Выбор количества и места установки ТП напряжением 10/0,4 кВ

В центре электрических нагрузок в сетях напряжением 0,38/0,22 кВ целесообразно устанавливать трансформаторную подстанцию. В зависимости от категории надежности объекта проектирования, от его суммарной мощности, плотности нагрузки и допустимых потерь напряжения производят выбор числа ТП.

Таблица 3 - Координаты центров зданий проектируемого объекта.

Определяем центры электрических нагрузок по формулам (7) и (8):

где : - расчетная мощность на вводе отдельных потребителей, кВт.

- расстояние групп по осям координат;

-суммарная расчетная мощность всех потребителей, кВт.

(7)

105.5i

Yi= (8)

=80.5i

Определяем площадь объекта электроснабжение, км²

Плотность нагрузки объекта, кВт/км²:

кВт/ (9)

Определяем приближенно число тп по формуле (10):

=466 =1,41 ≈ 1 шт (10)

где: P_сум – суммарная расчетная нагрузка, кВт;

В – 0,6…0,7 – постоянный коэффициент для ТП напряжением 10/0,4 кВ;

ΔU - допустимые потери напряжения в сети напряжением 0,38 кВ;

cosφ – коэффициент мощности на шинах напряжением 0,4 кВ.

Принимаем одну двух трансформаторную подстанцию. Так как центр электрических нагрузок находится возле первого и второго птичника, то КТП устанавливаем в более подходящем месте, в координаты (73:60).

Рисунок 2 –План птицефермы с нанесением координат центров объектов.

5. Электрический расчёт линий 0,38/0,22 кВ

Электрический расчёт ведём по шести линиям, одна из которых воздушные остальные пять кабельные. Так как в отдельных местах кабель укладывается по несколько штук в одной траншее и расстояние между ними 100 мм необходимо учитывать коэффициент нагрева ( ).

Для воздушной лини выбраны двух цепные опоры, так как от неё запитывается объект к которому необходимо подводить два ввода.

При прокладке кабеля необходимо учитывать запас по длине. Поэтому укладывать кабель необходимо с запасом 10%.

Трассу линий выбираем так, чтобы не загромождать проезжей части и обходиться без дополнительных опор при устройстве вводов в здания. Параметры линий устанавливают на основании расчетов. Основной расчет – определение площади сечения проводов. Полученные данные проверяют по допустимым потерям напряжения.

5.1. Составление расчётных схем

Чтобы рационально распределить мощность по линиям и придать схеме большую гибкость при оперативных включениях и отключениях, принимаем линии 0,38/0,22 кВ.

Расчетные схемы позволяют облегчить расчет линий 0,38/0,22 кВ и уменьшить объем расчета. Расчетные схемы составляются в соответствии с выбранными трассами линий. На расчетные схемы наносятся потребители с указанием их мощности, номера расчетных участков, длины участков. Расчетная схема показана на рисунке 2.

Рисунок 2 – Расчётная схема линий напряжением 0,38 кВ

Где: 1-3. Птичники по 15000 тыс. кур несушек

4.Административное здание

5-6. Инкубаторий

7.Котельная

8-9. Яйце склад

10. Насосная скважина

5.2. Расчет электрических нагрузок на участках линий

Определяем токи на объектах по формуле:

(11)

Где: P – дневная мощность(нагрузка) объекта, кВт;

U_н – номинальное напряжение сети, равное 0,38 кВ;

Cos ϕ – коэффициент мощности.

КЛ 1,2

Птичник на 15000 кур несушек

КЛ 3,4

Птичник на 15000 кур несушек

КЛ 5,6

Птичник на 15000 кур несушек

КЛ 7,8

Инкубатор на: 6 инкубатора

Инкубатор на: 6 инкубатора

КЛ 9,10

Насосная скважина

ВЛ 1,2

Яйце склад

Яйце склад

Административное здание

Котельная

Определяем токи на каждом участке:

КЛ 1,2

КЛ 3,4

КЛ 5,6

КЛ 7,8

КЛ 9,10

ВЛ 1,2

5.3 Выбор площади сечения и количества проводов

Выбор сечения для кабельной линии.

Сечение кабеля выбирают по допустимому длительному току нагрева.

Проводим расчет и выбор сечения кабеля по условию:

(12)

Где: - допустимый длительный ток кабеля, А;

– максимальный ток участка, А;

В местах где проложено несколько кабелей в одной траншее учитываем коэффициент нагрева зависящий от количества кабелей.

(13)

Где: - коэффициент нагрева, 0,86 для двух кабелей, проложенных в одной трубе, при расстоянии между кабелями 100мм. Резервные кабели в расчёте не учитываются.

КЛ-1,2

Участок ТП-1

I_доп = 200A>167,3A

Так как проложено 2 кабеля в одной траншее, без учёта резервных, учитываем коэффициент нагрева: = 0,86

А

240A>235A

Принимаем кабель ААШв сечением F=95мм²

Выбора сечения изолированных проводов ВЛИ

Выбор сечения производим по допустимому току нагрева.

Проводим расчет и выбор сечения провода по условию:

Где: - допустимы ток нагрева провода, А

– максимальный ток участка, А.

ВЛ-1,2

Участок ТП-6

I_тп-6 = 102А

I_доп= 115A>102A

Принимаем провод сечением САCПсш F=35мм²

Участок 6-7

I_6-7= 69,4А

I_доп= 70A>69,4A

Принимаем провод САCПсш сечением F=16мм²

Участок 7-8

I_7-8= 36,8А

I_доп=70A>36,8A

Принимаем провод САCПсш сечением F=16мм²

Участок 8-9

I_8-9= 9,6А

I_доп=70А>9,6А

Принимаем провод САCПсш сечением F=16мм²

Сечения на оставшихся линиях рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 5.

5.4. Определяем потери напряжения

Определяем потерю напряжения линии 2 по формуле:

ΔU_уч = (14)

Где: r₀ – активное сопротивление 1 км изолированного провода, Ом/км, смотреть литературу /1/

х₀ – индуктивное сопротивление 1 км изолированного провода, Ом/км, смотреть литературу /1/

L_уч – длина участка в км.

ΔU_тп-1 =

Сравниваем результаты с допустимыми потерями. Для этого переведём ΔU_тп-1 с вольт в проценты.

ΔU_тп-0%= -удовлетворяет условиям (15)

Потери напряжения для других линий рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 5.

Таблица 5 – Результаты расчетов проводов линий ВЛИ напряжением 0,38 кВ и кабельных линий напряжением 0,38 кВ.

5.5.Расчёт проводов наружного освещения

Нагрузка наружного освещения территории хозяйственных дворов принимается из расчета 150 Вт на помещение и Р_уэ=4,5 Вт/м для погонного метра длины периметра. Для освещения принимаем светильники уличного освещения РКУ – 150 с лампами ДРЛ – 150.

Запитку светильников осуществляем от КТП. Составляем расчетную схему наружного освещения.

Так как суммарная нагрузка линий наружного освещения 4 кВт, то ток их будет небольшим. Значит основным параметром для выбора площади сечения провода будет потеря напряжения в конце наиболее протяженного участка. Для простоты монтажа принимаем, что линии наружного освещения будем прокладывать из провода одинакового сечения. Принимаем провод для второго климатического района САСсш 1х16+1х25.

Рисунок 4 – Расчетная схема наружного освещения.

Для начала следует задаться количеством осветительных конструкций вдоль дороги:

N = (П ∙ P_уд) / Р_л (16)

где П – периметр территории хозяйства, м;

P_уд – удельная мощность осветительной установки, Вт/м;

Р_л – мощность одной лампы, кВт.

Определяем периметр хозяйства:

П = L3+L4=214,5+165= 379,5 м (17)

N = (379,5 ∙ 4,5) / 150 = 11,3 ≈ 11 шт.

Рассчитываем самый нагруженный и протяжной участок линии.

Потери напряжения в осветительной линии определяются по формуле:

(18)

Где: сумарная мощность светильников, кВт;

активное сопротивление линии Ом;

номинальное напряжение, В.

Активное сопротивление линии определяем по формуле:

(19)

Переводим потери из вольт в проценты:

Все потери удовлетворяют нормам, выбранное нами сечение подходит, следовательно, остальные линии тоже подходят.

Рассчитываем охранное освещение птичника

Рисунок 5 – Расчетная схема охранного освещения.

Задаемся количеством осветительных конструкций:

N= (П· Р_уд)/ Р_л= (830·3)/150= 16,8 ≈ 17 шт.

П=2·265+2·155= 840

Принимаем 17 осветительных конструкций и равномерно расставляем их вдоль границ территории объекта.

Рассчитываем самый нагруженный и протяжной участок линии.

Потери напряжения в осветительных линий:

∆U=(∑Р·R_л) / U_н=(0,9·1016) /220=4,1 В

Переводим потери из вольты, а в проценты:

∆U_л%=(∆U_л·100) /U_н=(4,1·100) /220=1,8%

Активное сопротивление линии определяем по формуле:

Все потери удовлетворяют нормам, выбранное нами сечение подходит, следовательно, остальные линии тоже подходят.

6. Выбор мощности трансформатора

Выбор мощности трансформатора производим в зависимости от числа отходящих линий. Для выбора будем пользоваться активной мощностью.

Записываем мощности на каждой линии:

Линия 1. Р_тп-1=82кВт; cosφ=0.75;

Линия 2. Р_тп-2=82кВт; cosφ=0.75;

Линия 3. Р_тп-3=82кВт; cosφ=0.75;

Линия 4. Р_тп-5=120кВт; cosφ=0.92;

Линия 5. Р_тп-10=50кВт; cosφ=0,8;

Линия 6. Р_тп-6=50кВт; cosφ=0,75;

Выбираем значение добавок активной мощности, /3/.

ΔР_тп-1=61кВт;

Δ Р_тп-2=61кВт;

Δ Р_тп-3=61кВт;

Δ Р_тп-5=120кВт это максимальная мощность;

Δ Р_тп-10=36,5кВт;

Δ Р_тп-6=36,5кВт

Р_max = 120 кВт – это максимальная мощность отходящей линии.

Рассчитываем расчётную полную мощность трансформатора:

S_тр-ра = Р_max/cos φ + ΣΔР/cos φ= (20)

=120/0,92+6/0,75+61/0,75+61/0,75+36,5/0,8+36,5/0,75=465,5 кВА

Из таблицы экономических интервалов нагрузки трансформатора, подстанций напряжением 6…10/0,4 кВ, выбираем стандартную мощность трансформатора/3/.

S_н.и. ≤ S_тр-ра ≤ S_в.и (21)

где S_н.и. и S_в.и. – нижняя и верхняя границы интервалов нагрузки для трансформатора принятой мощности, кВА.

365≤465,5≤620

подходит S_тр-ра =2x400 кВА

Производим окончательную проверку выбранной номинальной мощности трансформатора в нормальном режиме работы при равномерной нагрузке:

К_с.т =(S_р/S_н.т) (22)

где S_p – расчетная нагрузка трансформатора, кВА;

S_н.т – номинальная мощность трансформатора, кВА;

K_С.Т = 1,59 – коэффициент допустимой систематической перегрузки трансформатора.

К_с.т =465,5кВА/2*400=0.58≤1,59

Рассчитываем коэффициент аварийности и перегрузки для одного трансформатора:

≤1,64 (23)

где S_откл – нагрузка потребителей 3-ей категории надежности (S = 5 кВА; S = 15 кВА;);

Таблица 5 – Параметры понижающего трансформатора ТМГ – 2х400-16

7. Разработка конструкции сети напряжением 0,38/0,22 кв

В данном курсовом проекте выбрано 6 линий. Из них кабельных 5, воздушных 1. Кабельные линии по два ввода на объект составили 5 штук.

Глубина траншеи для укладки кабеля 0,8м. Кабель в траншее необходимо укладывать ‘’змейкой’’. Сверху укладывать сигнальную ленту. При повороте кабеля соблюдаем радиус изгиба. Для присоединения кабеля к силовым распределительным устройствам использовали кабельную термоусаживаемую концевую заделку ПВпп.

Выбран кабель ААШв. Расшифровка: А- материал жилы алюминий; изоляция бумажная пропитанная вязким маслоканифольным составом; А- алюминиевая оболочка; Шв -покров шлангового типа из ПВХ пластиката. Основные его сечения 95 мм²; 70мм²; 25мм²;

САСПсш-провод самонесущий с алюминиевыми токопроводящими жилами, с изоляцией из свет стабилизированного сшитого полиэтилена, с несущей жилой.

Конструкция ВЛИ выполнялась по типовому проекту СТП.09.110.20.186-09. Выбраны двухцепные стойки опор СВ-110-25-2э . СВ- стойка вибрационная; 110- 11 метров в высоту; изгибающий момент равен 25Т/м. Пролёты составили 1-2 22м; 2-3 40м; 3-4 33м;4-5 35м;5-6 40м; 6-7 27м. Опоры заложены в грунт на глубину 1,8м. Для заземления опор используют один из стерней арматуры, к нему с обеих концов приварены заземляющие элементы. В начале и в конце ВЛИ установлены устройства УЗ ВЛИ.

Для монтажа проводов и несущего троса используют угольник натяжной УН02 с зажимом, поддерживающим. На промежуточных, концевых и угловых опорах используют траверсу, а трос крепят к зажиму натяжному. При вводе в здание используют ЗОП-02.

Для линий ВЛИ применяем СИП 1. Провод САПсш- провод с алюминиевой токопроводящей жилой с изоляцией из свет стабилизированного полиэтилена. Применяются сечения 16мм².

Для охранного и уличного освещения применяются светильники ЖКУ-150 с лампами ДАНаТ-150. Общее количество светильников составляет 28 штук.

Так как из КТП отходят кабельные линии охранного освещения то устанавливаем для светильников металлическую опору ОМЦ.

Мощность КТП составила 2х400кВ А. КТП блочного типа, блоки бетонные, КТП исполнено в металлических блок шкафах, установленных на фундамент.

8.Расчет токов короткого замыкания, и проверка проводов и кабелей на

термическую прочность

Расчет токов короткого замыкания необходим для выбора аппаратуры защиты, расчетов заземления и проверки элементов электроустановок (шин, изоляторов, кабелей и т.д.) на электродинамическую и термическую устойчивость, проектирования и наладки релейной защиты, выбора средств и схем грозозащиты, выбора и расчета токоограничивающих и заземляющих устройств.

Расчёт производим с использованием программы Mathcad. Составляем схему электроснабжения. Результаты расчётов заносим в таблицу.

Рисунок 6 – Схема электроснабжения птицефермы на 45000 кур-несушек (КТП).

Таблица 6– Результаты расчетов токов короткого замыкания.

В результате расчёта все провода и кабели подходят испытание термической прочности.

9. Выбор защиты отходящих линий

Для защиты отходящей линии 0,38/0,22 кВ от короткого замыкания и нечастых включений, и отключений применяют автоматических выключателей.

Рассмотрим пример выбора защитного аппарата (автоматического выключателя) для линии КЛ 9,10.

В насосной скважине имеется электрический двигатель мощностью Р_ДВ =45кВт. По справочнику определяем номинальный ток данного двигателя и рассчитываем пусковой ток.

Выбираем асинхронный электродвигатель трёхфазного тока с коротко-замкнутым ротором серии АИР200L2У3. Его технические характеристики: Р_н =45 кВт; cosφ = 0,88; h = 92%; I_Н = 86,5 А; К_I = 7,5.

Определяем пусковой ток двигателя, А:

, (24)

.

Определяем номинальный ток теплового расцепителя автомата по формуле (25), А:

(25)

где, – максимальный рабочий ток первого участка от КТП;

номинальный ток наиболее мощного электродвигателя, подключённого к линии, А;

– пусковой ток наиболее мощного электродвигателя, подключённого к линии, А.

1,1*(96,1 –86,5 + 0,4*648,7) = 269 А,

I_Н.ТР=280

По справочнику выбираем предварительно автоматический трёхполюсный выключатель марки ВА53-41. Номинальный ток выключателя I_ном =400 А, номинальный ток теплового расцепителя I_нт = 280 А/4/.

Условие выбора номинального тока теплового расцепителя автомата выполняется I_{нт расч}, потому как 280 А > 269 А.

Определяем ток срабатывания электромагнитного расцепителя выбранного автомата, А:

I_Э.Р. = 1,25* , (26)

I_Э.Р. = 1,25*1,51 = 1,88кА=1880А

Определяем каталожный ток электромагнитного расцепителя автомата, А:

, (27)

где, – номинальный ток выключателя, А.

– коэффициент каталожный, 10 для автомата ВА53-41./4/

А,

2800А 1880А

Определяем коэффициент чувствительности защиты:

> 3, (28)

где I_{к min} – наименьшее значение двухфазного и однофазного тока на нулевой провод короткого замыкания, А;

– номинальный ток теплового расцепителя автомата, А.

,

Необходимая чувствительность не обеспечивается, потому как коэффициент чувствительности К_Ч должен быть не меньше 3, поэтому выбираем дополнительную защиту.

Определяем ток срабатывания защиты ЗТИ – 0,4 от междуфазных коротких замыканий:

(29)

Где I_{р.макс­} – массимальны1 рабочий ток линии, А;

I_н.д. – номинальный ток наиболее мощного электродвигателя, подключенного к линии, А.

А

Ток уставки защиты I_эм применяют равным I_с.з.м. или ближайшим большим.

I_эм=160А>122A

Коэффициент чувствительности защиты (должен быть не менее 1,5) определяют по формуле:

Кч = (30)

Кч=610/160= 3,8>1,5

где I_к.мин­⁽¹⁾ – ток однофазного короткого замыкания.

Определяем ток срабатывания защиты от однофазного короткого замыкания на нулевой провод по выражению:

I_с.о.=1,2·I_{н.с.макс}=0.6·I_р.макс (31)

Где I_{н.с.макс} – максимальный ток не симметрии в рабочем режиме, принимаем равным 0,5I_р.макс.

I_с.о.=0,6*96,1=57,66А

I_yо=80А>57,66А

Коэффициент чувствительности защиты (должен быть не менее 1,5) определяем по формуле:

Кч=(I⁽¹⁾_к.мин. – I_{н.с.макс})/I_yо (32)

Где I⁽¹⁾_к.мин. – ток однофазного короткого замыкания самой электрически удаленной точке защищаемой линии;

I_уо – ток уставки защиты от однофазных коротких замыканий на нулевой провод.

Кч=(610-48)/80=7>1,5

Условие выполняется. Аналогично производим выбор других автоматических выключателей на рассчитываемых линиях. Данные расчета заносим в таблицу 7.

Таблица 7– Результаты расчетов и выбора аппаратуры защиты

10. Расчет заземления контура тп и повторных заземлителей.

В электротехнических установках заземления применяются для обеспечения нормального режима работы электроустановки, а также её функционирования в ненормальных режимах, для защиты людей от поражения электрическим током при замыкании токоведущих частей на корпус электрических аппаратов, на металлические конструкции и на землю, для обеспечения отвода токов молнии в землю с целью снижения перенапряжений на изоляции и предотвращения поражения людей, животных и построек.

1) Определяем расчетное сопротивление грунта для вертикального заземлителя по формуле, Ом∙м:

(33)

где ρ_изм – измеренное сопротивление грунта, Ом∙м/3/;

k_с – коэффициент сезонности, k_с =1,15 /3/;

k₁ – учитывающий состояние грунта, k₁₌1,1 /3/.

Ом∙м

2) Определяем сопротивление вертикального заземлителя, Ом:

(34)

где – длина электрода, м;

d – Диаметр стержня, м;

h_СР – глубина заложения, равна расстоянию от поверхности земли до середины стержня, м.

м

Ом (35)

3) Определяем общее сопротивление повторных заземлителей по формуле, Ом:

(36)

где - число повторных заземлений.

Ом

4) Определяем расчетное сопротивление заземления нейтрале трансформатора с учетом повторных заземлений, Ом:

Ом (37)

5) Определяем теоретическое число стержней, шт:

(38)

Принимаем 21 шт.

6) Определяем длину полосы связи, м:

(39)

где

м.

Принимаем 70 м

7) Определяем расчетное сопротивление грунта для горизонтального заземлителя, Ом∙м:

Ом*м (40)

8) Определяем сопротивление горизонтальной полосы связи, Ом:

Ом (41)

где d – диаметр стержня, м.

Ом

9) Определяем действительное число стержней, шт:

(42)

-коэффициент экранирования горизонтальных заземлителей. /3/

- коэффициент экранирования вертикальных заземлителей. /3/

шт

10) Определяем действительное сопротивление искусственного заземления, Ом:

(43)

11) Определяем расчетное сопротивление контура, Ом:

(44)

Ом < 4 Ом (45)

Так как условие соблюдается принимаем для монтажа 25 стержней.

Заключение.

В курсовом проекте на тему: «Электроснабжение птицефермы на 45 тыс. кур-несушек был произведён расчёт и выбор линий напряжением 0,38/0,22кВ. При расчёте учитывалась категория надёжности потребителя. Так как объект относится к 2й категории надёжности, то вводы в основные сельскохозяйственные помещения проектировались по 2 ввода – основного и резервного. К объекту подведено 2 линии напряжением 10кВ. Для обеспечения качественной электроэнергии принята переменная надбавка -2,5%, при этом у потребителя отклонение напряжения не превышает 3,5/+1%. Основные сечения проводов и кабелей, принятых в проекте составили: кабель- 95мм², 70мм², 25мм²; провод- 16мм², 35мм². Принятые сечения выбраны по допустимому току нагрева и проверены на допустимую потерю напряжения и термическую стойкость.

При расчёте токов короткого замыкания и проверки выбранных проводов на термическую стойкость была использована программа Mathcad.

Для охранного и уличного освещения приняты светильники марки ЖКУ-150 с лампой ДАНаТ-150 количеством 29 штук. Количество осветительных линий в проекте составило 7 линий, из них четыре линии охранного освещения три линии уличного освещения. Все линии освещения кабельные и питаются от КТП.

Мощность двух трансформаторной подстанции принята 2х400кВ*А, и проверена на систематическую и аварийную перегрузку.

Для отходящих линий приняты новые современные аппараты защиты ВА.

Рассчитан контур заземления, по расчётам принято: вертикальных заземлителей 25 штук, длинна горизонтальных заземлителей 70 м, сопротивление контура составило 0,28 Ом что не превышает требований (4 Ом).

Список использованных источников

1. ТКП 385-2012 (02230). Нормы проектирования электрических сетей внешнего электроснабжения напряжением 0,4-10 кВ сельскохозяйственного назначения.
2. Руководящие материалы по проектированию электроснабжению сельского хозяйства. Ноябрь,1981 / Методические указания по расчету электрических нагрузок в сетях 0,38 – 10кВ сельскохозяйственного назначения. М.: Сельэнергопроект, 1981.
3. И.А. Каганов. Курсовое и дипломное проектирование. -Москва .: Агропромиздат,1990г.
4. Харкута К.С. Якицкий С.В. Ляшь Э.В. Практикум по электроснабжению сельского хозяйства. М.: Агропромиздат. 1999г.
5. Лычев П.В. и др. Электрические системы и сети. Решение практических задач: Учебное пособие для вузов. – Мн.: Дизайн ПРО, 1997. – 192 с.
6. Технические условия. Самонесущие изолированные провода (СИП). ТУ 16.К71_268_98.
7. А.В. Луковников В.С.Шкрабак. Охрана труда, .-Москва .: Агропромиздат,1991г.