ВИЗНАЧЕННЯ КАТЕГОРІЇ НАДІЙНОСТІ ПОСТАЧАННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ

Рис. 7. Принципова схема електропостачання житлових будинків заввишки 9-16 поверхів з трьома введеннями

На рис.5 приведена модифікація описаної схеми, при якій на введеннях в будівлю замість рубильників встановлюють перемикачі. Недоліком схеми є те, що в кожний будинок (окрім тупикового) необхідно заводити чотири кабелі (замість двох, як у попередньому випадку).

Для живлення електроприймачів житлових будинків заввишки 9—16 поверхів застосовують як радіальні, так і магістральні схеми. На рис.6 дана магістральна схема з двома перемикачами на введеннях. При цьому одна з живлячих ліній використовується для приєднання електроприймачів квартир і загального освітлення загальнобудинкових приміщень, інша - для підключення ліфтів, протипожежних пристроїв, евакуаційного і аварійного освітлення і т.п. Кожна з ліній розрахована з урахуванням допустимих перевантажень при аварійному режимі. Перерва в живленні по цій схемі не перевищує одну годину, що достатньо електромонтеру для потрібних перемикань на ВРП.

Рис.8. Принципова схема електропостачання житлових будинків заввишки 17 поверхів і більш

Для живлення житлових будинків заввишки 17 поверхів і більше застосовують радіальні схеми з АВР на введеннях; до силових введень приєднують й інші електроприймачі I категорії: протипожежні пристрої, вогні світлової огорожі, евакуаційне і аварійне освітлення. На рис.8 наведена схема електропостачання житлового будинку заввишки 17 поверхів і більше. Перспективним є розміщення ТП поблизу житлових будівель або під будівлями.

2.3. ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ ОСВІТЛЮВАЛЬНИХ УСТАНОВОК

Розрахунок потужності будівлі.В основі розрахунку використовується навантаження одного споживача, яким є квартира. Розрахункове електричне навантаження одного квартирного житлового будинку залежно від числа квартир рівне:

Ркв =Ркв.уд.∙n, (1)

де Ркв - розрахункове навантаження будинку квартирного типу; n - число квартир; Ркв.уд- питоме навантаження, відповідне числу квартир, кВт/кв.

Значення навантажень є приведеними, вони встановлені з урахуванням коефіцієнта одночасності залежно від числа квартир і є довідковими даними.

Силове навантаження загальнобудинкових приймачів електричної енергії, включаючи ліфти, визначають окремо, з урахуванням відповідних коефіцієнтів попиту і потужності. В результаті розрахункове навантаження житлового будинку, який не має вбудованих установ, визначають як суму навантаження квартир і силового навантаження загальнобудинкових приймачів:

Рж.д. = Ркв+kΣРс, (2)

де Рж.д- навантаження житлового будинку; Рс- силове навантаження загальнобудинкових установок; k- коефіцієнт, що враховує участь потужності силових установок в максимумі навантаження квартир, рівний 0,9.

В свою чергу, силове навантаження для ліфтових установок рівне:

Рс =Рл =kс.л., (3)

де kс.л.- розрахунковий коефіцієнт попиту для ліфтових установок, визначуваний за довідковими даними; m - кількість ліфтів; Руст.- встановлена потужність електродвигуна ліфта, кВт.

Повне розрахункове навантаження житлового будинку визначають по формулі:

Sж.д. = Ркв/cosφж.д.+0,9 Ркв/cosφс, (4)

де cosφж.д и cosφс - коефіцієнти потужності, що характеризують навантаження квартир і загальнобудинкових приймачів відповідно.

Окрім будинків в житлових районах міст розташовуються установи і підприємства суспільно-комунального характеру, навантаження яких визначають, як правило, індивідуально в процесі розробки проектів їх внутрішнього електроустаткування. Навантаження визначають з використанням коефіцієнта попиту.

У результаті (наприклад, за наявності в житловому будинку вбудованого підприємства або установи) розрахункове навантаження житлового будинку визначається як:

ΣРж.д. = Рж.д+kРобщ., (5)

де ΣРж.д - сумарне навантаження житлового будинку і вбудованого підприємства в максимумі навантаження житлового будинку; Робщ - навантаження підприємства.

Сумарні розрахункові активні і реактивні навантаження в цілому по житловому району визначають підсумовуванням відповідних навантажень об'єктів.

Qр.ж.д. =Ркв∙tgφж.д.+0,9∙Рс∙tgφс. (6)

Розрахунок навантажень зводимо в таблицю

2.4. ВИБІР ТРАНСФОРМАТОРА. РОЗРАХУНОК ВТРАТИ НАПРУГИ ЗАГАЛЬНОЇ ПОТУЖНОСТІ ТРАНСФОРМАТОРА

При розробці схем енергопостачання об'єктів однією з важливих задач є визначення кількості і потужності силових трансформаторів на підстанціях. Число трансформаторів на споживацькій підстанції 6... 10/0,4 кВ залежить від категорії споживачів по надійності електропостачання.

Номінальна потужність трансформатора визначається розрахунковим навантаженням на шинах 0,4 кВ. Вибір трансформатора по потужності переслідує мету перевірки відповідності умовам роботи в нормальному режимі по економічних інтервалах навантаження з урахуванням допустимих і аварійних перевантажень.

У системах електропостачання знижуючі підстанції використовують для перетворення і розподілу електроенергії, одержаної звично від енергосистем. На всіх підстанціях для зміни напруги змінного струму служать силові трансформатори різного конструктивного виконання, що випускаються в широкому діапазоні номінальних потужностей і напруг.

Вибір трансформаторів полягає у визначенні їх необхідного числа, типу, номінальних напруг і потужності, а також групи і схеми з'єднання обмоток.

Трансформаторні підстанції (ТП) в даний час часто виконуються комплектними (КТП), і у всіх випадках, коли цьому не перешкоджають умови навколишнього середовища і обслуговування, встановлюються відкрито. Правильне визначення числа і потужності трансформаторів можливе тільки з урахуванням наступних чинників: категорії надійності електропостачання споживачів; компенсації реактивних навантажень на напрузі до 1 кВ; перевантажувальної здатності трансформаторів в нормальному і аварійному режимах; кроку стандартних потужностей; економічних режимів роботи трансформаторів залежно від графіка навантаження.

Вибір необхідного числа трансформаторів:

Звичайно на підстанції вибирають один або два трансформатори.

При цьому однотрансформаторні підстанції вибирають:

— для живлення електроприймачів, що допускають живлення тільки від одного нерезервованого джерела (електроприймачі III категорії);

— для живлення електроприймачів будь-яких категорій через замкнуті мережі, підключені до двох або декількох підстанцій (або через незамкнуті мережі, зв'язані між собою резервними лініями).

Два трансформатори встановлюють на підстанціях, що живлять електроприймачі I або II категорії і що не мають на вторинній напрузі зв'язку з іншими підстанціями.

Щоб обидва трансформатори могли надійно резервувати один одного, їх живлять від незалежних джерел по незалежних один від одного лініях. З огляду на те, що взаємне резервування трансформаторів повинне бути рівнозначним, їх вибирають однакової потужності.

Головні знижувальні підстанції (ГПП), як правило, споруджують двохтрансформаторними.

Необхідність в більшому числі трансформаторів зустрічається рідко.

Визначення кількості і потужності трансформаторів на підстанції:

— визначаємо кількість трансформаторних підстанцій (ТП) для розрахованого сумарного навантаження

NТП= (7)

Кз – коефіцієнт завантаження в нормальному режимі (0,6 — 0,8);

Sтр – прийнята потужність трансформаторів ТП;

cos φ – коефіцієнт потужності (0,9);

n_тр – кількість трансформаторів на ТП.

Вибираємо ТП в додатку 1.

Відповідно до ГОСТ 11920-85 і 12965-85 трансформатори мають наступні номінальні потужності: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА.

Розрахунок втрати напруги загальної потужності трансформатора.При виборі потужності трансформаторів зв'язку з системою з однією підвищеною напругою рекомендується керуватися наступними положеннями:

1. Якщо на підвищену напругу трансформується потужність більше потужності одного генератора, то необхідно встановлювати два трансформатори.

2. Потужність двох трансформаторів повинна бути рівна потужності на генераторній напрузі при номінальному навантаженні на всіх генераторах.

3. При невеликій віддачі в систему можна встановлювати один трансформатор, потужністю, що забезпечує умови в п. 2 і покриття навантаження на генераторній напрузі при виході з роботи наймогутнішого генератора.

4. Якщо максимальне навантаження на шинах генераторної напруги перевищує встановлену потужність генераторів, то встановлюються два трансформатори, сумарна потужність яких рівна максимальній потужності, одержуваній з системи. В аварійних випадках один трансформатор з допустимим аварійним навантаженням повинен забезпечити бракуючу потужність на шинах генераторної напруги при нормальній роботі всіх генераторів.

При виборі потужності трансформаторів зв'язку з системою з двома підвищеними напругами слід керуватися наступним:

1. На електростанціях з розподілом потужності на генераторній напрузі і однією з підвищених напруг до 35 кВ зв'язок з системою здійснюється трьохобмотковими трансформаторами (оскільки при таких напругах відсутні глухі заземлення нейтралей мереж).

2. На електростанціях з двома підвищеними напругами 110 кВ і вище і при глухому заземленні нейтралей в мережах зв'язок з системою може бути здійснений трьохобмотувальними трансформаторами або автотрансформаторами (даний спосіб зв'язку розв'язується після техніко-економічних порівнянь).

3. Зв'язок шин генераторної напруги з шинами підвищених напруг в пп. 1 і 2 здійснюється двома трансформаторами або автотрансформаторами, загальна потужність яких повинна бути достатньою для того, щоб пропустити без перевантаження надмірну потужність з шин генераторної напруги в денний час (при роботі генераторів з номінальним навантаженням).

4. Якщо на одній з підвищених напруг здійснюється живлення споживачів по радіальній схемі, то потужність одного трансформатора (автотрансформатора) повинна забезпечити максимальне навантаження цих споживачів.

5. Потужності обмоток підвищених напруг трьохобмотковими трансформаторами доцільно приймати рівними 100% від номінальної потужності трансформатора, якщо навантаження кожної з них перевищує 40—50% номінальної потужності трансформатора; при менших навантаженнях на підвищених напругахпотужність відповідних обмоток приймається рівною 67% номінальної потужності трансформатора.

6. Потужність автотрансформаторів необхідно вибирати з урахуванням коефіцієнта вигідності.

7. Всі трансформатори і автотрансформатори необхідно вибирати з регулювальними пристроями напруги під навантаженням на стороні високої напруги (оскільки режим роботи станції різко міняється протягом доби).

У нашому випадку від вибраної ТП живляться 3 будівлі. Відповідно навантаження на трансформаторі складе

(8)
(9)

Коефіцієнт завантаження в нормальному режимі рівний:

(10)

Коефіцієнт завантаження в аварійному режимі рівний:

(11)

Оптимальні значення завантаження:

- в нормальному режимі: 0,66÷0,8

- в аварійному режимі: 1,22÷1,6.

2.5. ВВОДНО-РОЗПОДІЛЬНІ ПРИСТРОЇ

Лінії від підстанцій підводять до суспільних і житлових будівель і підключають до вводно-розподільних пристроїв (ВРП), які призначені для прийому, розподілу і обліку електричної енергії напругою 380/220 в мережах трифазного струму із заземленою нейтраллю, а також для захисту ліній при перевантаженнях і коротких замиканнях. ВРП виготовляють однопанельними і багатопанельними. По своєму призначенню панелі ВРП підрозділяють на ввідні, розподільні і ввідно-розподільні. Ввідні панелі розрізняють по номінальному струму ввідних апаратів, схемам приєднання і обліку. Розподільні і ввідно-розподільні панелі виготовляють з різним числом ліній і схем обліку, що відходять. Передбачається можливість установки апаратури управління освітленням будівель.

Таблиця 1. Основні дані панелей ВРП

2.6. ВИБІР перерізу ПРОВіДНИКіВ

2.6.1. Вибір перетинів провідників по механічній міцності

Перетини провідників освітлювальної мережі повинні забезпечити:

достатню механічну міцність мережі ;

проходження струму навантаження без перегріву понад допустимі температури;

необхідні рівні напруги джерел світла;

спрацьовування захисних апаратів при коротких замиканнях.

При виборі провідників освітлювальної мережі по механічній міцності достатньо виконати всі вимоги ПУЕ по мінімальному перетину провідників і відстані між точками їх кріплення. Найменші допустимі перетини провідників по механічній міцності вказані в додатку 1. При тросових проводках залежно від навантаження сталеві троси слід приймати діаметром 1,95÷6,5 мм, катанку – діаметром 5,5÷8 мм.

2.6.2. Вибір перетинів провідників по нагріву

Нагрів провідників викликається проходженням по них струму I, величина якого визначається по формулах:

для трифазної мережі, з нулем і без нуля, при рівномірному навантаженні фаз:

, А; (12)

- для двофазної мережі з нулем, при рівномірному завантаженні фаз:

- для двохдротяної мережі:, А; (13)

, А; (14)

для кожної з фаз двох- або трьохдротяної мережі з нулем при будь-кому, у тому числі і нерівномірному навантаженню

, А, (15)

где Рi – активна розрахункова потужність однієї, двох або трьох фаз; Uл, Uф, Uн – відповідно лінійна, фазна і номинальна напруги мережі.

При рівномірному завантаженні фаз струм в нульовому дроті трифазних мереж, що живлять лампи розжарювання, рівний нулю, струм же мереж, що живлять газорозрядні лампи, може досягати величини фазного струму.

Нелінійність ПРА і вольт-амперних характеристик газорозрядних ламп ведуть до спотворення синусоїдальної формули струму і появи вищих гармонік, причому останні, в основному третя, призводять до наявності струму в нульових робочих дротах трифазних ліній. Стандарти обмежують величину струму в нульовому дроті трифазних ліній на рівні фазного при компенсованих ПРА і половини фазного струму – при індуктивних ПРА.

У двофазних трьохдротяних мережах при рівномірному завантаженні фаз струм в нульовому дроті рівний фазному струму при живленні ламп розжарювання; проте може бути дещо більше фазний струм при живленні газорозрядних ламп.

При нерівномірному навантаженні фаз лінійні струми будуть неоднакові і при невеликій нерівномірності, вибір перетину дротів слід вести, як для лінії з рівномірним навантаженням фаз, прийнявши як розрахункова потрійне навантаження самої завантаженої фази. При істотній нерівномірності навантаження (наприклад, при могутніх світильниках Ксенону) необхідно визначити струми і перетини провідників окремо для кожної фази. Для трифазних ліній з включенням навантажень на лінійну напругу лінійні струми Iа, Iв, Iс залежать від порядку проходження фаз (А-В-С або С-В-А).

При прямому порядку проходження фаз:

; (16)

; (17)

. (18)

При зворотному порядку проходження фаз в кожній з формул необхідно поміняти місцями індекси кутів (ab і ca, bc і cb, bc і ca). Оскільки порядок проходження фаз при проектуванні невідомий і може мінятися в процесі експлуатації, необхідно визначати лінійні струми для обох варіантів проходження фаз.

Струм навантаження, протікаючи по провіднику, нагріває його. Нормами встановлені найбільші допустимі температури нагріву жил дротів і, виходячи з цього, визначені тривало допустимі струмові навантаження для дротів і кабелів залежно від матеріалу їх ізоляції і оболонки і умов прокладки.Значення струмів прийняті для температури навколишнього повітря +250С і землі +150С. У випадку, якщо передбачається тривала експлуатація дроту в середовищі з температурою, відмінною від нормативної, допустиме струмове навантаження, (в амперах), визначається по формулі:

, (19)

де Iн – нормативне струмове навантаження, А,

τф и τн– допустиме перевищення температури дроту відповідно над фактичною і нормативною температурою середовища 0ºС.

Розрахунок значення струму в лініях виконується за формулою:

(20)

де Рр – розрахункове навантаження, кВт;

– коефіцієнт, значення якого наведені в додатку.

2.6.3. Розрахунок освітлювальної мережі по втраті напруги

Величина втрат напруги в мережі [8] визначається за формулою:

, %, (21)

где ΔUд – располагаемая втрата напруги в мережі;

Uxx – номінальна напруга при холостому ходу трансформатора (105%);

Uмін – напруга, що допускається, у найвівдаленіших ламп;

ΔUт – втрата напруги в трансформаторі, приведена до вторинної напруги.

Відзначимо, що значення напруг Uхх, Uмин, ΔU,% – указуються у відсотках.

Допустимі втрати напруги в освітлювальній мережі U,% залежно від потужності трансформатора Sн, коефіцієнта його завантаження β і cosφ навантаження наведені в додатку. Ці втрати розраховані для U_мін рівного 97,5%, і при інших значеннях повинні бути відповідно змінені.

Втрата напруги ΔUТ зависит от мощности трансформатора, його навантаження, коефіцієнта потужності елетроприймачів, що живляться, і визначається з достатнім наближенням за формулою:

, (22)

де Uа.т. і Uр.т. – активна і реактивна складові напруги короткого замикання трансформатора, які визначаються за формулами:

(23)

и

; (24)

Рк – втрати короткого замикання, кВт; Рн – номінальна потужність трансформатора, КВ•А; Uк – напруга короткого замикання, %.

У загальному випадку втрата напруги в мережі визначається за формулами:

у мережах без індуктивності (25)

;

у мережах з індуктивністю

, (26)

де I – розрахунковий струм лінії, А; R і X – активний і реактивний опори лінії, Ом; cos φ – коефіцієнт потужності навантаження.

Якщо виразити ΔU в процентах от номинального напряжения Uн, а ток нагрузки через мощность (в киловаттах), то получим расчетные формулы потери напряжения в осветительной сети через момент нагрузки:

для двохдротяної мережі (однофазної, двофазної без нуля або постійного струму):

; (27)

для чотирьохдротяної трифазної з нулем і трифазної трьохдротяної без нуля мережі:

; (28)

для трьохдротяної двофазної з нулем в мережі:

, (29)

де γ – питома провідність провідника, См/м; S – переріз провідника, мм²; U_н – номинальна напруга мережі (для трьох- і двохфазних мереж лінійна напруга), В; М – момент навантаження, равний добутку потужності навантаження, кВт, на довжину лінії l, м і визначаємий за схемами на рис.9.

При заданих номінальній напрузі мережі і матеріалі провідника:

(30)

и

, (31)

где С – коэффициент, зависящий от напря-жения и материала проводника (см. табл.2).

Потери напряжения на всех участках сети (от шин низшего напряжения трансформатора до самого удаленного светильника) суммируются и сравниваются с величиной допустимой потери напряжения ΔUдоп. В табл.2 приведены значения ΔUТ для коэффициента загрузки β = 1. Для определения истинной величины ΔUТ его значение, найденное по таблице 2, следует умножить на фактическое значение коэффициента загрузки β.

Таблица 2. Потери напряжения в трансформаторах.