Электроснабжение жилого дома

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»

Уральский Энергетический институт Кафедра автоматизированные электрические системы КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по курсу: Электрическая часть систем промышленного и бытового электроснабжения Тема: Электроснабжение жилого дома Выполнил: Шистеров М.С.

Группа: ЭНЗ-590 102

Екатеринбург 2014

• Введение
• 1. Определение расчетной нагрузки, подключаемой к двухтрансформаторной ПС
• 2. Расчет токов коротких замыканий в одной из точек на стороне 0,4 кВ
• 2.1 Расчет трехфазного короткого замыкания
• 2.2 Расчет однофазного короткого замыкания
• 3. Выбор низковольтной аппаратуры на стороне 0,4 кВ
• 3.1 Выбор предохранителей
• 3.2 Выбор автоматических выключателей
• 3.3 Проверка кабеля на термическую стойкость
• 3.4 Проверка допустимости перегрева кабеля при протекании по нему пикового тока в течение времени срабатывания защиты
• 4. Выбор сечения кабельной линии 10 кВ и описание выключателя на фидере 10 кВ
• Список используемой литературы
• Введение
• Системой электроснабжения называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электрической энергии.
• Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приёмников электрической энергии, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и другие промышленные приёмники электроэнергии. Задача электроснабжения промышленных предприятий возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов и строительством электрических станций.
• Первые электрические станции сооружались в городах для целей освещения и питания электрического транспорта, а также при фабриках и заводах. Несколько позднее появилась возможность сооружения электрических станций в местах залежей топлива или местах использования энергии воды, в известной степени независимо от мест нахождения потребителей электрической энергии — городов и промышленных предприятий. Передача электрической энергии к центрам потребления стала осуществляться линиями электропередачи высокого напряжения на большие расстояния.
• В настоящее время большинство потребителей получают электрическую энергию от энергосистем. В то же время на ряде предприятий продолжается сооружение и собственных ТЭЦ.
• По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. Возникает необходимость внедрять автоматизацию систем электроснабжения промышленных предприятий и производственных процессов, осуществлять в широких масштабах диспетчеризацию процессов производства с применением телесигнализации и телеуправления и вести активную работу по экономии электрической энергии.
• Проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий велось в централизованном порядке в ряде проектных организаций. В результате обобщения опыта проектирования возникли типовые решения.
• В настоящее время созданы методы расчёта и проектирования цеховых сетей, выбора мощности трансформаторов, методика определения электрических нагрузок, выбора напряжения, сечений проводов и жил кабелей и т. п.

2. Определение расчетной нагрузки, подключаемой к двухтрансформаторной ПС

Определение расчетной нагрузки производим для 100 квартирного пятиэтажного жилого дома III категорииcгазовым отоплением согласно СП 31−110−2003.

Расчетная нагрузка питающих линий, вводов и на шинах РУ-0,4 кВ ТП от электроприемников квартир (Р_кв) определяется по формуле, кВт,

где — удельная нагрузка электроприемников квартир, принимаемая по таблице 6.1 в зависимости от числа квартир, присоединенных к линии (ТП), типа кухонных плит, кВт/квартиру. Удельные электрические нагрузки установлены с учетом того, что расчетная неравномерность нагрузки при распределении ее по фазам трехфазных линий и вводов не превышает 15%;

— количество квартир, присоединенных к линии (ТП).

Таблица 1.

Найдем номинальный ток Выбор кабельных линий Сечение кабеля выбирается по допустимому длительному току из условий нагрева. При прокладке в кабельном канале нескольких кабелей следует учесть их взаимное температурное влияние при определении допустимого длительного тока. Допустимый длительный ток вычисляется по соотношению где Iр — расчетный ток;

— коэффициент, учитывающий прокладку нескольких кабелей в канале

= 0,92 (учитывает тот факт, что согласно правилам устройств электроустановок в сетях 0,4 кВ запрещена прокладка кабелей без нулевой жилы); - допустимый длительный ток для кабеля по условиям нагрева в нормальных условиях.

Допустимый длительный ток определяется следующим образом

По справочным данным находится ближайшее большее сечение, выдерживающее в длительном (получасовом) режиме ток больше. На основании анализа условий прокладки следует сделать вывод о марке прокладываемого кабеля из таблицы 2. Для приведенного примера принимаем к прокладке кабели марки ВВГ 3×50 + 1×16

Таблица 2. Провода с медными жилами с резиновой изоляцией, в металлических защитных оболочках и кабели с медными жилами с резиновой изоляцией в поливинилхлоридной наиритовой или резиновой оболочках, бронированные и небронированные

3. Расчет токов коротких замыканий в одной из точек на стороне 0,4 кВ

На двухтрансформаторной ПС установлены 2хТМ-630 кВт, со следующими техническими характеристиками: ,

Расчет токов коротких замыканий предназначен для выбора защитной и коммутационной аппаратуры и проверки оборудования на термическую стойкость.

Расчеты выполняются при следующих условиях:

1. Параметры схемы замещения трансформатора прямой, обратной и нулевой последовательностей одинаковы и составляют

где — активные сопротивления трансформатора прямой, обратной и нулевой последовательностей;

где — реактивные сопротивления трансформатора прямой, обратной и нулевой последовательностей;

2. Активные и реактивные сопротивления прямой последовательности кабеля и петли фаза-нуль соответственно

где — длина кабельной линии

и — активное и индуктивное удельные сопротивления кабелей Из данной таблицы определим значения и из условия выбора кабельной линии марки ВВГ 3×50 + 1×16

Таблица 3. Значения сопротивлений кабелей напряжением до 1 кВ

3.1 Расчет трехфазного короткого замыкания

Ток трехфазного металлического короткого замыкания на землю в точке К1 (максимальный ток короткого замыкания) определяется по соотношению Ток трехфазного металлического короткого замыкания на землю в точке К1 с учетом переходного сопротивления (минимальный ток короткого замыкания) определяется по выражению где — переходное сопротивление, включающее сопротивления контактов и сопротивление дуги в месте короткого замыкания. Переходное сопротивление принимается 30 мОм.

3.2 Расчет однофазного короткого замыкания

Ток однофазного короткого замыкания на землю в точке К1 определяется по соотношению:

Исходя из ранее заданных условиях о том, и представим формулу в виде С учетом переходных сопротивлений контактов и дуги суммарное сопротивление вычисляется следующим образом

=280,781 мОм

4. Выбор низковольтной аппаратуры на стороне 0,4 кВ

4.1 Выбор предохранителей Выбор предохранителя осуществляется по следующим условиям: Выбран предохранитель типа ПН-2 с

1. Номинальное напряжение предохранителя должно соответствовать номинальному напряжению сети .

2. Номинальный ток плавкой вставки выбирается по двум условиям:

— ток плавкой вставки должен быть не меньше максимального рабочего тока.

— всвязи с тем что отсутствует двигательная нагрузка, то по ПУЭ п. 3.1.9 в сетях, допускается не выполнять расчетной проверки приведенной кратности тока КЗ, если обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников, аппараты защиты имели кратность не более:

300% для номинального тока плавкой вставки предохранителя;

Следовательно проверка чувствительности защиты оборудования предохранителем по минимальному току короткого замыкания (кратность минимального тока короткого замыкания по отношению к номинальному току плавкой вставки должна быть больше 3 для невзрывоопасных помещений и 4 для взрывоопасных) Предохранитель типа ПН-2 с подходит по всем условиям выбора предохранителей

4.2 Выбор автоматических выключателей

Автоматический выключатель должен защищать сеть от токов коротких замыканий и от перегрузки, поэтому выбирается автоматический выключатель с комбинированным расцепителем. (ABB Sace Formula A2C 250 TMF 225−2250 3p F F трехполюсный на 225 ампер 1SDA070337R1)

и

Условия выбора автоматических выключателей:

1. Значение номинального напряжения автоматического выключателя должно соответствовать значению номинального напряжения сети

2. Значение номинального тока расцепителя должно быть больше или равно максимальному длительному расчетному значению тока группы электроприемников.

Проверяем чувствительности отсечки при двухфазных и однофазных коротких замыканиях. Расчетные значения коэффициентов чувствительности при двухфазных и однофазных коротких замыканиях определяются по соотношениям Автоматический выключатель типа ABB Sace Formula A2C 250 TMF 225−2250 3p F F трехполюсный на 225 ампер 1SDA070337R1 и подходит по всем условиям выбора автоматических выключателей.

4.3 Проверка кабеля на термическую стойкость

Проверка термической стойкости кабеля основана на расчете теплового импульса — количества тепла, которое выделяется в активном сопротивлении кабеля при протекании через него тока короткого замыкания за время начала короткого замыкания до полного погашения дуги при его отключении. Время действия тока зависит от параметров установленной защитной и коммутационной аппаратуры. Минимально допустимое сечение кабеля мин s по термической стойкости определяется по выражению:

где — максимальное значение расчетного тока короткого замыкания; - собственное время отключения защитного аппарата;

— среднее значение постоянной времени апериодической слагающей тока короткого замыкания (= 0,01 с);

С — постоянная времени, зависящая от вида изоляции и материала жил кабеля, определяется при условии, что температура нагрева проводников при коротком замыкании не превышает допустимую — 150 °C для поливинилхлоридной и резиновой изоляции. Данную постоянную выбирем из таблицы 4.

Таблица 4. Значения функции С и расчетных значений температуры для кабелей.

Проверка допустимости перегрева кабеля при протекании по нему пикового тока в течение времени срабатывания защиты

Значение температуры кабеля не должно превышать критическое для данных типов кабеля и изоляции. Допустимая температура для кабеля АВВГ составляет 150 °C. Расчет перегрева кабеля от пиковых токов проводится по упрощенному алгоритму, который дает несколько завышенное значение температуры кабеля.

1. Определяется масса m проводникового материала

где p — плотность материала (для алюминия? = 2,703 г/см3, для меди? = 8,89 г/см3); s — сечение жилы кабеля; l — длина кабеля.

2. Определяется количество теплоты, необходимое для нагрева массы проводникового материала m от начального значения температуры tн до критического значения температуры tк (по таблице 4)

3.Определяются потери активной мощности при протекании пикового тока, выделяющиеся в виде тепла и нагревающие кабель где? — удельное сопротивление (для алюминия? = 0,028 мкОм м? , для меди? = 0,017 241 мкОм м ?) материала жил кабеля.

4.Находится время, в течение которого при мощности Р в кабеле будет выделено найденное количество теплоты:

5.Сравнивается реальное время нагрева кабеля при протекании пикового тока со временем Т. Если время протекания пикового тока меньше времени Т, то делается вывод о том, что кабель и его изоляция не нагреются до недопустимого уровня температур, и, следовательно, время срабатывания тепловой защиты от перегрузки выбрано правильно.

5. Выбор сечения кабельной линии 10 кВ и описание выключателя на фидере 10 кВ Выбор кабельной линии 10 кВ необходимо выбирать из всей мощности трансформаторной подстанции и, соответственно, из максимального тока нагрузки.

Согласно РД 34.20.185−94, инструкции по проектированию городских электрических сетей, глава 7.2. Сети напряжением 0,38−20 кВ. 7.2.6. В распределительных сетях 10(6) кВ кабели с алюминиевыми жилами при прокладке их в траншеях рекомендуется принимать сечением не менее 70 мм². Сечение кабелей по участкам линии следует принимать с учетом изменения нагрузки участков по длине. При этом на одной линии допускается применение кабелей не более трех различных сечений. Выбор произведем КЛ 10 кВ медным проводом по таблице 5СГ 3×16

Таблица 5. Допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами

Сечение кабеля выбирается по допустимому длительному току из условий нагрева. При прокладке в кабельном канале нескольких кабелей следует учесть их взаимное температурное влияние при определении допустимого длительного тока. Допустимый длительный ток вычисляется по соотношению где Iр — расчетный ток;

— коэффициент, учитывающий прокладку нескольких кабелей в канале

= 0,92 (учитывает тот факт, что согласно правилам устройств электроустановок в сетях 0,4 кВ запрещена прокладка кабелей без нулевой жилы); - допустимый длительный ток для кабеля по условиям нагрева в нормальных условиях. Аналогично расчетам на термостойкость КЛ 0,4 кВ, КЛ 10 кВ также проходит по термостойкости.

На фидере выбирается вакуумный выключатель ВВ/ТЕL с следующими техническими характеристиками:

Рисунок 1. Вакуумный выключатель BB/TEL

Вакуумные выключатели серии ВВ/TEL предназначены для эксплуатации в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц с номинальным напряжением до 10 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью в нормальных и аварийных режимах.

Выключатели ВВ/TEL применяются в ячейках КРУ внутренней и наружной установки, а также в камерах КСО, как при новом строительстве, так и при замене выключателей прошлых лет выпуска.

Отличительные особенности:

* высокий коммутационный и механический ресурсы;

* отсутствие необходимости проведения текущего и среднего ремонтов;

* питание цепей управления от сети постоянного, выпрямленного и переменного оперативного тока;

* малое потребление мощности из сети оперативного питания;

* возможность отключения при потере оперативного питания;

* полная взаимозаменяемость с устаревшими маломасляными выключателями по главным и вспомогательным цепям;

* возможность работы в любом пространственном положении;

* малые габариты и масса.

Таблица 6. Основные технические характеристики

Выключатель был выбран из следующих условий:

1. Значение номинального напряжения автоматического выключателя должно соответствовать значению номинального напряжения сети

2. Значение номинального тока расцепителя должно быть больше или равно максимальному длительному расчетному значению тока группы электроприемников Найдем ток трехфазного металлического короткого замыкания на землю в точке определяется по соотношению.

Ток однофазного короткого замыкания на землю в точке К1 определяется по соотношению:

С учетом переходных сопротивлений контактов и дуги суммарное сопротивление вычисляется следующим образом Сопротивления приведены к стороне 10 кВ. Номинальный ток отключения короткого замыкания выключателя 12,5 кА. Селективность и чувствительность работы выключателя обеспечивается уставками релейной защиты. Выбранный выключатель проходит по номинальному току и токам короткого замыкания с заданием уставок релейной защиты на отключение выключателя при минимальном однофазном коротком замыкании В выключателе применена ВДК аксиального типа собственной разработки рекордно малых габаритов и веса, рассчитанная на номинальные токи 630 и номинальные токи отключения 12,5. Коммутационный ресурс составляет 50 000 циклов В-0 при отключении номинальных токов. Выключатель состоит из трех полюсов, установленных на общем металлическом корпусе, в котором размещены пофазные электромагнитные приводы с магнитной защелкой, удерживающей выключатель неограниченно долго во включенном положении после прерывания тока в катушке электромагнита. Якоря электромагнитов связаны общим валом, на котором установлены постоянные магниты, управляющие герконами для внешних вспомогательных целей. ВДК и остальные узлы аппарата размещаются в изоляционных корпусах из прозрачного полимерного материала, который обеспечивает электрическую изоляцию выключателя и предохраняет от возможных в эксплуатации механических повреждений и воздействий электрической дуги.

Преимущества вакуумного выключателя:

1) Высокая эксплуатационная надежность. Интенсивность отказов ВВ на порядок ниже по сравнению с масляными или электромагнитными выключателями.

2) Механический ресурс и быстродействие. Высокий механический ресурс ВВ обусловлен в первую очередь тем, что ход контактов ВДК составляет от 6 до 10 мм при напряжении 10 кВ. Для масляных и электромагнитных выключателей на это же напряжение ход контактов достигает 100−200 мм.

Эта особенность наряду с малой массой подвижных контактов ВВ обеспечивает высокое быстродействие, что позволяет применять ВВ в схемах быстродействующих устройств.

3) Высокая коммутационная износостойкость.

Число отключений номинальных токов, допускаемое без ревизий и ремонта ВДК, достигает 10−20 тысяч, а номинальных токов отключения (токов короткого замыкания) — от 20 до 200 в зависимости от типа ВКД и значения тока. При эксплуатации маломасляных выключателей необходимо производить ревизию после 500−1000 отключений номинального тока или 3−10 отключений номинального тока отключения. Для воздушных выключателей эти цифры составляют 1000−2500 и 6−15 отключений соответственно. Высокая коммутационная износостойкость позволяет значительно сократить расходы по обслуживанию ВВ, а также перерывы в электроснабжении, связанные с выполнением регламентных работ. Обслуживание ВВ сводится к периодической смазке механизма привода и проверке износа контактов один раз в 5−10 лет или через 5−10 тысяч отключений. Замена ВДК производится через 20−25 лет или после 20−30 тысяч операций.

4) Безопасность эксплуатации и культура обслуживания. Для ВВ характерны малая энергия привода, малые динамические нагрузки и отсутствие выброса газов, масла. Масса ВВ значительно ниже массы выключателей других типов при одинаковых номинальных параметрах тока и напряжения. Все это обеспечивает бесшумность работы, повышает культуру обслуживания и предотвращает загрязнение окружающей среды. Герметичное исполнение ВКД и отсутствие среды, поддерживающей горение, обеспечивает высокую пожарои взрывобезопасность и возможность работы в агрессивных средах.

двухтрансформаторный замыкание кабель

Список используемой литературы

1. Е. А. Конюхова Эл. снабжение объектов уч. Пособие.

2. Федоров А. А., Старкова Л. Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учебное пособие для вузовМ.: Энергоатомиздат, 1987

3. А. А. Федоров, В. В. Каменева Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учебник для вузов.-3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1979

4. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий: А. А. Федоров, Г. В. Сербиновский — М: Энергия, 1981

5. Справочная книга электрика/ под редакцией В. И. Григорьева. — М. Колос. 200