Непромышленных объектов учебное пособие

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования

Дальневосточный государственный технический университет

(ДВПИ имени В.В.Куйбышева)

В.С. Холянов, О.М. Холянова

НЕПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

учебно-методическим центром в качестве

учебного пособия для студентов специальности

140211 «Электроснабжение»

Владивосток

2007

УДК

Холянов В.С., Холянова О.М. Электроснабжение непромышленных объек-тов: Учеб. пособие. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. –

Первая часть пособия посвящена расчёту электрических нагрузок жилых и общественных зданий в микрорайонах городов, расчёту сетей наружного освещения, выбору схем внешнего электроснабжения.

Вторая часть пособия посвящена вопросам электроснабжения объектов сельского хозяйства и включает расчёт электрических нагрузок, выбор числа и мощности трансформаторов на подстанции.

Приведены справочные данные для расчёта распределительных сетей напряжением 0,38-20 кВ.

Пособие предназначено для курсового и дипломного проектирования специальности 140211 «Электроснабжение» всех форм обучения: очной, заочной и очно-заочной по ускоренным программам обучения.
Ответственный редактор - зав. кафедрой электроэнергетики ДВГТУ канд. техн. наук, доцент В.С. Пастухов.

Рецензенты:

Техн. Редактор

Корректор

© Изд-во ДВГТУ, 2007

В соответствии с учебным планом специальности предусматривается получение студентами знаний об особенностях электроснабжения непромыш-ленных объектов, к которым относятся два вида систем электроснабжения, имеющих важное значение для функционирования коммунального хозяйства городов с одной стороны и обеспечение нормальной жизнедеятельности жителей и объектов сельскохозяйственного назначения с другой стороны. Поэтому в учебном пособии приводятся основные методики расчета электрических сетей коммунального и сельскохозяйственного назначения.

В пособии даны методики расчета электрических нагрузок жилых и общественных зданий, расчёта сетей наружного освещения, рекомендации по выбору схем внешнего электроснабжения сетей 35 кВ и выше. Приведены основные справочные данные для расчёта распределительных сетей напряже-нием 0,38-20 кВ, даётся порядок выбора числа, мощности и местонахождения сетевых трансформаторов 10/0,4 кВ коммунального назначения.

Вторая часть пособия посвящена проблемам электроснабжения сельского хозяйства, включает расчёт электрических нагрузок, расчёт сетей наружного освещения, выбор числа и мощности трансформаторов на подстанции, расчёт электрических сетей сельскохозяйственного назначения напряжением 0,38; 10; 35 и 110 кВ.

1. 
   ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ГОРОДОВ
   

Современные жилые здания насыщены большим количеством различных электроприёмников. К ним относятся осветительные и бытовые приборы и силовое электрооборудование. Идёт постоянный процесс повышения комфорт-ности жилья, а это в свою очередь увеличивает количество бытовых электро-приёмников и увеличивает бытовое электропотребление. Повышение этажнос-ти домов ужесточает требования к надёжности и бесперебойности питающих их электрических сетей.

В этой связи постоянно ведётся корректировка нормативной литературы по расчёту как внутридомовых, так и наружных электрических сетей. Настоя-щее пособие включает в себя самые современные нормативы для определения расчётных электрических нагрузок зданий (квартир), коттеджей, микрорайонов застройки и элементов городской распределительной сети.

0. 
   1.1. Расчет электрических нагрузок
   
1. 
   
   

Теоретические предпосылки рассматриваемого метода базируются на вероятностном подходе к величине расчётного максимума нагрузки. Разработке нормативных значений нагрузок предшествовали необходимые измерения в различных точках системы питания жилых домов: на вводах в квартиры, на лестничных стояках, вводах в дома, сетях низкого напряжения (питающих дома) и сетевых трансформаторах. Результаты измерений обрабатывались методами математической статистики и теории вероятностей.

Величина расчётной нагрузки в значительной степени зависит от уровня электрификации быта, то есть от электровооружённости или наличия различ-ных бытовых электроприёмников в квартирах жильцов. В коммунальных элект-рических сетях наблюдается тенденция повышения уровня электрификации быта, увеличения числа различных электроприборов и их единичной мощности с одной стороны. С другой стороны в быту появляются современные энерго-экономичные бытовые электроприёмники с системами технологической, сете-вой и защитной автоматики.

1. 
   Определение расчетных нагрузок жилых зданий
   

Электроприёмники жилых зданий можно подразделить на две группы:

- электроприёмники квартир;

- электроприёмники общедомового назначения.

К первым относятся осветительные и бытовые электроприборы; ко вторым – светильники лестничных клеток, технических подполий, чердаков, вестибюлей, холлов, служебных и других помещений, лифтовые установки, вентиляционные системы, различные противопожарные устройства, домофоны и т.п.[1].

Электрическое освещение квартир осуществляется с помощью светиль-ников с лампами накаливания и люминесцентными. К бытовым относятся следующие электроприборы: нагревательные, хозяйственные, культурнобыто-вые, санитарно-гигиенические, бытовые кондиционеры воздуха, водонагре-ватели, приборы для отопления помещений.

Для освещения лестниц, вестибюлей, холлов, коридоров применяют лампы накаливания и люминесцентные. Последние имеют большой срок службы и менее чувствительны к колебаниям напряжения.

К силовым электроприёмникам относятся асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и другие электроприёмники лифтовых установок.

Для высотных зданий применяют лифты со специальным электропри-водом, куда входит электромагнитный тормоз и аппаратура управления.

Кроме того, к силовым электроприёмникам относят электродвигатели вентиляторов и насосов, различные электромагниты для открывания клапанов и люков систем дымоудаления зданий высотой более девяти этажей, а также аппаратуру связи и сигнализации.

Расчетная электрическая нагрузка квартир Р_КВ, кВт, приведенная к вводу

жилого здания, определяется по формуле:

Р_КВ = Р_КВ.УД · n, (1.1)

где Р_КВ.УД – удельная расчетная электрическая нагрузка электроприемников (зданий), кВт/квартира, (табл. 1.1.) [2], n – число квартир.

При определении электрической нагрузки линии или на шинах 0,4 кВ ТП должны учитываться: суммарное количество квартир (коттеджей), лифтовых установок и другого силового электрооборудования, питающегося от ТП, и потери мощности в питающих линиях 0,38 кВ.

Расчетная нагрузка силовых электроприемников Р_С, кВт, приведенная к вводу жилого дома, определяется по формуле:

Р_С = Р_Р.Л + Р_СТ.У (1.2)

Мощность лифтовых установок Р_Р.Л , кВт, определяется по формуле:

Р_Р.Л = К_С' ∑ Р_NІ , (1.3)

где К_С' коэффициент спроса, табл.1.2 [2]; Ν - количество лифтовых устано-вок; Р_{Νİ -} установленная мощность электродвигателя лифта, кВт. Мощность электродвигателей насосов водоснабжения, вентиляторов и других санитарно-технических устройств Р_СТ.У, кВт, определяется по их установленной мощности с учетом коэффициента спроса К_С по табл.1.3 [2]

Р_СТ.У = К_С ∑ Р_СТ.У. (1.4)

Мощность резервных электродвигателей, а также электроприемников противопожарных устройств не учитывается.

Расчетная электрическая нагрузка жилого дома (квартир и силовых элек-троприемников) Р_Р.Ж.Д, кВт, определяется по формуле:

Р_Р.Ж.Д = Р_КВ + К_У · Р_С, (1.5)

где Р_КВ – расчетная электрическая нагрузка квартир, приведенная к вводу жилого дома, кВт; К_У – коэффициент участия в максимуме нагрузки силовых электроприемников (равен 0,9).

Расчетная реактивная нагрузка жилого дома, квар, определяется по формуле:

Q_Р.Ж.Д = Р_Р.КВ · ţgφ_КВ + К_У · Р_С · ţgφ_С, (1.6)

где ċоѕφ_КВ - расчетный коэффициент мощности для квартир с электричес-кими плитами, принимаемый равным 0,9; ċosφ_С – расчетный коэффициент мощности лифтовых установок, принимаемый по табл. 1.4.[2].

Полная нагрузка жилого дома, кВ·А, равна:

S_{Р.Ж.Д =} √ Р_Р.Ж.Д² + Q_Р.Ж.Д². (1.7)

Расчётная нагрузка питающих линий, вводов и на шинах 0,4 кВ ТП от электроприёмников квартир повышенной комфортности Р_{Р КВ} определяется по формуле, кВт,

Р_{Р КВ} = Р_КВ • n • К_о, (1.8)

где Р_КВ – нагрузка электроприёмников квартир повышенной комфортности, определяется из табл. 1.5. перемножением заявленной мощности и соответст-вующего коэффициента спроса; n – количество квартир; К_о – коэффициент одновременности для квартир повышенной комфортности, табл. 1.6.

Удельные расчетные электрические нагрузки электроприемников коттед-жей принимаются по табл. 1.7, кВт/коттедж [3].

Расчетная электрическая нагрузка квартир и коттеджей с электрическим отоплением и электрическим водонагревом должна определяться по проекту внутреннего электрооборудования квартиры (здания), коттеджа в зависимости от параметров установленных приборов и режима их работы (определяется теплотехнической частью проекта).

2. 
   Определение расчетных нагрузок общественных зданий
   

Общественными являются следующие здания: различные учреждения и

организации управления, финансирования, кредитования, госстраха, просвещения, дошкольные; библиотеки, архивы, предприятия торговли, общепита, бытового обслуживания населения; гостиницы, лечебные учреждения, музеи, зрелищные предприятия и спортивные сооружения.

Все электроприёмники общественных зданий условно можно разделить на две группы: осветительные и силовые. В основных помещениях общест-венных зданий используются светильники с люминесцентными лампами в исполнении, соответствующем условиям среды и выполняемой работы. Используются также металлогалогенные, натриевые, ксеноновые лампы для внутреннего и наружного освещения. Во вспомогательных помещениях (скла-ды, кладовые) применяют лампы накаливания [1].

К силовым электроприёмникам относятся электроприёмники механичес-кого оборудования; электротеплового оборудования; холодильных машин, подъёмно-транспортного оборудования, санитарно-технических установок, свя-зи, сигнализации, противопожарных устройств и др.

Общественные здания имеют также приточно-вытяжные вентиляционные установки, широко применяются системы кондиционирования воздуха, насосы систем горячего и холодного водоснабжения. Большинство механизмов обору-довано асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором.

Электрические нагрузки любого общественного здания слагаются из нагрузок электрического освещения и силового электрооборудования. Установ-ленная мощность ламп электрического освещения определяется на основании светотехнических расчетов [1].

Расчетная силовая электрическая нагрузка на вводах в общественное здание определяется по проектам оборудования зданий.

Для ориентировочных расчетов усредненные удельные нагрузки и коэф-фициенты мощности допускается принимать по табл. 1.8 [2] удельных показа-телей нагрузок, приведенных с учетом внутреннего освещения.
1.1.3. Графики электрических нагрузок микрорайона
Графики нагрузок дают представление о характере изменения во времени электрических нагрузок. По продолжительности они бывают суточными и годовыми.

Графики нагрузок микрорайона в целом дают возможность определить потребление активной энергии потребителями микрорайона, правильно вы-брать силовые трансформаторы и питающие линии.

По графикам планируется текущий и капитальный ремонты элементов системы электроснабжения, определяют потребность в топливе для станций на какой-либо период, определяют необходимое количество и суммарную мощность рабочих агрегатов станции в различные часы суток.

В справочнике [4] и в табл. 1.9 приведены ориентировочные суточные (зимний и летний) графики электрических нагрузок некоторых характерных городских потребителей. Для потребителей микрорайона летний максимум составляет для жилых домов с электроплитами 80%, а для остальных объектов – 70%.

Для реального проектирования могут быть использованы замеры режимных дней конкретных объектов.

Суточные графики используют для построения годового графика по продолжительности. Можно условно принять продолжительность зимнего периода 200 дней, летнего – 165. По оси ординат годового графика по продолжительности в соответствующем масштабе откладывают нагрузки в кВт от Р_МАКС до Р_МИН, а по оси абсцисс – часы года от 0 до 8760 (24 · 365= 8760).

Площадь годового графика выражает количество потребленной электро-энергии за год в кВт·ч.

По данным графика определяют число часов использования максималь-ной нагрузки, ч.,

где Р_Зi – нагрузка i –го часа в декабре, кВт; Р_Лi - нагрузка i –го часа в июне, кВт; Р_МАКС.З – максимальная нагрузка в зимний период, кВт.

Время максимальных потерь, ч.

τ _М = ( 0,124 + Т_М · 10^-4)² · 8760. (1.10)


1.1.4. Расчет сетей наружного освещения
Основной задачей наружного освещения улиц и внутрирайонных проездов является обеспечение безопасности движения в темное время суток. Уличное освещение должно обеспечивать нормированную величину освещенности или величину средней яркости дорожного покрытия. Освещенность должна быть по возможности равномерной.

В сетях наружного освещения следует применять напряжение 380/220 В переменного тока при заземленной нейтрали.

Сети наружного освещения рекомендуется выполнять кабельными или воздушными с использованием самонесущих изолированных проводов. В обоснованных случаях для воздушных распределительных сетей освещения улиц, дорог, площадей, территорий микрорайонов и населённых пунктов допускается использовать неизолированные провода.

Электропроводки внутри опор наружного освещения должны выпол-няться изолированными проводами в защитной оболочке или кабелями.

Линии, питающие светильники, подвешенные на тросах, должны выпол-няться кабелями, проложенным по тросу, самонесущими изолированными проводами [5].

Линии электропередачи до 20 кВ на селитебной территории городов, в районах застройки зданиями высотой 4 этажа и выше должны выполняться, как правило, кабельными. В районах застройки зданиями высотой до 3 этажей линии электропередачи следует выполнять воздушными [1].

Кабельными должны выполняться распределительные сети освещения территорий детских яслей-садов, общеобразовательных школ, школ-интернатов, участков улиц с троллейбусным движением в местах наибольшей вероятности схода штанг, а также линии, питающие осветительные приборы подсвета зелени, цветов, фасадов зданий, скульптур, монументов.

Кабельные распределительные сети в пределах одной линии следует выполнять одним сечением.

Линии сети наружного освещения должны подключаться к пунктам питания с учетом равномерной нагрузки фаз трансформаторов, для чего отдельные линии следует присоединять к разным фазам или с соответст-вующим чередованием фаз [6].

В установках наружного освещения рекомендуется применять преиму-щественно высокоэкономичные газоразрядные источники света высокого давления:

- натриевые лампы высокого давления (НЛВД) – на улицах и дорогах при норме средней освещенности 4 лк и выше; лампы ДРИ (метал-логалогенные)– на улицах и площадях всех категорий со значительным пешеходным движением при средней освещённости 10 лк и выше;

- лампы ДРЛ (дуговые ртутные) различной мощности – на улицах и дорогах всех категорий, а также в транспортных и пешеходных тоннелях.

Светильники с газоразрядными источниками света должны иметь индивидуальную компенсацию реактивной мощности. Коэффициент мощности светильника должен быть не ниже 0,85.

Сечения нулевых жил кабелей в осветительных установках с газораз-рядными источниками света следует, как правило, принимать равными сечению фазных проводов.

Опоры с венчающими их светильниками рекомендуется размещать по односторонней схеме при ширине пешеходной части до 12 м, а при большей ширине – по двухрядной прямоугольной или шахматной схеме. Отношение шага светильников к высоте их подвеса на улицах и дорогах всех категорий должно быть не более 5 : 1 при одностороннем, осевом или прямоугольном размещении и не более 7 : 1 при шахматной схеме размещения.

По совокупности всех условий (экономическая оптимальность, эстетика, безопасность, ограничение ослеплённости) высота установки светильников выбирается в пределах 6-10 м, за исключением декоративных светильников в парках, у входов в здания и др.

При воздушных сетях расстояние между светильниками ограничивается стрелой провеса проводов и обычно не превышает 40 м.

Освещение улиц, дорог и площадей с регулярным транспортным движением в городских поселениях следует проектировать исходя из нормы средней яркости усовершенствованных покрытий согласно табл.1.10 [7].

Среднюю горизонтальную освещенность на уровне покрытия непроезжих частей улиц, дорог и площадей, бульваров и скверов, пешеходных улиц и территорий микрорайонов в городских поселениях следует принимать по строительным нормам [7], как приведено ниже.
Освещаемые объекты Средняя горизонтальная

освещенность, лк

Главные пешеходные улицы, непроезжие

части площадей категорий А и Б 10

Пешеходные улицы в пределах

общественных центров 6

Тротуары, отделенные от проезжей части

на улицах категорий:

А и Б 4

В 2

освещенность, лк

Детские ясли-сады, общеобразовательные

школы и школы-интернаты, учебные заведения 10

Групповые и физкультурные площадки 10

Площадки для подвижных игр 10

Проезды и подходы к корпусам и площадкам 4
В ночное время допускается предусматривать снижение уровня наружного освещения городских улиц, дорог и площадей при нормируемой средней освещенности 4 лк и выше путем включения не более половины светильников

В табл. 1.11 приведены параметры типовых решений [8] наружного осве-щения характерных объектов современного микрорайона со смешанной за-стройкой.

Каждый участок осветительной сети характеризуется определенным зна-чением передаваемой по нему мощности и, соответственно, определенным зна-чением тока нагрузки.

При определении нагрузок в сетях с газоразрядными источниками света высокого давления (лампы ДРЛ и ДРИ), следует учитывать потери мощности в пускорегулирующих аппаратах (ПРА), которые при отсутствии точных данных рекомендуется принимать равными 10% мощности ламп.

Выбранные сечения проводников осветительной сети должны обеспе-чивать: достаточную механическую прочность, прохождение тока нагрузки без перегрева сверх допустимых температур, срабатывание защитных аппаратов при токах К.З. (короткого замыкания). При этом расчетное отклонение напря-жения у наиболее удаленных светильников не должно превышать 5% номи-нального напряжения сети.

Расчетная нагрузка Р_Р.О., Вт, питающей осветительной сети определяется как

Р_Р.О. = Р_УСТ. · К_С · К_ПРА, (1.11)

где Р_УСТ. – установленная мощность ламп, Вт; К_С – коэффициент спроса (одновременности), К_С = 1 – для наружного освещения; К_ПРА – коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующем аппарате, К_ПРА = 1,1.

Расчетный ток осветительной сети I_Р.О., А, для трехфазной сети (с нулевым проводом и без него) при равномерной нагрузке фаз определяется по формуле:

, (1.12)

где U_Н – номинальное напряжение сети, U_Н = 380 В; cosφ – коэффициент мощности нагрузки. Для ламп ДРЛ cosφ = 0,9.

По табл.1.12 согласно расчетному току выбираем сечение головного участка линии S, мм² [9].

Далее необходимо рассчитать потери напряжения на участках ∆U_УЧ осветительной сети от источника до самого удаленного потребителя ∆U_Л, %.

В результате должно выполняться условие

∆U_Л Р, (1.13)

где ∆U_Р – располагаемые потери напряжения. Определяются по табл.1.13 [9] согласно данным той трансформаторной подстанции, от которой питается осветительная сеть.

Потери напряжения на участках линии определяются по формуле, %,

где С – коэффициент, равный 46 для схем трехфазной сети с нулевым проводом и алюминиевыми жилами; S - сечение данного участка осветитель-ной сети, мм²; L_УЧ – длина участка линии, м.

Потери напряжения всей линии определяются суммированием потерь напряжения на всех участках,

∆U_Л = ∑ ∆U_УЧ. (1.15)

На линиях наружного освещения, имеющих более 20 светильников на фазу, ответвления к каждому светильнику должны защищаться индивиду-альными предохранителями или автоматическими выключателями.

1.1.5. Выбор расположения подстанций напряжением 10/0,4 кВ

Для определения оптимального местоположения трансформаторных подстанций на генеральном плане строится картограмма электрических нагрузок. Силовые нагрузки представляют в виде кругов, а осветительные нагрузки – в виде секторов. Площадь кругов и секторов в выбранном масштабе соответствует полной нагрузке потребителей.

Координаты центра электрической нагрузки определяются по формулам

, (1.16)

, (1.17)

где Р_İ – активная мощность İ – го объекта, подключенного к шинам ТП, кВт; Χ_İ, Υ_İ – координаты центра нагрузок отдельных потребителей, см.

Трансформаторные подстанции располагают как можно ближе к центру нагрузок, что позволяет приблизить высокое напряжение к центру потре-бления электрической энергии и сократить протяженность распределительных сетей низкого напряжения, уменьшить расход цветного материала и снизить потери электрической энергии.

Однако архитектурно-планировочные решения застройки микрорайона не всегда допускают такое размещение ТП. В этом случае рекомендуется смещать подстанцию в сторону питающего центра.