Н.Н. КЛОЧКОВА

А.В. ОБУХОВА

Особенности Электроснабжения

городов и сельского хозяйства

Учебное пособие

Самара

Самарский государственный технический университет

2013

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

К а ф е д р а «Электроснабжение промышленных предприятий»

Н.Н. КЛОЧКОВА,

А.В. ОБУХОВА

Особенности Электроснабжения

городов и сельского

хозяйства

Допущено УМО по образованию в области энергетики и электротехники

в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений

специальности 140211 – «Электроснабжение»

направления подготовки 140200 – «Электроэнергетика»

Самара

Самарский государственный технический университет

2013

Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ

УДК 621.311

К 50

Клочкова Н.Н.

К 50 Особенности электроснабжения городов и сельского хозяйства: учеб. пособ. / Н.Н. Клочкова, А.В. Обухова. – 2-е изд. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2013. – 131 с.: ил.

Подробно рассмотрены особенности систем электроснабжения городских и сельских потребителей. Приводятся примеры определения расчетных электрических нагрузок, подбора схемы электроснабжения и т.д.

Предназначено для бакалавров высших учебных заведений по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника» при изучении дисциплин «Электроснабжение непромышленных объектов», «Системы электроснабжения городов и промышленных предприятий».

Р е ц е н з е н т ы:

председатель УМК по спец. 140211 «Электроснабжение» канд. техн. наук, доцент Г.В. Шведов;

канд. техн. наук, доцент каф. «Электроэнергетические системы МЭИ (ТУ) О.В. Сипачева

УДК 621.311

К 50

 Н.Н. Клочкова, А.В. Обухова, 2013

 Самарский государственный

технический университет, 2013

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Основные решения по электроснабжению потребителей города (района) разрабатываются и отражаются в концепции развития и реконструкции города (района), генеральном плане, проектной детальной планировке и схеме развития электрических сетей города (района). Результаты расчета электрических нагрузок должны сопоставляться со среднегодовыми темпами роста нагрузок, характерных для районов города, которые определяются на основе анализа данных за последние 5-10 лет. При необходимости расчеты корректируются.

Схемы электрических сетей должны быть просты, экономичны и должны строиться с учетом требований, предъявляемых к надежности электроснабжения электроприемников зданий.

Электроприемники жилых зданий могут быть подразделены на две основные группы: электроприемники квартир и электроприемники общедомового назначения. К первой относятся осветительные и бытовые электроприборы, ко второй – светильники лестничных клеток, технических подпольев, чердаков, вестибюлей, холлов, служебных помещений, лифтовые установки, вентиляционные системы, различные противопожарные устройства, элемен­ты диспетчеризации, переговорно-вызывные устройства (домофоны), кодовые замки и т.п.

Электроприемники общественных зданий делятся на две большие группы: осветительные и силовые.

Устройства электрического освещения, как правило, включаются в часы пика нагрузок энергосистемы, поэтому снижение потребляемой мощности имеет большое значение.

К силовым относятся электроприемники механического, электротеплового оборудования, холодильных машин, подъемно-транспорт-ного оборудования и т.д.

1. КАТЕГОРИИ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

По надежности электроснабжения электроприемники (ЭП) делятся на три категории.

К первой категории относятся электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

Ко второй категории относятся электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

К третьей категории относятся все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий.

1.1. Потребители городского хозяйства

К первой категории отно­сятся все электроприемники противопожарных устройств (пожарные насосы, системы подпора воздуха, дымоудаления, пожарной сигнализации и оповещения о пожаре), лифты, аварийное освещение, огни светового ограждения, ЭП операционных и родильных блоков, отделений анестезиологии, реа­нимации и интенсивной терапии, кабинетов лапароскопии, бронхоскопии и ангиогра­фии, отдельно стоящие и встроенные центральные тепловые пункты (ЦТП), индивидуальные тепловые пункты (ИТП) многоквартирных жилых домов, тяговые подстанции городского электротранспорта; центральные диспетчерские пункты (ЦДП) городских электросетей, тепловых сетей, сетей газоснабжения, сетей наружного осве­щения, общественные здания с количеством работающих в них свыше 2000 человек независимо от этажности или высо­той более 16 этажей, а также здания учреждений областного, городского и районного значения с количеством работающих свыше 50 человек, комплекс ЭП музеев и выставок федерального значения.

К электроприемникам второй категории отно­сятся жилые дома с электроплитами (кроме 1-8-квартирных домов), дома высотой более 5 этажей с плитами на газовом и твердом топливе, общежития с количеством проживающих свыше 50 человек, общественные здания с количеством работающих в них свыше 50 человек, здания областного, городского и районного значения с количеством работающих до 50 человек, здания лечебно-профилактических учреждений, учреждений финансирования, кредитования и государственного страхования федерального и республиканского, краевого, областного, городского и районного подчинения, библиотеки и архивы с фондом от 100 до 1000 тыс. единиц хранения, учреждения образования, воспитания и подготовки кадров, предприятия торговли, предприятия общественного питания, предприятия бытового обслуживания (салоны-парикмахерские с количеством рабочих мест свыше 15, ателье и комбинаты бытового обслуживания с количеством рабочих мест свыше 50, прачечные и химчистки с производительностью более 500 кг белья в смену, бани с числом мест свыше 100), гостиницы, дома отдыха, пансионаты, турбазы, музеи и выставки республиканского, краевого и областного значения.

Все остальные электроприемники относятся к третьей категории надежности.

Временные сооружения, а также встроенные помещения площадью до 100 м² тоже относятся к третьей категории электроснабжения.

1.2. Потребители сельскохозяйственные

К электроприемникам первой категории относятся следующие сельскохозяйственные потребители:

• животноводческие комплексы и фермы: по производству молока – на 400 коров; по выращиванию и откорму молодняка крупнорогатого скота (КРС) – на 5 тыс. голов в год и более; по откорму КРС – на 5 тыс. голов в год и более; по выращиванию и откорму свиней – на 12 тыс. свиней в год и более;

• птицефабрики: по производству яиц – с содержанием 100 тыс. кур-несушек и более; мясного направления – по выращиванию 1 млн бройлеров в год и более, по выращиванию племенного стада кур – 25 тыс. голов и более, а также гусей, уток и индеек – 10 тыс. голов и более. Системы поения птиц; локальный обогрев цыплят в первые 20 дней, вентиляция в птичниках с напольным и клеточным содержанием, инкубация яиц и вывод цыплят, сортировка яиц и цыплят, транспортировка, обрезка клювов и освещение инкубатория. Цехи убоя, санитарно-убойные пункты; котельные, в том числе мазутное хозяйство; насосные оборотного водоснабжения котельной и птицебойни; станции перекачки конденсата; градирни; хлораторные станции обезжелезивания; канализационные насосные станции.

К электроприемникам второй категории относятся следующие сельскохозяйственные потребители, не допускающие перерыва в электроснабжении длительностью более 0,5 ч.:

• комплексы и фермы молочного направления: система доения коров в стойлах, в доильных залах, рабочее освещение в доильных залах; система промывки молокопроводов и подогрев воды; локальный обогрев телят; облучение телят; дежурное освещение в родильном отделении; очистка, хранение и охлаждение молока; переработка (пастеризация) молока; система поения коров и телят в родильном отделении; установки обеспечения микроклимата в телятнике. Приготовление кормов, раздача кормов;

• комплексы и фермы КРС: дежурное освещение; система поения; раздача кормов; системы механизированного приготовления и выпойки молока в телятнике первого периода;

• свиноводческие комплексы и фермы: отопительно-вентиляционные системы свинарников – откормочников, в свинарниках для поросят-отъемышей; приготовление кормов (кормоцеха); раздача кормов стационарными средствами; системы поения животных; рабочее освещение в моноблоках, в свинарниках-маточниках; дежурное освещение; сооружения по обработке и очистке навозных стоков; водозаборные сооружения; системы вентиляции в свинарниках для опоросов; система вентиляции помещений и зон моноблоков, где невозможно осуществить естественное проветривание; локальный обогрев поросят в свинарниках для опоросов и в санитарных станках;

• птицефермы: системы поения птиц; локальный обогрев цыплят в первые 20 дней; вентиляция в птичниках с напольным и клеточным содержанием; инкубация яиц и вывод цыплят; сортировка яиц и цыплят, транспортировка, обрезка клювов и освещение инкубатория. Цехи убоя; санитарно-убойные пункты; котельные, в том числе мазутное хозяйство; насосные оборотного водоснабжения котельной и птицебойни; станции перекачки конденсата; градирни; хлораторные станции обезжелезивания; канализационные насосные станции и др.

Ко второй категории надежности относятся также электроприемники тепличных комбинатов и рассадных комплексов, кормоприготовительных заводов и отдельных цехов с механизированным приготовлением и раздачей кормов, картофелехранилищ вместимостью более 500 т с холодоснабжением и активной вентиляцией, холодильники для хранения фруктов вместимостью более 600 т, инкубационные цехи рыбоводческих хозяйств и ферм; установки пожаротушения; котельные с котлами высокого и среднего давления для всех предприятий.

Категория надежности электроснабжения может быть повышена по заданию заказчика.

Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Устройство АВР предусматривается непосредственно на вводе к электроприемнику первой категории [6].

Для электроприемников ряда медицинских помещений, например операционных, реанимационных (интенсивная терапия), палат для недоношенных детей, может потребоваться третий независимый источник. Необходимость третьего независимого источника определяется заданием на проектирование в зависимости от типа применяемого оборудования.

В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников первой категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.п.

Если резервированием электроснабжения нельзя обеспечить непрерывность технологического процесса или если резервирование электроснабжения экономически нецелесообразно, должно быть осуществлено технологическое резервирование, например, путем установки взаимно резервирующих технологических агрегатов, специальных устройств безаварийного останова технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения.

Электроснабжение электроприемников первой категории с особо сложным непрерывным технологическим процессом, требующим длительного времени на восстановление нормального режима, при наличии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, к которым предъявляются дополнительные требования, определяемые особенностями технологического процесса.

Электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Для электроприемников второй категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады [6].

Электроприемники третьей категории могут питаться от одного источника питания. Допустимы перерывы на время, необходимое для подачи вре­менного питания, ремонта или замены поврежден­ного элемента системы электроснабжения, но не более чем на одни сутки.

2. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Определение электрических нагрузок составляет первый этап проектирования любой системы электроснабжения и производится с целью выбора и проверки токоведущих элементов и трансформаторов по нагреву и экономическим соображениям, расчета отклонений и колебаний напряжений, выбора компенсирующих установок, защитных устройств и т.д.

В настоящее время используют следующие методы определения электрических нагрузок: 1) эмпирические методы (коэффициента спроса; удельного расхода электроэнергии и удельных плотностей нагрузки); 2) метод упорядоченных диаграмм; 3) статистические методы; 4) методы вероятностного моделирования графиков нагрузки, которые рассматриваются в [3, 8, 10]. Некоторые из приведенных методов применяются для определения электрических нагрузок непромышленных объектов. Наиболее простым и распространенным является метод коэффициента спроса, основанный на следующей формуле:

,

где К_с – коэффициент спроса; Р_у – установленная мощность.

Сложность определения нагрузок жилых квартир заключается в их случайном характере, зависящем от уклада жизни различных семей, набора электроприемников, материального достатка и многих других факторов. Исходными данными служат фактические показатели, определенные на основе измерений в большом числе квартир и обработанные по методике, основанной на теории вероятностей с учетом роста насыщения квартир новыми бытовыми приборами и увеличения достатка семей и т.п. [1]. В результате данных исследований и расчетов формируются таблицы удельных расчетных нагрузок на квартиру средней площади, которые приводятся в нормативных документах.

Электрические нагрузки общественного здания, так же как и промышленного предприятия, складываются из нагрузок силовой и осветительной сети. Нагрузка электрического освещения определяется на основании светотехнических расчетов и в учебном пособии не рассматривается. Нагрузка силового электрооборудования на стадии проектирования определяется приближенными методами, основанными на многолетних натурных измерениях и последующей обработке данных методами теории вероятностей и математической статистики.

Для расчетов электрических нагрузок жилых и общественных зданий следует пользоваться сводом правил по проектированию и строительству СП 31-110-2003, одобренным и рекомендованным к применению в качестве нормативного документа Госстроем России.

2.1. Определение электрических нагрузок жилых зданий

Расчетная нагрузка жилых зданий складывается из нагрузки групповых сетей освещения общедомовых помещений; нагрузки квартиРисилового оборудования.

Расчетная нагрузка групповых сетей освещения общедомовых помещений жилых зданий (лестничных клеток, вестибюлей, технических этажей и подполий, подвалов, чердаков, колясочных и т.д.), а также жилых помещений общежитий определяется по светотехническому расчету с коэффициентом спроса, равным 1.

Расчетная нагрузка питающих линий, вводов и на шинах РУ-0,4 кВ ТП от электроприемников квартир (Р_кв) средней площадью 70 м² (квартиры от 35 до 90 м²) в зданиях по типовым проектам, как указывалось выше, определяется по удельной нагрузке на квартиру, принятой для периода зимнего максимума и приводимой в СП 31-110-2003 и табл. 2.1. по формуле

Р_кв = Р_кв.уд n, (2.1)

где Р_кв.уд – удельная нагрузка электроприемников квартир, принимаемая по табл. 2.1 в зависимости от числа квартир, присоединенных к линии (ТП), типа кухонных плит, кВт/квартиру. Удельные электрические нагрузки установлены с учетом того, что расчетная неравномерность нагрузки при распределении ее по фазам трехфазных линий и вводов не превышает 15 %; n – количество квартир, присоединенных к линии (ТП).

Удельные нагрузки квартир учиты­вают нагрузку освещения общедомовых помеще­ний (лестничных клеток, подвалов, технических этажей, чердаков и т.д.). Удельные нагрузки не учи­тывают силовую нагрузку общедомовых потреби­телей, освещение и силовую нагрузку встроенных (пристроенных) помещений общественного назна­чения, нагрузку рекламы, а также применение в квартирах бытовых кондиционеров (для квартир повышенной комфортности нагрузка кондиционе­ров учитывается), электроводонагревателей и электроотопления. Кроме того, удельные расчетные нагрузки не учитывают покомнатное расселение семей в квартире.

Квартиры повышенной комфортности строятся по единичным проектам, и получить достоверные сведения о нагрузке не представляется возможным. В этом случае расчетная нагрузка питающих линий, вводов и на шинах РУ-0,4 кВ ТП от электроприемников квартир Р_р.кв определяется в соответствии с заданием на проектирование или в соответствии с заявленной мощностью на квартиру и коэффициентами спроса и одновременности (табл. 2.2 и 2.3), по формуле, кВт,

Р_р.кв = Р_кв n К_о , (2.2)

где Р_кв – нагрузка электроприемников квартир повышенной комфортности, Р_кв= К_сР_заяв, кВт/кв; n – количество квартир, кв; К_о – коэффициент одновременности для квартир повышенной комфортности, табл. 2.3.

Таблица 2.1 Удельные расчетные нагрузки на одну квартиру	Удельные расчетные нагрузки в кВт/квартиру при количестве квартир	1000	0,67	0,76	1,19	0,46	Примечание: 1. Определение расчетной нагрузки для количества квартир, не указанного в таблице, производится путем интерполяции. 2. Удельные расчетные нагрузки квартир учитывают нагрузку освещения общедомовых помещений. 3. Удельные расчетные нагрузки приведены для квартир с общей площадью 70 м2 (квартиры от 35 до 90 м2) в зданиях по типовым проектам. 4. Расчетную нагрузку для квартир с повышенной комфортностью следует определять в соответствии с заданием на проектирование или в соответствии с заявленной мощностью и коэффициентами спроса и одновременности (табл.2.3, 2.4). 5. Удельные расчетные нагрузки не учитывают покомнатное расселение семей в квартире.. 6. Удельные расчетные нагрузки не учитывают общедомовую силовую нагрузку, осветительную и силовую нагрузку встроенных помещений общественного назначения, нагрузку рекламы, а также применение в квартирах электрического отопления, электроводонагревателей и бытовых кондиционеров (кроме элитных). 7. Для определения при необходимости утреннего или дневного максимума нагрузок следует вводить следующие коэффициенты: 0,7 – для жилых домов с электрическими плитами ; 0,5 – для жилых домов с плитами на газообразном и твердом топливе. 8. Электрическую нагрузку в период летнего максимума определяют, умножив на следующие коэффициенты: 0,7 – для квартир с плитами на природном газе; 0,6 – на сжиженном газе и твердом топливе; 0,8 – с электрическими. 9 Расчетные данные, приведенные в таблице, могут корректироваться для конкретного случая с учетом местных условий. При наличии документированных и утвержденных в установленном порядке экспериментальных данных расчет нагрузок следует производить по ним. 10. Нагрузка иллюминации мощностью до 10 кВт в расчетной нагрузке на вводе в здание учитываться не должна.
		600	0,69	0,84	1,23	0,51
		400	0,71	0,92	1,27	0,54
		200	0,77	1	1,36	0,58
		100	0,85	1,08	1,5	0,61
		60	1,05	1,3	2,1	0,69
		40	1,2	1,4	2,6	0,76
		24	1,4	1,8	3,1	0,9
		18	1,65	2	3,7	1,1
		15	1,8	2,2	3,9	1,2
		12	2	2,5	4,3	1,4
		9	2,3	2,9	4,9	1,7
		6	2,8	3,4	5,9	2,3
		1-5	4,5	6	10	4
	Потребители электроэнергии		Квартиры с плитами на природном газе	Квартиры с плитами на сжиженном газе (в том числе при групповых установках) и на твердом топливе	Квартиры с электрическими плитами мощностью 8,5 кВт	Дома на участках садоводческих товариществ

Коэффициент одновременности – это отношение совмещенного максимума нагрузки энергоустановок потребителей к сумме максимумов нагрузки этих же установок за тот же интервал времени. Например: в магазине 20 телевизоров по 300 Вт. Наибольшая потребляемая мощность составляет 6 кВт, но в данный момент работает лишь 10 телевизоров из 20, соответственно потребляется лишь 3 кВт. Коэффициент одновременности будет составлять 0,5.

Пример. Определить расчетную мощность на вводе в 17 этажный жилой дом с электрическими общим количеством квартир 102, из них 60 квартир с повышенной комфортностью (п.к.) при заявленной мощности 30 кВт на квартиру и 42 квартиры – муниципальные.

Решение:

1. По табл. 2.2 определяем коэффициент спроса квартир повышенной комфортности при заявленной мощности 30 кВт: К_с=0,6.

2. Расчетная мощность квартир повышенной комфортности

Р_п.к.=n_п.к. К_сР_заяв=60·0,6·30=1080 кВт.

3. По таблице 2.1. определяем удельную нагрузку муниципальных квартир: Р_{уд.муцип.}= 1,95кВт/кВ

4. Расчетная мощность муниципальных квартир по формуле (2.1) Р_муцип=42·1,95=81,9 кВт

5. Расчетная нагрузка всех квартир на электровводе при К_о =:0,16 для 102 квартир (табл. 2.3)

Р_р(ввод)= (Р_п.к.+ Р_муцип ) К_о =(1080+81,9)х0,16=185,9кВт.

Таблица 2.2