Типовые схемы систем электроснабжения населенных мест (микрорайонов городов) и городов.

Совокупность электрических сетей и трансформаторных подстанций, предназначенных для электроснабжения потребителей микрорайона города и расположенных на его территории называется системой электроснабжения микрорайона города. Ее характеристики определяются размерами города, параметрами потребителей и энергосистемы и т.д. Городские потребители питаются посредством распределительных сетей напряжением 6-10 кВ и 0,38 кВ. Для питания ответственных потребителей могут применяться трансформаторные подстанции, не связанные с сетью, которые снабжаются устройствами для автоматического переключения питания потребителя на резервную линию при внезапном отказе основной линии.

При разработке системы электроснабжения микрорайона города решаются различные задачи среди основных можно выделить следующие:

1. Определение расчетных нагрузок рассматриваемого района (расчет нагрузок жилых домов и учреждений культурно-бытового назначения, определение расчетной нагрузки освещения);

2 Выбор мощности и типа трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ, а также их места расположения; формирование и выбор схем и параметров распределительных сетей 380 В (выбор сечений жил кабелей 380В, выбор сечений кабелей по нагреву, проверка выбранных сечений по допустимым потерям напряжения);

3. Формирование и выбор структуры, схемы и параметров электрических сетей 10 кВ района города (определение потокораспределения в сетях 10 кВ; выбор сечений жил кабелей по экономической плотности тока; проверка выбранных сечений жил кабелей по условию допустимого нагрева, по допустимым потерям напряжения и на термическую стойкость к токам короткого замыкания);

4. Оценка и обеспечение качества напряжения на электроприемниках жилых и общественных зданий микрорайона (обеспечение величины напряжения в допустимых пределах от номинального).

Рассмотрим пример электроснабжения микрорайон города, схема застройки которого приведена на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1 – Схема застройки микрорайона города

Рассматриваемый район содержит как общественные, так и жилые здания. Все жилые дома этажностью от 12 и выше имеют электрические кухонные плиты. Отопление зданий, а также подача горячей воды для хозяйственных нужд осуществляются от ТЭЦ. На схеме (рисунок 9.1) представлен жилой 17 этажный дом, пример схемы электроснабжения которого был рассмотрен выше (здание №17).

1. Определение расчетных нагрузок рассматриваемого района. Исходными данными для разработки схемы системы электроснабжения микрорайона города являются мощность, потребляемая зданиями микрорайона (таблица 9.1 и таблица 9.2), и мощность, необходимая для освещения территории.

Таблица 9.1 – Нагрузка (мощность) жилых домов по микрорайону

Таблица 9.2 – Нагрузка (мощность) учреждений культурно-бытового назначения по микрорайону

Расчет нагрузок жилых домов и учреждений культурно-бытового назначения производится аналогично описанному для жилого дома со встроенными помещениями от низших к высшим ступеням системы электроснабжения. Расчет состоит из двух этапов: на первом этапе определяются нагрузки на вводе к каждому потребителю, на втором – на основе полученных результатов определяются нагрузки отдельных элементов сети.

При определении расчетной нагрузки освещениямикрорайона города следует учитывать наружное уличное освещение. Для расчета его электрических нагрузок можно использовать следующие данные: для магистральных улиц, а также площадей, примыкающих к крупным зданиям – от 30 до 50 , внутриквартальные территории – 1,2 , улицы районного значения, автостоянки и парковки – 8 . Для рассматриваемого примера необходимо учесть освещение галогеновыми прожекторами зоны отдыха, а также спортивного стадиона, площадь которого составляет 2000 м². Примем согласно СНиП удельную нагрузку 2,3 кВт/м².

Таким образом, примем нагрузку уличного освещения территории микрорайона площадью км² по генеральному плану застройки равной:

= 90,2 кВт; = 43,2 кВАр; = 100 кВА.

Итоговые данные о потребляемой мощности в микрорайоне определяют по общему числу квартир, лифтов в жилых домах, общественных зданий с учетом коэффициентов несовпадения максимумов нагрузок. Также учитываются данные о мощности, необходимой для освещения микрорайона.

Суммарная активная расчетная электрическая нагрузка всех зданий микрорайона определяется по следующей формуле:

.

Суммарная реактивная расчетная электрическая нагрузка всех зданий микрорайона равна:

.

Суммарная полная расчетная электрическая нагрузка всех зданий микрорайона определяется по формуле:

.

Таким образом, расчетная нагрузка микрорайона:

кВт;

кВАр;

кВА.

2. Выбор мощности и типа трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ, а также их места расположения; формирование и выбор схем и параметров распределительных сетей 380 В.

Определение мощности трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ осуществляется на основе анализа технико-экономических показателей самих ТП, распределительных сетей напряжением до 1 кВ, питающихся от ТП, и участков сетей 10 кВ. При выборе номинальной мощности взаимно резервируемых трансформаторов городских ТП 10/0,4 кВ должна учитываться допустимая перегрузка в послеаварийном режиме, чтобы при выходе из строя одного трансформатора оставшийся трансформатор ТП, смог пропустить всю мощность, необходимую потребителю.

По условию нормального режима работы количество трансформаторов городских ТП должно быть не менее

, (9.1)

где – расчетная нагрузка микрорайона, кВА; – принятая номинальная мощность трансформаторов в микрорайоне, кВА; – коэффициент загрузки в нормальном режиме работы, зависящий от категории надежности электроприемников; в случае преобладания потребителей II категории можно принять = 0,7÷0,8.

Тогда количество трансформаторов определяется следующим образом:

;

;

;

Если нагрузка по району равномерная, принимают трансформаторы равной мощности, если нет – могут использоваться трансформаторы разной мощности. На данном этапе, выбираем трансформаторы равной мощности 5-ТП (2х1600) кВА.

Суммирование нагрузок и определение места расположения центра питания. Экономически выгодно располагать ТП микрорайона в месте, соответствующем «центру нагрузок», питаемых каждой подстанцией. ТП не размещается в «центре нагрузок», если тот приходится на спрортивные и детские площадки, зоны отдыха, парки, на «красной линии» и т.д. Ее целесообразно размещать вблизи внутриквартальных проездов на расстоянии не менее 10 м от зданий. Если какое-либо здание в рассматриваемом районе имеет существенную расчетную нагрузку, то ТП целесообразно размещать вблизи этого здания.

Сгруппируем нагрузку согласно ее территориального расположения и общего примерного равенства (рисунок 9.1). Возьмем для ТП1: дома 7, 8, 12 и две школы; ТП2: дома 13, 16, 17 и кафе; ТП3: дома 19, 23, 25, детский сад и поликлиника; ТП4: дома 2, 5, 32, детский сад и аптека; ТП5: дома 27, 29 и физкультурно-оздоровительный центр.

Полная мощность трансформаторных подстанций:

кВА;

кВА;

кВА;

кВА;

кВА.

Определим коэффициенты загрузки трансформаторных подстанций:

;

;

;

;

.

При расчете места расположения ТП, являющейся центром питания групп потребителей, разместим начало координат в левый нижний угол границы микрорайона и будем определять от него расстояние до предполагаемого геометрического центра каждого здания.

Определим центр электрических нагрузок:

(9.2)

где , – координаты центра электрических нагрузок;

– расчетная мощность нагрузки i-го потребителя;

, – координаты центра нагрузок i-го потребителя.

Пример расчета координат «центра нагрузок» группы потребителей, обслуживаемых ТП1.

Примем за начало координат левый нижний угол границы микрорайона (рисунок 9.1). Определим положение зданий микрорайона относительно начала координат (таблица 9.3).

Используя данные таблицы 9.3 и выражение (9.2) определим координаты ТП1:

м,

м.

Расчет для остальных ТП проводится аналогично, результаты расчета представлены в таблице 9.3.

Таблица 9.3 – Координаты места расположения ТП и зданий микрорайона относительно начало координат

№ объекта	Y, м	X, м	S, кВА	yц, м	xц, м
ТП1 кВА,
			621,4	334,31	131,01
			824,4
			850,2
Школа			142,4
Школа			142,4
ТП2 кВА,
			621,4	437,74	378,619
			697,4
			1088,2
Кафе			30,8
ТЦ			393,5
ТП3 кВА,
			824,4	292.67	443.21
			621,4
			593,0
Детский сад			28,3
Поликлиника			344,1
ТП4 кВА,
			824,4	86,43	117.67
			824,4
			593,0
Детский сад			28,3
Детский сад			28,3
ТП5 кВА,
			824,4	141,58	386,83
			1297,6
ФОК			306,6

Формирование и выбор схем и параметров распределительных сетей 380В. Потребители микрорайона представляют собой в основном электроприемники II категории надежности. В связи с этим для их электроснабжения целесообразно применять магистральные двухлучевые и радиальные схемы сетей. Использование двух параллельных магистральных линий возможно только в сочетании с секционированием шин ВРУ 380 В по условиям надежности, необходимой для потребителей II категории; для потребителей I категории при данной схеме обязательна установка АВР на вводе к электроприемнику.

Трансформаторные подстанции и трассы линий внутри микрорайона должны, по возможности, не должны пересекать детские и спортивные площадки, зоны озеленения и т.д. Их целесообразно зазмещать вдоль зданий, под пешеходными дорожками. Здания, находящиеся в непосредственной близости от ТП, не должны входить здания в магистральные схемы, их следует питать отдельными линиями. Расположение всех ТП и трасс линий внутри микрорайона представлено на рисунке 9.2.

Рисунок 9.2 – Расположение всех ТП и трасс линий внутри микрорайона

Трассы линий выполняются кабелями 380 В. Для рассматриваемой схемы выбран кабель АПвзБбШп: А – Алюминиевая токопроводящая жила; Пв – Изоляция жил из сшитого полиэтилена; Б – Броня из двух стальных лент; б – Без подушки, которая является вутренней частью защитного покрова, наложенная под броней с целью предохранения находящегося под ней элемента от коррозии и механических повреждений лентами или проволоками брони; Шп – Защитный покров в виде выпрессованного шланга из полиэтилена.

Выбор сечений жил кабелей 380 В, проверка сечений кабелей по нагреву и допустимым потерям напряжения осуществляется по аналогии с системами электроснабжения зданий. В таблице 9.4 приведены сводные данные результатов расчета кабелей всех линий микрорайона с учетом: ; = 0,7; = 1,15.

Таблица 9.4 – Результаты расчета кабелей микрорайона

	число кабелей	, кВт	, кВар	, кВА	, А	А	, мм2	А		, А	А	, Ом/км	, Ом/км	, км	В	%
1 ТП
дом 12		593,2	185,1	621,4	157,4	188,8			0,75	173,1	284,3	0,164	0,079	0,15	7,9	1,9
дом 8		797,0	210,8	824,4	208,8	250,5			0,75	246,0	404,1	0,1	0,07	0,11	4,1	1,1
дом 7		812,0	252,0	850,2	215,3	258,3			0,75	246,0	404,1	0,1	0,07	0,15	6,5	1,7
школа		110,0	90,4	142,4	108,2	216,4			0,9	144,2	237,0	0,32	0,087	0,1	5,7	1,5
школа		110,0	90,4	142,4	108,2	216,4			0,9	144,2	237,0	0,32	0,087	0,12	6,8	1,8
2 ТП
дом 13		593,2	185,1	621,4	157,4	188,8			0,75	173,1	284,3	0,164	0,079	0,18	8,8	2,3
дом 17 1с-1 и 1с-2		544,7	240,4	607,6	153,9	184,6			0,75	199,2	327,3	0,125	0,077	0,08	3,0	0,8
дом 17 2с-1 и 2с-2		427,5	197,3	480,6	182,5	243,4			0,8	212,5	349,1	0,125	0,077	0,08	3,6	1,0
дом 16		671,8	187,2	697,4	176,6	211,9			0,75	199,2	327,3	0,125	0,077	0,08	3,5	0,9
кафе		27,0	14,8	30,8	23,4	46,8			0,9	76,8	126,2	1,24	0,091	0,17	7,8	2,1
ТЦ		336,6	203,8	393,5	149,5	199,3			0,8	163,2	268,2	0,206	0,081	0,08	4,5	1,2
3 ТП
дом 23		593,2	185,1	621,4	157,4	188,8			0,75	173,1	284,3	0,164	0,079	0,04	2,0	0,5
дом 19		797,0	210,8	824,4	208,8	250,5			0,75	246,0	404,1	0,1	0,070	0,08	3,4	0,9
дом 25		572,0	156,4	593,0	150,2	180,2			0,75	173,1	284,3	0,164	0,079	0,12	5,6	1,5
Сбербанк		22,5	12,2	25,6	19,4	38,9			0,9	76,8	126,2	1,24	0,091	0,16	6,1	1,6
поликлиника		257,6	228,1	344,1	130,7	174,3			0,8	146,0	239,9	0,253	0,084	0,05	2,8	0,7
дет. сад			15,0	28,3	21,5	43,0			0,9	76,8	126,2	1,24	0,091	0,09	3,7	1,0
4 ТП
дом 5		797,0	210,8	824,4	208,8	250,5			0,75	246,0	404,1	0,1	0,07	0,21	1,7	0,4
дом 2		797,0	210,8	824,4	208,8	250,5			0,75	246,0	404,1	0,1	0,070	0,11	3,3	0,9
дом 32		572,0	156,4	593,0	150,2	180,2			0,75	199,2	327,3	0,125	0,077	0,15	4,4	1,2
Аптека		27,0	14,6	30,7	23,3	46,6			0,9	76,8	126,2	1,24	0,091	0,09	7,3	1,9
Мебель		217,2	102,8	240,3	91,2	121,5			0,8	128,2	210,6	0,32	0,087	0,11	2,6	0,7
дет. сад			15,0	28,3	21,5	43,0			0,9	76,8	126,2	1,24	0,091	0,1	3,7	1,0
дет. сад			15,0	28,3	21,5	43,0			0,9	76,8	126,2	1,24	0,091	0,18	3,7	1,0
5 ТП
дом 27		797,0	210,8	824,4	208,8	250,5			0,75	246,0	404,1	0,125	0,07	0,1	4,1	1,1
дом 29 с 1-4		621,6	185,9	648,8	164,3	197,1			0,75	199,2	327,3	0,125	0,077	0,14	5,7	1,5
дом 29 с 5-8		621,6	185,9	648,8	164,3	197,1			0,75	199,2	327,3	0,32	0,077	0,05	2,0	0,5
ФОК		270,0	145,3	306,6	116,5	155,3			0,80	128,2	210,6	0,125	0,087	0,17	11,1	2,9

3. Формирование и выбор структуры, схемы и параметров электрических сетей 10 кВ района города.

В рассматриваемом примереэлектрическая сеть напряжением 10 кВ питает жилой район с пятью трансформаторными подстанцими, мощность каждой из них составляет 2х1600 кВА. Источник питания удален на 2,5 км от района. При проектировании городской электрической сети ориентируются на категорию надежности основной массы электроприемников, входящих в состав рассматриваемого района города. В случае, если имеются отдельные потребители более высокой категории, принимаются дополнительные меры, необходимые для обеспечения требуемой им надежности электроснабжения.

Для питания рассматриваемого микрорайона города используем магистральную схему (рисунок 9.3).

Рисунок 9.3 – Пример схемы встречного включения магистралей микрорайона города

При определении потокораспределения мощности в магистральных сетях 10 кВ принимают, что мощность между трансформаторами ТП распределена равномерно (рисунок 9.3). Следует отметить, что на рисунке 9.3 представлена схема питания в нормальном режиме. При необходимости (в случае аварии на луче Б магистрали) питание ТР2, ТР4, ТР6, ТР8, ТР10 может осуществляться также по лучу А магистрали. Потокораспределение мощности при встречном включении магистралей определяется с учетом коэффициента совмещения максимумов нагрузок трансформаторов , который берется согласно РД 34.20.185-94 «Инструкция по проектированию городских электрических сетей».

В случае, если к источнику питания подключено пять трансформаторов, потокораспределение мощности в лучах А и Б магистралей определится следующим образом:

, (9.3)

где – расчетная мощность трансформаторов, питающихся по данной линии, кВт.

Запишем в качестве примера потокораспределение мощности для луча А магистрали в нормальном режиме:

,

,

, (9.4)

,

.

Для рассматриваемого микрорайона города схема встречного включения магистралей согласно географического расположения ТП представлена на рисунке 9.4.

Рисунок 9.4 – Схема магистрали в рассматриваемом микрорайоне города

Рассмотрим пример расчета потокораспределения мощности в линии ИП-ТП1 луча А в нормальном режиме. Так как в этом режиме осуществляется питание пяти трансформаторов соответствующих ТП, необходимо взять и мощность ТР, равную половине мощности ТП .

Таким образом, получим

кВт;

кВар;

кВА.

Для других линий сети 10 кВ расчет потокораспределения мощности проводится аналогично, при этом используются выражения (9.4) и соответствующий . Результаты расчета представлены в таблице 9.5.

Расчет потокораспределения мощности в линии ИП-ТП1 луча А в аварийном режиме проводится при отказе головного участка луча Б линии ИП-ТП4. В этом случае по линии ИП-ТП1 луча А осуществляется питание десяти трансформаторов соответствующих ТП. При расчете потокораспределения мощности в этом случае необходимо взять и мощность ТР1 равную мощности ТП .

Таким образом, получим

кВт;

кВар;

кВА.

Для других линий сети 10 кВ расчет потокораспределения мощности проводится аналогично, при этом используются выражения (9.4) и при 6–10 трансформаторах; при 3–5 трансформаторах; при двух трансформаторах. Результаты расчета представлены в таблице 9.5.

Выбор сечений жил кабелей 10 кВ по экономической плотности тока. Сеть 10 кВ в рассматриваемом примере выполнена кабелем типа АПвПуг: А – Алюминиевая токопроводящая жила; Пв – Изоляция жил из сшитого полиэтилена; Пу – усиленная оболочка из полиэтилена; г – герметизация.

Сечение жил кабельных линий выбираем по экономической плотности тока:

, (9.5)

где – расчетный ток линии в нормальном режиме, А;

– нормированное значение экономической плотности тока, А/мм².

Для кабелей с алюминиевыми жилами и пластмассовой изоляцией при числе часов использования максимальной нагрузки от 3000 до 5000 часов в год экономическая плотность тока составляет 1,7 А/мм².

Выберем сечение кабеля для луча А линии ИП-ТП1:

А;

мм².

Выбираем ближайшее стандартное сечение 240 мм² с током = 422 А.

Далее выбранные сечения проверяются по условиям допустимого нагрева, по допустимым потерям напряжения как в нормальном, так и в послеаварийном режимах. Кроме того, они должны соответствовать требованиям термической стойкости к токам короткого замыкания.

Проведем проверку выбранных сечений жил кабелей 10 кВ по условию допустимого нагрева на примере луча А линии ИП-ТП1:

Расчет наибольшего тока в послеаварийном режиме работы:

,

где – мощность нагрузки кабеля в послеаварийном режиме работы, кВА; – номинальное напряжение кабеля, кВ;

А.

Выбранное сечение не подходит по условиям допустимого нагрева (согласно выражениям (8.2) – (8.3)), в связи с этим для дальнейшей проверки выбрано сечение 400 мм² с током = 541 А.

Рассчитаем допустимые длительные токи и для линии ИП-ТП1 луча А, которые зависят от способа прокладки , температуры среды прокладки и степени загрузки , согласно выражения (8.2):

А;

А.

Таким образом, должны выполнятся условия

Следовательно, выбираем к прокладке для линии ИП-ТП1 луча А кабель сечением 400 мм², который соответствует условиям допустимого нагрева как в нормальном, так и в послеаварийном режимах. Результаты расчета для других линий сети 10 кВ представлены в таблице 9.5.

Проведем проверку выбранных сечений жил кабелей 10 кВ на термическую стойкость к токам короткого замыкания.

Проводник соответствующего сечения обладает термической стойкостью к току короткого замыкания при заданной величине времени срабатывания защиты если выполняется условие:

, (9.6)

где кА – допустимый ток односекундного короткого замыкания кабеля сечением 400 мм² берется из справочника; , где – время отключения КЗ, отличное от 1 с.

= 0,5 +0,025=0,525 с. (9.7)

Рассмотрим проверку кабелей по термической устойчивости на примере луча А линии ИП-ТП1 (рисунок 9.5).

Рисунок 9.5 – Расчетная схема

На шинах 10 кВ источника питания расчетное значение тока короткого замыкания равно 30,087 кА (это значение обычно рассчитывается или задается по заданию, как в рассматриваемом случае).

Допустимый ток КЗ кабельной линии сечением 400 мм² ИП-ТП1 луч А:

кА.

Выбранное сечение 400 мм² не требует увеличения. Проведенный расчет для остальных линий 10 кВ показал, что выбранные сечения также не требуют увеличения.

Сопротивление системы определяется по формуле:

Ом. (9.8)

Проверка выбранных сечений по допустимым потерям напряжения. Допустимые потери напряжения в сетях по ГОСТ 13109-97 в нормальных режимах не должны превышать 5 % в аварийных 10 %. Потери напряжения определяем по формуле (8.4).

Пример расчета приведен для линии ИП-ТП1 луча А:

В.

%.

В.

%.

Выбор сечений остальных КЛ проводится аналогично, результаты представлены в таблице 9.5.

Таблица 9.5 – Сводная таблица по расчетам кабельных линий 10 кВ

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: