CC BY
0
электротехнологии, электрооборудование и энергоснабжение агропромышленного комплекса
4.3.2. ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА
Научная статья УДК 621:631
DOI: 10.24412/2227-9407-2024-7-57-70 EDN: APFSOV
К вопросу о повышении эффективности проектных решений сельских распределительных электрических сетей
Андрей Владимирович Бастрон1^, Татьяна Николаевна Бастрон2, Кирилл Евгеньевич Бубликов3, Александр Сергеевич Синиченко4
12 3 4 Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск, Россия
1 abastron@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4284-452X
2 tbastron@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0003-0475-7927 3sap.strf@gmail.com, https://orcid.org/0009-0004-4051 -8143 4 insanitys@yandex.ru, https://orcid.org/0009-0002-7563-3032
Аннотация
Введение. В статье рассмотрены новые подходы к проектированию сельских распределительных электрических сетей 0,38 кВ ввиду значительного увеличения нагрузок, связанных с повсеместным ростом энерговооруженности сельских домовладений и крестьянко-фермерских хозяйств, а также внедрением интеллектуальных систем управления электрооборудованием. Применение приоритетного принципа управления электроприемниками с использованием интеллектуальных систем управления «Умный дом» в сельских домовладениях и крестьянско-фермерских хозяйствах позволит нивелировать пиковые нагрузки на сельские распределительные сети 0,38 кВ и комплектные трансформаторные подстанции (КТП).
Материалы и методы. В предложенном исследовании рассматривается моделирование вариантов конфигурации сельских распределительных сетей. Проведен анализ технических присоединений к сельской распределительной электрической сети 0,38 кВ с расчетной нагрузкой 14 кВт для сельских домовладений площадью около 100 м2 с различными режимами работы электроприемников и энергопотребления. Рассмотрены вариации систем электроснабжения с применением КТП мощностью от 25 до 630 кВА и проводов СИП-2 различного сечения.
Результаты и обсуждение. В ходе исследования разработана база данных в виде электронных таблиц с результатами расчетов сравнений протяженности линий электропередач 0,38 кВ, выполненных СИП-2, их сечений, мощностей и объектного расположения КТП на плане сельского поселения для обеспечения рационального и надежного электроснабжения не только сельских домовладений, но и небольших по мощности объектов АПК, в соотвествии с действующими правилами устройств электроустановок (ПУЭ). Заключение. В ходе моделирования сельских распределительных сетей 0,38 кВ рассмотрено четыре варианта электроснабжения сельских домовладений при условии установки конечными потребителями интеллектуальных систем «Умный дом». В первом варианте предполагается использование большего количества КТП, что позволяет снизить общую длину линий, за счёт чего рассматриваемая вариация может быть свободно изменена и дополнена новыми технологическими присоединениями к КТП, что позволяет свободно совмещать смешанные нагрузки с подключением к КТП не только сельских домовладений, но и объектов АПК (крестьянско-
© Бастрон А. В., Бастрон Т. Н., Бубликов К. Е., Синиченко А. С., 2024
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
57
Вестник НГИЭИ. 2024. № 7 (158). C. 57-70. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 7 (158). P. 57-70. ISSN 2227-9407 (Print)
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nizirs fi ргтшгл! рпшрмрмт^^^^^^^^^ё
lyvmlvmiii^ electrical technologies, electrical equipment
xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx_
фермерских хозяйств, небольших цехов по хранению и переработке сельскохозяйственной продукции и т. д.). Вариант № 2 является оптимальным, поскольку мощность и расположение подобранных КТП и комплектных столбовых трансформаторных подстанций (КСТП) позволяет обеспечить потери в линиях не более 8 %, а также имеет 30 % запас длин линий без увеличения необходимых расчётных сечений СИП. При этом запас мощности КТП порядка 25 % может быть использован для подключения указанных в варианте 1 объектов АПК. Вариант № 3 позволяет использовать три КТП: двух мощностью 250 кВА и одной КТП 160 кВА, одновременно количество подключений от отходящих линий может достигать девяти, при этом повышается сечение СИП-2 до 3^70 + 1^70. Наиболее гибким вариантом электроснабжения является вариант № 4 за счёт простоты реализации и множества вариаций конечных подключений потребителей к КСТП 25 кВА.
Ключевые слова: интеллектуальная система «Умный дом», комплектная трансформаторная подстанция, крестьянско-фермерское хозяйство, сельские распределительные сети, сельское поселение
Для цитирования: Бастрон А. В., Бастрон Т. Н., Бубликов К. Е., Синиченко А. С. К вопросу о повышении эффективности проектных решений сельских распределительных электрических сетей // Вестник НГИЭИ. 2024. № 7 (158). С. 57-70. DOI: 10.24412/2227-9407-2024-7-57-70. EDN: APFSOV
On the Issue of Improving the Efficiency of Design Solutions of Rural Distribution Electric Networks
Andrey V. BastronTatyana N. Bastron2, Kirill E. Bubliko3, Alexander S. Sinichenko4
1 2 3 4 Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk, Russia
1 abastron@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4284-452X
2 tbastron@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0003-0475-7927 3sap.strf@gmail.com, https://orcid.org/0009-0004-4051 -8143 4 insanitys@yandex.ru, https://orcid.org/0009-0002-7563-3032
Abstract
Introduction. The article discusses new approaches to the design of rural distribution networks of 0,38 kV due to a significant increase in loads associated with the widespread increase in the power supply of rural households and peasant farms, as well as the introduction of intelligent control systems for electrical equipment. The application of the priority principle of control of electric receivers using intelligent control systems «Smart House» in rural households and peasant farms will make it possible to neutralize peak loads on rural distribution networks of 0,38 kV and complete transformer substations (CTS).
Materials and methods. The proposed study examines the modeling of configuration options for rural distribution networks. The analysis of technical connections to the rural distribution electric network of 0,38 kV with a design load of 14 kW for rural households with an area of about 100 m2 with different modes of operation of electric receivers and energy consumption is carried out. Variations of power supply systems with the use of transformer substations with a capacity of 25 to 630 kVA and self-supporting insulated wires-2 of various cross-sections are considered. Results and discussion. In the course of the study, a database was developed in the form of electronic tables with the results of calculations of comparisons of the length of 0,38 kV power lines made by self-supporting insulated wires-2, their cross-sections, capacities and object location of transformer substations on the plan of a rural settlement to ensure rational and reliable power supply not only to rural households, but also to small agricultural facilities, in accordance with the current rules for the installation of electrical installations (IEI).
Conclusion. In the course of modeling rural distribution networks of 0,38 kV, four options for power supply to rural households were considered, provided that end consumers install smart home systems. In the first option, it is assumed to use a larger number of transformer substations, which makes it possible to reduce the total length of lines, due to which the variation under consideration can be freely changed and supplemented with new technological connections to the transformer substation, which allows you to freely combine mixed loads, with the connection to the transformer
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX и энергоснабжение агропромышленного комплекса XXXXXXX
substation not only rural households, but also agricultural facilities (peasant farms, small workshops for storage and processing of agricultural products, etc.). Option № 2 is optimal, since the capacity and location of the selected transformer substations and complete pole-mounted transformer substations (PMTS) allow to ensure losses in lines of no more than 8 %, and also have a 30 % margin of line lengths without increasing the required design sections of self-supporting insulated wires. At the same time, the power reserve of the transformer substation of about 25 % can be used to connect the agro-industrial facilities specified in option 1. Option № 3 allows the use of three transformer substations: two with a capacity of 250 kVA and one transformer substation of 160 kVA, at the same time the number of connections from outgoing lines can reach nine, while the cross-section of self-supporting insulated wires-2 is increased to 3 *70 + 1 x70. The most flexible option for power supply is option № 4 due to the simplicity of implementation and many variations of final connections of consumers to the 25 kVA PMTS.
Keywords: rural distribution networks, rural settlement, peasant farm, complete transformer substation, intelligent system «Smart House»
For citation: Bastron A. V., Bastron T. N., Bublikov K. E., Sinichenko A. S. On the Issue of Improving the Efficiency of Design Solutions of Rural Distribution Electric Networks // Bulletin NGIEI. 2024. № 7 (158). P. 57-70. DOI: 10.24412/2227-9407-2024-7-57-70. EDN: APFSOV
Введение
Ввиду значительного увеличения нагрузок, связанных в XXI веке с повсеместным ростом энерговооруженности сельских домовладений [6] (широко используются мощные электроплиты, электроводонагреватели, электрические системы отопления [10], стиральные и посудомоечные машины, холодильники и другая бытовая техника) [1] и крестьян-ко-фермерских хозяйств (в хозяйствах животноводческого направления используются корморезки, дробилки зерна, доильные и холодильные установки, электроводонагреватели и т. д.) [4], а также с внедрением интеллектуальных систем управления электрооборудованием [21], необходимы новые подходы к проектированию сельских распределительных электрических сетей 0,38 кВ [7]. Применение приоритетного принципа управления электроприемниками с использованием интеллектуальных систем управления «Умный дом» [9] в сельских домовладениях и крестьянско-фермерских хозяйствах позволяет нивелировать пиковые нагрузки на сельские распределительные сети 0,38 кВ и подключать дополнительно сельских производственных и коммунально-бытовых потребителей [19] к питающим комплектным трансформаторным подстанциям (КТП) [8].
Современный подход к электроснабжению сельских потребителей производственного и коммунально-бытового назначения позволяет значительным образом влиять на пиковые нагрузки на вводах в сельских домовладениях [12], которые приходятся на вечернее время, повышая тем самым
надежность и долговечность электрических сетей [20], оборудования КТП [5].
Действующими Правилами устройств электроустановок (ПУЭ) предусматривается, что сельские распределительные сети должны выполняться трехфазными четырехпроводными с глухозазем-ленной нейтралью при напряжении 380/220В (система ТК^) [8]. Для обеспечения электроснабжения используются комплектные трансформаторные подстанции 10/0,4 кВ или реже 35/0.4 кВ мощностью 100, 160, 250, 400 или 630 кВА [3]. Так же не стоит забывать, что для электроснабжения сельских жилых домов могут использоваться столбовые (КСТП) мощностью от 25 кВт и выше [2].
Материалы и методы
Целью исследования является разработка и анализ рациональных конфигураций сельских распределительных электрических сетей 0,38 кВ при свободным графике энергопотребления электроприемниками сельских домовладений и других объектов АПК (крестьянско-фермерских хозяйств, небольших цехов по хранению и переработке сельскохозяйственной продукции и т. д.) и с реализацией интеллектуальных систем управления энергопотреблением «Умный дом».
Для достижения цели исследования необходимо осуществить решение следующих задач:
1. Разработка рациональных конфигураций сельских распределительных электрических сетей 0,38 кВ.
2. Исследование взаимосвязи конфигурации сельских распределительных электрических сетей
i electrical technologies, electrical equipment
and power supply of the agro-industrial complex
0,38 кВ с параметрами и режимами работы электроприемников сельских домовладений.
3. Разработка рекомендаций по проектированию сельских распределительных электрических сетей 0,38 кВ сельских поселений.
Для сельского одноквартирного жилого дома, описанного нами подробно в2, построены характерные суточные графики нагрузки и потребления электрической энергии при свободном графике потребления электрической энергии [17] (рис. 1) и приоритетном способе управления нагрузкой.
Управление электроприемниками сельского жилого дома по приоритетному способу управления нагрузкой (рис. 2), например с использованием интеллектуальной системы «Умный дом» [11], позволит снизить вечерний максимум нагрузки, по крайней мере на величину мощности электроводонагревателя и выровнять график нагрузки [4].
Для осуществления приоритетного способа управления нагрузкой СЖД требуется использование аккумуляционно-проточных электроводонагре-
вателей, которые сочетают в себе полезные свойства проточных [13] (греть воду в малом объеме при ее непосредственном использовании) и аккумуляционных [14] (греть воду в большом объеме впрок при низком тарифе на электроэнергию) электроводонагревателей [1].
При работе предлагаемой конструкции электроводонагревателя в режиме потребителя-регулятора с использованием системы «Умный дом» [18] для регулирования графика нагрузки энергетического ввода СЖД или питающей трансформаторной подстанции (районной или потребительской), например при использовании трехта-рифного счетчика учета электрической энергии [16], потребляемая мощность трубчатых элементных нагревателей (ТЭН) может быть разбита на три уровня. Минимальная мощность ТЭН может быть использована в часы пика нагрузки при утреннем и вечернем максимуме нагрузки [15] (пиковая зона тарифа на электроэнергию) (табл. 1).
Рис. 1. Суточные графики нагрузки и потребления электрической энергии сельского жилого дома (свободный график нагрузки):
--электрическая нагрузка на вводе; ■ - пищеприготовление; I - бытовая техника;
■ - горячее водоснабжение; - освещение Fig. 1. Daily schedules of load and electricity consumption of a rural residential building (free load schedule): - electrical load at the input; ■ - food preparation; I - household appliances;
■ - hot water supply; - illumination Источник: разработано авторами на основании исследований
электротехнологии, электрооборудование ) и энергоснабжение агропромышленного комплекса '
Рис. 2. Суточные графики нагрузки и потребления электрической энергии сельского жилого дома
(приоритетное управление нагрузкой):--электрическая нагрузка на вводе;
- пшцеприготовление; - бытовая техника; ■-горячее водоснабжение; -освещение Fig. 2. Daily load and electricity consumption schedules of a rural residential building (priority load management): - electrical load at the input; ■ - food preparation; - household appliances;
■ -hot water supply; -illumination Источник: разработано авторами на основании исследований
Таблица 1. Тарифы на электрическую энергию (руб/кВтч) в Красноярском крае для квартир и домов в сельских населенных пунктах, действующие с 1 января 2024 г.
Table 1. Tariffs for electric energy (rubles/kWh) in the Krasnoyarsk Territory for apartments and houses in rural settlements, valid from January, 2024
Наименование тарифа / Name of tariff
Стоимость в пределах социальной нормы потребления, руб./кВтч / The cost within the social norm of consumption, rubles/kW.h
Стоимость сверх социальной нормы потребления, руб./кВтч / Cost in excess of the social norm of consumption, rubles/kW.h
Одноставочный тариф / Single-rate tariff Одноставочный тариф, дифференцированный по двум зонам суток / Single-rate tariff differentiated by two zones of the day дневная зона (7:00-23:00) / day zone (7:00-23:00) ночная зона (23:00-7:00) / night zone (23:00-7:00) Одноставочный тариф, дифференцированный по трем зонам суток / Single-rate tariff differentiated by three zones of the day пиковая зона (7:00-10:00; 17:00-21:00) / peak zone (7:00-10:00; 17:00-21:00)
полупиковая зона (10:00-17:00; 21:00-23:00) / semi-peak zone (10:00-17:00; 21:00-23:00) ночная зона (23:00-7:00) / night zone (23:00-7:00) Источник: составлено авторами на основании1
2,28
2,63 1,37
3,00
2,28 1,37
3,66
4,59 2,2
5,68
3,66 2,20
i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex
При полупиковой зоне тарифа на электроэнергию используется второй уровень потребляемой мощности трубчатых элементных нагревателей. В ночные часы провала графика нагрузки электроводонагреватель, когда потребление горячей воды минимальное, работает в аккумуляционном режиме [1] . Поскольку в это время действует льготный ночной тариф на электроэнергию (табл. 1), то ТЭН включены на максимальную мощность.
Методы исследования В основе представленного исследования лежит процесс моделирования режимов работы сельских распределительных электрических сетей 0,38 кВ сельского поселения - поселка сельских жилых домов (ПСЖД) численностью 50 сельских жилых до-
мов (СЖД) усадебного типа, электрические нагрузки которых могут быть также совмещены с нагрузками объектов АПК (крестьянско-фермерских хозяйств, небольших цехов по хранению и переработке сельскохозяйственной продукции и т. д.) для обоснования рациональных сочетаний КТП разной мощности и ВЛ с разными сечениями СИП-2.
Исходные данные
По методике, подробно описанной нами в2, произведен расчет предельно допустимого количества СЖД, подключаемых к КТП по условию допустимой загрузки трансформаторов в нормальном режиме для вечернего максимума активных нагрузок с учетом коэффициента одновременности.
Результаты расчетов сведены в табл. 2.
Таблица 2. Полная расчетная нагрузка ПСЖД при подключении к типовым однотрансформаторным подстанциям
Table 2. Total design load of RRS when connected to typical single-transformer substations
Количество подключаемых домов / Number of connected houses
Полная расчётная нагрузка, S, кВА / Full design load, S, kVA
Свободный график работы нагрузки / Free workload schedule
Система «Умный дом» / The Smart Home system
1 23,95 11,67
5 82,96 58,33
10 149,16 116,67
15 211,72 175,00
20 272,67 233,33
25 336,58 291,67
30 398,79 350,00
35 459,3 408,33
40 518,12 466,67
45 575,22 525,00
50 630,63 583,33
Источник: разработано авторами на основании исследований
Вычислительный эксперимент
В ходе исследования по результатам моделирования удельных потерь напряжения и допустимых длин линий от количества подключенных домов к системе электроснабжения ПСЖД, выполненной СИП-2 разного сечения, приведенных в2, составлена база данных в виде электронных таблиц с результатами расчётов сравнений протяженности линий электропередач, выполненных СИП-2, их сечений, мощностей и объектного расположения КТП на плане поселка для обеспечения рационального и надежного электроснабжения ПСЖД в соответствии с действующими ПУЭ.
Результаты и обсуждение
В ходе моделирования систем электроснабжения ПСЖД было рассмотрено несколько вариантов их электроснабжения при условии установки конечными потребителями систем «Умный дом» (рис. 3-6).
В первом варианте источниками питания СЖД являются шесть КТП 100 кВА и две КТП 63 кВА. Для оптимизации длин ЛЭП выбранные КТП 100 кВА и 63 кВА расположены на участках: 3, 13, 23, 28, 44, 47. На рис. 3 изображена схема подключения проектируемых объектов к КТП 100 и 63 кВА, краткая характеристика системы электроснабжения ПСЖД представлена в табл. 3.
электротехнологии, электрооборудование ) и энергоснабжение агропромышленного комплекса '
Таблица 3. Характеристика первого варианта системы электроснабжения ПСЖД Table 3. Characteristics of the first variant of the RRS power supply system
№ участка/ Plot number Мощность КТП, кВА / KTP power, kVA Количество подключений, шт. / Number of connections, pcs Длина линии l, м / Line length l, m Марка провода / The brand of the wire
3> СИП-2 <35 +1>50
3> СИП-2 <25 +1>35
3> СИП-2 25 + 1> 35
3> СИП-2 <25 +1>35
3> СИП-2 <35 +1>50
3> СИП-2 <25 +1>35
3> СИП-2 25 + 1> 35
3> СИП-2 <25 +1>35
3 11 13
23
28 32 44
47
100 63 100
100
100 63 100
100
4
Л1 - 3 Л2 - 4
Л1 - 3
Л2 - 2
Л3 - 1
7
4
Л1 - 3
Л2 - 4
Л1 - 3
Л2 - 2
Л3 - 1
139
165
Л1 - 105 Л2 - 133 Л1 - 75 Л2 - 38 Л3 - 11
139
165
Л1 - 105 Л2 - 133 Л1 - 75 Л2 - 38 Л3 - 11
Источник: разработано авторами на основании исследований
Рис. 3. Схема подключения проектируемых участков к источникам питания при использовании шести КТП
100 кВА и двух КТП 63 кВА Fig. 3. Diagram of connection of the designed sections to power sources when using six 100 kVA transformer
substations and two 63 kVA transformer substations Источник: разработано авторами на основании исследований
7
i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex
Вариант схемы электроснабжения № 2. Основные источники питания в текущем варианте -четыре КТП мощностью 160 кВА, дополненные одной КСТП 25 кВА, расположенные на участках. КТП 160 кВА приняты для расположения на участках: № 3, 19, 37, 38. Так же в схеме используется
одна столбовая КСТП, которая расположена вблизи участка № 25. Выбранные решения отражены на рис. 4. Схема электроснабжения ПСЖД второго варианта системы электроснабжения ПСЖД. Краткая характеристика оборудования представлена в таблице 4.
Таблица 4. Характеристика второго варианта системы электроснабжения ПСЖД Table 4. Characteristics of the second variant of the RRS power supply system
№ участка / Plot number
Мощность КТП, кВА / KTP power, kVA
Количество подключений, шт. / Number of connections, pcs
Длина линии l, м / Line length l, m
Марка провода / The brand of the wire
3
19
37
38
160
160
160
160
Л1 - 7
Л2 - 5
Л1 - 7
Л2 - 5
Л1 - 7
Л2 - 5
Л1 - 7
Л2 - 5
Л1 - 150
Л2 - 100
Л1 - 150
Л2 - 127
Л1 - 150
Л2 - 100
Л1 - 150
Л2 - 127
25
25
Л1 - 1
Л2 - 1
Источник: разработано авторами на основании исследований
Л1 - 15 Л2 - 28
СИП-2
Л2 3x25 + 1x35 Л13x35 + 1x50
СИП-2 Л2 3x25 + 1x35 Л13x35 + 1x50
СИП-2 Л2 3x25 + 1x35 Л13x35 + 1x50
СИП-2 Л2 3x25 + 1x35 Л13x35 + 1x50 СИП-2 3x25 + 1x35
Рис. 4. Схема подключения проектируемых участков к источникам питания при использовании четырех КТП 160 кВА и одной КСТП 25 кВА Fig. 4. Diagram of connection of the designed sections to power sources when using four 160 kVA transformer substations and one 25 kVA CPTS Источник: разработано авторами на основании исследований
электротехнологии, электрооборудование ) и энергоснабжение агропромышленного комплекса '
Вариант схемы электроснабжения № 3. В текущем варианте питание осуществляется при помощи источников питания в виде двух КТП мощностью 250 кВА и одной КТП 160 кВА. КТП 250 кВА расположены на участках: № 6 и 37, а КТП мощно-
стью 160 кВА - на участке № 12. Выбранные решения отражены на рисунке 5. Краткая характеристика третьего варианта системы электроснабжения ПСЖД отражена в табл. 5.
Таблица 5. Характеристика третьего варианта системы электроснабжения ПСЖД Table 5. Characteristics of the third variant of the RRS power supply system
№ участка/ Plot number
Мощность КТП, кВА / KTP power, kVA
Количество подключений, шт. / Number of connections, pcs
3 250 Л1 - 5 Л2 - 5 Л3 - 9
Л1 - 2
12 160 Л2 - 4
Л3 - 6
37 250 Л1 - 5 Л2 - 5 Л3 - 9
Длина линии l, м / Line length l, m
Марка провода / The brand of the wire
Л1 - 100 Л2 - 110 Л3 - 309
Л1 - 51 Л2 - 119 Л3 - 206
Л1 - 100 Л2 - 110 Л3 - 309
Л1, Л2 3x25 Л3 -3x70 Л1, Л2 3x25 Л3 -3x35 Л1, Л2 3x25 Л3 -3x70
- СИП-2 + 1x35 СИП-2 + 1x 70
- СИП-2 + 1x35 СИП-2
+ 1x50
- СИП-2 + 1x35 СИП-2
+ 1x 70
Источник: разработано авторами на основании исследований
Рис. 5 - Схема подключения проектируемых участков к источникам питания при использовании двух КТП 250 кВА и одной КТП 160 кВА Fig. 5 - Diagram of connection of the designed sections to power sources when using two 250 kVA PTS and one 160 kVA CTS Источник: разработано авторами на основании исследований
Вариант схемы электроснабжения № 4. В упомянутом варианте для питания СЖД предлагается использовать комплектные трансформаторные
подстанции мачтового (столбового) типа мощностью 25 кВА, что позволит добиться минимальных длин линий, выполненных СИП-2 3^25 + 1x35.
i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex
Максимальная длина линии составит 35 метров. Система «Умный дом» позволит увеличить количество подключений к одной КСТП 25 кВА до двух1. Для реализации питания разработанной схемы посёлка
потребуется 26 подстанций, два участка № 19 и 38 подключены одиночно. Выбранные решения рассматриваются на рисунке 6.
тп 2S кве,
"Г
J?
1 2 3 i 5
1 1 25 «ЗА v КСТП 25 кВ A v 0 т Г) je J? 1 i I I ^ - ■ . ■ M <j> M' Г) Jf I I I ^ mil 25 «8А V ■ " . 0 О—-ш—О # J" 1 I I
6 7 8 9 10 11 12
13 7< S 16 n 18 19
А А Лк
V W VP
КСТП 25 кВА КС т 25 «8 А Л
Г
Г
М КСТП 25 кВА
А А
i>
20 21 22 23 21 25
26 27 28 29 30
J? КСТП 25 чВА
6-
-ш-
КС И! 23 кВА
4
ер 0 о
9-
jf
-т-
-© Г) //// <jf
ж
je
31 32 33 3i 38 36 37
38 39 40 H (2 43 U
*** КСТП 25 «ВЛ М
4 6-
^ КСТП 25 tB Л
4 6-
-М-
КСТП 25 к ВA
4 ¿ь
-М-
^ КСТП 25 кв А
4
qr-m-—& <у ,?// 0 р т 0
45 (6 47 48 49 50
Рис. 6. Схема подключения проектируемых участков к источникам питания при использовании двадцати шести КСТП 25 кВА Fig. 6. Diagram of connection of the designed sections to power sources when using twenty six25 kVA CPTS Источник: разработано авторами на основании исследований
Заключение
Согласно исследованиям, чтобы обеспечить потери в линии меньше 10 %, в соответствии с ГОСТ 32144-2013, при подключении СЖД к одной ЛЭП, отходящей от КТП, целесообразно использовать СИП-2 3x25 + 1x35 для питания не более шести СЖД. Расчетная нагрузка при этом составляет 70 кВА (с учетом применения приоритетного принципа управления электроприёмниками с помощью системы «Умный дом»). В таком случае общая расчётная нагрузка 50 СЖД составит 583,33 кВА. В ходе моделирования систем электроснабжения ПСЖД рассмотрено четыре варианта их электроснабжения при условии установки конечными потребителями систем «Умный дом».
Каждый из представленных вариантов проектных решений электроснабжения ПСЖД позволяет обеспечить потери в каждой отходящей линии менее 10 %.
В варианте № 1 предполагается использование большего количества КТП, что позволяет снизить общую длину линий, за счёт чего рассматрива-
емая вариация может быть свободно изменена и дополнена новыми технологическими присоединениями к КТП, что с технической точки зрения является большим преимуществом и позволяет свободно совмещать смешанные нагрузки с подключением к КТП не только домов, но и объектов АПК (кресть-янско-фермерских хозяйств, небольших цехов по хранению и переработке сельскохозяйственной продукции и т. д.).
Вариант № 2 является оптимальным, поскольку мощность и расположение подобранных КТП и КСТП позволяет обеспечить потери в линиях не более 8 %, а также имеет 30 % запас длин линий без увеличения необходимых расчётных сечений СИП. При этом имеется запас мощности КТП порядка 25 %, может быть использован для подключения указанных в варианте 1 объектов АПК.
Вариант № 3 позволяет использовать только три КТП за счёт их большей мощности, одновременно количество подключений от отходящих линий может достигать девяти, при этом повышается сечение СИП-2 до 3x70+1x70.
электротехнологии, электрооборудование ) и энергоснабжение агропромышленного комплекса '
Наиболее гибким вариантом электроснабжения является вариант № 4 за счёт простоты реализации и множества вариаций конечных подключений потребителей.
Таким образом, на примере представленных вариантов электроснабжения ПСЖД показано, что схемы питания могут иметь кардинальные различия и исполняться с учётами местных условий проектируемых объектов (количества домов в ПСЖД, кон-
фигурации их расположения на местности и т. д.). Система «Умный дом» в совокупности с проектными решениями позволяет снизить общую расчётную нагрузку, увеличить общее количество подключений, что позволит уменьшить капиталовложения при строительстве системы электроснабжения ПСЖД и оптимизации действующих сетей электроснабжения объектов АПК.
Примечания:
1 Квартиры и дома в сельских населенных пунктах / Тарифы // Красноярскэнергосбыт [Электронный ресурс]. URL: https://krsk-sbit.ru/index.php?route=information/rubric&rubric_id=546 (дата обращения 11 апреля 2024 г.).
2 Бастрон А. В., Бастрон Т. Н., Чебодаев А. В., Наумов И. В., Подъячих С. В. К вопросу о повышении эффективности проектных решений при разработке внутренних электрических сетей сельских домовладений [Электронный ресурс]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/k-voprosu-o-povyshenii-effektivnosti-proektnyh-resheniy-pri-razrabotke-vnutrennih-elektricheskih-setey-selskih-domovladeniy
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Бастрон А. В., Бастрон Т. Н., Василенко А. А. Энергоэффективный электроводонагреватель // Наука и образование: опыт, проблемы, перспективы развития. 2023. С. 200-206. EDN: KQSNCM.
2. Юдаев И. В., Даус Ю. В., Десятниченко Д. А. Оценка графиков потребления электрической энергии объектов на сельских территориях как нагрузки солнечной электростанции // Вестник аграрной науки Дона. № 4 (44.1) 2018. С. 10-17. EDN: IBVXAY.
3. Грачёва Е. И., Мухаметзянова А. Ф. Исследование КПД и потерь мощности в трансформаторах от их загрузки // Электрика. 2014. № 12. С. 2-4. EDN: TBYOGZ.
4. Наумов И. В., Карамов Д. Н., Третьяков А. Н., Якупова М. А., Федоринова Э. С. Исследование загрузки силовых трансформаторов в системах сельского электроснабжения // Надежность и безопасность энергетики. 2020. Т. 13. № 4. С. 282-289. EDN: VAWHEZ. DOI: 10.24223/1999-5555-2020-13-4-282-289.
5. Al-Bahrani L. T., Seyedmahmoudian M., Ben Horan, Stojcevski A. Distribution transformer load behavior, burden and characteristics of residential consumers: A case study of Baghdad City // Energy and buildings. Volume 210, 1 March 2020. 109693. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.109693.
6. Елфимова В. Н. Анализ состава бытовых электроприемников и их влияние на суточные графики нагрузки // Будущее науки-2019. 2019. С. 167-170. EDN: RFQQHQ.
7. Бахуревич Е. Н., Лошкарев В. И. Перераспределение нагрузки сельского жилого дома // Актуальные проблемы энергетики АПК. 2019. С. 42-44. EDN: QHPEXW.
8. Овчаров С. В., Стребков А. А., Буряк А. В. Разработка комбинированной системы отопления жилых домов и коммунальных объектов в сельской местности // Технологический аудит и резервы производства. 2015. Т. 1. № 1 (21). С. 46-51. EDN: THYQXP. DOI: 10.15587/2312-8372.2015.37202.
9. Полякова Е. А., Центковская А. А., Прокшиц Е. Е. Использование системы «Умный дом» в индивидуальных жилых домах // Современная наука: проблемы, идеи, инновации. Казань, 2021. С. 55-60. EDN: ORWQPG.
10. Пермяков В. Н., Якупова А. А. Система отопления жилого дома с элементами системы «Умный дом» // Современные тенденции повышения энергоэффективности в инженерных сетях и ЖКХ. 2018. С. 71-74. EDN: YNXWPJ.
11. Васин Л. А. Подход к созданию информационно-управляющей системы для автоматизации инженерных систем жилого индивидуального дома // Региональная архитектура и строительство. 2019. № 2 (39). С. 205-210. EDN: AOIPQC.
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nízirs fi ргтшгд! рпшрмрмт^^^^^^^^^ё
lyvmlvmiii^ electrical technologies, electrical equipment
xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx_
12. Полищук Е. И. Актуальность применения системы «Умный дом» в индивидуальном жилом доме // Молодые ученые - развитию Национальной технологической инициативы (ПОИСК). 2019. № 1-2. С. 205-207. EDN: DGTJYG.
13. Yermaganbetova M. A., Dildabek A. K. Smart home is a new standard of comfort // German International Journal of Modem Science. 2020. № 3-1. P. 41-42. EDN: QSMYCH.
14. Bomhard T., Worner D., Roschlin M. Towards smart individual-room heating for residential buildings // Computer science-research and development. Aug. 2016. 31 (3). P. 127-134. DOI: 10.1007/s00450-014-0282-8.
15. Mir U., Abbasi U., Mir T., Alamri S. Energy Management in Smart Buildings and Homes: Current Approaches, a Hypothetical Solution, and Open Issues and Challenges // IEEE ACCESS 2021. 9. P. 94132-94148. DOI: 10.1109/ACCESS.2021/3092304.
16. Kaveh A., Vazirinia Y. Smart-home electrical energy scheduling system using multi-objective antlion optimizer and evidential reasoning // SCIENTIA IRANICA. Jan-feb 2020. 27 (1). P. 177-201. DOI: 10.24200/SCI.2019.53783.3412.
17. Sanguinetti A., Karlin B., Dombrovski K. What's energy management got to do with it? Exploring the role of energy management in the smart home adoption process // ENERGY EFFICIENCY. Oct 2018. 11 (7). P. 1897-1911. DOI: https: // doi.org/10/1007/s12053-018-9689.
18. Gram-Hanssen K., Darby SJ. «Home is where the smart is»? Evaluating smart home research and approaches against the concept of home // ENERGY RESEARCH & SOCIAL SCIENCE. Mar 2018. 37. P. 94-101. DOI: 10.1016j.erss.2017.09.037.
19. Kyriaki Foteinaki, Rongling Li, Carsten Rode Rune, Korsholm Andersen. Modelling household electricity load profiles based on Danish time-use survey data // Energy and Buildings. Volume 202, 1 November 2019. 109355. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.109355.
20. Andersen F. M., Henningsenm G., M0ller N. F., Larsen H. V. Long-term projections of the hourly electricity consumption in Danish municipalities // Energy. Volume 186, 1 November 2019. 115890. DOI: https://doi.org/ 10.1016/j .energy.2019.115890.
21. Kipping A., Tromborg E. Hourly electricity consumption in Norwegian households - Assessing the impacts of different heating systems // Energy. Volume 93, 15 December 2015. P. 655-671. DOI: https://doi.org/ 10.1016/j.energy.2015.09.013.
Дата поступления статьи в редакцию 18.04.2024; одобрена после рецензирования 14.05.2024;
принята к публикации 15.05.2024.
Информация об авторах:
А. В. Бастрон - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой электроснабжения сельского хозяйства, Spin-код: 7629-3338;
Т. Н. Бастрон - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры системоэнергетики, Spin-код: 5685-7340; К. Е. Бубликов - аспирант кафедры электроснабжения сельского хозяйства, Spin-код: 3806-7396; А. С. Синиченко - аспирант кафедры электроснабжения сельского хозяйства, Spin-код: 5199-7190.
Заявленный вклад авторов:
Бастрон А. В. - постановка научной проблемы статьи и определение основных направлений ее решения; критический анализ и доработка текста.
Бастрон Т. Н. - поиск аналитических материалов в отечественных и зарубежных источниках; подготовка литературного обзора.
Бубликов К. Е. - обозначение методологической основы исследования; проведение анализа и подготовка первоначальных выводов.
Синиченко А. С. - создание проекта исследовательской модели, подготовка текста статьи; оформление таблиц с результатами исследований; оформление результатов исследования в графиках.
Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов.
68
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX и энергоснабжение агропромышленного комплекса XXXXXXX
REFERENCES
1. Bastron A. V., Bastron T. N., Vasilenko A. A. Energoeffektivnyj elektrovodonagrevatel' [Energy-efficient electric water heater], Nauka i obrazovanie: opyt, problemy, perspektivy razvitiya [// Science and education: experience, problems, development prospects], Krasnoyarsk, 2023, pp. 200-206. (In Russian), EDN: KQSNCM.
2. Yudaev I. V., Daus Yu. V., Desyatnichenko D. A. Ocenka grafikov potrebleniya elektricheskoj energii ob"ektov na sel'skih territoriyah kak nagruzki solnechnoj elektrostancii [Evaluation of electricity consumption schedules of objects in rural areas as the load of a solar power plant], Vestnik agrarnoj nauki Dona [Bulletin of Agrarian Science of the Don], No. 4 (44.1), 2018, pp. 10-17. (In Russian), EDN: IBVXAY.
3. Gracheva E. I., Mukhametzyanova A. F. Issledovaniye KPD i poter moshchnosti v transformatorakh ot ikh zagruzki [Investigation of efficiency and power losses in transformers from their load], Elektrika [Electrician], 2014, No. 12, pp. 2-4, (In Russian), EDN: TBYOGZ.
4. Naumov I. V., Karamov D. N., Tret'yakov A. N., Yakupova M. A., Fedorinova E. S. Issledovanie zagruzki si-lovyh transformatorov v sistemah sel'skogo elektrosnabzheniya [Study of the load of power transformers in rural power supply systems], Nadezhnost' i bezopasnost' energetiki [Reliability and safety of the energy sector], 2020, Vol. 13, No. 4, pp. 282-289. (In Russian), EDN: VAWHEZ, DOI: 10.24223/1999-5555-2020-13-4-282-289.
5. Al-Bahrani L. T., Seyedmahmoudian M., Ben Horan, Stojcevski A. Distribution transformer load behav-ior, burden, and characteristics of residential consumers: A case study of Baghdad City, Energy and buildings, Volume 210, 1 March 2020. 109693, DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.109693.
6. Elfimova V. N. Analiz sostava bytovyh elektropriemnikov i ih vliyanie na sutochnye grafiki nagruzki [Analysis of the composition of household electrical receivers and their impact on daily load schedules], Budushchee nauki-2019 [The Future of Science-2019], 2019, pp. 167-170. (In Russian), EDN: RFQQHQ.
7. Bahurevich E. N., Loshkarev V. I. Pereraspredelenie nagruzki sel'skogo zhilogo doma [Redistribution of the load of a rural residential building], Aktual'nye problemy energetiki APK [Actual problems of the energy sector of the agro-industrial complex], 2019, pp. 42-44. (In Russian), EDN: QHPEXW.
8. Ovcharov S. V., Strebkov A. A., Buryak A. V. Razrabotka kombinirovannoj sistemy otopleniya zhilyh do-mov i kommunal'nyh ob"ektov v sel'skoj mestnosti [Development of a combined heating system for residential buildings and communal facilities in rural areas], Tekhnologicheskij audit i rezervy proizvodstva [Technological audit and production reserves], 2015, Vol. 1, No. 1 (21), pp. 46-51. (In Russian), EDN: THYQXP, DOI: 10.15587/23128372.2015.37202.
9. Polyakova E. A., Centkovskaya A. A., Prokshic E. E. Ispol'zovanie sistemy «Umnyj dom» v individual'nyh zhilyh domah [The use of the Smart Home system in individual residential buildings], Sovremennaya nauka: problemy, idei, innovacii [Modern science: problems, ideas, innovations], Kazan', 2021, pp. 55-60. (In Russian), EDN: ORWQPG.
10. Permyakov V. N., Yakupova A. A. Sistema otopleniya zhilogo doma s elementami sistemy «Umnyj dom» [The heating system of a residential building with elements of the Smart House system], Sovremennye tendencii pov-ysheniya energoeffektivnosti v inzhenernyh setyah i ZhKH [Modern trends in energy efficiency in engineering networks and housing and communal services], 2018, pp. 71-74. (In Russian), EDN: YNXWPJ.
11. Vasin L. A. Podhod k sozdaniyu informacionno-upravlyayushchej sistemy dlya avtomatizacii inzhenernyh sistem zhilogo individual'nogo doma [Approach to the creation of an information management system for automation of engineering systems of a residential individual house], Regional'naya arhitektura i stroitel'stvo [Regional architecture and construction], 2019, No. 2 (39), pp. 205-210. (In Russian), EDN: AOIPQC.
12. Polishchuk E. I. Aktual'nost' primeneniya sistemy «Umnyj dom» v individual'nom zhilom dome [Relevance of the application of the "Smart Home" system in an individual residential building], Molodye uchenye - razvitiyu Nacional'noj tekhnologicheskoj iniciativy (POISK) [Young scientists - development of the National Technological Initiative (SEARCH)'], 2019, No. 1-2, pp. 205-207. (In Russian), EDN: DGTJYG.
13. Yermaganbetova M. A., Dildabek A. K. Smart home is a new standard of comfort, German International Journal of Modern Science, 2020, No. 3-1, pp. 41-42, EDN: QSMYCH.
14. Bomhard T., Worner D., Roschlin M. Towards smart individual-room heating for residential buildings, Computer science-research and development, Aug 2016, 31 (3), pp. 127-134, DOI: 10.1007/s00450-014-0282-8.
Вестник НГИЭИ. 2024. № 7 (158). C. 57-70. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 7 (158). P. 57-70. ISSN 2227-9407 (Print)
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nízirs fi ргтшгд! рпшрмрмт^^^^^^^^^ё
lyvmlvmiii^ ele ct km cal technologies, electrical equipment
xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx_
15. Mir U., Abbasi U., Mir T., Alamri S. Energy Management in Smart Buildings and Homes: Current Approaches, a Hypothetical Solution, and Open Issues and Challenges, IEEE ACCESS 2021, 9, pp. 94132-94148, DOI: 10.1109/ACCESS.2021/3092304.
16. Kaveh A., Vazirinia Y. Smart-home electrical energy scheduling system using multi-objective antlion optimizer and evidential reasoning, SCIENTIA IRANICA, Jan-feb., 2020, 27 (1), pp. 177-201, DOI: 10.24200/SCI.2019.53783.3412.
17. Sanguinetti A., Karlin B., Dombrovski K. What's energy management got to do with it? Exploring the role of energy management in the smart home adoption process, ENERGY EFFICIENCY, Oct. 2018, 11 (7), pp. 1897-1911. DOI: https: // doi.org/10/1007/s12053-018-9689.
18. Gram-Hanssen K., Darby SJ. «Home is where the smart is»? Evaluating smart home research and approaches against the concept of home // ENERGY RESEARCH & SOCIAL SCIENCE. Mar 2018. 37. P. 94-101. DOI: 10.1016j.erss.2017.09.037.
19. Kyriaki Foteinaki, Rongling Li, Carsten Rode Rune, Korsholm Andersen. Modelling household electricity load profiles based on Danish time-use survey data // Energy and Buildings. Volume 202, 1 November 2019. 109355. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.109355.
20. Andersen F. M., HenningsenT G., M0ller N. F., Larsen H. V. Long-term projections of the hourly electricity consumption in Danish municipalities, Energy, Volume 186, 1 November 2019, 115890, DOI: https://doi.org/ 10.1016/j .energy.2019.115890.
21. Kipping A., Tromborg E. Hourly electricity consumption in Norwegian households - Assessing the impacts of different heating systems, Energy, Volume 93, 15 December 2015, pp. 655-671, DOI: https://doi.org/ 10.1016/j .energy.2015.09.013.
The article was submitted 18.04.2024; approved after reviewing 14.05.2024; accepted for publication 15.05.2024.
Information about the authors: A. V. Bastron - Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Head of the Department of Power Supply of Agriculture, Spin-код: 7629-3338;
T. N. Bastron - Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department of System Energy, Spin-код: 5685-7340;
K. E. Bublikov - postgraduate student of the Department of Power Supply of Agriculture, Spin-код: 3806-7396; A. S. Sinichenko - postgraduate student of the Department of Power Supply of Agriculture, Spin-код: 5199-7190.
Contribution of the authors:
Bastron A. V. - formulation of the scientific problem of the article and determination of the main directions of its solution; critical analysis and revision of the text;
Bastron T. N. - search for analytical materials in domestic and foreign sources; Preparation of a literature review. Bublikov K. E. - designation of the methodological basis of the study; Analysing and drawing initial conclusions. Sinichenko A. S. - creation of a draft research model, preparation of the text of the article; preparation of tables with research results; Presentation of the results of the study in graphs.
The authors declare that there are no conflicts of interest.
