2.1 Разработка системы внешнего электроснабжения станции перекачки сточных вод

В первую очередь перед расчетом внешней системы электроснабжения станции перекачки сточных вод, даем характеристику внешнего электроснабжения. К линии внешнего электроснабжения станции подключены потребители: жилые дома, дом культуры и станция перекачки сточных вод. Расстояние от станции до трансформаторной подстанции -29 м., от жилых домов (2) до станции -141м., от дома культуры до жилых домов (2) -178м., от жилых домов- (4) до дома культуры - 43м. Мощность одного дома равна 3,2 кВт. Количество жилых домов (2) -93 шт. Количество жилых домов (4) - 48 шт. Падение напряжения ВЛ 10кВт -1,2%. Падение на трансформаторе – 1,7%.

Производим расчет нагрузки бытовых потребителей по формуле 15:

Р_д.общ. = N_д. * Р_д. * К₀ , где (15)

Р_д.общ. – общая потребляемая мощность домов, кВт.;

N_д – количество домов, шт.;

Р_д – потребляемая мощность одного дома, кВт.;

К₀ – коэффициент одновременности (К₀ = 0,15; 0,18 в зависимости от количества домов).

Р_{д.общ 2п} = 93 * 3,2 *0,15= 44,6 кВт.

Р_{д.общ 4п} = 48 * 3,2 * 0,18 = 27,7 кВт.

Составляем расчетную схему внешней сети электроснабжения объекта (Рис.8.) на основании полученных данных.

Рис.8. Схема внешней сети электроснабжения объекта

Далее необходимо произвести расчет допустимых максимальных потерь напряжения в воздушной линии напряжением 0,4 кВт. Для этого производим расчет и составляем таблицу 8 «Расчет допустимых потерь напряжения».

Таблица 8

Расчет допустимых потерь напряжения

Элемент электрической сети		Нагрузка, %
		100		25
А		1		2
Районная трансформаторная подстанция 100/10 кВ.		5,00		5,00
Воздушная линия напряжением 10 кВ.		-1,20		-0,30
Трансформаторная подстанция 10/0,4 кВ.	Потери		-1,70		-0,43
	Надбавка		2,50		2,50
Воздушная линия напряжением 0,4 кВ.		-7,10		-1,78
Внутренние сети		-2,50		-0,63
Потребитель		-5,00		4,38

Производим расчет дневных и вечерних максимумов нагрузок потребителей по формуле 16:

Р_{max. п1} = Р_ном. * К_{в п1}, где (16)

Р_{max. п1} – максимальная вечерняя нагрузка первого потребителя, кВт.;

Р_ном. – номинальная нагрузка первого потребителя, кВт.;

К_{в п1} – коэффициент участия первого потребителя в вечерней нагрузке.

Р_{max.в. п1} = 34,74 * 0,6= 20,48 кВт.

Р_{max.д. п1} = 34,74 * 1 =34,74 кВт.

Расчет общей нагрузки на подстанцию в дневной и вечерний максимумы, произвести расчет в таблице 9 «Максимумы нагрузок на подстанцию»

Таблица 9

Максимумы нагрузок на подстанцию

Потребитель, № по схеме	Максимум нагрузок, кВт.
	Дневной	Вечерний
А	1	2
1	34,74	20,84
2	13,39	44,64
3	5,00	15,00
4	8,29	27,65
Итого:	61,43	108,13

Производим расчет нагрузок по участкам линии и расчетный максимум нагрузки на шинах ТП 10/0,4 (РУ 0,4 кВ.). Для этого заполняем таблицу 10 «Расчетные нагрузки воздушных линий». Расчетную нагрузку на участках линий определяют суммированием нагрузок отходящих линий с учетом коэффициента одновременности или с использованием добавок.

Таблица 10

Расчетные нагрузки воздушных линий

Участок ВЛЭП	Sд, кВ * А	Sв, кВ * А
А	1	2
Линия 1
0-1	61,43	108,13
1-2	26,69	87,29
2-3	13,29	42,65
3-4	8,29	27,65

Расчетную нагрузку на вводе ТП 10/0,4 кВ определяют суммированием нагрузок отходящих линий с учетом коэффициента одновременности или с использованием добавок.

Производим выбор трансформатора по нагрузке на вводе ТП 10/0,4 кВ. [2]. Даем техническую характеристику трансформатора. [14]

При выборе трансформатора учитывалось: тип нагрузки, среднесуточная температура охлаждающего воздуха, по типу установки, по пределу мощностей. Исходя из этого, выбирает трансформатор на 160кВ*А со средней температурой охлаждающего воздуха равной 0 ⁰С, по типу установки выбираем «при сооружении».

Выбираем трансформатор ТМ-160/10, его технические характеристики: Р=160 кВт; U_1н =10;6 кВ; U_2н =0,4 ; 0,69 кВ; u_к =4,5%; мощность потерь Р_х =0,565 Р_к =2,65 кВт; i₀ =2,4%.

Производим расчет сечения проводов на каждом участке воздушной линии напряжением 0,4 кВ по формуле 17:

S = (ƩР₁ * L1) / (U_ном. * y * ∆U), где (17)

ƩР₁ – суммарная нагрузка первого участка линии, Вт;

L1 – длина первого участка линии, м;

U_ном. – номинальное напряжение;

y – удельная проводимость проводника, См (y=32)

∆U – расчетное падение напряжения, В.

Для расчета необходимо провести значение потерь напряжения линии 0,4 кВ из процентов в вольты, формула 18:

∆U, В = 380/100 * ∆U, %, где (18)

∆U, % - падение напряжения в воздушной линии 0,4 кВ, %.

∆U, В = 380В / 100 * 7,1 = 26,98 В

S = (108132Вт*29м) / (380В*32См*26,98) = 9,56 мм

Аналогично данным расчетам заполняем таблицу 11 по выбору проводов для воздушной линии напряжением 0,4 кВ.

Таблица 11

Выбор марки провода

Участки	ƩР, кВт.	L, м.	S, мм.	Марка провода
КТП-1	108,13	29	9,56	АС-50
1-2	87,29	141	37,51	АС-50
2-3	42,65	178	23,14	АС-50
3-4	27,65	43	3,62	АС-50

Производим проверку сечения проводов по таблицам механической прочности [14] . Требуется заметить, что сечение проводов ниже указанных в таблицах применять запрещается.

Далее производим расчет выбранных проводов на потерю напряжения. Производим расчет по формуле падения напряжения в проводах воздушной линии (формула 19):

∆U1, В = (ƩР₁ * L1) / (U_ном. * y * S1), где (19)

S1 – площадь поперечного сечения выбранного провода первого участка линии 0,4 кВ, мм²;

∆U1, В – падение напряжения на первом участке линии 0,4 кВ, В.

∆U1, В = (108132Вт*29м) / (380В*32См*50мм) = 5,16

По полученным данным заполняем таблицу 12 «Проверка проводов ВЛ-0,4 кВ на потерю напряжения».

Таблица 12

Проверка проводов ВЛ-0,4 кВ на потерю напряжения

Номер участка линии	Мощность участка линии	Длина участка,	Предварительный расчет			Окончательный расчет
	Р, кВт.	м.	Марка провода	∆U, В	∆U,%	Марка провода	∆U, В	∆U,%
КТП-1	108,13	29	АС-50	5,16	1,36	АС-95	2,71	0,71
1-2	87,29	141	АС-50	20,24	5,33	АС-95	10,65	2,80
2-3	42,65	178	АС-50	12,49	3,29	АС-95	6,57	1,73
3-4	27,65	43	АС-50	1,96	0,51	АС-95	1,03	0,27
				Итого:	10,48		Итого:	5,52
				Ʃ∆U,%			Ʃ∆U,%

Если в предварительном расчете сумма падения напряжения на участках воздушной линии (Ʃ∆U, %) превышает значение падения напряжения, рассчитанное в таблице 8 «Расчет допустимой потери напряжения», необходимо, увеличивая сечение проводов на участках линии, добиться оптимального результата (либо эти две цифры должны быть равны, либо значение, указанное в таблице 8 «Расчет допустимой потери напряжения» должно быть чуть больше значения (Ʃ∆U, %) в предыдущей таблице. В данном случае сечения провода в 50 мм² недостаточно, поэтому применен провод сечением 95 мм², тем самым выполнив необходимые условия.

Производим проверку возможности запуска двигателя наибольшей мощности от составленной системы электроснабжении. Для этого необходимо составить схему электроснабжения электродвигателя (Рис.8).

Рис.8. Схема питания электродвигателя марки АИР180М8

Рассчитываем колебания напряжения по формуле 20:

∆U, % = Z_с / (Z_с + Z_эл..дв.)_.*100, где (20)

Z_с – сопротивление сети, Ом;

Z_эл.дв – сопротивление электродвигателя при запуске, Ом;

∆U, % = 0,103/(0,103+1,27)*100= 7,51 %

Сопротивление сети рассчитывается по следующей формуле 21:

Z_с = Z_тр + Z_ВЛ-0,4 + Z_ввод + Z_рл + Z_пл, где (21)

Z_тр – сопротивление трансформатора, Ом;

Z_ВЛ-0,4 – сопротивление воздушной линии 0,4 кВ, Ом;

Z_ввод – сопротивление вводного провода, Ом;

Z_рл – сопротивление кабеля распределительной линии, Ом;

Z_пл – сопротивление кабеля питающей линии, Ом.

Z_с = 0,04+0,006+0,03+0,02+0,007 = 0,103 Ом

Рассчитываем сопротивление линий по формуле 22:

Z_ВЛ-0,4 = Z_{провода (кабеля)} * L _линии, где (22)

Z_{провода (кабеля)} – сопротивление провода (кабеля), Ом/км;

L_линии – длина провода (кабеля), км.

Z_ВЛ-0,4 = 0,19*0,029 = 0,006 Ом/км

Рассчитываем сопротивление трансформатора по формуле 23:

Z_тр = (U_к.тр. * U_н.тр.) / (100*√3*I_тр ), где (23)

U_к.тр. – напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

U_н.тр. – номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В;

I_тр – номинальный ток трансформатора, А.

Z_тр = (4,5 * 380В)/(100 * 1,73 * 228,6А)=0,04 Ом

Номинальный ток трансформатора высчитываем по формуле 24:

I_тр. = Р/√3*U_ном (24)

I_тр. = 160кВт / (1,73*0,4кВ) = 228,6 А

Рассчитываем сопротивление электродвигателя, производиться по формуле 25:

Z_эл.дв. = U_н.тр. / (√3 * К_i * I_{н. дв}), где (25)

U_н.тр – номинальное напряжение электродвигателя, В;

I_{н. дв} – номинальный ток электродвигателя, А;

К_i – коэффициент пускового тока электродвигателя.

Z_эл.дв. = 380/ 1,73 * 171,6 = 1,27 Ом

Колебания напряжения не превышают 30%, поэтому электродвигатель можно запускать в данной системе электроснабжения.

Вывод: данный раздел представлен проектом электроснабжения внутренней и внешней электросети с необходимыми расчетами. На основании данного раздела можно определить необходимое количество требуемых материалов и трудовых ресурсов.