К уд. ударный коэффициент, Гл. ? (2).

                                                                                              (41)

Постоянная времени затухания определяется из соотношения параметров сети короткого замыкания

                                                                                                    (42)

где X_к=8,74 Ом, =314, =24,72 Ом.

Ударный ток на шинах высокого напряжения ТП

                                                                                        (43)

Ударный ток на шинах низкого напряжения ТП

                                                                                      (44)

Намечаем к установке на ТП разъединитель РЛНД1-10Б/200У.

Для установки на стороне 0,4 кВ ТП принимаем рубильник.

Выбираем счетчик электронный многотарифного типа Ф669М, он имеет нагрузку S_сч.н=3,4кВ. Сопротивление проводов вторичной цепи

                                                                                                              (45)

где l=1 м- длина провода; - коэффициент, учитывающий схему соединения ТТ (для полной звезды ); =32 м/Ом*мм²- удельная проводимость алюминиевого проводника; F=2,5 мм²- сечение провода.

Принимаем сопротивление контактов цепи R_к=0,1 Ом. Расчетная мощность нагрузки измерительного трансформатора при номинальном вторичном токе I_{изм. тр.}=5 А.

                                                  (46)

3.4 Защита силового трансформатора 10/0,4 кВ

Силовые трансформаторы защищаются от многофазных КЗ в обмотках и выводах, а также от токов, обусловленных внешними КЗ. Как правило, при мощности трансформаторов с S_н≤1000 кВА для защиты применяют предохранители типа ПК.

Плавкая вставка предохранителя выбирается с учетом отстройки от максимального тока нагрузки

I_ПВ≥1,25*I_{max p}                                                                   (47)

Выбираем для установки на ТП-1 предохранитель типа ПК с током плавкой вставки.

3.5 Защита линий 0,38 кВ

Для защита ВЛ 0,38 кВ применяют, как правило, автоматические выключатели типа ВА51, АЕ20, А37, имеющие как тепловой, так и электромагнитный расцепитель.

Максимальный рабочий ток в линии определяется как :

                                            (48)

Ток теплового расцепителя автоматического выключателя выбирается из условий:

I_т≥(1,1-1,3) * I_{max p}                                                          (49)

Коэффициент надежности к_н=(1,1-1,3) принимается ближе к верхней границе интервала, если нагрузка ВЛ носит преимущественно двигательный характер. Если преобладает электронагрев и освещение, то  к_н=1,1. Для смешанного типа нагрузки.

Выбираем автоматический выключатель с номинальным током теплового расцепителя I_ТН. Коэффициент чувствительности для проверки теплового расцепителя определяется как

                                                                                                    (50)

4       Грозозащита и заземление подстанции 10/0,4 кВ

От перенапряжений трансформатора 10/0,4 кВ, согласно типовому проекту, защищается вентильными разрядниками: со стороны высокого напряжения – РВО-10, со стороны низкого – РВН-1.

В соответствии с ПУЭ произведем расчет заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали трансформатора, при напряжении 380 В не должно превышать 4 Ом. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом естественных заземлений и повторных заземлений нулевого провода при количестве отходящих линий не менее двух.

Сопротивление повторного заземления выполняется на концах ВЛ или ответвлений на них, длина которых более 200 м, и его значение должно быть не более 30 Ом.  Общее сопротивление растекания заземлителей повторного заземления каждой ВЛ не должно превышать 10 Ом при линейном напряжении 380 В.

Так как длина отходящих от проектируемой подстанции ВЛ не превышает 200 м, общее сопротивление заземляющего устройства 4 Ом целесообразно обеспечить за счет заземляющего устройства ТП, к которому непосредственно присоединена нейтраль силового трансформатора 10/0,4 кВ.

Заземляющее устройство выполним в виде квадратного контура со стороной а=10 м, проложенного на глубине l_п=0.7 м от поверхности земли стальной полосой сечением 40х4 мм, соединяющей вертикальные стержни длиной l=5м и диаметром d=16 мм.

Удельное сопротивление грунта определяем по формуле

ρ =k_c*k_в* ρ_изм                                                                           (51)

где k_c-коэффициент сезонности; k_в- коэффициент, зависящий от влажности земли; ρ_изм- измеренное сопротивление грунта , Ом*м.

В средних климатических зонах для вертикальных электродов длиной 3-5 м k_с-=1,45-1,115, для горизонтальных электродов длиной 10-15 м k_с=3,5-2,0.

Принимаем в расчете горизонтальных заземлителей k_с=3,5; k_в=1.

Длина соединительной полосы равно периметру контура заземления

l_p=4*a.                                                  (52)

Сопротивление полосы горизонтального заземляющего устройства будет

                                        (53)

Предварительно принимаем в заземляющем контуре 6 вертикальных заземлителей.

Для горизонтальной полосы, соединяющей стержни длиной 5 м и расстоянием 5 м между ними, с учетом использования горизонтального коэффициента k_и.г.=0,45, сопротивление горизонтального заземляющего устройства определяем по формуле

                                                                                                        (54)

Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали трансформатора, при напряжении 380 В не должно превышать 4 Ом. Так как сопротивление горизонтальных заземлителей R_г.у > 4 Ом, следовательно, необходимы вертикальные заземлители общим сопротивлением

                                                                                                  (55)

Принимаем в расчет вертикальных заземлителей k_с=1,45; k_в=1; ρ_изм

Расстояние от поверхности земли до середины стержня

h_c=l_п+l/2                                                    (56)

Сопротивление одного вертикального заземлителя:

                            (57)

Для 6 вертикальных электродов длиной 5 м и расстоянием между ними 5 м с учетом экранирующего коэффициента использования вертикальных заземлителей k_и.в.=0,65 определяем расчетное количество вертикальных заземлителей по формуле

                                                                                              (58)

Принимаем большее ближайшее число стержней вертикального заземлителя n_в; k_и.г; k_и.в.

Тогда общее сопротивление горизонтальных заземлителей будет

 

Общее сопротивление вертикальных заземлителей будет

                                                                                                (59)

Общее сопротивление заземляющего устройства ТП будет

                                                                                              (60)

Что находиться в пределах нормы.

Таким образом, спроектированное заземляющее устройство соответствует требованиям ПУЭ к обеспечению безопасности обслуживания электроустановок напряжением 380 В с заземленной нейтралью.

 

 

Список литературы

 

 

• Правила устройства электроустановок. Издание «Норматика» 2018.

 

 

• Коробов Г.В. Электроснабжение. Курсовое проектирование. Издательство «Лань», 2014.

 

 

• Л.А. Федотова

          Выбор кабельных линий, автоматических

          выключателей и предохранителей в сети 0,4  

Учебное электронное текстовое издание.Уральский Технический Университет. 2018.