Интеллектуальные электрические сети

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ГАГАРИНА Ю.А.»


Институт 
энергетики и транспортных систем


Кафедра 
«Электроснабжение и электротехнология»


Направление (специальность) 
13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»




ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА


«Интеллектуальные электрические сети»
наименование темы выпускной квалификационной работы




Студент(-ка) 
Горлачев Павел Андреевич

фамилия, имя, отчество студента
курса
4
группы
б1-ЭЛЭТипу41





Руководитель
профессор, д.т.н.



С.Ф. Степанов
должность, ученая степень, уч. звание

подпись, дата

Инициалы Фамилия


Допущен к защите
Протокол №

от «

»    «

»  20
18
года










Зав. кафедрой 
«Электроснабжение и электротехнология»

(полное наименование кафедры)
д.т.н., доцент



С.Г. Калганова
ученая степень, уч. звание

подпись, дата

Инициалы Фамилия




Саратов 2018 г


ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ГАГАРИНА Ю.А.»


Институт 
энергетики и транспортных систем


Кафедра 
«Электроснабжение и электротехнология»


Направление (специальность) 
13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»




ЗАДАНИЕ
на выпускную квалификационную работу

Студенту (-ке) 
Горлачеву Павлу Андреевичу

фамилия, имя, отчество

Тема ВКР: 
«Интеллектуальные электрические сети»







утверждена на заседании кафедры, протокол №

от «

»

20

г.


















Дата защиты   «

»

20

г.







Оценка защиты 



Секретарь ГЭК 


ФИО, подпись





Саратов 2018 г
Целевая установка и исходные данные
Цель работы: интеллектуальные электрические сети

Задачи работы:
1.
2.
3. 
4. 
Исходные данные:































№
Перечень чертежей, подлежащих разработке
Формат, кол-во
1.

А1, 1 шт.
2.

А1, 1 шт.
3.

А1, 1 шт.
4.

А1, 1 шт.
5.

А1, 1 шт.

Руководитель
профессор, д.т.н.



С.Ф. Степанов
должность, ученая степень, уч. звание

подпись, дата

Инициалы Фамилия


Содержание расчетно-пояснительной записки
Введение
(перечень вопросов, подлежащих разработке)
1. Расчет электроснабжения сети
2. Релейная защита
3. Выбор трансформаторов 
4. Расчет заземления
5. Технико-экономическое обоснование проекта
6. Безопасность жизнедеятельности
Заключение
Список использованных источников












Основная рекомендуемая литература



















Руководитель
профессор, д.т.н.



С.Ф. Степанов
должность, ученая степень, уч. звание

подпись, дата

Инициалы Фамилия

Задание принял к исполнению:


число, месяц, год



УТВЕРЖДАЮ:

Руководитель ВКР





«

»

20

г.


КАЛЕНДАРНЫЙ ГРАФИК
работы над ВКР

№
Разделы, темы, их содержание
По плану
Фактически
Отметка о выполнении


дата
%
дата
%

1.
Введение



















































































































































































































Студент


П.А. Горлачев

подпись, дата

инициалы, фамилия


ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ГАГАРИНА Ю.А.»




ОТЗЫВ
руководителя о выпускной квалификационной работе
«Интеллектуальные электрические сети»
полное наименование темы выпускной квалификационной работы в кавычках


студента (-ки)
4
курса
Института энергетики и транспортных систем



наименование института
Горлачева Павла Андреевича
фамилия, имя, отчество

прошедшего(-ей) обучение по направлению (специальности)
13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
код и наименование направления


     Выпускная квалификационная работа «Интеллектуальные электрические сети», выполненная студентом группы б1_ЭЛЭТипу-41 Горлачев П.А. полностью соответствует заданию.
     Студент в полном объеме рассмотрел вопросы, поставленные в работе, грамотно обосновал принятые технические решения, произвел необходимые расчеты и разработки.
     Работа выполнена с большой степенью самостоятельности, материал в пояснительной записке изложен грамотно, в логической последовательности. Графическая часть выполнена с использованием современных графических редакторов.
     В ходе выполнения работы студент показала высокий уровень знаний по дисциплинам и практикам, умение обобщать и применять современные методики и научные достижения.
     В процессе работы Горлачев П.А. активно проявлял инициативу в выборе конструктивных решений, показал способность к самостоятельной работе, умение делать выводы и обобщать полученные данные, как свои, так и из различных источников.
     Выпускная квалификационная работа прошла проверку системой «Антиплагиат». Итоговая оригинальность работы составляет 57,7 %, что выше порогового значения для студентов данного направления, остальной процент является корректным заимствованием.
     Среди недостатков работы можно отметить средний процент оригинальности, который обусловлен наличием стандартных методик по расчету индукционных установок, корректных заимствований на стандарты и санитарные нормы при описании раздела по безопасности эксплуатации установки.
     Результаты данной работы могут быть использованы в учебном процессе, а также при разработке установок подобного типа.
     Считаю, что студент ГорлачевП.А. показал хороший уровень подготовленности, организованности и может быть допущен к защите выпускной квалификационной работы на заседании Государственной экзаменационной комиссии. При успешной защите работы студент ГорлачевП.А. рекомендуется к присвоению квалификации «бакалавр» по направлению 13.03.02 «Электроснабжение и электротехнология», профиль «Электроснабжение промышленных предприятий », а содержание выпускной квалификационной работы заслуживает оценку «отлично».
     
Руководитель
/С.Ф. Степанов/

Подпись, дата


Аннотация на русском


Аннотация на нем.


СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ	14
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОПОТРЕБИТЕЛЕЙ УМНОГО СЕЛА	16
2 РАСЧЁТНО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ	21
2.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЁТНОЙ НАГРУЗКИ СЕЛА	21
2.1.1 РАСЧЁТ НАГРУЗОК ДЛЯ ЖИЛЫХ ДОМОВ	21
2.1.2 РАСЧЁТ НАГРУЗОК ДЛЯ ДОМА КУЛЬТУРЫ СО ЗРИТЕЛЬНЫМ ЗАЛОМ НА 150 МЕСТ	23
2.1.3 РАСЧЁТ УЛИЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ	23
2.2 ТРЕБОВАНИЯ К НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ	28
2.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМЫХ ПОТЕРЬ	28
2.4 ВЫБОР НОМИНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА	32
2.5 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СЕТИ 0,38 кВ	37
2.5.1 ВЫБОР СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ И РАСЧЕТ ПОТЕРИ НАПРЯЖЕНИЯ В ВЛ 0,38 КВ.	37
2.6 ВЫБОР СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ И РАСЧЁТ ПОТЕРИ НАПРЯЖЕНИЯ В ВЛ 10 КВ	43
2.7 РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ВЫБОР АППАРАТУРЫ ЗАЩИТЫ	47
2.8 ВЫБОР ЗАЩИТЫ ОТ ГРОЗОВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ	59
2.9 РАСЧЁТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ	60
3. БЕЗОПАСНОСТЬ  ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ	65
3.1. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ	65
3.2 ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЗЕМЛЯЮЩИМ УСТРОЙСТВАМ	66
3.3 ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ	68
4.ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ	70
4.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ	70
4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОДОВЫХ АМОРТИЗАЦИОННЫХ ЗАТРАТ	72
4.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОДОВЫХ ЗАТРАТ НА ПОТЕРИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ	73
4.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАТРАТ НА ЗАРАБОТНУЮ ПЛАТУ ОБСЛУЖИВАЮЩЕГО И РЕМОНТНОГО ПЕРСОНАЛА	74
4.5 ЗАТРАТЫ НА МАТЕРИАЛЫ И ЗАПАСНЫЕ ЧАСТИ	77
4.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕБЕСТОИМОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ У ПОТРЕБИТЕЛЯ	77
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ	80



ВВЕДЕНИЕ
     Интеллектуальные энергосистемы или SmartGrid– это системы передачи электроэнергии от производителя к потребителям, использующие новейшие информационные технологии, которые позволяют всему оборудованию сетей взаимодействовать друг с другом, тем самым образуется умная система энергоснабжения.[кошелев]Интеллектуальная сеть благодаря датчикам и приборам учета позволяет хранить данные от этих устройств в специальном хранилище для повышения эффективности работы сети. Новые технологии позволяют анализировать схемы нагрузки по каждому потребителю и исправлять ошибки в тех частях сети, где это действительно необходимо. Также это  позволит наиболее эффективно распределить нагрузку, что позволит сократить потери.[паверворкинг]
     Концепция SmartGrid предполагает, что новые системы будут построены как неструктурированные, разветвленные сети со встроенными умными датчиками, позволяющими самостоятельно восстанавливать работоспособность сетей после сбоев, повышать качество электроэнергии, автоматизировать распределительные устройства с воздушной изоляцией и управлять системой в целом дистанционно.[кошелев] По нашему мнению, данную технологию необходимо внедрять в электроэнергетику в связи с тем, что умные сети позволяют уменьшать потери в сети, повышать качество доставки электроэнергии к потребителю и, тем самым, сокращать издержки, что в настоящее время актуально.
     Целью выпускной квалификационной работы является анализ внедрения интеллектуальной сети вместо действующих сетей для исследования эффективности и экономичности в сфере расхода электроэнергии.
     Задачами выпускной квалификационной работы являются:
     1. Расчет электроснабжения сети
     2. расчет релейной защиты 
     3.Технико-экономическое обоснование проекта
     4. Безопасность жизнедеятельности
     Связь современных электроэнергетических систем является сложной человеко-машинной системой, включающая в себя множество распределительных и технических элементов. В онлайн режиме осуществляются производственные процессы передачи и распределения электрической энергии. Ролью проектируемого оборудование является модернизация и обновление технического звена. Включающий в себя датчики и приборы учета, новейшую микропроцессорную релейную защиту, которая позволяет контролировать данный участок и бесперебойно осуществлять поставку электроэнергии.


    
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОПОТРЕБИТЕЛЕЙ УМНОГО СЕЛА
    Село Ветка расположено в Ершовском районе Саратовской  области. Связь с посёлком осуществляется по асфальтированной дороге районного значения.
    Для центральной части плато характерны слабоволнистые склоны различной экспозицией. Грунтовые воды находятся на глубине 12-15 метров и лишь в ряде мест они выходят на поверхность в виде родников с небольшим дебетом воды.
    Территория хозяйства в рельефном отношении представляет собой слабоволнистую равнину с пологими склонами. По почвенному покрову территория землепользования СПК «Ветка» относится к зоне расположения дерново-подзолистых почв.
    По агроклиматическому районированию Саратовской области территория хозяйства относится к юго-восточному агроклиматическому району. Продолжительность вегетационного (безморозного) периода в среднем составляет 170 дней. Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом 80-90 дней. Средняя высота снежного покрова колеблется от 20 до 30 сантиметров. Максимальная глубина промерзания почвы за зимний период 118 сантиметров, средняя 80 сантиметров и минимальная 40 сантиметров. Средняя температура наиболее тёплого месяца июня составляет +23°С.
    Климат района умерено континентальный с теплым летом и умеренно-холодной зимой. Сумма осадков за год составляет 600 миллиметров, в том числе на вегетационный период 340 миллиметров. В отдельные годы наблюдаются суховеи, которые приводят к захвату культур в период выбрасывания колоса. Число грозовых часов в с. Ветка составляет от 40 до 60 часов в год.
    Природно-климатические условия расположения села Ветка  благоприятствуют развитию таких отраслей сельского хозяйства, как откорм КРС, производство зерна.
    Размер хозяйства характеризуется видом и площадью сельскохозяйственных угодий, а также производством сельскохозяйственной продукции. Размер хозяйства представлен в следующих таблицах.
    Анализируя таблицу 1, мы видим, что за три прошедших года размер и структура сельскохозяйственных угодий не изменились. 
Таблица 1.1 - Размер и структура земельных угодий СПК «Ветка»
Виды  земельных угодий


Площадь, га

2014 г
2015 г
2016 г
Общая земельная площадь
4819
4819
4819
Всего  сельскохозяйственных угодий
3338
3338
3338
В том числе: пашня
1857
1813
1873
Сенокосы
956
969
954
Пастбища
525
556
511
Лес
1464
1464
1464
Пруды и водоемы
17
17
17
    На сегодняшний день актуальной является проблема установления оптимальных размеров хозяйства, при которых с наибольшей эффективностью использовались бы все имеющиеся в хозяйстве ресурсы: земля, материально-технические ресурсы, трудовые. Для наиболее полного анализа размеров предприятия рассмотрим совокупность таких показателей: объем валовой продукции, среднегодовую стоимость основных производственных фондов, численность работников и площадь сельскохозяйственных угодий.
    На основании показателей таблицы 1.2 можно сделать вывод, что стоимость валовой продукции колеблется по годам, и в 2016 году снизилась на 1%. Стоимость основных производственных фондов уменьшилось на 2% по сравнению с 2015 годом. Наибольшими темпами идет уменьшение численности работников. Однако площадь сельскохозяйственных угодий осталась на прежнем уровне, что свидетельствует об эффективном использовании имеющихся ресурсов.

Таблица 1.2 - Размер производства СПК «Ветка»
Показатели
Годы



2014 г
2015 г
2016 г
1
2
3
4
Стоимость валовой продукции, тыс. руб
18648
21491
21256
Среднегодовая стоимость основных производственных фондов,тыс. руб
47953
47365
46322
Среднегодовая численность работников, чел
211
185
163
Площадь сельскохозяйственных угодий, га
3338
3338
3338
В том числе пашня
1857
1813
1873
    Важным разделом анализа экономической деятельности предприятия является выявление производственно-отраслевой структуры хозяйства, его специализации.
    Специализация хозяйства определяется по структуре товарной продукции, которая исчисляется в текущих ценах реализации.
Таблица1.3- Размер и структура товарной продукции СПК «Ветка»
Наименование видов продукции


Стоимость товарной продукции, тыс. руб

2014 г
2015 г
2016 г
1
2
3
4
Зерновые и зернобобовые
1434
1708
1144
Плоды семечковых
84
-
13
Прочая продукция растениеводства
87
10
46

     
     
     
     
     Продолжение таблицы 1.3
1
2
3
4
Итого по растениеводству
1605
1718
1203
КРС
760
938
1135
молоко
1152
1270
1195
Итого по животноводству
1912
2208
2330
Прочие работы и услуги
7
4
5
Всего по хозяйству
3524
3930
3538
    
    Из таблицы 1.3 видно, что хозяйство СПК «Ветка» специализируется на производстве продукции животноводства, где главенствующее место занимает производство молока.
    В населённом пункте расположено 102 дома, дом культуры, детский сад, два магазина, фельдшерско-акушерский пункт, общеобразовательная школа, столовая, котельная, административное здание, коровник, гараж для автомобилей, мастерская обслуживания сельскохозяйственной техники, зернохранилище и две водокачки с насосами мощностью 8 кВт. Для электроснабжения села используются КТПН №124 S=40 кВ?А, КТПН №110 S=63 кВ?А, КТПН №149 S=63 кВ?А, КТПН №152 S=63 кВ?А, КТПН №214 S=100 кВ?А.
    В селе Ветка с 1990 года было построено около 160 домов, но в с 1998 года много жителей посёлка стали продавать свои дома под слом и уезжать в город. В данный момент в посёлке насчитывается 102 жилых дома. Размеры хозяйства уменьшились (с 1865 в СПК «Ветка» было два коровника, а уже с 2003 года используется один, т.к. другой разрушен). В связи с этим уменьшились годовое потребление села электроэнергии с 574126 кВт?ч, до 424145 кВт?ч, загруженность трансформаторов и cos?. И теперь возникла необходимость  в пересчёте нагрузок и реконструкции электроснабжения посёлка.


2 РАСЧЁТНО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЁТНОЙ НАГРУЗКИ СЕЛА
    Величины электрических нагрузок отдельных электроприёмников и их групп являются исходными данными для проектирования системы электроснабжения. По своей природе электрические нагрузки - изменяющиеся во времени случайные величины. При проектировании обычно используют расчетные нагрузки, то есть наибольшие значения полной мощности за промежуток времени 0,5 ч в конце расчетного периода. Различают дневной Sд и вечернийSв максимумы нагрузок потребителя или группы потребителей. Эти значения определяем по методическим рекомендациям по курсовому и дипломному проектированию, [1, с. 5-7].
    Электрические нагрузки, как правило, рассчитывают отдельно для режимов дневного и вечернего максимумов. 
2.1.1 РАСЧЁТ НАГРУЗОК ДЛЯ ЖИЛЫХ ДОМОВ
    Дневную и вечернюю расчётные нагрузки на вводе в жилые дома определяем по формулам, [1, с. 52]:
    ,                       (2.1)
    ,                               (2.2)
    где   n – количество домов;
         k0– коэффициент  одновременности, [2, с. 58, таблица 5.13];
– расчётная нагрузка на вводе в жилой дом, [4,с. 24, таблица 2.2], кВт;
         kд, kв– коэффициент дневного и вечернего максимумов.
    Для производственных потребителей kди kв принимают равными kд=1; kв=6, для бытовых потребителей без электроплит – kд=0,3…0,4; kв=1, для бытовых потребителей с электроплитами – kд=0,6; kв=1, а для смешанной нагрузки – kд=1; kв=1.
    Полную дневную и вечернюю электрические нагрузки на вводе жилого дома определяем по формулам, [2, с. 59]:
    ,                                                   (2.3)
    ,                     (2.4)
где cos?д, cos?в – коэффициенты мощности, [2, с. 59, таблица 5.17]
    Электрическая нагрузка наружного освещения улиц определяется типом светильника, шириной улиц и их покрытием, [1, с. 93 приложение 5]. Освещение территорий хозяйственных дворов принимается из расчёта 250 Вт на помещение и 3 Вт на погонный метр длины периметра хоздвора.
    Ориентировочную суммарную электрическую нагрузку умного населённого пункта определяем методом суммирования электрических нагрузок с помощью коэффициента одновременности, но если нагрузки потребителей отличаются по величине более чем в 4 раза, то применение коэффициента одновременности в этом случае не рекомендуется.
    Пример расчёта.
    Определяем расчётные нагрузки для жилых домов по формуле (2.1) и (2.2).
     кВт,
     кВт.
    Полную нагрузку находим по формулам (2.3) и (2.4).
    кВ?А,
    кВ?А.
На каждый дом устанавливаем Электросчетчик с передачей данных «А1» со встроенным радиомодулем «СТРИЖ»с ограничением нагрузки и реле отключения.
Функциональные возможности:
* Передача показаний в личный кабинет.
* Удаленное ограничение нагрузки и отключение реле.
* Удаленное изменение тарифного расписания.
* Оповещение о событиях (вскрытие, потеря питания).
* Опрос на расстоянии до 10 км в городской черте
Для контроля за не плательщиками за электроэнергию, есть возможность контроля не выходя с рабочего места с помощью личного кабинета, производить отключение так же просмотреть сколько и за какой период данный абонент израсходовал мощности. Демо-версии «СТРИЖ»предоставляет возможность рассмотретьвсе расходы по счетчику.

Рисунок 2.1- Демо-версия программы «СТРИЖ»

Рисунок 2.2- Демо-версия программы «СТРИЖ»
Как видно на рисунке 2.2, годовой отчет потребления абонента.
2.1.2 РАСЧЁТ НАГРУЗОК ДЛЯ ДОМА КУЛЬТУРЫ СО ЗРИТЕЛЬНЫМ ЗАЛОМ НА 150 МЕСТ
    Активную мощность в вечерний и дневной максимумы для дома культуры находим по формулам, [2. с. 59]:
    ,                                      (2.5)
    ,                                 (2.6)
    Подставляем значения в формулы (2.5) и (2.6).
    кВт,
    кВт.
2.1.3 РАСЧЁТ УЛИЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ
    Улицы с покрытием простейшего типа и шириной проезжей части 5…7 метров, нормы средней освещённости 2 лк, тип светильника НСУ – 200, удельная мощность 5,5 Вт/м. Длина улиц освещающихся от КТПН № 124 2600 метров.  Мощность  на освещение улиц рассчитывается по формуле, [1, с. 53]:
    .                           (2.7)
    Мощность уличного освещения для КТП №124 находим подставив значения в формулу (2.7).
     кВт.
    Наружное освещение территории хозяйства принимается из расчёта 250 Вт на помещение и 3 Вт на погонный метр длины периметра хоздвора, [3, с. 40]:
    
    ,                                     (2.8) 
    
    где N – количество помещений.
 кВт,
     кВт.
    Общая нагрузка наружного освещения:
     кВт.
    Коэффициент мощности определяем средневзвешенный, для упрощения расчёта:
    ;
    .
    Нагрузки потребителей отличаются по величине более чем в 4 раза, поэтому суммарную электрическую нагрузку определяем методом суммирования электрических нагрузок с помощью добавок, [3, с. 6]:
    ,                      (2.9)
    ,               (2.10)
     кВт,
     кВт.
    Суммарная полная мощность дневного и вечернего максимума рассчитывается по формулам, [1, с. 7]:
    ,                       (2.11)
    ,                   (2.12)
    кВ?А,
    кВ?А.
    Наибольшими нагрузками являются Рв=79,6 кВт и Sв=81,4 кВ?А.
    Аналогично рассчитываем нагрузки для других КТПН. Расчётные данные заносим в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 – Расчётные нагрузки села Ветка
Потребители
Количество построек, шт
kд
kв
k0
 на вводе, кВт
Расчётные нагрузки
cos?д
cos?в
Полная расчётная нагрузка






Рд, кВт
Рв, кВт


Sд, кВА
Sв, кВА
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
КТП № 124
Жилые дома

60

0,6

1

0,28

6

58,3

97

0,93

0,96

62,7

101
Магазин на 2 рабочих места

1

-

-

-

7

2,55

4,5

0,85

0,90

3

5

Продолжение таблицы 2.1
Дом культуры на 150 мест

1

-

-

-

30

4,25

14

0,85

0,90

5

15
Уличное освещение

-

-

-

-

0,30

-

5,7

-

1

-

5,71
ИТОГО
-
-
-
-
-
41,7
79
0,88
0,94
42,8
81,4

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
КТП № 152
Жилые дома

20

0,6

1

0,34

6

24,4

40

0,93

0,96

26,3

42,5
Фельдшерско-акушерский пункт

1

-

-

-

6

1,7

3,6

0,85

0,90

2

4
Детский сад на 50 мест

1

-

-

-

30

17

10

0,85

0,90

20

12
Уличное освещение

-

-

-

-

0,2

-

8,2

-

1

-

8,25
ИТОГО
-
-
-
-
-
32
41
0,88
0,94
37,2
45,4
КТП № 149
Водокачка

1

-

-

-

9

6,8

6,8

0,80

0,80

8,5

8,5
Коровник
1
-
-
-
40
16,5
18
0,75
0,85
22
22
Гараж на 15 автомобилей

1

-

-

-

16

7

2,2

0,70

0,75

10

3
Мастерская обслуживания сельскохозяй-ственной техники



1



-



-



-



70



21



7,5



0,70



0,75



30



10

Продолжение таблицы 2.1
Зернохранилище с передвижными механизмами вместимостью 1000 т.



1



-



-



-



60



20



10



0,70



0,75



26,6



13,3
Наружное освещение
-
-
-
-
0,2
-
5,5
-
1
-
5,5
ИТОГО
-
-
-
-
-
51,7
37
0,73
0,82
71,3
46,2

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
КТП № 214
Административное здание


1


-


-


-


25


4,25


4,5


0,85


0,90


5


5
Жилые дома
12
0,6
1
0,42
6
18,1
30
0,93
0,96
19,5
31,5
Водокачка
1
-
-
-
9
6,8
6,8
0,80
0,80
8,5
8,5
Уличное освещение
-
-
-
-
0,2
-
5,5
-
1
-
5,5
ИТОГО
-
-
-
-
-
20,1
31
0,86
0,92
23,5
34
КТП № 110
Магазин на два рабочих места


1


-


-


-


7


2,55


4,5


0,85


0,90


3


5
Котельная с котлом «Универсал-6»

1

-

-

-

15

6,75

6,7

0,90

0,90

7,5

7,5
Общеобразовательная школа с электроплитой на 180 учащихся


1


-


-


-


58


20


21


0,85


0,90


23


23
Продолжение таблицы 2.1
Столовая
1
-
-
-
10
5,1
1,8
0,85
0,90
6
2
Жилые дома
10
0,6
1
0,44
6
15,1
25
0,93
0,96
16,1
26,1
Уличное освещение

-

-

-

-

0,2

-

5,5

-

1

-

5,5
ИТОГО
-
-
-
-
-
37,5
47
0,88
0,93
42,9
51


2.2 ТРЕБОВАНИЯ К НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
    Электрические сети должны надёжно подавать потребителю электроэнергию надлежащего качества (при стабильных напряжении и частоте) и удовлетворять требованиям электрической и пожарной безопасности.
    Правилами устройства электроустановок устанавливаются следующие требования по надёжности электроснабжения: 
      * малая несимметрия фазных токов и напряжений или её полное отсутствие;
      * поддержание на заданном уровне частоты тока и напряжения;
      * обеспечение бесперебойности электроснабжения согласно установленным правилам и нормам;
      * электроснабжения согласно установленным правилам и нормам;
      * приближение значения cos? к единице.
2.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМЫХ ПОТЕРЬ
    Подавляющая часть потерь энергии в сельских сетях приходится на электрические линии и трансформаторы, и обычно в практических расчетах учитывают потери только в этих электроустановках. Потери энергии в проводах, кабелях и обмотках трансформаторов пропорциональны квадрату протекающего по ним тока нагрузки, и поэтому их называют нагрузочными потерями. Ток нагрузки, как правило, изменяется во времени, и нагрузочные потери часто называют переменными.
    По мере роста нагрузок и присоединения к электрической сети
новых потребителей в ней возрастают потери электрической энергии. На предприятиях электрических сетей систематически рассчитывают потери мощности и энергии, и на основе этих расчетов в необходимых случаях осуществляют мероприятия по снижению потерь.
    Для оценки качества напряжения у потребителей составляется таблица отклонений напряжения, из которой определяется допустимая потеря напряжения в линиях 0,38 кВ. Согласно ГОСТ 13109-97 отклонения напряжения у сельскохозяйственных потребителей не должны превышать     ±5 % в нормальном режиме. При составлении таблиц учитывают изменения напряжения в каждом звене электрической сети от центра питания до любой контрольной точки сети. В качестве контрольных точек, как правило, принимают наиболее удалённый (КТПН №149) и ближайший (КТПН №124) электроприёмники потребительских подстанций  в режимах 100 и 25 процентной нагрузки соответственно, рисунок 2.1.
    Отклонение напряжения в контрольной точке определяется путём алгебраического суммирования всех отклонений, потерь и надбавок напряжения от центра питания до этой точки. Отклонения, потери и надбавки напряжения при заполнении таблиц выражают, как правило, в процентах номинального напряжения сети. На шинах 10 кВ подстанции 35/10 кВ уровень напряжения при 100 % нагрузке равен +5%, а при 25 % нагрузке 0%.
    
    
     Рисунок 2.3 – Схема электроснабжения села Ветка
    
    Для наиболее удалённой ТП №149 принимаем надбавку напряжения +5%. Потери напряжения в трансформаторе принимаем = - 4% и = - 1%.
    Суммарная допускаемая потеря напряжения в линиях 10 и 0,38 кВ при 100 % нагрузке составит:
    .
    Согласно НТПС – 73, допускаемая потеря напряжения в линии 10 кВ должна составлять, как правило, 60 – 65 % суммарных допускаемых потерь для линий 10 и 0,38 кВ. В соответствии с этим принимаем для ВЛ 10 кВ?Uдоп=6,5% и для линии 0,38 кВ с учётом потери напряжения во внутренней проводке ?Uдоп=11 – 6,5= 4,5 %. Тогда при 25 % нагрузке отклонение напряжения на зажимах ближайшего потребителя (потерю напряжения в линии 0,38 кВ принимаем равной нулю):
    .
Таблица 2.2 – Отклонения напряжения
Звено электрической сети
Режим нагрузки

ТП №149
ТП №124

100%
25%
Шины 10 кВ подстанции 110/35/10 кВ
+5
0
Линия 10кВ
-6,5
-1
Трансформатор 10/0,4:
Надбавка

+5

+5
Потери на трансформаторе
-4
-1
Линия 0,38 кВ
-4,5
0
Отклонение напряжения у потребителя
-5
+5

    
    
Рисунок 2.2 – График отклонений напряжения от ТП 110/35/10 кВ до самого удалённого потребителя 
    Различают организационные мероприятия по снижению потерь, мероприятия по совершенствованию систем учета электроэнергии, а также технические мероприятия.
    К основным организационным мероприятиям относятся:
  * выбор оптимальных мест размыкания воздушных линий напряжением 10 ... 35 кВ с двухсторонним питанием;
  * поддержание оптимальных уровней напряжения на шинах 10 кВ районных трансформаторных подстанций (РТП) 110…35/10 кВ и на шинах 0,38 кВ ТП 10/0,38 кВ;
  * отключение одного из трансформаторов в режимах малых нагрузок на двухтрансформаторных подстанциях, а также отключение  трансформаторов  на  подстанциях  с  сезонной   нагрузкой;
  * выравнивание нагрузок фаз в сетях напряжением 0,38 кВ;
  * сокращение, сроков ремонтов и технического обслуживания линий, трансформаторов и распределительных устройств;
  * снижение расхода энергии на собственные нужды подстанций.
    Организационные мероприятия, а также мероприятия по совершенствованию систем учета электроэнергии, как правило, не требуют значительных первоначальных затрат, и поэтому их проводить всегда целесообразно.
    Иначе обстоит дело с техническими мероприятиями, связанными с дополнительными капитальными вложениями.
    К основным техническим мероприятиям в сельских электрических сетях относятся:
    * установка в сетях статических конденсаторов, в том числе батарей с автоматическим регулированием мощности;
    * установка на РТП 110 ... 35/10 кВ трансформаторов с регулированием под нагрузкой (РПН);
    * замена недогруженных и перегруженных трансформаторов на потребительских ТП;
    * повышение пропускной способности сетей путем строительства новых линий и подстанций;
    * замена проводов на перегруженных линиях, в том числе замена  ответвлений  от   ВЛ   напряжением  0,38  кВ   к  зданиям;
    * перевод электрических сетей на более высокое номинальное напряжение.
    Наиболее эффективное из этих мероприятий – компенсация реактивной мощности, в первую очередь при помощи статических у конденсаторов. 
2.4 ВЫБОР НОМИНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА
    Все вновь сооружаемые и реконструируемые подстанции 10(35)/0,4 кВ в основном следует проектировать, применяя серийно выпускаемые комплектные трансформаторные подстанции наружной установки (КТПН), при этом рекомендуется учитывать следующее:
    * схемы электрических соединений подстанций приняты на основании утвержденных типовых схем и технико-экономического расчета;
    * трансформаторы на таких КТПН применяются с переключением ответвлений без возбуждения (ПБВ);
    * чтобы использовать трансформаторы с регулировкой напряжения под нагрузкой (РПН), необходимо специальное технико-экономическое обоснование; 
    * трансформаторы мощностью до 250 кВ?А рекомендуется применять со схемой соединения обмоток звезда-зигзаг с выведенной нейтралью обмотки 0,4 кВ;
    * распределительное устройство 0,4 кВ рекомендуется использовать с автоматическими воздушными выключателями;
    * мачтовые подстанции допускается применять наравне с КТПН;
    * при проектировании больших производственных с-х объектов мощность отдельных ТП 10(35)/0,4 кВ не должна превышать 1000 кВ?А;
    * при проектировании электроснабжения крупных с-х комплексов рекомендуется предусматривать подстанции внутренней установки, размещаемые в пристройках или в производственных зданиях;
    * подстанции закрытого типа (в зданиях) применяют в районах с расчетными температурами ниже минус 40 °С, со снежными заносами, с загрязненной атмосферой, с пыльными бурями, со стесненной застройкой поселков городского типа или при сооружении с.-х. комплексов;
    * закрытые мачтовые подстанции и КТП наружной установки не ограждают, если расстояние от земли до высоковольтных вводов не менее 4,5 м.
    Номинальную мощность трансформатора 10/0,4 кВ выбирают по экономическим интервалам нагрузок, [1, с. 95 приложение 9].
    Для КТПН №110 выбираем трансформатор с номинальной мощностью Sн=40 кВ?А. Аналогично выбираем трансформаторы для других КТПН. Технические данные трансформаторов представим в виде таблицы 2.3.
    Для нормального режима эксплуатации подстанции номинальные мощности трансформаторов проверяются, исходя из условия, [4, с. 35]:
    ,                                 (2.13)
где kc – коэффициент допустимой систематической нагрузки транс-форматора, [4, с. 36 таблица 3.2].
    Проверяем трансформатор КТПН №124:
    ,
    .
    Условие выполнено, следовательно, трансформатор подходит.
    Заменяем трансформаторы: на КТПН №214 мощностью 40кВ?А на трансформатор мощностью 25 кВ?А, на КТПН №110 мощностью 63кВ?А на трансформатор мощностью 40 кВ?А, на КТПН №149 мощностью 100кВ?А на трансформатор мощностью 63 кВ?А. На КТПН №124 и на КТПН №152  с трансформаторами мощностью 63 кВ?А и 40 кВ?А замену трансформаторов не производим. 

Таблица 2.3 – Технические данные трансформаторов напряжением 10/0,4 кВ
Номер трансфор-маторной подстанции




Тип
трансформатора

Номинальная мощность




Схема
и группа
соединения
обмоток




Потери, Вт
Напряжение короткого замыкания




Ток
холостого хода




Сопротивление zkтрансформатора, приведенное к   напряжению 0,4 кВ, Ом
Вид переключения ответвлений обмоток




холостого хода
короткого замыкания











Уровень А
Уровень Б




прямой последовательности
при однофазном к.з.

1

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
КТПН №214
ТМ
25
«звезда-звезда с нулём»-10
130
135
600
4,5
3,2
0,29
3,11
ПБВ
КТПН №110
ТМ
40
«звезда-звезда с нулем»-10
175
190
880
4,5
3,0
0,18
1,949
ПБВ
КТПН №149
ТМ
63
«звезда-звезда с нулём»-0
240
265
1280
4,5
2,8
0,115
1,237
ПБВ

Продолжение таблицы 2.3
КТПН №152
ТМ
40
«звезда-звезда с нулем»-10
175
190
880
4,5
3,0
0,18
1,949
ПБВ
КТПН №124
ТМ
63
«звезда-звезда с нулём»-0
240
265
1280
4,5
2,8
0,115
1,237
ПБВ

2.5ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СЕТИ 0,38 кВ
2.5.1 ВЫБОР СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ И РАСЧЕТ ПОТЕРИ НАПРЯЖЕНИЯ В ВЛ 0,38 КВ.
    Полная мощность на КТПН №149 S=71,3, а ток:
    А.
     Возможны два варианта выполнения линии – либо воздушная, либо кабельная линия. Выбираем вариант воздушной линии. Сечение провода выбираем по допустимому длительному току, [5, с.463, приложение 4]. 
    
     Рисунок 2.3 – Расчётная схема ВЛ КТП №149
Таблица 2.4 – Результаты расчёта ВЛ от КТП №149
Участок
cos?
Sрасч, кВ?А
Провод
Длина участка, м
Потеря напряжения , %





на участке
от ТП
Л1
1 – 2

0,73

36
СИП 
3?120+1?95

167

1,88

1,88
Л2
1 – 2

0,73

22,1
СИП
4?70

147

1,75

1,75
2 – 3
0,73
5,1
СИП 4?70
282
0,78
2,53
Л3
1– 2

0,73

13,6
СИП
4?70

230

1,69

1,69
    Для определения сечения проводов находим эквивалентную мощность, [1, с. 63]:
     ,                                   (2.14) 
    где n – число участков ВЛ;
        li– длина участка, м;
        Si – расчётная мощность на соответствующем участке.
    кВ?А.
    Эквивалентный ток, [1, с. 63]:
    ,                                  (2.15) 
     А.
    Экономическая плотность тока в сельских сетях должна составить не более 0,4 – 0,6 А/мм2. Тогда экономическое сечение проводов, [1, с. 63]:
    ,                                          (2.16)  
    мм2.
    Принимаем сечение проводов на всех участках линии Л2СИП 4?70.
    Потерю напряжения на каждом участке можно определить по формулам, [1, с. 63]:
    ,                          (2.17) 
    ,                                       (2.18) 
    .                   (2.19)
    Подставляем значения в формулу (2.19):
    .
    Аналогично находим потерю напряжения на других участках ВЛ, данные заносим в таблицу 2.4.
    Аналогично находим потери напряжения и для других КТП и заносим данные в таблицы 2.5 – 2.8.
Таблица 2.5 – Результаты расчёта ВЛ от КТПН №124
Участок
cos?
S, кВ?А
Провод
Длина участка
Потеря напряжения, %





на участке
от ТП
1
2
3
4
5
6
     7
Л1
1 – 2
0,94
10
СИП 3?50+1?50
85
0,777546
0,7775
2 – 3
0,94
9
СИП 3?50+1?50
35
0,28815
1,0656
3 – 4
0,94
8
СИП 3?50+1?50
40
0,292723
1,3584
4 - 5
0,94
7
.......................