Расчет электрических нагрузок

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня все объекты сельского хозяйства используют электроэнергию, все жилые дома в сельских населенных пунктах имеют электрический ввод. Воздушными линиями электропередачи охвачены все населенные пункты. Однако это не означает, что работы по электрификации сельского хозяйства закончились – электрическая нагрузка в сельском хозяйстве непрерывно возрастает, появляется необходимость в реконструкции, расширении линий электропередачи, внедрении новейшего оборудования взамен устаревшего.

Несмотря на некоторые положительные результаты, достигнутый уровень электрификации сельского хозяйства и объём электропотребления не отвечает современным требованиям. Энерговооружённость труда в сельскохозяйственном производстве значительно ниже, чем в промышленности. Поэтому достаточно большие перспективы открываются перед электрификацией сельского хозяйства в будущем. Намечается повысить энерговооруженность сельского хозяйства, увеличить объем потребления электроэнергии в сельскохозяйственном производстве, а также отпуск ее на коммунально-бытовые нужды сельского населения.

Электроснабжение производственных предприятий и населенных пунктов в сельской местности имеет свои особенности по сравнению с электроснабжением промышленных предприятий и городов. Основные особенности – необходимость подводить электроэнергию к огромному числу сравнительно маломощных потребителей, рассредоточенных по всей территории, низкое качество электроэнергии, требования повышенной надежности.

Таким образом, можно сделать вывод о большом значении проблем электроснабжения в сельском хозяйстве. От рационального решения этих проблем в значительной степени зависит экономическая эффективность применения электроэнергии в сельскохозяйственном производстве.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Студенту 72 эc группы Володько Д.И.;

2. Населенный пункт Белобоки с 92 домами;

3. Существующее годовое потребление электроэнергии на одно-

квартирный жилой дом 1560 кВт·ч;

4. Тип потребительской подстанции – КТП;

5. Сопротивление грунта ρ=115 Ом·м;

6. Коммунально-бытовые и производственные потребители в таблице 1.1

Таблица 1.1 – Коммунально-бытовые и производственные потребители

Номер шифра нагрузки	Наименование объекта	Дневной максимум	Вечерний максимум
, кВт	, кВар	, о.е.	, кВт	, кВар	, о.е.
	Столярный цех			0,83		­­-	1,00
	Мельница с жерновым поставом 7/4			0,78		-	1,00
	Гречерушка			0,83		-	1,00
	Бригадный дом с залом на 100 мест		-	1,00		-	1,00
	Фельдшерско-акушерский пункт		-	1,00		-	1,00
	Столовая с электро-нагревательным оборудованием на 35 мест			0,89			0,93
	Магазин промтоварный		-	1,00		-	1,00
	Фельдшерско-акушерский пункт		-	1,00		-	1,00

ВЫБОР ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Определяем число трансформаторных подстанций для населенного пункта Белобоки. Так как наш поселок не является протяженным, имеющим равномерно распределенную нагрузку, то приближенное число ТП можно определить по следующей формуле:

(4.1)

где – площадь населенного пункта, км²;

- допустимая потеря напряжения в сети напряжением 0,38 кВ (из таблицы 3.1).

Принимаем две трансформаторные подстанции.

СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ СЕТЕЙ 0,38 Кв

Составим расчетную схему низковольтной сети. Привяжем ее к плану населенного пункта Белобоки и намеченным трассам низковольтных линий. Нанесем потребители, укажем их мощность, обозначим номера расчетных участков и их длину.

Рис 6.1 – Схема сетей для КТП1

Рис 6.2 – Схема сетей для КТП2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ

Определяем потери энергии в сетях 0,38 кВ.

(9.1)

где – полная мощность на участке, кВА;

– удельное электрическое сопротивление проводов (приложение 3[1]), Ом/км;

– длина участка, км;

– время максимальных потерь, ч.

В зависимости от расчетной нагрузки на участках определяем число часов использования максимальной нагрузки (таблица 1.17[1]). Полученные значения сводим в таблицу 9.1.

По графику зависимости времени потерь от времени использования максимальной нагрузки (рисунок 5.3[1]) определяем время потерь для участков.

Определяем потери энергии для участка 1.3-1.4. Так как нагрузка смешанная, то для расчетной нагрузки на участке 1.3-1.4 Р_1.3-1.4=7,08 кВт соответствует интервал нагрузок Pp=до10 кВт. Годовое число использования максимума нагрузок для данного участка Тм=1300 ч. По графику для Тм=1300 ч определяем значение времени потерь τ=600 ч.

Аналогично определяем потери энергии на остальных участках линии 0,38 кВ и результаты сводим в таблицу 9.1.

Таблица 9.1 - Потери энергии в ВЛ 0,38 кВ для КТП 1

Участок	Длина участка, км	Расчетная нагрузка, кВт	Число часов использования максимума, ч	Время максимальных потерь, ч	Полная мощность, кВА	Марка провода	Активносте сопротивлние, Ом/км	Потери на участке, кВт ч
1.3-1.4	0,100	7,08			7,58	4х35+1х25	0,868	20,72
1.2-1.3	0,100	10,62			11,42	4х35+1х25	0,868	62,71
1.1-1.2	0,100	13,59			14,61	4х35+1х25	0,868	76,98
КТП1-1.1	0,056	17,08			18,37	4х35+1х25	0,868	90,87
1.7-1.8	0,080	5,76			6,19	4х35+1х25	0,868	11,07
1.6-1.7	0,100	9,63			10,35	4х35+1х25	0,868	38,63
1.5-1.6	0,080	12,75			13,71	4х35+1х25	0,868	72,32
1.11-1.12	0,012	7,00			7,00	4х35+1х25	0,868	2,12
1.10-1.11	0,040	7,60			7,60	4х35+1х25	0,868	8,33
1.9-1.10	0,012	8,20			8,20	4х35+1х25	0,868	2,90
1.5-1.9	0,040	8,80			8,80	4х35+1х25	0,868	11,18
КТП1-1.5	0,108	17,67			18,41	4х35+1х25	0,868	176,01
1.15-1.16	0,098	7,08			7,58	4х35+1х25	0,868	20,32
1.14-1.15	0,100	10,62			11,42	4х35+1х25	0,868	62,71
1.13-1.14	0,100	13,59			14,61	4х35+1х25	0,868	102,64
КТП1-1.13	0,116	16,57			17,82	4х35+1х25	0,868	177,13
Итого:	936,63

Таблица 9.2 - Потери энергии в ВЛ 0,38 кВ для КТП 2

Участок	Длина участка, км	Расчетная нагрузка, кВт	Число часов использования максимума, ч	Время максимальных потерь, ч	Полная мощность, кВА	Марка провода	Активносте сопротивлние, Ом/км	Потери на участке, кВт ч
2.3-2.4	0,012	4,00			4,00	4х35+1х25	0,868	0,69
2.2-2.3	0,040	8,40			8,40	4х35+1х25	0,868	10,18
2.1-2.2	0,012	10,80			10,80	4х35+1х25	0,868	6,73
КТП2-2.1	0,060	16,80			17,32	4х35+1х25	0,868	86,55
2.5-2.6	0,100	7,95			8,55	4х35+1х25	0,868	26,37

Таблица 9.2 - Продолжение

КТП2-2.5	0,144	11,93			12,83	4х35+1х25	0,868	113,99
2.9-2.10	0,100	7,08			7,58	4х35+1х25	0,868	20,72
2.8-2.9	0,100	10,62			11,42	4х35+1х25	0,868	62,72
2.7-2.8	0,060	13,59			14,61	4х35+1х25	0,868	61,59
2.14-2.15	0,060	5,76			6,19	4х35+1х25	0,868	8,29
2.13-2.14	0,100	8,64			9,29	4х35+1х25	0,868	31,13
2.12-2.13	0,100	11,90			12,8	4х35+1х25	0,868	78,79
2.11-2.12	0,100	15,02			16,15	4х35+1х25	0,868	125,43
2.7-2.11	0,052	17,36			18,67	4х35+1х25	0,868	87,16
КТП2-2.7	0,088	23,21			24,96	4х35+1х25	0,868	378,99
							Итого:	1099,32

Далее определим потери энергии в линии 10 кВ. Расчеты ведем аналогично расчетам для линии 0,38 кВ.

Таблица 9.3 Потери энергии в ВЛ 10 кВ

Участок	Длина участка, км	Расчетная нагрузка, кВт	Число часов использования максимума, ч	Время максимальных потерь, ч	Полная мощность, кВА	Марка провода	Активносте сопротивлние, Ом/км	Потери на участке, кВт ч
9-10	3,0	89,08			94,77	3x35	0,466	179,55
ИП-9	5,2	260,17			302,52	3x35	0,466	4182,53
7-8	3,0	60,00			75,00	3x35	0,466	112,45
2-7	1,8	284,00			342,17	3x35	0,466	1852,18
1-2	1,5	312,4			376,39	3x35	0,466	1867,65
ИП-1	3,6	348,9			419,87	3x35	0,466	5577,76
4-5	3,0	80,00			93,02	3x35	0,466	172,98
3-4	1,8	236,50			291,98	3x35	0,466	1348,67
3-6	2,5	160,00			190,48	3x35	0,466	729,99
ИП-3	6,0	422,03			508,47	3x35	0,466	13633,57
Итого:	29657,33

Определяем годовые потери электрической энергии в трансформаторах:

В первом:

(9.2)

где – потери к.з. в трансформаторе, кВт;

– потери холостого хода в трансформаторе, кВт;

– максимальная полная нагрузка трансформатора, кВА;

– номинальная мощность трансформатора, кВА;

– время максимальных потерь, ч.

Во втором:

Определяем общие потери в ВЛ 10 кВ, ВЛ 0,38 кВ, и в трансформаторе:

ВЫБОР АППАРАТУРЫ ПОДСТАНЦИИ

Производим выбор аппаратуры КТП. Для обеспечения надежной работы электрические аппараты должны быть выбраны по условиям максимального рабочего режима и проверены по режиму токов короткого замыкания.

Составляем схему электрических соединений подстанции, на которой указываем все основные электрические аппараты.

Рисунок 12.1 Схема электрических соединений подстанции.

В соответствии с ПУЭ электрические аппараты выбираются по следующим параметрам:

1. Выбор разъединителя.

Разъединитель выбираем из таблицы Приложения 53[1]

Таблица 12.1 – Выбор разъединителя РВЗ-10/400

Параметры	Каталожная величина аппарата	Расчетная величина установки	Условия выбора и проверки
Номинальное напряжение	Uн.а.=10 кВ	Uн.уст.=10 кВ	10=10
Номинальный ток	Iн.а.=400 A	Iр.макс.=5,1 A	400>5,1
Динамическая устойчивость	imax=41 кА		41>9,97
Термическая устойчивость			1024>0,071

Рабочий максимальный ток:

- номинальное напряжение аппарата, кВ;

- номинальное напряжение установки, кВ.

- номинальный ток разъединителя, А;

– максимальный рабочий ток, А.

номинальная мощность трансформатора, кВА;

- номинальное напряжение трансформатора, кВ.

- амплитудное значение предельного сквозного тока к.з., кА.

- ток термической стойкости, кА;

- предельное время протекания тока, с;

- действующее значение установившегося тока к.з., кА;

- фиктивное время протекания тока к.з, с;

- выдержка времени защиты на питающей стороне линии 10 кВ, принимаем для МТЗ ;

- собственное времяотключения выключателя, принимаем

Принимаем разъединитель марки РВЗ-10/400.

2. Выбор предохранителя.

Предохранители выбираем из таблицы Приложения 64[1]

Таблица 12.2 – Выбор высоковольтных предохранителей ПК-10.

Параметры	Каталожная величина аппарата	Расчетная величина установки	Условия выбора и проверки
Номинальное напряжение	Uн.а.=10 кВ	Uн.уст.=10 кВ	10=10
Номинальный ток	Iн.а.=30 A	Iр.макс.=5,1 A	30>5,1
Номинальная мощность отключения	Sн.откл=300 МВ∙А		300>128,22
Номинальный ток плавкой вставки	Iн.вст.=15 A	Iр.макс.=5,1 A	15>5,1

Принимаем предохранитель марки ПК-10/30

3. Выбор рубильника.

Выбираем рубильник из следующих условий:

- по напряжению ,

- по току

где – рабочий ток установки, А.

Принимаем рубильник марки РБ-35.

4. Выбор автоматических выключателей.

Выбираем автоматический выключатель для защиты фидера №1 из следующих условий:

- по напряжению ,

где - номинальное напряжение сети, В.

- по току

где - максимальный рабочий ток цепи, защищаемой аппаратом, А.

- по номинальному току теплового расцепителя

где - номинальный ток теплового расцепителя автомата, А;

- коэффициент надежности, учитывающий разброс по току срабатывания теплового расцепителя, принимается в пределах от 1,1 до 1,3.

- по предельно отключающему току

Окончательно принимаем автоматический выключатель ВА51-29 (таблица 2.19[1]).

Аналогично выбираем автоматические выключатели для всех остальных линий. Результаты выбора заносим в таблицу12.3.

Таблица 12.3 – Данные по выбору автоматических выключателей.

КТП1
Параметр	Фидер №1	Фидер №2	Фидер №3
Рабочий ток, А		30,87	17,82
Тип выключателя	ВА51-29	ВА51-29	ВА51-29
Номинальный ток выключателя, А
Номинальный ток теплового расцепителя, А	31,5		31,5
Ток электромагнитного расцепителя, А
Предельно отключающий ток, кА
КТП2
Рабочий ток, А	28,56	12,83	24,96
Тип выключателя	ВА51-29	ВА51-25	ВА51-29
Номинальный ток выключателя, А
Номинальный ток теплового расцепителя, А	31,5
Ток электромагнитного расцепителя, А
Предельно отключающий ток, кА

5. Выбор вентильных разрядников.

- по номинальному напряжению

где - номинальное напряжение разрядника, кВ;

- номинальное напряжение сети, кВ.

Для сети 10 кВ: ;

для сети 0,38 кВ:

Принимаем вентильные разрядники марок РС-10 и РВН-0,5

6. Выбор выключателя.

Таблица 12.4 – Выбор выключателя ВММ-10/200

Параметры	Каталожная величина аппарата	Расчетная величина установки	Условия выбора и проверки
Номинальное напряжение	Uн.а.=10 кВ	Uн.уст.=10 кВ	10=10
Номинальный ток	Iн.а.=200 A	Iр.макс.=5,1 A	200>5,1
Номинальный ток отключения	Iн.откл.=8,7 кA		8,7>0,071
Номинальная мощность отключения	Sн.откл.=150 МВ∙А		150>128,22
Динамическая устойчивость	imax=22 кА		22>9,97
Термическая устойчивость			500>0,071

Выключатель типа ВММ-10/200 удовлетворяет расчетным условиям.

7. Выбор выключателя нагрузки.

Таблица 12.5 – Выбор выключателя нагрузки ВПН-17

Параметры	Каталожная величина аппарата	Расчетная величина установки	Условия выбора и проверки
Номинальное напряжение	Uн.а.=10 кВ	Uн.уст.=10 кВ	10=10
Номинальный ток неавтоматического отключающего устройства	Iн.а.=200 A	Iр.макс.=5,1 A	200>5,1
Динамическая устойчивость по амплитудному значению тока	imax=30 кА		30>9,97
Динамическая устойчивость по наибольшему действующему значению тока	Iу.доп=17,3 кA		17,3>0,071
Термическая устойчивость			360>0,071

Выключатель нагрузки ВПН-17 удовлетворяет расчетным условиям.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г.И. Янукович «Электроснабжение сельского хозяйства. Курсовое и дипломное проектирование». Учебное пособие. Мн.: ИВЦ Минфина, 2010;

2. Г.И. Янукович «Расчет линий электропередачи сельскохозяйственного назначения». Учебное пособие. Мн.: БГАТУ, 2004.

3. Коганов И.Л. «Курсовое и дипломное проектирование». М.: Агропромиздат, 1990;

4. И.А. Будзко. «Электроснабжение сельского хозяйства», М.: Агропромиздат, 1990;

5. Г.И. Янукович. «Расчет токов короткого замыкания и выбор электрических аппаратов» Учебно-методическое пособие, Мн.: БГАТУ, 2007;

6. Г.И. Янукович «Электроснабжение сельскохозяйственных потребителей», Мн.: Дизайн ПРО, 2000;

7. Г.И. Янукович. «Электроснабжение сельского хозяйства. Практикум.», Мн.: БГАТУ, 2011.

8. ТКП 385-2012 (02230) Нормы проектирования электрических сетей внешнего электроснабжения напряжением 0,4-10 кВ сельскохозяйственного назначения.

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня все объекты сельского хозяйства используют электроэнергию, все жилые дома в сельских населенных пунктах имеют электрический ввод. Воздушными линиями электропередачи охвачены все населенные пункты. Однако это не означает, что работы по электрификации сельского хозяйства закончились – электрическая нагрузка в сельском хозяйстве непрерывно возрастает, появляется необходимость в реконструкции, расширении линий электропередачи, внедрении новейшего оборудования взамен устаревшего.

Несмотря на некоторые положительные результаты, достигнутый уровень электрификации сельского хозяйства и объём электропотребления не отвечает современным требованиям. Энерговооружённость труда в сельскохозяйственном производстве значительно ниже, чем в промышленности. Поэтому достаточно большие перспективы открываются перед электрификацией сельского хозяйства в будущем. Намечается повысить энерговооруженность сельского хозяйства, увеличить объем потребления электроэнергии в сельскохозяйственном производстве, а также отпуск ее на коммунально-бытовые нужды сельского населения.

Электроснабжение производственных предприятий и населенных пунктов в сельской местности имеет свои особенности по сравнению с электроснабжением промышленных предприятий и городов. Основные особенности – необходимость подводить электроэнергию к огромному числу сравнительно маломощных потребителей, рассредоточенных по всей территории, низкое качество электроэнергии, требования повышенной надежности.

Таким образом, можно сделать вывод о большом значении проблем электроснабжения в сельском хозяйстве. От рационального решения этих проблем в значительной степени зависит экономическая эффективность применения электроэнергии в сельскохозяйственном производстве.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Студенту 72 эc группы Володько Д.И.;

2. Населенный пункт Белобоки с 92 домами;

3. Существующее годовое потребление электроэнергии на одно-

квартирный жилой дом 1560 кВт·ч;

4. Тип потребительской подстанции – КТП;

5. Сопротивление грунта ρ=115 Ом·м;

6. Коммунально-бытовые и производственные потребители в таблице 1.1

Таблица 1.1 – Коммунально-бытовые и производственные потребители

Номер шифра нагрузки	Наименование объекта	Дневной максимум	Вечерний максимум
, кВт	, кВар	, о.е.	, кВт	, кВар	, о.е.
	Столярный цех			0,83		­­-	1,00
	Мельница с жерновым поставом 7/4			0,78		-	1,00
	Гречерушка			0,83		-	1,00
	Бригадный дом с залом на 100 мест		-	1,00		-	1,00
	Фельдшерско-акушерский пункт		-	1,00		-	1,00
	Столовая с электро-нагревательным оборудованием на 35 мест			0,89			0,93
	Магазин промтоварный		-	1,00		-	1,00
	Фельдшерско-акушерский пункт		-	1,00		-	1,00

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Для расчета электрических нагрузок вычерчиваем в масштабе план населенного пункта Белобоки и располагаем на плане производственные и коммунально-бытовые нагрузки. Электрические нагрузки состоят из нагрузок жилых домов, общественных и коммунально-бытовых учреждений, производственных потребителей, а также нагрузки уличного освещения.

Определим нагрузки на вводах к потребителям.

Нагрузку на вводе в жилой дом определяем по номограмме (рисунок 1.1 [1]) исходя из существующего годового потребления электроэнергии на седьмой расчётный год. При существующем годовом потреблении 1560 кВт·ч/дом расчетная нагрузка на вводе составляет P_р=3,0 кВт/дом.

Определим расчетную нагрузку уличного освещения:

(2.1)

где – удельная мощность, зависящая от ширины улицы и вида покрытия (таблица 1.2 [1]), Вт/м;

– длина улицы, м.

Принимаем Вт/м для поселковых улиц с асфальтобетонными и переходными типами покрытий и шириной проезжей части 9-12 м (светильники РКУ-250).

кВт.

Определяем суммарную расчетную активную нагрузку всего населенного пункта. Для этого делим все потребители по соизмеримой мощности на группы и определяем расчетную нагрузку каждой группы.

(2.2)

Первая группа: жилые дома (84 дома).

Расчетная нагрузка для дневного максимума:

(2.3)

где – коэффициент одновременности, определяется в зависимости от количества и типа потребителей (таблица 1.13 [1]);

– количество жилых домов;

– коэффициент дневного максимума. Для производственных потребителей , для бытовых потребителей (дома без электроплит) .

кВт.

Расчетная нагрузка для вечернего максимума:

(2.4)

где – коэффициент вечернего максимума. Для производственных потребителей , для бытовых потребителей (дома без электроплит) .

кВт.

Вторая группа (общественные учреждения): Бригадный дом с залом на 100 мест, Фельдшерско-акушерский пункт, Фельдшерско-акушерский пункт, Магазин промтоварный.

Третья группа (производственные): Столярный цех, Мельница с жерновым поставом 7/4, Гречерушка, Столовая с электро-нагревательным оборудованием на 35 мест.

Т.к. нагрузки потребителей отличаются по значению более чем в 4 раза, суммирование нагрузок потребителей производится методом добавок.

(2.5)

где – большая из нагрузок, кВт;

– добавка, соответствующая меньшей нагрузке (таблица 1.15 [1]).

кВт,

кВт.

Определим расчетную нагрузку на шинах ТП без учёта уличного освещения. Суммируем расчетные нагрузки дневного максимума всех трех групп:

кВт.

Суммируем расчетные нагрузки всех трех групп для вечернего максимума:

кВт.

Расчетная мощность ТП определяется по вечернему максимуму нагрузки, так как он больший.

С учетом наружного освещения расчетная мощность ТП:

Определяем средневзвешенный коэффициент мощности. Для жилых домов .

(2.6)

Определяем полную расчетную нагрузку на шинах ТП для дневного и вечернего максимумов:

(2.7)