Электрические нагрузки

          Характеристики электропотребителей и системы электроснабжения микрорайона.

        2.1     Характеристика электроприемников городских электрических сетей.

            По характеру электропотребления и показателям электрической нагрузки все потребители города разбиваются на следующие группы : промышленные потребители, коммунальные потребители общегородского значения(водопровод, канализация и т.д.), потребители районов прилегающих к городу, жилые зоны города и коммунальные общественные здания.

    Электроприемники жилых зданий.

   Современные жилые здания насыщены большим количеством электроприемников. К ним относятся  различные осветительные и бытовые приборы и силовое электрооборудование. Рост энергетики и объема производства электроэнергии в значительной мере способствует расширению номенклатуры и увеличению количества электроприборов, применяемых  в быту.

    Электроприемники жилых зданий могут быть подразделены на две основные группы: Электроприемники квартир и Электроприемники общедомового назначения. К первым относятся осветительные и бытовые электроприборы. Ко вторым относятся светильники лестничных клеток, лифтов.

    Электрическое освещение квартир осуществляется с помощью светильников общего и местного освещения, как правило, с лампами накаливания. Для общего освещения жилых помещений применяются многоламповые светильники (различных конструкций с различными лампами).

    Бытовые электроприборы по назначению можно условно разделить на следующие характерные группы: нагревательные для приготовления пищи, для обработки и хранения продуктов, хозяйственные (для уборки помещений, электроинструменты и др.), культурно-бытовые, санитарно-гигиенические, бытовые кондиционеры воздуха, водонагреватели, приборы для отопления помещений.

       Условно все электроприемники делятся на две большие группы: осветительные и силовые. В основных помещениях общественных зданий в целях экономии электроэнергии и получения высоких уровней освещенности, как правило, используются светильники с люминесцентными лампами в исполнении, соответствующими условиями среды и выполняемой работы. Во вспомогательных помещениях, складах и кладовых применяются лампы накаливания. В ряде случаев для целей архитектурного и декоративного освещения используются светильники в специальном исполнении с различными лампами.

   В зависимости от выполнения технологических операций к силовым относятся электроприемники механического оборудования, электротеплового оборудования: холодильных машин, подъемно-транспортного  оборудования, санитарно-технических установок, связи, сигнализации и противопожарных устройств, аппаратуры управления и других видов технологического оборудования.

   Энергоемкими потребителями являются коммунальные предприятия.

2.2 Определение графиков нагрузок потребителей.

    Потребление электроэнергии не  остается постоянным, а изменяется в зависимости от характера производства, вида и типа электроприемников, времени года, часов суток. Следовательно, изменяется и режим работы электростанций и трансформаторных подстанций.

Изменение нагрузок характеризуется графиками, показывающие изменение потребляемой мощности в зависимости от времени суток. Форма суточного графика нагрузки и его характеристика (заполнение графика), а так же  максимум нагрузки потребителей городского типа изменяется в широких пределах. Поэтому для исследования строятся ориентировочные графики активной мощности. С помощью этих графиков можно анализировать работу электростанций, трансформаторных подстанций, элементов сети или группы потребителей.

   Для электрических сетей городов характерны летний и зимний суточные графики нагрузок. Оба графика имеют два ярко выраженных максимума в утренние и вечерние часы, причем вечерний максимум нагрузки выше утреннего. Летний график нагрузки отличается от зимнего тем, что нагрузки летнего периода ниже зимних и вечерний максимум летом наступает позднее.

   Графики нагрузок жилых зданий так же имеют ярко выраженный максимум в утренние вечерние часы и различаются в зависимости от времени года. Однако для некоторых общественных зданий, например продовольственных магазинов, нагрузки летнего периода, могут быть значительно выше в результате работы холодильного оборудования и кондиционеров.

    На рис. 2.1-2.4 приведены ориентировочные графики активной мощности характерных коммунально-бытовых потребителей:

    а) Суточный график активной нагрузки жилого дома с газовыми плитами в квартирах  рис.2.1

    Коэффициенты, которыми пользуются при проектировании и эксплуатации электрических установок определим по формулам  5.1,5.2,5.3 [6]

   1) средняя нагрузка, %

   где W-расход электроэнергии (площадь графика)

          Т-время, час

   Рср= (20*2+15*4+30*2+45*2+30*2+25*2+30*2+75*2)/24=42%

   2) число часов использования максимума нагрузки

    где Pmax-наибольшая нагрузка за определенный период времени

      час

    3) коэффициент заполнения графика нагрузки 

   б) Суточный график активной нагрузки столовой (бар, кафе, ресторан) рис.2.2

   Аналогично  предыдущему случаю находим по тем же формулам:

   1) средняя нагрузка, %

Рср=(15*6+70*2+100*2+90*2+100*2+90*2+80*2+50*2+30*2+15*2)/24=1340/24=55,8%

   2) число часов использования максимума нагрузки

    час

   3) коэффициент заполнения графика нагрузок

   в) Суточный график активной нагрузки химчистки одежды (обобщенный) рис.2.3

   1)средняя нагрузка %

Рср=(20*6+30*2+90*2+100*2+95*2+90*2+95*2+90*2+70*2+30*2)/24=1500/24=62,5%

 2) число часов использования максимума нагрузки

                час

3) коэффициент заполнение графика нагрузки

 г) Суточный график активной нагрузки трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ   питающей жилые здания с газовыми плитами в квартирах,     рис .2.4

Рср=(30*2+25*4+40*2+30*2+35*2+30*4+48*2+90*2+100*2+65*2)/24=1096/24=45,6%

 час

2.3 Расчет электрических нагрузок жилых микрорайонов города.

    В соответствии с [1] укрупненная расчетная нагрузка микрорайона, приведенная к шинам 0,4 кВ ТП (трансформаторной подстанции), определяется по формуле (кВт):

     Рр м-р=(Руд.ж.д+Руд.общ.зд)*F*0,001 (2.1)

   где  Руд.ж.д- удельная расчетная нагрузка жилых домов на шинах напряжением 0,4 кВ ТП (табл 4)

          Руд.общ.зд  -удельная нагрузка общественных зданий микрорайонного значения, принимаемая при домах с электрическими плитами 2,6 Вт/м², а с плитами на газообразном или твердом топливе 2,3 Вт/м²

          F- общая площадь жилых домов подключенных к шинам напряжения 0,4  кВ ТП, м²

Расчет электрической нагрузки первого микрорайона.

Рр м-р=(10,67+2,3)*96600*0,001=1252,9 кВт

   cos φ=0.93 табл 4            

   Sр.м-р=1347,2 кВА

    где  Руд.ж.д=10,67Вт/м²-находим путем интерполяции табл. 4 

            F=96600 м²-заданно в исходных данных к проэкту.

Результаты дальнейших расчетов сводим в таблицу 2.1  

     Таблица 2.1 Расчет электрических нагрузок жилого района

3. Выбор вариантов системы электроснабжения Октябрьского микрорайонов.

3.1  Выбор вариантов системы электроснабжения.

   Для выбора системы электроснабжения необходимо выбрать напряжение передачи всей мощности проектируемого жилого района. Величину нестандартного рационального напряжения можно выбрать по формуле инженера Веикерта:

                                    U=3√S + 0.5l

а так же по двум эмпирическим формулам:

                                           и

Так для S=5973 кВА

                                      U=3√5,973 + 0.5*3=8,89 кВ

Исходя из полученного значения, принимаем стандартное напряжение 10 кВ.

   К рассмотрению предлагаем два варианта схемы электроснабжения жилого района.

   I вариант-Схема электроснабжения 10 кВ с РП. Структурная схема

ЦП-РП-ТП. Эта схема имеет радиальную структуру энергоснабжения микрорайонов.

   II вариант-Схема  электроснабжения 10 кВ без РП. Структурная схема

 ЦП-ТП. Данная схема имеет кольцевую структуру снабжения микрорайонов.

 Оба варианта обеспечивают требуемую надежность питания потребителей района.

 Для сравнения вариантов необходимо найти приведенные затраты по каждому из них, при этом принимаем некоторые допущения, которые заключаются в следующем:

а) расчет приведенных затрат производим для электроснабжающей и питающей сети 10 кВ.

б) схему источника питания для обоих вариантов принимаем одинаковую.

в) некоторые количественные изменения распределительных сетей 10 кВ после окончательного выбора варианта не влияют на технико-экономическое обоснование вариантов, поэтому вышеуказанные допущения применимы в данном случае. 

                  1. Расчет приведенных годовых затрат по I варианту.

       Sp=3886 кВА                                     Sp=3711 кВА

       Ip=224 A                                                Ip=214 A 

                                               Iоб=438 А

 Суммарная мощность на РП вместе с ТСН S=7650 кВА.                                                                                                                                                                                              

 Согласно [1] питание РП необходимо осуществлять двумя кабельными линиями (по 2 кабеля в линии).

   а) Выбор сечения кабелей по нагреву длительно допустимым током.

Согласно табл. 1.3.16 [4] кабель с алюминиевыми жилами сечением 120 мм² имеет Iдоп=375 А. С учетом понижающего коэффициента к=0,92 табл. 1.3.24 [4] каждая линия имеет пропускную способность 490 А.

Загрузка кабеля в нормальном режиме (в работе 4 кабеля):

                             кз=224/438*100%=51%

Загрузка кабеля в аварийном режиме (в работе 2 кабеля):

                             кз=438/490*100%=89,3%

что находится в пределах нормы табл. 1.3.2[4]

   б) Выбор сечения кабеля по экономической плотности тока. Согласно табл. 1.3.36 [4] для Тм=1600 ч j=1,6 А/мм²

      q=I/j=192/1.6=120 мм²

Учитывая аварийный режим, оставляем сечение 120мм².

в) Потеря напряжения в кабеле:

                                  ∆U=P*l* ∆Uo

   где Р- активная мощность на линии, МВт

          l- длина линии в км.

          ∆Uo- удельная потеря напряжения, %/МВт*км

        ∆U1=(3,886/2)*0,92*3*0,475=2,5%<6

        ∆U2=(3,324/2)*0,92*3*0,475=2,4 %<6

        ∆U3=(7,650/2)*0,92*3*0,475=5%<12

   Для проверки выбранного сечения по термической устойчивости необходимо определить ток кз на шинах 10 кВ ИП.

          Ток к.з. приведен в разделе

                                         Iк=5,17 кА

                                         iу=131 кА

                                         tд=0,2+1,4=1,6 с

Сечение кабеля, термически устойчивое к току кз определяется по формуле:

                                         Тmin=I∞*(√tcp/e) 

         где  e- коэффициент, соответствующий разности выделенного тепла

                    в проводнике после и до кз (для алюминия e=65)

                                          Тmin=5,17*(√1,6/65)=98 мм²

Следовательно, выбранное сечение кабельной линии удовлетворяет условиям проверки на термическую устойчивость.

Экономическим критерием, по которому определяют более выгодный вариант, является минимум приведенных затрат, руб/год,  

                                      З=Ен*К+Н

   где Ен- нормативный коэффициент сравнительной эффективности                                               

                капитальных вложений   (Ен=0,15)

          К- единовременные, капитальные вложения в сооружение объекта

          Н- ежегодные эксплуатационные издержки.

Состав капитальных затрат:

                       К=К1*К2*К3

   где К1- стоимость ВРУ (К1=20 тыс . руб)

           К2- стоимость кабельной линии 10 кВ при прокладке в траншее

на 1 км (К2=198000 руб 95 мм²:    К2=250000 руб 120мм²).

         К3- стоимость РП (К3=1 млн. руб)

                     К=20000*2+(2*633600+2*594000)+1000000=3495000 руб

   Суммарные годовые отчисления:

                 для РУ до 20 кВ - 10,4 %;

                 для кабельной линии до 10 кВ, проложенной в земле

                 с алюминиевой жилой – 5,8 %;

                  для РП до 20 кВ – 10,4 % .

Ежегодные эксплуатационные издержки определяются как:

                     И=Иэ+Иа

   где Иэ-отчисления на амортизацию, ремонт и обслуживания;

         Иа-стоимость потерь электроэнергии;

                   Иэ=40000*0,104+2455000*0,058+1000000*0,104=250550 руб

Потери электроэнергии в кабельной линии 10 кВ:

                     ∆А=3I²ρ(l/s)t 

   где  l-длина линии в км

          s-сечение кабеля в мм²

          I-номинальный ток, кА

          T-время  наибольших потерь

           ρ-удельное  сопротивление жилы кабеля Ом мм/км

   ∆А1=3*0,224²*29,7 (3/120*2)*1600=89,4 тыс кВт/год

   ∆А2=3*0,176²*29,7 (3/120*2)*1600=81,6 тыс кВт/год

   ∆А95мм=30 тыс кВт/год  

Стоимость 1 кВт ч потерь электроэнергии 1,04 руб/кВт ч

   Иа=201*1,04=209040 руб

 И=250550+209040=459590 руб

Общие приведенные затраты:

   З=0,15*3495000+459590=983840 руб

             2. Расчет приведенных годовых затрат по 2 варианту.

S1=1410.15 кВА                                                  S'1=1591.2 кВА

I1=81.4 А                                                              I'1=91.87 А

S2=1719.2 кВА                                                    S'2=1941.4  кВА

I2=99.26 А                                                            I'2=112.08 А

Расчет ведем исходя из следующих соображений:

   а) Все линии выполняются кабельными жилами.

   б) Каждая пара кабелей прокладывается в отдельной траншее. Поправочный коэффициент 0,9.

Определение приведенных затрат ведется аналогично предыдущему варианту.

                      З=Ен*К+И

                      К=К1+∑Ккл10

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5