Электроснабжение жилого микрорайона города

РП

В1

ТП-1

0,4 кВ

0,4 кВ

В2

Л1

Л2

10кВ

ТП-2

ТП-1

ТП-2

РП

10 кВ

0,4 кВ

0,4 кВ

В1

Л1

Л2

  
Рисунок 3 –  Схемы распределительных сетей  
Характерной особенностью этих схем является одностороннее электроснабжение потребителей. При аварии на любом участке линии Л1 и Л2 или на шинах 10 кВ подстанции автоматически отключится головной масляный выключатель В1 или В2 и вне подстанции прекращают подачу электроэнергии потребителям на время ремонта. Такие схемы применяются для потребителей III категории, так как в этих схемах отсутствуют резервное питание и осуществляется минимальная надежность электроснабжения.  
Широко в городских сетях применяется распределительная сеть 10 кВ выполненная по кольцевой схеме (рисунок 4). Эта схема дает возможность двухстороннего питания каждой ТП. При повреждении какого-либо участка каждая ТП будет получать питание, согласно обеспеченной надежности электроснабжения потребителей.  
  
Рисунок 4 – Кольцевая схема электроснабжения  
Для увеличения электроснабжения магистральная сеть выполняется с двумя источниками питания (от разных секущих шин РП) рисунок 5.  
  
Рисунок 5 – Магистральная схема электроснабжения  
В дипломном проекте для сравнения рассматриваются две схемы распределительных сетей ВН: кольцевая схема электроснабжения и магистральная схема с двумя источниками питания.  
Согласно /4/ электрические сети 10 кВ на территории городов, в районах застройки зданиями высотой 4 этажа и выше выполняются, как правило, кабельными. Кабельные линии прокладывают в траншеях на глубине не менее 0,7 м /1/.  
 
9 Предварительный выбор сечения кабельной линии 10 кВ  
В соответствии с /3/ сечение кабелей с алюминиевыми жилами в распределительных сетях 10кВ при прокладке их в земляных траншеях, следует принимать не менее 35 мм². Выбор экономически целесообразного сечения производится по экономической плотности тока в зависимости от металла провода и числа часов использования максимума нагрузки /1/:  
(9.1) 
где  Im – расчетный максимальный ток, А;  
jэ – нормальное значение экономической плотности тока, А/мм²,  
jэ=1,6 А/мм² /3/  
 
(9.2)  
где Sm – максимальная расчетная мощность, передающаяся по кабелю, кВА;  
(9.3) 
Выбираем сечение кабеля на участке п/ст «Шелковая» - РП с ТП-2 (Рисунок 6).  
 
(.9.4)  
где  Ку=0,8  /2/  
РΣi – суммарная расчетная нагрузка i-й ТП.  
Рm0-2=( РΣ1+ РΣ2+ РΣ3+ РΣ4+ РΣ5+ РΣ6)*0,8=(355,64+237+323+450,4+417+  
+512)*0,8=1836 кВ  
cos φ=0,92 -  на шинах РП /2/  
tg φ=0,43  
Qm0-2= Qm0-1*tg φ=1836*0,43=789,5 кВт  
 
 
 
Выбираем кабель марки ААБ с сечением жилы 95 мм²  Iдоп = 240А  
Расчет кольцевой распределительной сети 10 кВ  
  
Рисунок 6 – Расчетная схема распределительных сетей 10 кВ, Вариант I, кольцевая схема.  
Выбираем сечения кабелей распределительной сети 10 кВ от РП.  
Определяется точка потокораздела:  
 
 
Проверка:  
S21+S23=ΣSm  
1015,2+1078,8=2094  
2094 кВА=2094 кВА  
Потоки мощности по участкам:  
S36=S23-S3=1078,8-378=700,8 кВА;  
S65=S36-S6=700,8-550=150,8 кВА;  
S54=S65-S5=150,8-433=-282,2 кВА;  
S14=S12-S1=1015,2-249=766,2 кВА;  
S45=S14-S4=766,2-484=282,2 кВА;  
S56=S45-S5=282,2-433=-150,8 кВА;  
ТП-5 является точкой потокораздела:  
P21=S21*cos φср.вз.=1015,2*0,94=954,3 кВт;  
P23=S23*cos φср.вз.=1078,8*0,94=1014 кВт;  
P36=S36*cos φср.вз.=700,2*0,94=658,2 кВт;  
P65=S65*cos φср.вз.=150,8*0,94=141,75 кВт;  
P14=S14*cos φср.вз.=766,2*0,94=720,2 кВт;  
P45=S45*cos φср.вз.=282,2*0,94=265,3 кВт.  
Определяется ток на каждом участке сети 10 кВ:  
 
(9.5)  
 
 
 
 
 
 
 
По определенному току рассчитывается экономическая плотность тока и принимается стандартное большее сечение кабеля. Марка кабеля – ААБ, стандартное сечение кабеля 35-240 мм² /9/.  
F21=36,7 мм²; Fст.21=50 мм²;  Iдоп=140 А  
F14=27,7 мм²; Fст.14=35 мм²;  Iдоп=115 А  
F45=10,2 мм²; Fст.45=35 мм²;  Iдоп=115 А  
F56=5,4 мм²; Fст.56=35 мм²;  Iдоп=115 А  
F63=25,3 мм²; Fст.63=35 мм²;  Iдоп=115 А  
F23=39 мм²; Fст.23=50 мм²;  Iдоп=140 А  
Производится проверка выбранных сечений кабеля в аварийных режимах: обрыв линии 1-2 или обрыв линии 2-3. Питание распределительной сети 10 кВ осуществляется от одной из двух секций шин РП-10кВ. Расчет производится аналогично расчету в нормальном режиме. Результаты расчетов снесены в таблицу 11. 

Обрыв участка	№ i-го участка	Siав, кВА	Рiав, кВт	Iiав, А	Fст., мм2	Uдоп,А	Fст.принятое, мм2
1-2	2-3	2094	1968	121	50	140	50
	3-6	1716	1613	99,2	35	115	35
	6-5	1166	1094	67,4	35	115	35
	5-4	733	689	42,4	35	115	35
	4,1	249	234	14,4	35	115	35
2-3	1-2	2094	1968	121	50	140	50
	1-4	1845	1734	107	35	115	35
	4-5	1361	1279	79	35	115	35
	5-6	928	872	54	35	115	35
	6-3	378	355	22	35	115	35

Таблица 11  
Потери напряжения при найденном сечении определяются по формуле /9/:  
(9.6) 
где  ΔUтб- табличное значение удельной величины потери напряжения, %/кВт*км /9/;  
Ма –сумма произведений активных нагрузок на длины участков линий, кВт*м.  
Расчетная потеря напряжений ΔU сравнивается с допустимой потерей напряжения ΔUдоп.  
(9.7)  
ΔUдоп=5% - в нормальном режиме работы;  
ΔUдоп=10% - в аварийном режиме работы.  
Определяются потери напряжения в нормальном режиме работы:  
Потеря напряжения на участке 2-1-4-5:  
ΔU2-1-4-5=0,654*954,3*220*10^-6+0,925*(720,2*320+265,3*300)*10^-6=  
=0,42%<5%  
Потеря напряжения на участке 2-3-6-5:  
ΔU2-3-6-5=0,654*1014*320*10^-6+0,925*(658,2*230+147,75*310)*10^-6=  
=0,4%<5%  
Определяются потери напряжения в аварийном режиме работы:  
Обрыв участка 1-2  
ΔU2-3-6-5-4-1=0,654*1968*320*10^-6+0,925*(1613*230+1094*310+689*300  
+234*320)*10^-6=1,33%<10%  
Обрыв участка 2-3  
ΔU2-1-4-5-6-3=0,654*1968*220*10^-6+0,925*(1734*320+1279*300+  
+872*310+355*230)*10^-6=1,48%<10%  
Выбранные сечения кабельной сети удовлетворяют условиям проверки по нагреву длительно допустимым током и по потери напряжения.  
Расчет двухлучевой схемы распределительной сети 10 кВ  
 

 

Рисунок 7 – Двухлучевая схема . Вариант II  
Определяются потоки мощности по участкам:  
S21=S1+S4+S5=249+484+433=1166 кВА;  
S14=S4+S5=484+433 кВА;  
S45=S5=433 кВА;  
S23=S6+S3=378+550 кВА;  
S36=S6=550 кВА.  
Расчет и выбор сечений кабельной сети производится аналогично, как и для варианта I. Расчет в аварийном режиме производится при обрыве из цепи двухцепной линии. Результаты расчетов снесены в таблицу 12.  
Таблица 12 

№ участка	Smi,кВА	Ipi, А	Fi, мм2	Fст.i, мм2	Iдоп, А	Iавi,А
2-1	1166	33,7	21	35	115	67,4
1-4	917	26,5	17	35	115	53
4-5	433	12,5	7,8	35	115	25
2-3	928	26,8	17	35	115	53,6
3-6	550	16	10	35	115	32

Проверка выбранных сечений  кабеля по допустимой потери напряжения ΔUдоп, производится в нормальном и в аварийном режимах. Проверка по потере напряжения в аварийном режиме производится при выходе из работы одного из двух кабелей в начале ветви (участок 2-1 или 2-3). Результаты расчетов сведены в таблицу 13.  
Таблица 13 

№ участка	Pi, кВт	li, м	ΔUтб, % км*мВт	ΔUр, %	ΔUдоп, %	ΔUрав, %	ΔUдопав, %
2-1	1096	220	0,925	0,59	5	1,2	10
1-4	862	320	0,925
4-5	407	300	0,925
2-3	872	320	0,925	0,4	5	0,8	10
3-6	517	230	0,925

 

Выбранные сечения кабельной  сети удовлетворяют условиям проверки по нагреву длительно допустимым током и по потери напряжения. 
10 Расчет токов короткого замыкания  
Для проверки кабеля на термическую устойчивость производится расчет токов короткого замыкания.  
I вариант  
Составляется схема замещения кольцевой сети (рисунок 8).  
  

Рисунок 8

Сопротивление системы -0,63 Ом; I_по = 9,2 кА; i_уд = 19 кА.  
Рассчитываем индуктивные и активные сопротивления линий:  
(10.1) 
(10.2) 
где  Х0 – погонное индуктивное сопротивление, Ом/км;  
ro – погонное активное сопротивление, Ом/км;  
l – длина участка линии, км.  
Для кабеля сечением 95 мм²: X0=0,083 Ом/км, rо=0,326 Ом/км;  
для кабеля сечением 50 мм²: X0=0,09 Ом/км, rо=0,62 Ом/км;  
для кабеля сечением 35 мм²: X0=0,095 Ом/км, rо=0,89 Ом/км.  

Хл1=0,09*0,22=0,02Ом	rл1=0,62*0,22=0,136 Ом
Хл2=0,095*0,32=0,03Ом	rл2=0,89*0,32=0,285 Ом
Хл3=0,095*0,3=0,025Ом	rл3=0,89*0,3=0,267 Ом
Хл4=0,095*0,31=0,029Ом	rл4=0,89*0,31=0,276 Ом
Хл5=0,09*0,32=0,03Ом	rл5=0,62*0,32=0,198 Ом
Хл6=0,095*0,23=0,02Ом	rл6=0,89*0,23=0,21 Ом

Таблица 14 – Результаты расчета сопротивлений  
Производим выбор базисных величин:  
Sб=100 МВА, Uб=10,5 кВ  
rк1=rn=0,2 Ом;  
хк1=хс+хл=0,63+0,051=0,681 Ом;  
 
Определяется сопротивление в относительных единицах:  
  
 1. Определяется ток Iкз в точке К1  
 
По данным кривым определяется установившийся ток короткого замыкания в относительных единицах /10/:  
I^*∞k1=1,55;  
Переводим I^*∞ в именованные единицы:  
                                                         
По расчетным кривым определяется ток короткого замыкания в начальный момент времени (t=0) /10/:  
I^*on=1.51;  
 
Определяется ударный ток:  
(10.4) 
где kуд – ударный коэффициент  
kуд=1,45 /1/  
 
2.     Определяется ток Iкз в точке К2  
 
 
 
 
I^*∞=1,5;  I^*0=1,42;  
 
 
  
3.     Определяется ток Iкз в точке К3  
 
 
 
 
I^*∞=1,38;  I^*0=1,25;  
 
 
 
4.     Определяется ток Iкз в точке К4  
 
 
 
 
I^*∞=1,35;  I^*0=1,2;  
 
 
 
5.     Определяется ток Iкз в точке К5  
 
 
 
 
I^*∞=1,39;  I^*0=1,28;  
 
 
  
6.     Определяется ток Iкз в точке К6  
 
 
 
 
I^*∞=1,48;  I^*0=1,4;  
 
 
 
II вариант  
Составляется схема замещения двухлучевой сети (рисунок 9)  
  
Рисунок 9  
Расчет токов короткого замыкания выполняется аналогично. Результаты расчетов снесены в таблицу 15.  

Таблица 15

№ линии	Хл, Ом	rл, Ом	Хki, Ом	rki, Ом	Zk, Ом	X*	I*∞	I∞,кА	I*0	I0, кА	iуд
1	0,021	0,196	0,702	0,396	0,81	0,735	1,46	8,03	1,38	7,6	12,3
2	0,03	0,285	0,732	0,681	0,99	0,9	1,25	6,88	1,11	6,11	8,6
3	0,029	0,267	0,761	0,948	1,21	1,1	1,05	5,78	0,91	5,01	7,1
5	0,03	0,285	0,711	0,485	0,86	0,78	1,38	7,59	1,26	6,94	9,8
6	0,022	0,205	0,733	0,69	1,01	0,91	1,25	6,88	1,11	6,11	8,6

 

11 Проверка кабеля 10 кВ на термическую устойчивость  
      к токам короткого замыкания  
При проверке кабелей ПУЭ рекомендует для одиночных кабелей место короткого замыкания принимать в начале линии, если она выполняется одним сечением или в начале каждого участка нового сечения, если линия имеет по длине разные сечения. При наличии пучка из двух и более параллельно выполненных кабелей ток короткого замыкания определяют, исходя из того, что замыкание произошло непосредственно за пучком, т.е. учитывается сквозной ток короткого замыкания.  
Проверка сечения кабелей по термической стойкости производится по формуле:  
              (11.1) 
(11.1) 
где  I∞ - действующее значение установившегося тока короткого замыкания;  
tn – приведенное время короткого замыкания;  
С – расчетный коэффициент.  
С=95 А*с^1/2/мм²   /7/  
При проверке кабелей 10 кВ городских сетей на термическую стойкость затухание тока короткого замыкания, как правило, не учитывается и tn принимается равным действительному, которое слагается из выдержки времени релейной защиты линий 10 кВ и собственного времени отключающего аппарат.  
При проверке кабелей 10 кВ городских сетей на термическую стойкость затухание тока короткого замыкания, как правило, не учитывается и tn принимается равным действительному, которое слагается из выдержки времени релейной защиты линий 10 кВ и собственного времени отключающего аппарат. /8/  
 
(11.2)  
tотк.ап=0,03 с;  
Проверяем выбранное сечение кабеля на участке п/ст «Шелковая» - РП с ТП-2 по термической устойчивости:  
Расчетная точка короткого замыкания – К1.  
I∞=8530 А;  tр.з=0,1 с.; tn=0,13 с.  
 
Fст>Fтерм  
95 мм²>32,4 мм²  
Выбранный кабель удовлетворяет условию проверки по термической устойчивости.  
Проверим сечения кабелей кольцевой схемы, вариант I.  
Проверяем сечение кабеля на участке РП – ТП-1, расчетная точка короткого замыкания – К1.  
I∞=8530 А;  tр.з=0,05 с.; tn=0,08 с.  
 
50 мм²>25,4 мм²  
Выбранный кабель удовлетворяет условию проверки по термической устойчивости.  
Проверяем сечение кабеля на участке ТП-1 – ТП-4, расчетная точка короткого замыкания – К2.  
I∞=8250 А;  tр.з=0,05 с.; tn=0,08 с.  
 
35 мм²>24,6 мм²  
Выбранный кабель удовлетворяет условию проверки по термической устойчивости.  
Проверяем сечение кабеля на участке ТП-3 – ТП-6, расчетная точка короткого замыкания – К6.  
I∞=8150 А;  tр.з=0,05 с.; tn=0,08 с.  
 
35 мм²>24,3 мм²  
Выбранный кабель удовлетворяет условию проверки по термической устойчивости.  
Двухлучевая схема. Вариант II.  
Проверяем сечение кабеля на участке РП – ТП-1, расчетная точка короткого замыкания – К1.  
I∞=8530 А;  tр.з=0,05 с.; tn=0,08 с.  
 
35 мм²>25,4 мм²  
Выбранный кабель удовлетворяет условию проверки по термической устойчивости.  
 
12 Выбор и расчет оборудования сети 10 кВ  
В данном разделе мною рассмотрены вопросы по выбору электрооборудования в ячейках РП-10 кВ, РЦ 10 кВ на трансформаторных подстанциях и в ячейках питающих линий 10 кВ на п/ст «Шелковая».  
В проектируемом жилом микрорайоне распределительный пункт совмещен с трансформаторной подстанцией, с трансформаторами на 250 кВА.  
Распределительный пункт 10 кВ предназначен для приема и распределения электрической энергии в городских сетях 10 кВ и размещается в отдельно стоящем здании. Выбираем распределительный пункт типа II РПК-2Т на восемь отходящих линий /9/. Силовые трансформаторы, распределительный щит 0,4 кВ и РУ 10 кВ размещаются в отдельных помещениях.  
РУ 10 кВ комплектуется камерами КСО-212, распределительное устройство 0,4 кВ – панелями серии ЩО-70 /14/. Соединение трансформаторов со щитом 0,4 кВ осуществляется голыми шинами, с РУ 10 кВ – кабелем. Крепление металлоконструкций (камер, щитов, панелей) осуществляется сварным соединением к закладным металлическим деталям в стенах и полу, предусмотренных в строительной части проекта.  
Панель собственных нужд размещается вместе со щитом освещения и электроотопления, навесного исполнения в помещении РУ 0,4 кВ. Снаружи  
РУ 0,4 кВ предусмотрено место для панели внутриквартального освещения. Для автоматического регулирования уличного освещения в ночное время устанавливается щит уличного освещения ЩУО-200, который комплектуется вводным аппаратом на 100 А, трансформатором тока и счетчиком, четырьмя групповыми автоматами на 25 и 40 А.  
12.1 Выбор оборудования в ячейках питающих линий 10 кВ на п/ст «Шелковая»  
12.1.1 Выбор разъединителя  
   
Разъединитель выбираем:  
- по роду установки – внутренний;  
- по номинальному напряжению установки:  
U_рн ≥ U_ном; U_рн = 10 кВ; U_ном = 10 кВ;  
- по длительному току:  
I_рн ≥ I_расч; I_рн = 400 А; I_расч = 126 А;  
Выбираем разъединитель типа РВЗ-10/400 /12/.  
Выбранный разъединитель проверяем:  
- на термическую стойкость:  
I_пр.тер²∙t_тер ≥ I∞²×t_ф,                                                                                     (12.1.1.1)  
          
где    I_пр.тер – предельный термический ток, кА,  
         I_пр.тер = 16 кА /12/;  
         t_тер – допустимое время прохождения предельного термического  
тока, с,  
         t_тер = 4 с /12/;  
         I∞ - установившееся значение тока короткого замыкания, кА,  
         I∞ = 9,2 кА (из расчета токов КЗ);  
         t_ф – фиктивное время прохождения тока короткого замыкания, с,  
         t_ф = 0,6 с;  
16²∙4 ≥ 9,2²×0,6  
1024 кА²∙с > 50,8 кА²×с;  
- на электродинамическую стойкость:  
i_у < i_пр.с,                                                                                           (12.1.1.2)  
где    i_у – ударный ток КЗ, кА,  
         i_у = 19 кА;  
         i_пр.с – предельный сквозной ток, кА,  
         i_пр.с = 41 кА /12/;  
19 кА < 41 кА.     
Выбранный разъединитель типа РВЗ-10/400 с приводом РП-10 удовлетворяет условиям проверки.  
12.1.2  Выбор выключателя  
Выключатели выбираются:  
- по роду установки – внутренний;  
- по номинальному напряжению установки:  
U_выкл.н ≥ U_ном; U_выкл.н = 10 кВ; U_ном = 10 кВ;  
- по длительному току:  
I_выкл.н ≥ I_расч; I_выкл.н = 630 А; I_расч = 126 А;  
- по отключающей способности:  
I_о⁽³⁾ ≤ I_пр.с.,  
I_пр.с. = 12,5 кА; I_о⁽³⁾ = 8,7 кА;  
8,7 < 12,5  
Выбираем выключатель вакуумный типа ВВ/TEL-10-12,5/630-У2.  
Проверяем выключатель:  
- на термическую стойкость по формуле (12.1.1.1):  
12,5²∙3 ≥ 9,2²×0,6  
469 кА²∙с > 50,8 кА²×с;  
- на электродинамическую стойкость:  
19 кА < 32 кА.  
Выбранный вакуумный выключатель типа ВВ/TEL-10-12,5/630-У2 удовлетворяет условиям проверки.  
12.1.3 Выбор трансформатора тока  
Трансформатор тока выбирается:  
- по роду установки – внутренний;  
- по номинальному напряжению установки:  
U_тт.н ≥ U_ном; U_тт.н = 10 кВ; U_ном = 10 кВ;  
- по длительному току:  
I_тт.н ≥ I_расч; I_тт.н = 150 А; I_расч = 126 А;  
Выбираем трансформатор тока типа ТПЛ-10-У3 класса точности 0,5/10Р.  
Проверяем трансформатор тока:  
- на термическую стойкость по формуле (12.1.1.1):  
6,75²∙3 ≥ 9,2²×0,6  
137 кА²∙с > 50,8 кА²×с;  
- на электродинамическую стойкость:  
19 кА < 37,5 кА.  
- по допустимой нагрузке вторичных цепей:  
Z₂ ≤ Z_ном2;  
Z_ном2 = 0,4 Ом (для класса точности 0,5)  
Полное сопротивление внешней цепи определяется по формуле:  
Z₂ = Σr_приб + r_пров+ r_конт;                                                                   (12.1.3.1)  
где    Σr_приб – сумма сопротивлений всех последовательно включенных  
обмоток приборов, Ом;  
         r_пров- сопротивление соединительных проводов, Ом;  
         r_конт – сопротивление контактных соединений, Ом,  
         r_конт = 0,05 Ом;  
r_пров = ρ∙m∙l/F,                                                                                 (12.1.3.2)  
где    ρ – удельное сопротивление провода, Ом/м∙мм²,  
         ρ = 0,0283 Ом/м∙мм²;  
         m – коэффициент, зависящий от схемы включения,  
         m = 1;  
         l – длина проводом, м,  
         l = 5 м;  
         q – сечение провода, мм²,  
         q = 4 мм²;  
r_пров = 0,0283∙1∙5/4 = 0,061 Ом;  
Нагрузка от измерительных приборов составляет 3 ВА, тогда:  
Σr_приб = S_приб/I_2н²,                                                                             (12.1.3.3)  
Σr_приб = 3/5² = 0,12 Ом;  
Z₂ = 0,12 + 0,061+ 0,05 = 0,231 Ом;  
0,231 Ом < 0,4 Ом  
Трансформатор тока обеспечивает заданную точность измерений.  
Выбранный трансформатор тока типа ТПЛ-10-У3 удовлетворяет условиям проверки.  
12.1.4 Выбор оборудования РП-10 кВ  
Выбор разъединителей, вакуумных выключателей, трансформаторов тока производится аналогично, результаты снесены в сводные таблицы 16 –  18.  
Таблица 16 – Выбор электрооборудования ячейки ввода РП-10 кВ