CC BY
3УДК 621.31 Ляшан И.К., Парфенов Я.А., Голованова К.А.
Ляшан И.К.
студент кафедры киберфизических систем, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (г. Санкт-Петербург, Россия)
Парфенов Я.А.
студент кафедры киберфизических систем, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (г. Санкт-Петербург, Россия)
Голованова К.А.
студентка кафедры киберфизических систем, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (г. Санкт-Петербург, Россия)
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СХЕМЫ ВНУТРЕННЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Аннотация: цель настоящей статьи состоит в рассмотрении способов проектирования внутренней схемы электрической сети с упором на эффективное распределения энергии и экономической эффективности. В статье будут рассмотрены основные аспекты проектирования: выбор наиболее эффективного варианта схемы электроснабжения, подбор оборудования, и методика расчета экономических показателей.
Данная статья будет полезна как студентам, которые только начинают свой путь в данной сфере, так и для опытных инженеров.
Ключевые слова: внутреннее электроснабжение, выбор схем электроснабжения, выбор устройств.
Введение
Современные электрические сети играют ключевую роль в обеспечении энергетических потребностей общества, и их надежное функционирование имеет важное значение для обеспечения эффективной передачи и распределения электроэнергии. Проектирование внутренней схемы электрической сети представляет собой сложную задачу, требующую учета различных технических, экономических параметров и параметров безопасности.
Анализ исходных данных. Составление вариантов схем внутреннего электроснабжения
По исходным данным расположения подстанций потребителей и источника питания, нагрузок потребителей в максимальном режиме, составляется ситуационный план района проектируемой электрической сети.
Определяем координаты узловой подстанции. В случае, если она находится в непосредственной близости к потребительской подстанции, то объединяем их.
Для района необходимо разработать систему внутреннего электроснабжения и выбрать наилучший вариант ее построения. Определяем по расположению, какие подстанции войдут во внутреннюю схему электроснабжения. Возможно, некоторые из потребителей целесообразно включить в схему внешнего электроснабжения
Рассмотрим пример объединения потребителей в группы. На рисунке 1 и рисунке 2 потребители А, Б, В и А, Е, Д были объединены в I и II группу соответственно. Для каждой из групп были разработаны варианты системы внутреннего электроснабжения:
Б(Г)
Б©
Рис. 1. Варианты схем электроснабжения для I группы потребителей: а -замкнутая схема, б - радиальная схема, в - магистральная схема с ответвлениями, г - кратчайшая схема.
Рис. 2. Варианты схем электроснабжения для II группы потребителей: а -замкнутая схема, б - радиальная схема, в - магистральная схема с ответвлениями, г - кратчайшая схема.
Для каждой из схем определяем длины участков:
Цкм)=Цсм)-ш-кнт, Где ¿л(см)- измеренное расстояние в сантиметрах каждого отдельного участка сети схемы электроснабжения согласно ситуационному плану, т -масштаб, кнт - коэффициент неравномерности трассы.
б)
в)
На основе анализа полученных данных в каждой группе выбирается по два варианта с наименьшими значениями суммарной длины, вычисляемой по формуле:
ЬХ=ЬлХ!+Ьэкв,
Где: - суммарная протяженность электрической сети (для замкнутой цепи - это сумма длин всех участков, для разомкнутой - сумма длин всех участков, умноженная на 1,6 если использованы двухцепные опоры и на 2 при одноцепных, для замкнутой сумма длин всех участков умножается на 1, ¿экв -эквивалент по капитальным вложениям длиной линий электропередач из расчета 3 км за один выключатель.
Производим сравнение натуральных показателей каждого из рассматриваемых вариантов.
На основе анализа полученных данных выбираем 2 варианта в каждой группе с наименьшими показателями суммарной длины: для первой группы -варианты А и В, для второй группы - варианты А и В.
Выбор номинального напряжения сети. Выбор и проверка сечений проводов.
Далее для каждого из участков вычисляем напряжение как произведение активной мощности, проходящей через этот участок на длину участка в км.
По полученным значениям напряжений для каждого участка вычисляем среднее значение напряжения группы потребителей для каждого рассматриваемого варианта схемы электроснабжения. Для полученного значение напряжения выбираем ближайшее из ряда номинальных значений.
Для определения сечения проводов на каждом из участков, предварительно рассчитываем экономическое сечение по формуле:
Еэк=1рфк ,
Где: /р - рабочий ток, ]эк - экономическая плотность тока, выбирается в зависимости от используемого материала проводов и времени наработки.
Из ряда номинальных значений сечений подбираем подходящее. В зависимости от сечения и выбранного материала выбираем марки проводов. Выбранные провода марки проводов должны удовлетворять условиям нагревая и потери напряжения.
Выбор трансформаторов и компенсирующих устройств подстанций.
Определяем полную мощность каждой потребительской подстанции, для выбора трансформаторов. По рассчитанной полной мощности участков и номинальному напряжению потребителей выбираем ближайшее значение номинальной мощности трансформатора.
Трансформаторы проверяем по коэффициентам загрузки в нормальном и аварийном режимах.
В нормальном режиме рассчитанное значение кз удовлетворяет условию: 0,5 <кз< 0,75
В послеаварийном режиме кзав < 1,5.
Для разгрузки сети от реактивной мощности выполняется её компенсация. На потребительских подстанциях целесообразно выполнить её с помощью конденсаторных батарей, включаемых параллельно нагрузке.
Мощность КУ определяется по формуле:
дКУ=Рф1-^ф1^фэк),
Где: величина составляет 0,25. Если 1§ф_1<£фэк, то КУ не
устанавливаются.
КУ выбираются по реактивной мощности потребителя.
После выбора КУ выполняется проверка загрузки трансформаторов.
Расчет экономических показателей сравниваемых вариантов.
Расчёт капитальных вложений.
Капитальные вложения включают в себя затраты на линии электропередачи Кл и оборудование Коб:
К=Кл+Коб
Расчёт капитальных вложений в ЛЭП производится по формуле
Кл=1л-к0л,
Где &0л - удельная стоимость одного километра ЛЭП с учётом материала опор и их конструктивного исполнения.
Капитальные вложения в оборудование включает в себя стоимость оборудования на УП КОРУ и на потребительских ПС К^ру:
тг _ 1/-УП | Т/-ПС
Коб _ ^ОРУ "т" ^-ОРУ
Так как центром питания считаются сборные шины УП, то при номинальном напряжении 35 кВ в варианте схем первичных соединений используется схема одиночная секционированная СШ.
Осуществляем расчет капитальных вложений в ЛЭП и в оборудование для каждой группы потребителей для рассматриваемых вариантов.
Далее производим расчет переменных издержек.
Данные издержки являются условно постоянными Ипост. Постоянные издержки определяются отдельно для линий и оборудования, а затем суммируются:
И = -Ел. • К
Г1постл 100 Л'
И = Роб _ к
У1пост об 100 об?
И = И « + И
пост пост об пост л
Где рл, роб - нормы, учитывающие методику ускоренной амортизации для линий и оборудования.
Расчет потерь и стоимости электроэнергии в ЛЭП.
Величина потерянной электроэнергии ДЖ определяется как: ЛЖ = ЛЖл + Д Жтр
Где: ДИ^ - потери электроэнергии в ЛЭП, ДИ^, - потери электроэнергии в трансформаторах.
Потери электроэнергии в ЛЭП определяются по формуле:
ДЖл = ДРл-т т = 4256 Ч
1зима ч^^и ч
Расчёты потерь мощности и электроэнергии вычисляются для каждого варианта рассматриваемой группы потребителей.
Потери мощности на участке сети определяются по формуле:
Р2 + О2 АРД = R
л U2 • п
"-'ном "-ц
Выбор оптимального варианта схемы электроснабжения района.
Критерий минимума приведенных затрат.
3 = Ен • К2 + И ^ min,
Где: Ен = 0,25 1/год при сложившейся системе депозитных вкладов на текущий момент - нормативный коэффициент экономической эффективности капиталовложений.
Произведем расчет экономического эффекта:
Э = З — З ■
и ^ ■-'mm,
Где З - затраты на ближайший к оптимальному вариант, 3min - затраты оптимального варианта
Затем определяется экономическая эффективность - относительное выражение ожидаемого результата:
Э
Эф = з-* 100%
3min
На основании экономической эффективности выбираем наилучший вариант схемы электроснабжения для каждой из групп потребителей. Если экономическая эффективность рассматриваемых вариантов меньше 5%, то варианты считаем равноэкономическими. В этом случае для окончательного выбора варианта привлекаются дополнительные неэкономические критерии.
Заключение.
Подводя итог, необходимо сказать, что проектирование внутренней схемы электрической сети представляет собой комплексную задачу, требующую учета различных технических, экономических параметров и параметров безопасности. Были рассмотрены процессы выбора наиболее эффективного варианта схемы электроснабжения, подбора оборудования и расчета экономических показателей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. ГОСТ 29322-2014 (1ЕС 60038:2009). Напряжения стандартные. // Стандартинформ, 2015;
2. Идельчик В. И. Электрические системы и сети. // Энергоатомиздат, 1989;
3. Компенсация реактивной мощности. // Матик-электро (проспект), 2007;
4. Мельников Н. А. Электрические системы и сети: учеб. Пособие для вузов. // Энергоатомиздат, 1989;
5. Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций: справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. // Энергоатомиздат, 1989;
6. Положение о порядке расчета и обоснования нормативов технологических потерь (расходов) электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям / Приказ Минпромэнерго России от 04.10.2005 № 267, рег. № 7122 от 28.10.2005 Минюста России;
7. Правила устройства электроустановок. Все действующие разделы шестого и седьмого изданий с изменениями и дополнениями. // Норматика, 2017;
8. Справочник по проектированию электрических сетей / Под ред. Д. Л. Файбисовича. // Изд-во НЦ ЭНАС, 2006;
9. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / Под ред. С. С. Рокотяна, И. М. Шапиро. // Энергоатомиздат, 1985;
10. Справочник по электроустановкам высокого напряжения / Под ред. И. А. Баумштейна и В. М. Хомякова. // Энергоатомиздат, 1981;
11. Шишлаков В.Ф., О.Я. Соленая, С.В. Соленая Электроэнергетические системы и сети: учебное пособие. // Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, 2017
Lyashan I.K., Parfenov Ya.A., Golovanova K.A.
Lyashan I.K.
St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation (St. Petersburg, Russia)
Parfenov Ya.A.
St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation (St. Petersburg, Russia)
Golovanova K.A.
St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation (St. Petersburg, Russia)
DESIGN OF INTERNAL POWER SUPPLY SCHEME
Abstract: The purpose of this article is to examine methods for designing the internal circuitry of an electrical network with an emphasis on efficient energy distribution and economic efficiency. The article will discuss the main aspects of design: choosing the most effective option for a power supply scheme, selecting equipment, and methods for calculating economic indicators.
This article will be useful both for students who are just starting their journey in this field, andfor experienced engineers.
Keywords: internal power supply, choice ofpower supply schemes, choice of devices.
