4, Разработка схемы электроснабжения

Исходными данными при разработке проекта электроснабжения объектов являются, место распо­ложения источника электроэнергии и его параметры. Таким источни­ком, как правило, является главная понизительная подстанция (ГПП с двумя трансформаторами. При наличии .двух или нескольких ГПП проводят технико-экономическое сравнение различных вариантов схем электроснабжения,

Основными условиями: проектирования рациональной схемы элек­троснабжения являются надежность, экономичность, качество элект­роэнергии у потребителя. Для крупных предприятий наиболее надеж­ной и экономичной является система электроснабжения с применением глубоких вводов, при которой сети 35.- 220 кВ максимально приближены к потребителям электроэнергии [3].

Система электроснабжения строится таким образом, чтобы все ее элементы постоянно находились под нагрузкой, т.е. чтобы не было холодного резерва. Вместе с тем, параллельно установленные транс­форматоры и параллельные линии электропередачи должны работать раздельно, так как при этом снижаются токи короткого замыкания и удешевляются схемы коммутаций.

Выбор напряжения распределительных сетей зависит от мощности предприятия, расстояния от ГПП и напряжения источника питания. Уровень номинальных напряжений для различных значений передавае­мой мощности и расстояния ориентировочно можно определить по табл. 4.1 [1,13].

Таблица 4.1

Рекомендуемые уровни номинальных напряжений в зависимости от передаваемой мощности и расстояния

Передаваемая мощность (на одну цепь), МВ*А	Длина линии, км	Нормальное напряжение, кВ
До 0,1 0,1..............3 2.................15 15...............100	До 3 3.......................15 10.....................30 30.....................100	До 1 6.....................10 20....................35 110..................220

Окончательно номинальное напряжение электрической сети выби­рают путем технико-экономического сравнения нескольких вариантов номинальных напряжений.

В схемах электроснабжения должны быть рассмотрены также ме­роприятия по компенсации реактивной мощности, которую наиболее целесообразно осуществлять у потребителей.

Распределительные сети напряжением 10 - 35 кВ могут быть как радиальными, так и магистральными. Электроснабжение сельскохозяйственных потребителей I категории по надёжности электроснабжения должно осуществляться по двум линиям электропередач от разных секций шин одной подстанции идя двух отдельных подстанций с установкой на вводе блока АВР.

Институтом "Энергосетьпроект" разработаны типовые схемы тран­сформаторных подстанций 35/10; 10/0,4 кВ, ко­торые рекомендуется применять в проектах (рис. 4.1,):

1. б)

в) г)

Рис. 4.1. Схемы распределительных устройств 35 кВ, рекомен­дуемые для объектов I и II категорий по надежности электроснабжения.

а) два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий (схема 35-4Н)'" - при подключении подстанции к ту­пиковым или транзитным линиям (рис. 4.1,а);

б) мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов (схема 35-5АН) - при подк­лючении подстанции к транзитным ВЛ (рис.4.1.6);

в) мостик с выключателями в цепях трансформаторов"- при подк­лючении подстанций к. тупиковым (схема 35-5А) и транзитным (схема 35-5Б) линиям (рис.4.1.в);

г) одна рабочая секционированная выключателем система шин (схема 35-9) - для опорных подстанций с развитыми РУ 35 кВ (рис. 4.1г).

Нетиповые схемы распределительных устройств' могут применяться только в случае специального технико-экономического обоснования.

5. ВЬБОР СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ

Выбор сечения проводов воздушных линий и жил кабелей произво­дят в зависимости от ряда технических и экономических факторов. Электрические сети рассчитывают:

- по экономической плотности тока;

- по нагреву;

- по потере напряжения;

- на механическую прочность;

- по условию возникновения короны.

Согласно ПУЭ выбор экономически целесообразного сечения про­изводят по так называемой экономической плот­ности тока, которая зависит от материала проводников и числа часов использования максимума активной мощности. Сечение проводников проектируемой линии с достаточной точностью можно оп­ределить по формуле [4.9]:

где - расчетное значение тока. А;

jэк - экономическая плотность тока, А/кв.мм. Расчетное значение тока можно определить по величине ак­тивной Рр . либо полной Sp расчетной мощности:

Нормированные значения экономической плотности тока для зоны

Западной Сибири приведены в табл. 5.1 [10].

Таблица 5.1

Экономическая плотность тока для районов Западной Сибири

проводники	продолжительность использования максимума нагрузки,ч
	1000 - 3000	3000 - 5000	5000 - 8760
алюминиевые и сталеалюминевые провода	1,5	1,4	1,3
кабели с медными жилами	3	2,5	2
кабели с алюминиевыми жилами	1,8	1,6	1,5

Сечение провода или жилы кабеля, полученное в результате рас­чета округляется до ближайшего стандартного знания.

Выбору сечений по экономической плотности тока не подлежат сети напряжением до 1 кВ, рассчитываемые по потере напряжений сборные шины электроустановок всех напряжений, сети временное со­оружений и устройств со сроком службы менее 5 лет [10].

Выбор сечений проводов и кабелей по нагреву про­изводят по расчетному току Jр Поскольку многие сельскохозяйственные предприятия относятся к потребителям I и II категориям, то для их электроснабжения часто применяют параллельно работающие линии. В качестве расчетного тока для параллельно работающих линий при­нимают ток послеаварийного режима.

Для правильного решения вопросов проектирования и технической эксплуатации надо четко различать аварийный и послеаварийный режимы.

Под аварийным режимом понимают кратковременный переходный процесс, вызванный нарушением нормального режима работы системы электроснабжения, который продолжается до отключения поврежденного элемента или участка. Продолжительность аварийного режима определяется в основном временем действия релейной защиты и авто­матики:

Под послеаварийный режимом подразумевают режим, возникающий после отключения поврежденных элементов, он более продолжителен, чем аварийный режим, и продолжается до восстановления нормальной работы, В послеаварийном режиме система электроснабжения должна обеспечивать нормальную работу потребителей I и II категорий. Поэтому для параллельно работающих линий в качестве расчетного принимают такой ток, когда одна питающая линия вышла из строя. Условие выбора сечения провода или кабеля по нагреву

Допустимые токовые нагрузки на провода и кабели различ­ных марок в зависимости от условий среды и способа прокладки при­водятся в справочниках [7,8, 11] Допустимые нагрузки определены исходя из температуры окружающего воздуха 25 С и температуры земли 15 . Если температура среды отличается от указанных зна­чений, то данные таблиц умножают на поправочные коэффициенты.

Нужно иметь в виду, что сечения проводов при наружной про­кладке очень редко выбирают по нагреву, а в подавляющем боль­шинстве случаев определяют по допустимой потере напряжения или по экономической плотности тока, которые получаются значительно меньше.

Сечение проводов электрической сети по потере напряжения выбирают так, чтобы напряжение в конце линии поддерживалось на необходимом уровне. Расчет электрических сетей переменного тока всегда ведут не по падению, а по потере напряже­ния, которая представляет собой алгебраическую разность в начале и в конце линии.

Линии электропередачи напряжением 35 кВ и выше по допустимым потерям и отклонению напряжения, как правило, не рассчитывают. Для таких линий экономически целесообразней устанавливать трансформа­торы с регулированием напряжения под .нагрузкой {РПН) и поддержи­вать напряжение в конце линии на необходимом уровне.

Сети напряжением до 1 кВ. а также напряжением 6 - 10 кВ под­лежат проверке на максимальную потерю напряжения от центра пита­ния до удаленной подстанции. При этом должны быть учтены и потери в сети низшего напряжения ТЛ.

Потерю напряжения и линии или на отдельном ее участке опре­деляют по формуле:

где Ip-расчетный ток линии, А

l-длина линии, км

-активное и реактивное удельное сопротивление линии, Ом\км

соответствуют коэффициенту мощности в конце линии.

Допустимые значения отклонений напряжений от номинального на зажимах различных приемников электроэнергий регламентируются ГОСТ 13109-87 [4,9].

Согласно ГОСТ на зажимах приборов рабочего освещения допуска­ются отклонения напряжения в пределах от -2,5 до + 5% номиналь­ного, на зажимах электродвигателей и аппаратов для их пуска и управления - от -5 до +10%. На зажимах остальных приемников элек­троэнергии допускаются отклонения напряжения в пределах ± 5%. В послеаварийных режимах допускается дополнительное понижение нап­ряжения на 5%. в электрических сетях нормированных значений для потери напряжения не установлено.

Зная напряжение на шинах источника питания и подсчитав поте­ри напряжения в сети, можно определить напряжение у потребителя. При отклонениях напряжения у потребителя свыше допустимых значе­ний решается вопрос о способах регулирования напряжения у источника питания, либо о замене сечения проводов электрической сети на большее значение.

Воздушные линии, находясь на открытом воздухе, испытывают нагрузку от веса проводов, давления ветра, веса гололеда, обра­зующегося на проводах. Для надежной работы проводов, опор и дру­гих конструктивных элементов проводят расчет механической проч­ности линий или механический, расчет.

Механический расчет воздушных линий основан на применении некоторых положений курса "Сопротивление материалов", указаний ПУЭ и Строительных норм и правил (СНиП). Следует иметь в виду, что в настоящее время разработаны типовые конструкции опор для различных напряжений и разных климатических районов Российской Федерации. Поэтому проведение механического расчета целесообразно только в тех случаях, когда применяются новые типы опор или усло­вия прокладки воздушной линии отличаются от условий, предусмот­ренных, СНиП. Воздушные линии напряжением 35 кВ и выше, прокладываемые по трассам выше 1500 м над уровнем моря, должны быть проверены по условию возникновения короны. При бо­лее низких отметках проверка по условию короны не производится, если сечение провода составляет не менее 70 кв. мм при напряжении 110 кВ и не менее 240 кв.мм при напряжении 220 кВ [10]. .

При выборе сечения шин и кабелей, защищаемых релейной защи­той, проводят проверку по термической стойкости при токах корот­кого замыкания. Расчетная температура проводника при коротком за­мыкании не должна превышать предельно допустимого значения

На практике вычислить температуру проводника при коротком замыкании довольно трудно, поэтому можно сразу определить терми­чески стойкое к токам короткого замыкания сечение по формуле

где - установившееся значение тока КЗ, А; t_п - приведенное время КЗ, с;

- температурный коэффициент, учитывающий ограничение допустимой температуры нагрева жил кабеля, опреде­ляется по таблицам [2].

Кабели, защищаемые плавкими предохранителями, а также провода воздушных линий на термическую стойкость к токам короткого замы­кания не проверяют.